TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ Ô TÔ DU LỊCH, LOẠI ĐỘNG CƠ DIEZEL

+ Tính toán kích thước cơ bản của trục và các cặp bánh răng hộp số.. Xác định các thông số điều khiển hộp số ô tô mà chủ yếu là tính toán xác địnhcác thông số cơ bản của bộ đồng tốc hộp

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Ô TÔ

1 Đầu đề thiết kế: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ Ô TÔ

2 Số liệu cho trước:

+ Loại động cơ: Diesel

+ Trọng lượng toàn bộ: 2800[kG]

+ Tốc độ cực đại của xe: 120[km/h]

+ Bán kính làm việc của bánh xe: 0.33[m]

3 Yêu cầu:

3.1 Các nội dung thuyết minh và tính toán:

+ Tổng quan về hộp số.

+ Chọn tỷ số truyền của số thấp nhất và tính số cấp của hộp số

+ Chọn loại/kiểu, sơ đồ động học của hộp số

+ Tính toán kích thước cơ bản của trục và các cặp bánh răng hộp số

+ Tính toán và xác định các thông số cơ bản của bộ đồng tốc hộp số

1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Công dụng và yêu cầu:

Đồ án thiết kế ô tô là một trong những đồ án quan trọng đối với sinh viênngành động lực ô tô Thông qua đồ án này sinh viên có khả năng đọc, hiểu cũngnhư thuần thục về cấu trúc của hệ thống truyền lực ô tô nói chung và hộp số ô tônói riêng để thuận tiện cho công việc sau này Sự dạy dỗ nhiệt tình của giáo viêncũng cho em thấy được tầm quan trọng của môn học cũng như đồ án môn học vànhiệm vụ của chúng em là phải hoàn thành tốt đồ án này

Thông qua đây em xin chân thành cảm ơn TS Lê Văn Tụy đã tận tình giúp đỡ

em hoàn thành đồ án này

Nhằm xác định các thông số cơ bản của hộp số

Chủ yếu là tính toán, xác định số cấp của hộp số, giá trị tỷ số truyền của hộp

số nhằm đảm bảo yêu cầu về tính năng động lực cũng như nhiên kiệu của xe trongmọi điều kiện làm việc

Xác định các thông số điều khiển hộp số ô tô mà chủ yếu là tính toán xác địnhcác thông số cơ bản của bộ đồng tốc hộp số nhằm không những nâng cao tínhnăng động lực học mà còn đảm bảo gài số êm dịu, nhẹ nhàng

 Yêu cầu của hộp số:

Đủ các tỷ số truyền cần thiết

Có số lùi

Yêu cầu chung: - Hiệu suất cao

- Kết cấu đơn giản

- Điều khiển nhẹ nhàng

* Đối với xe du lịch: Thường là 4, 5 hoặc 6 số và có 1 số lùi Hộp số có thể có 2đến 3 trục

+ Loại 2 trục:

Ưu: + Đơn giản

+ Truyền ở trục thứ cấp theo 2 chiều

Nhược:+ Không có số truyền thẳng

+ Kích thước chiều ngang lớn.

+ Loại 3 trục:

Ưu: + Có số truyền thẳng, η = 1

+ Kích thước chiều ngang gọn

Nhược:+ Hiệu suất thấp, trừ số truyền thẳng

+ Kết cấu phức tạp

* Đối với xe khách: Thường có 2 hộp số, một hộp số chính và một hộp số phụ( hộp số phụ có thể bố trí trược hoặc sau hộp số chính) Vì loại xe này luôn làmviệc trong tình trạng tải luôn thay đổi và thường chạy trên những đoạn đường có

độ dốc không lớn lắm cho nên số cấp tương đối nhiều hơn xe du lịch

* Đối với xe tải: Do vận chuyển hàng hóa là khối lượng chính và hoạt động trongnhững địa hình có đồi dốc tương đối lớn : đèo, gặp đèn đỏ… nên số cấp của hộp

số xe này thường là 8 đến 10 hoặc 16… và có 2 cần số điều khiển

Điều khiển: Lái xe chỉ cần kéo cần gài số sang các vị trí cần gài ta được số cầngài.

