Thiết kế tính toán và ứng dụng máy tính trong thiết kế tính toán ôtô

- Trong quá trình tính toán sức bền các chi tiết máy của động cơ đốt trong, sự lựa chọn trạng thái làm việc của động cơ sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến trị số của lực khí thể, lực quán tính,

“ Thiết kế tính toán và ứng dụng máy tính trong thiết kế tính

toán ô tô ”

Chương III : Tính toán thiết kế hệ thống truyền lực

Chương II : Tính toán động cơ.

Chương I : Bố trí chung trên ô tô

CHƯƠNG I: BỐ TRÍ CHUNG TRÊN ÔTÔ

1.1 Bố trí động cơ.

1.2 Bố trí các hệ thống gầm trên ô tô.

Phương án bố trí Hình vẽ 1.1.1 Động cơ đặt ở đằng trước.

( FF)

a) Động cơ đặt đằng trước và

nằm ngoài buồng lái.

b) Động cơ đặt trước và nằm

trong buồng lái.( hình 1.1b)

Hình 1.1a Động cơ đặt ở đằng trước và

nằm ngoài buồng lái

Hình 1.1b Động cơ đặt trước

và nằm trong buồng lái

1.2.1 Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 4x2.

Động cơ đặt sau, cầu

Hình 1.7 Hệ thống truyền lực của xe VAZ 2121

1 Cơ cấu khóa vi sai giữa hai cầu

2 Vi sai giữa hai cầu

1.2.2 Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 4x4

1.2.3 Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 6x4.

Hình 1.8 Hệ thống truyền lực xe KAMAZ 5320

1.2.4.Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 6x6

Hình 1.9 Hệ thống truyền lực của xe URAL 375

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ Ô TÔ

2.2 Các vấn đề tính bền trong động cơ ô tô.

2.1 Động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

2.3 Tính nhóm thanh truyền

2.4 Tính toán trục khuỷu

2.1 Động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

2.1.1 Động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền giao tâm

2.1.2 Động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm

 Chuyển vị và lực tác dụng

2.1.1.1 quy luật động học của cơ cấu

trục khuỷu thanh truyền.

a, Chuyển vị của piston

;

;

 Chuyển vị và lực tác dụng

2.1.2.1 quy luật động học của cơ cấu

trục khuỷu thanh truyền lệch tâm

a) Vị trí điểm chết:

b) Hành trình của piston.

 Sơ đồ động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền lệch tâm.

;

- Chuyển vị piston.

Vận tốc của piston.

- Gia tốc của piston.

 Hệ lực tác dụng lên cơ cấu trục

khuỷu thanh truyền lệch tâm

- Trong quá trình tính toán sức bền các chi tiết máy của động cơ đốt trong, sự lựa chọn trạng thái làm việc của động cơ sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến trị số của lực khí thể, lực quán tính, mô men tác dụng, trạng thái dao động và cả ứng suất nhiệt của chi tiết máy Như đã biết, các lực tác dụng và mô men biến thiên theo góc quay và trạng thái phụ tải và tình hình chịu lực của các chi tiết máy cũng rất phức tạp

- Để đơn giản hóa quá trình tính toán nghiệm bền, ta thường dùng khá nhiều giả thiết như đơn giản hóa hình dạng kết cấu của chi tiết máy để gần sát với các bài tính của sức bền vật liệu; coi lực tác dụng đều trên chi tiết; phân đoạn trục khuỷu để tính

nghiệm bền theo bài toán tĩnh định của một dầm, coi đỉnh piston là một đĩa tròn có độ dày đồng đều, từ đó áp dụng các công thức tính ứng suất đã quen trong sức bền vật liệu.

- Thông thường chọn ba trạng thái sau đây để tính:

+ Trạng thái chịu mô men xoắn lớn nhất.

+ Trạng thái tốc độ lớn nhất.