Loại 3 trục:

Hộp số nhiều cấp:

 Hộp số phụ bố trí phía sau:

Khi ống gài D gài sang phải thì tỷ số truyền là 1, khi ống D gài sang trái thì tỷ sốtruyền của hộp số phụ là:

 Hộp số phụ bố trí phía trước:

Trong trường hợp này thì hộp số phụ đóng vai trò là hộp số chia đườngtruyền Khi : ip1 = 1 thì truyền thẳng đến hộp số chính.

Khi ωk và ωk+1 không cùng tốc độ nên không gài được Vì thế:

+ Giảm bớt số răng trên ống gài

+ Dùng bộ đồng tốc: dễ gài và tránh va đập

2 Bộ đồng tốc:

Cấu tạo bộ đồng tốc:

+ Nhóm ma sát: để đồng đều nhanh tốc độ

+ Nhóm phản lực: Không cho gài số khi chưa đồng đều tốc độ

+ Nhóm định vị: đưa vành ma sát vào tiếp xúc trước và giữ cho đồng tốc ở vị trítrung gian khi không gài số

2.1 Tính toán xác định các thông số yêu cầu ban đầu.

Thế số vào ta được tỷ số truyền thấp nhất của hộp số :

b Số cấp:

Đối với hộp số xe ô tô du lịch và xe khách thì: dựa vào tính năng động lực của

xe và cách bố trí của hệ thống truyền lực có thể chọn số cấp của hộp số từ 3-5 số.Chọn trước công bội q=1,5

Số cấp được xác định:

Thế số:

Vậy chọn n=4 ( Hộp số 4 cấp)

* Các tỷ số truyền trung gian:

Đối với ô tô du lịch và ô tô liên tỉnh thường làm việc trong điều kiện đường sátương đối tốt, hệ số các tổng cộng của mặt đường nhỏ nên thường làm việc ở vùng

có tỷ số truyền nhỏ hay số truyền lớn Nên số truyền trung gian được xác định theocấp số điều hòa nhằm sử dụng tốt công suất động cơ khi sang số như sau:

Trong đó: a: hằng số điều hòa của dãy tỷ số truyền hộp số, được xác định bằng:

ih1: tỷ số truyền số thấp nhất của hộp số

ihn: tỷ số truyền số thấp cao của hộp số

suy ra:

Tỷ số truyền ở các tay số trung gian:

Tỉ số truyền của số lùi, được xác định theo công thức sau:

ihl = (1,2 1,3).ih1Chọn: ihl = 1,2 ih1= 1,2.3,75 = 4,5

2.2 Sơ đồ động của hộp số:

Sơ đồ động của hộp số loại 3 trục cố định, 4 số tiến có số trục như nhau, khácnhau chủ yếu ở các cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp và cách bố trí số lùi Ở hầuhết các tay số đều sử dụng bánh răng nghiêng luôn luôn ăn khớp Để gài số có thểdùng ống gài hay đồng tốc Đối với ô tô du lịch thì yêu cầu phải gài êm dịu, nhẹnhàng Ở đây bố trí đồng tốc ở các số 1, 2, 3, 4 và phương án bố trí số lùi là khôngluôn luôn ăn khớp, các bánh răng số lùi là bánh răng thẳng Các bánh răng số lùi

đưa về thành cacte để tăng độ cứng vững, giảm kích thước phần chính của hộp số.

Số lùi được gài bằng cách di trượt bánh răng trung gian còn lại trên trục trung gian

và trục thứ cấp của hộp số Từ những phân tích trên ta thiết kế sơ đồ động học củahộp số xe du lịch 4 số tiến và một số lùi như sau:

a Sơ đồ xác định các kích thước sơ bộ của hộp số:

Hình 3.1.Sơ đồ xác định các kích thước chiều dài sơ bộ của hộp số xe dulịch

I-trục sơ cấp;

III-trục thứ cấp;

II-trục trung gian;