+ Trạng thái công suất lớn nhất

-Như trong lý thuyết động cơ đốt trong đã chỉ rõ: trường hợp thứ nhất là trường hợp trong xi lanh động cơ có áp suất khí cháy lớn nhất, còn lực quán tính thì nhỏ Trường hợp thứ 2 là trường hợp có lực quán tính lớn nhất ứng với tốc độ cực đại do bộ đồng tốc khống chế Trường hợp thứ 3 là có công suất lớn nhất, lực quán tính, ứng suất nhiệt, đều lớn nên cũng thường dùng để tính nghiệm bền các chi tiết động cơ đốt trong.

- Ngoài ra khi tính toán tải trọng động người ta cũng tính hệ số an toàn của các chi tiết như lý thuyết ứng suất giới hạn mỏi của sức bền vật liệu

2.3 TÍNH NHÓM THANH TRUYỀN.

2.3.2 Tính toán sức bền các chi tiết nhóm thanh

truyền

2.3.1 Bản vẽ kết cấu và tính đa dạng của kết cấu

nhỏ

Thân

Đầu to

2.3.2 Tính toán sức bền các chi tiết nhóm thanh

truyền

2.3.2.1 Tính sức bền đầu nhỏ thanh truyền.

2.3.2.2 Tính sức bền thân thanh truyền

2.3.2.3 Tính sức bền đầu to thanh truyền.

2.3.2.4 Tính sức bền bu lông thanh truyền.

2.3.2.1 Tính sức bền đầu nhỏ thanh truyền.

Hình 2.10 Sơ đồ tính toán

đầu nhỏ thanh truyền

a, Tính sức bền đầu nhỏ thanh truyền dày

• Ứng suất kéo và (do Pj và MI-I)

Hình 2.10 Sơ đồ tính toán

đầu nhỏ thanh truyền

a, Tính sức bền đầu nhỏ thanh truyền dày

 Ứng suất kéo trên mặt trong đầu nhỏ (coi lực quán tính phân bố đều trên mặt trong).

b, Tính sức bền đầu nhỏ thanh truyền mỏng

Hình 2.11 Sơ đồ lực tác

dụng khi đầu nhỏ chịu kéo.

chịu kéo.

b, Tính sức bền đầu nhỏ thanh truyền mỏng.

là lực phân bố

Mô men uốn Mj:

Lực kéo Nj:

Khi: : Tại tiết diện (C-C)

Mô men uốn Mjc:

Lực kéo Njc:

• Khi không ép bạc lót đầu nhỏ.

- Ứng suất trên mặt ngoài :

- Ứng suất trên mặt

trong :

• Khi ép bạc lót đầu nhỏ, đầu nhỏ bị biến dạng kéo

- Ứng suất trên mặt ngoài :

Hình 2.13 Sơ đồ lực khi

chịu nén

- Lực nén tác dụng lên đầu nhỏ

- Cung AB

- Mô men uốn Mz1:

- Lực pháp tuyến Nj:

- Áp suất P trên mặt cong của đầu nhỏ:

- Độ biến dạng khi chịu nhiệt độ

- Ứng suất biến dạng trên mặt trong:

- Ứng suất biến dạng trên mặt ngoài:

Hệ số an toàn nằm trong khoảng (2,5 -> 5)

• Biến dạng của đầu nhỏ thanh truyền:

• Hệ số an toàn của đầu nhỏ thanh truyền:

2.3.2.2 Tính sức bền thân thanh truyền

- Tính ở tiết diện nhỏ nhất.

+ Ứng suất nén + Ứng suất kéo

Hệ số an toàn bền nằm trong khoảng 2,5

3

+ Hệ số an toàn bền

- Tính ở tiết diện trung bình + Ứng suất kéo

+ Ứng suất nén

- Tính ở tiết diện trung bình.

+ Ứng suất tổng do uốn và nén dọc

- Tính ở tiết diện trung bình.

+ Hệ số an toàn của thân:

• Khi tính trong mặt phẳng

lắc:

• Khi tính trong mặt phẳng vuông góc với

mặt phẳng lắc:

- Tính ở tiết diện tính toán.

- Kiểm tra độ ổn định khi uốn dọc.

+ Lực tới hạn thanh truyền thép các bon Pth

+ Lực tới hạn thanh truyền thép hợp kim.

+ Hệ số ổn định dọc (n)

Trị số của n nằm trong khoảng 2,5 – 5

2.3.2.3 Tính sức bền đầu to thanh truyền.

Hình 2.17 Sơ đồ tính

toán sức bền đầu to thanh truyền

- Lực tính toán, (hợp lực của lực quán tính vận

động tịnh tiến và vận động quay của đầu to

không kể đến nắp, tính tại vị trí Đ.C.T.

- Lực phân bố trên dầm cong của đầu to P

- Mômen uốn và lực pháp tuyến thay thế tại tiết diện A-A

Hình 2.17 Sơ đồ tính

toán sức bền đầu to thanh truyền

- Mômen uốn và lực pháp tuyến tại tiết diện A-A.

- Ứng suất trên nắp đầu to

Hình 2.17 Sơ đồ tính

toán sức bền đầu to thanh truyền

+ Thanh truyền thép các bon:

+ Thanh truyền thép hợp kim:

+ Thanh truyền thép hợp kim cao cấp:

- Độ biến dạng đường kính.

2.3.2.4 Tính sức bền bu lông thanh truyền.

- Lực sinh ra do tác dụng trên đầu to khi làm việc.

- Lực xiết bulông.

Hình 2.18 Biến thiên của

lực tác dụng lên bu lông thanh truyền khi làm việc

- Mômen xiết của bulông M:

- Ứng suất tổng

* Ứng suất cho phép:

2.4 TÍNH NHÓM TRỤC KHUỶU

2.4.1 Bản vẽ kết cấu và tính đa dạng của kết cấu.

2.4.2 Tính sức bền trục khuỷu.

2.4.1 Bản vẽ kết cấu và tính đa dạng của kết cấu.

Hình 2.18 sơ đồ kết cấu trục khuỷu

Hình 2.19 Trục khuỷu của động cơ 4 kỳ 4 xilanh

1.đầu trục, 2 chốt khuỷu, 3.cổ khuỷu, 4 má khuỷu,

5 đối trọng, 6 đuối trục khuỷu

Hình 2.22 Trục khuỷu ghép Hình 2.21 Kết cấu dẫn dầu bôi trơn

chốt khuỷu

Hình 2.23 Các dạng má khuỷu

Hình 2.24 Kết cấu đối trọng-Đuôi trục khuỷu

Hình 2.25 a) Một loại kết cấu đuôi trục Khuỷu trên ô tô.

b) Một loại kết cấu đầu trục khuỷu trên ô tô

Hình 2.26 Các biện pháp tăng bề má khuỷu

2.4.1.1 Tính sức bền tĩnh theo phương pháp phân đoạn.

+ Trường hợp khởi động.

+ Trường hợp chịu Zmax.

+ Trường hợp khuỷu chịu lực tiếp tuyến lớn nhất Tmax.

2.4.1.2 Tính sức bền động trục khuỷu.

+ Hệ số an toàn cổ trục.

+ Hệ số an toàn chốt khuỷu.

+ Hệ số an toàn má khuỷu.

Hình 2.27 Sơ đồ tính toán sức bền trục khuỷu

2.4.2.1.1 Trường hợp khởi động khi chịu lực

Hình 2.28 lực tác dụng trên

trục khuỷu khi khởi động

- Lực, phản lực ở gối tựa

- Ứng suất uốn lớn nhất tại tiết diện giữa của chốt khuỷu

-Trong đó: Wu : là mô đun chống uốn của tiết diện ngang

chốt khuỷu.

+ Nếu là chốt đặc + Nếu là chốt rỗng

- Ứng suất uốn của má khuỷu:

- Ứng suất nén má khuỷu

-Ứng suất tổng cộng

c) Tính sức bền cổ trục khuỷu.

- Ứng suất uốn cổ trục khuỷu

( trên thực tế do l’≥b’ nên ứng suất cổ trục nhỏ hơn rất nhiều

so với cổ chốt, nên ko cần tính bền cổ trục)

2.4.2.1.2 trường hợp chịu lực Z max

Hình 2.29 sơ đồ tính toán trục khuỷu

khi chịu lực Z max

* Khuỷu đối xứng:

a) Tính sức bền chốt khuỷu.

- Ứng suất uốn của chốt khuỷu.

- Ứng suất xoắn chốt khuỷu

- Ứng suất tổng

b) Tính sức bền cổ trục khuỷu.

- Ứng suất uốn cổ trục.

- Ứng suất xoắn cổ trục

- Ứng suất tổng cộng

c) Tính sức bền má khuỷu.

- Ứng suất nén má khuỷu.

- Ứng suất uốn trong mặt phẳng khuỷu

-Ứng suất uốn trong mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng khuỷu.

- Ứng suất tổng trên má

2.4.2.1 3 Trường hợp khuỷu chịu lực tiếp tuyến lớn nhất (Tmax).

a)Tính sức bền chốt khuỷu.

- Ứng suất uốn trong mặt phẳng khuỷu.

-Ứng suất trong mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng khuỷu.

- Ứng suất xoắn chốt khuỷu

- Ứng suất tổng của xoắn và uốn

- Ứng suất uốn do lực Z’’

- Ứng suất uốn do lực T.

- Ứng suất xoắn cổ trục.

- Ứng suất tổng khi uốn và xoắn

b) Tính sức bền cổ trục khuỷu

c) Tính sức bền má khuỷu.

- Ứng suất uốn do lực Z’’.

- Ứng suất uốn do Pr2.

- Ứng suất do lực T’’.

r : Khoảng cách từ tâm cổ trục khuỷu đến tiết diện nguy hiểm của má, I-I và II-II.

Hình 2.30 tiết diện nguy hiểm

- Ứng suất nén má khuỷu.

- Ứng suất tổng cộng tại các điểm 1,2,3,4.

- Ứng suất tổng tại các điểm I và II.

- Ứng suất tổng tại các điểm III, IV

Hình2.31 Quan hệ của g 1 , g 2 với tỷ số kích thước h/b

và ứng suất phân bố trên má khuỷu

- Khi chịu xoắn.

- Khi chịu uốn.

Hình 2.32 Quan hệ của

và r/b

 Hệ số an toàn cổ trục

Hình 2.33 mô men tác dụng

mặt phẳng chứa lỗ dẫn dầu

khi chịu uốn

- Khi chịu uốn

-Hệ số an toàn tổng khi uốn

và xoắn (1,7 – 3,0)

- Khi chịu xoắn.

- Khi chịu nén và uốn

- Khi chịu xoắn.

+ Ứng suất uốn biên độ trên má trái

+ Ứng suất xoắn biên độ trên má phải.

+ Hệ số an toàn khi xoắn

Hệ số an toàn cho phép của má thường nằm trong phạm vi 2 - 3

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC THƯỜNG

3.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP

3.1 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC TIÊU BIỂU CỦA HỆ THỐNG

3.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ CƠ KHÍ

Các sơ đồ hệ thống truyền lực Hình vẽ

a) Động cơ, ly hợp, hộp số đặt hàng dọc

phía trước đầu xe, cầu chủ động đặt

sau xe, trục các đăng nối giữa hộp số

và cầu chủ động Chiều dài từ hộp số

đến cầu sau khá lớn nên giữa trục phải

đặt ổ treo

b) Động cơ, ly hợp, hộp số nằm ngang

đặt trước xe, cầu chủ động Toàn bộ

cụm truyền lực làm liền khối Trọng

lượng khối động lực nằm lệch hẳn về

phía trước đầu xe Trong cầu chủ

động : bộ truyền bánh răng trụ thay

thế cho bộ truyền bánh răng côn

5 3 2 1

Các sơ đồ hệ thống truyền lực Hình vẽ

c) Động cơ, ly hợp, hộp số, cầu chủ

động làm thành một khối gọn ở phía sau

xe, cầu chủ động Cụm động cơ nằm sau

cầu chủ động Cấu trúc loại này rất phù

hợp cho việc tăng lực kéo của xe, tức là

đảm bảo khả năng tăng tốc xe tốt, hạ

thấp chiều cao đầu xe, phù hợp với việc

tạo dáng khí động học cho ô tô cao tốc

d) Động cơ, ly hợp, hộp số chính, hộp

phân phối đặt dọc phía đầu xe, cầu

trước và cầu sau chủ động Nối giữa hộp

phân phối và các cầu là các trục các

đăng Sơ đồ này thường gặp ở ô tô có

khả năng việt dã cao, ô tô chạy trên

6

Sơ đồ 3

Sơ đồ 4

3.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP.

3.2.1 Sơ đồ kết cấu và tính đa dạng của kết cấu.

3.2.3 Tính toán các thông số kết cấu:

3.2.2 Dẫn động ly hợp.

3.2.4 Tính bền các chi tiết của ly hợp

3.2.1.1 Sơ đồ kết cấu ly hợp.

3.2.1 Sơ đồ kết cấu và tính đa dạng của kết cấu.

3.2.1.2 Tính đa dạng của kết cấu ly hợp.

3.2.1.1 Sơ đồ kết cấu ly hợp.

Hình 3.4 Sơ đồ kết cấu ly hợp

3.2.1.2 Tính đa dạng của kết cấu ly hợp.

Hình 3.6 Ly hợp ma sát khô một đĩa bị động

lò xo trụ bố trí xung quanh

a)Ly hợp ma sát khô một đĩa bị

động lò xo trụ bố trí xung quanh.

3.2.1.2 Tính đa dạng của kết cấu ly hợp.

b) Ly hợp ma sát khô hai đĩa bị

3.2.1.2 Tính đa dạng của kết cấu ly hợp.

phân phối; 5: Lò xo hồi vị van; 6:

Van; 7: Lò xo hồi vị piston; 8:

Piston; 9: Thanh đẩy; 10: Bình

Các loại dẫn động ly hợp Sơ đồ dẫn động ly hợp

d) Dẫn động thuỷ lực trợ lực khí nén.

1 Bàn đạp ly hợp; 2 Lò xo hồi

vị bàn đạp; 3 Xy lanh chính; 4 Ống

dẫn dầu; 5 Xy lanh công tác; 6

Piston xy lanh; 7 Cần piston; 8 Xy

lanh thuỷ lực; 9 Piston xy lanh thuỷ

lực; 10 Cần piston xy lanh thuỷ lực;

11 Càng mở ly hợp; 12 Bạc mở ly

hợp; 13 Ống dẫn dầu; 14 Piston xy

lanh mở van; 15 Cốc van phân phối;

16 Van xả; 17 Màng ngăn; 18 Van

nạp; 19 Ống dẫn khí nén; 20, 21

Các lò xo

Hình 3.12 Dẫn động thuỷ lực

trợ lực khí nén

Các loại dẫn động ly hợp Sơ đồ dẫn động ly hợp

e) Dẫn động thuỷ lực trợ lực chân

không.

1: Bàn đạp; 2: Lò xo hồi vị; 3:

Đòn đẩy điều khiển; 4: Xylanh

cường hoá; 5: Van chân không; 6:

Đế van; 7: Màng cao su; 8: Lò xo

hồi vị màng cao su; 9: Xylanh

3.2.3 Tính toán các thông số kết cấu:

+ Sơ đồ các bước tính toán thiết kế ly hợp.

3.2.3.1 Xác định mô men ma sát mà ly hợp cần truyền.

3.2.3.2 Xác định kích thước cơ bản của ly hợp.

3.2.3.3 Chọn số lượng đĩa bị động( số đôi bề mặt ma sát).

3.2.3.4 Tính toán kiểm tra điều kiện làm việc của ly hợp.

3.2.3.5 Tính chọn lò xo:

3.2.3.6 Tính toán bền lò xo ép của đĩa ly hợp.

3.2.3 Tính toán các thông số kết cấu:

3.2.3.2 Xác định kích thước cơ bản của ly hợp.

a) Chọn đường kính trong và ngoài của ly hợp.

- Đường kính ngoài của tấm ma sát được chọn theo công thức kinh nghiệm sau:

3.2.3.3 Chọn số lượng đĩa bị động( số đôi bề mặt ma sát).

- Mô men ma sát Me

Me = β.Memax = .P.Rtb.i (3.3)

- Kiểm tra áp suất riêng trên bề mặt đĩa ma sát theo công thức q:

Nếu q < [q] thì điều kiện về áp suất trên bề mặt được thoả mãn.

q > [q] thì ta cần tính toán lại vì không thoả mãn

3.2.3.4 Tính toán kiểm tra điều kiện làm việc của ly hợp.

a) Xác định công trượt và công trượt riêng.

 Công trượt:

3.6

Hình 3.15 Sơ đồ tính toán công trượt.

a) Mô hình tính toán; b) đồ thị biến thiên vận tốc góc

Với A được tính theo công thức:

3.8

 Công trượt riêng.

 Kiểm tra theo nhiệt độ các chi tiết.

(3.9)

Mức gia tăng nhiệt độ:

(3.10)

c ) Lò xo đĩa.

Với:

Pe: Lực ép ban đầu; P: Tổng lực ép

trên đĩa ép; Δl: Biến dạng nén; Δld:

Biến dạng ban đầu; Δl i: Biến dạng

3.2.3.6 Tính toán bền lò xo ép của đĩa ly hợp

a) đối với lò xo đĩa côn

B

De Flx

 Đinh tán ghép tấm ma sát với xương đĩa bị động + Lực tác dụng lên mỗi đinh :

3.2.4.2 Tính toán bền lò xo giảm chấn của ly hợp.

Hình 3.26 Giảm chấn ly hợp.

1: Đĩa bị động; 2: Vành bắt đĩa bị động;

3: Lò xo giảm chấn; 4: Moay ơ; 5: Vòng ma sát; 6: Chốt tán đĩa bị động vào moay ơ

- Mô men xoắn cực đại truyền đến trục ly hợp theo điều kiện bám là:

3.3.1.1 Sơ đồ kết cấu hộp số cơ khí.

3.3.1.2 Tính đa dạng của kết cấu hộp số cơ khí

Hình 3.35 Sơ đồ hộp

số 2 trục số 4 cấp

Hình 3.38 Sơ đồ hộp số 4 cấp Hình 3.39 Sơ đồ hộp số 5 cấp

+ Với hộp số 3 trục 4 cấp số : chọn hình ( 3.36 ).

+ Với hộp số 3 trục 5 cấp số : chọn hình ( 3.39 ).

tl e

bx h

i M

r

G i





.

.

0 max

max

1 + Tỷ số truyền của truyền lực chính.

65 , 2

2

Sau khi đã biết được khoảng cách trục A.( sơ bộ ),môđun( m ), góc nghiêng 

- Số lượng răng của các bánh răng chủ động được xác định:

+ Số truyền thứ nhất của hộp số Z1:

) 1

(

.

2

COS A

+ Số truyền thứ 2 của hộp số Z2:

) 1

(

.

COS A

z   

+ Số truyền thứ n của hộp số Zn:

) 1 (

2

hn n

n

i m

COS

A n

z   

Khi chưa biết khoảng cách trục (A).

Ta chọn số lượng răng của bánh răng chủ động ở số truyền thứ nhất của hộp số:

) 20 12

'

z 