B-bề rộng ổ bi; -khoảng cách từ thành bên ổ bi đến thành bên bánh eăng gầnnhất; b-bề rộng bánh răng; H-chiều rộng của bộ đồng tốc; -chiều rộng của vaitrục; a-khoảng cách từ tâm ổ bi đến tâm bánh răng gần nhất; l1-khoảng cách từtâm ổ bi bên trái đến tâm bánh răng gài số 3; l-khoảng cách tâm hai gối đỡ trụctrung gian; A-khoảng cách trục hộp số

I

II

III

3.1 Tính toán thiết kế các thông số::

Ka- hệ số kinh nghiệm; Đối với ô tô du lịch Ka= 8,9  9,3

Vì hộp số thiết kế là hộp số của ô tô dùng động cơ điesel nên chọn Ka= 8,9

Mra = Memax ih1 (Nm)- mômen trên trục ra(thứ cấp) của hộp số

Ở đây: Memax- mômen cực đại của động cơ, Memax= 260 (Nm)

ih1- tỷ số truyền của tay số một, ih1 = 2,55

Vậy: Mra = 260.2,55 = 663 (Nm)

Theo số liệu thống kê, đối với xe du lịch thì: A = (65  80) (mm)

Vậy A = 77,58 (mm) là thỏa mãn

b Kích thước chiều trục của hộp số :

Kích thước chiều trục của hộp số được xác định dựa vào kích thước chiềurộng của các chi tiết lắp trên trục, như: bánh răng, ổ trục, đồng tốc, các kíchthước này có thể xác định sơ bộ theo khoảng cách trục A, theo các công thức kinhnghiệm sau [3]:

ở đây: Kd= (4,04,6) - hệ số kinh nghiệm

Memax - mômen cực đại của động cơ theo đề bài cho(Nm)

chọn Kd= 4

Chọn d1=26mm

- Đường kính các trục trung gian (d2) và thứ cấp (d3):

+ ở phần giữa (đối với trục bậc):

d2,3  0,45.A = 0,45 77,58 = 34,91mmChọn d2,3=35 (mm)

d các thông số chính của bánh răng:

Môduyn pháp tuyến (mn) của các bánh răng có thể tính theo công thức kinhnghiệm sau [3]:

chọn : mn = 0,035.A = 0,035.77,58 = 2,71 (mm)

Theo dãy số tiêu chuẩn 1 [3]: mn = 2,7 (mm)

Góc nghiêng của bánh răng nghiêng ( )

Góc nghiêng  được chọn theo hai điều kiện [3]:

- Điều kiện 1: đảm bảo độ trùng khớp chiều trục () không nhỏ hơn một, để bánhrăng ăn khớp chiều trục được êm dịu, tức là:

Hay   arcsin(mn./b) = arcsin(3,14.2,7/17,84) =28,36 (rad)

Tức là:  28o22’

Trong đó: ts- là bước ren

- Điều kiện hai: lực chiều trục tác dụng các bánh răng nghiêng của trục trung gianphải tự cân bằng, để giảm lực tác dụng các ổ trục Muốn vậy, hướng nghiêng củatác cả các bánh răng trên trục phải giống nhau và thoả mãn điều kiện:

Trong đó: i và ri - góc nghiêng và bán kính vòng lăn của bánh răng tay số i trêntrục trung gian; 1 và r1 - góc nghiêng và bán kính vòng lăn của bánh răng luônluôn ăn khớp của bánh răng trục sơ cấp

Thực tế, lực chiều trục không thể cân bằng hoàn toàn và trên ô tô người ta

sử dụng các bánh răng có góc nghiêng  khác nhau, để tại điều kiện thuận lợi chocông nghệ và sửa chữa

Theo số liệu thống kê, góc nghiêng các bánh răng hộp số ô tô du lịch hiệnnay nằm trong khoảng:  = 220340 chọn  = 330

Số răng tổng của các cặp bánh răng (Z∑)

Sau khi đã chọn chọn được khoảng cách trục A, môđuyn mn và gócnghiêng , như sau: A = 77,58(mm); mn = 2,7 (mm);  = 330

công thức [3]:

Z làm tròn về phía số nguyên gần nhất, vậy Z = 48(răng)

Để giải quyết sai lệch xuất hiện khi làm tròn số răng, có thể dùng một trongcác biện pháp sau[3]:

- Hiệu chỉnh lại góc nghiêng , theo công thức:

Trong trường hợp dùng bánh răng không dịch chỉnh hoặc bánh răng dịchchỉnh đều t = 0 Biện pháp này làm mất tính thống nhất về giá trị góc nghiêng của các bánh răng hộp số bởi vậy, làm phức tạp quá trình chế tạo và sửa chữabánh răng, nên ít được dùng, hơn nữa cũng không áp dụng được nếu cặp bánh răng

có răng thẳng Do vậy, ta dùng phương pháp dịch chỉnh thứ hai

Xác định số răng của các bánh răng:

định tiếp số răng của các bánh răng tương ứng, nhờ hệ phương trình sau [3]:

Z1k + Z2k = Z (3.7) Z1k = Z /(igk +1) (3.8)

Z2/ Z1 = igk Z2 = Z - Z1

Trong đó: igk - tỷ số truyền cặp bánh răng được gài của tay số thứ k.

igk = ihk/ ia : đối với hộp số ba trục

Ở đây: ihk- tỷ số truyền hộp sô ở tay số thứ k

ia - tỷ số truyền của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp Giá trị ia hợp

lý là xác định theo ih1 đảm bảo sao cho:

+ Bánh răng số một có kích thước để cho có thể chế tạo trục trung gian đảmbảo độ cứng vững cần thiết

+ Số răng bánh răng chủ động của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp khôngđược nhỏ hơn 12 để đảm bảo chất lượng ăn khớp và điều kiện không cắt chânrăng

+ Kích thước bánh răng chủ động của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp phải

đủ lớn để có thể bố trí gối đỡ trước của trục sơ cấp ở bên trong

+ Đường kính ngoài của bánh răng phải nhỏ hơn đường kính lỗ lắp ổ trụctrên vỏ để đảm bảo điều kiện lắp ghép hộp số

+ Để giảm tải trọng, tỷ số truyền tay số một cần phân phối cho cặp bánhrăng được gài nhiều hơn, tức là: ig1 ia

Kinh nghiệm cho thấy, tỉ số truyền ih1 phân phối tương đối hợp lí nếu Z1 =(1517) răng: đối với ôtô du lịch có ih1= (3,5 3,8) Vì hộp số có mô đuyn bánhrăng nhỏ mn = 2,7 (mm), nên chọn Z1 = 17(răng)

Tỷ số truyền của cặp bánh răng được gài của tay số thứ k được xác địnhtheo công thức[3]: igk = ihk/ ia

- Số răng của cặp bánh răng được gài ứng với các tay số thứ k của hộp số:

+ Cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp (Za, Za’):

Za = 20(răng); Za’ = 28(răng)+ Cặp bánh răng gài ở tay số một (Z1, Z2)

Z11 = 17 (răng); Z21 = 48 - 17 = 31 (răng) + Cặp bánh răng gài ở tay số hai (Z12, Z22)

Z1 = Z /(ig2 +1) = 48/(1,2+1) = 21,82 Chọn Z2 = 22(răng)

 Z22 = Z - Z12 = 48 - 22 = 26(răng)+ Cặp bánh răng gài ở tay số ba (Z13, Z23)

Z1 = Z /(ig3 +1) = 48/(0,9+1) = 25,26 chọn Z1 = 25 (răng)

 Z23 = Z - Z13 = 48 - 25 = 23 (răng)

- Xác định lại tỷ số truyền của cặp bánh răng được gài của từng tay số thứ k:

+ Tỷ số truyền của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp (ia’):

ia’= 1,4+ Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số một ( i’g1):

i’g1 = Z2/ Z1 = 31/17 = 1,82+ Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số hai(i’g2):

i’g2 = Z2/ Z1 = 26/22 = 1,18 + Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số ba (i’g3):

i’g3 = Z23/ Z13 = 23/25 = 0,92

- Xác định lại tỷ số truyền thực tế của hộp số ứng với từng tay số:

Trong đó: i’hk - tỉ số truyền thực tế của hộp số ứng với tay số thứ k

i’a- tỉ số truyền thực tế của cặp bánh răng luôn ăn khớpi’gk- tỉ số truyền thực tế của cặp bánh răng gài ở tay số thứ kVới công thức (3.10), ta có tỷ số truyền thực tế của hộp số ứng với từng tay số:

Ta có: Z1

L = Z /(igl +1) = 48/(2,37+ 1) = 14,2433 (răng)Chọn Z1

L = 14 (răng), suy ra: Z2

Trong đó: Ai- là khoảng cách trục (mm); mn: mô đuyn của bánh răng (mm)

Z,Z’- số răng của bánh răng chủ động và bị động ăn khớp.

mn - môduyn của các bánh răng,mn = 2,7 (mm)

A z1 l

O3 O2

2 l

z

** Sơ đồ tính toán đồng tốc:

Hình 4.7.Sơ đồ tính toán đồng tốcTrong sơ đồ này, hệ thống đồng tốc về nguyên tắc được chia thành haiphần:

+ Phần thứ nhất: bao gồm các khối lượng có liên hệ động học với trục thức cấp,như các khối lượng quay, tính từ trục thứ cấp đến bánh xe chủ động và khối lượngchuyển động tịnh tiến của ôtô Mômen quán tính của các khối lượng này, được quidẫn về trục thứ cấp và kí hiệu là Ja

+ Phần thứ hai:bao gồm các chi tiết có liên hệ động học với trục sơ cấp của hộp số(tính từ đĩa bị động li hợp đến bánh răng cần gài), như: đĩa bị động li hợp, trục sơcấp hộp số, trục trung gian và các bánh răng trên nó, các bánh răng trục thứcấp, Mômen quán tính của các khối lượng này được qui dẫn về trục sơ cấp củahộp số và kí hiệu là Jb

Các kí hiệu lực và kích thước trên sơ đồ, được giải thích cụ thể trong cácphần có liên quan

.** Xác định các kích thước cơ bản của đồng tốc

Để xác định được các hích thước cơ bản của đồng tốc, cần thiết lập mốiquan hệ giữa các thông số kích thước và chỉ tiêu làm việc của đồng tốc Muốn vậy

ta tiến hành như sau:

+ Viết phương trình chuyển động cho khối lượng quán tính Jb khi chuyển số, vớicác giả thiết:

- Bỏ qua ảnh hưởng lực cản của dầu bôi trơn đến sự giảm tốc độ góc củabánh răng

- Tốc độ của ôtô trong thời gian chuyển số không thay đổi

Các nghiên cứu cho thấy các giả thiết này hợp lí khi sức cản tổng cộng củađường 0,15 và thời gian đồng tốc tc 1,0 (s) Ta có:

với: Pđk- lực tác dụng lên đòn điều khiển(N) Pđk= 45 N

iđk- tỷ số truyền từ đòn điều khiển đến nạng gạt đồng tốc, iđk= 1,5  2,5

chọn iđk= 1,5 đk- Hiệu suất dẫn dộng tương ứng, chọn đk= 0,85

Và: N = .nM/30 (rad/s) [nN = 1800 (vg/ph) theo đề bài cho]

Suy ra N = 3,14.1800/30 = 188.49(rad/s)

Jb: mô men quán tính qui dẫn, được xác định như sau:

JΣ = Jlh + Jsc + Jtgia-2 + Jhi.ihi-2 + Jsl.isl-2 (4.65)Trong đó:

Jlh, Jsc,Jtg- mô men quán tính đĩa bị động ly hợp, trục sơ cấp hộp số, trụctrung gian và bánh răng lắp trên nó

Jhi, Jsl- mô men quán tính bánh răng của tay số thứ i, đặt trên thứ cấp, bánhrăng hay khối bánh răng số lùi luôn luôn ăn khớp với trục trung gian

ia, ihi, isl- tỷ số truyền của cặp bánh răng dẫn động trục trung gian (luôn luôn

ăn khớp), và cặp bánh răng gài ở tay số thứ i của hộp số, tỉ số truyền từ trục sơ cấpđến bánh răng hay khối bánh răng số lùi

+ Mô men quán tính của đĩa bị động ly hợp:

Jlh1: mô men quán tính phần xương của ly hợp

Jlh2: mô men quán tính phần may-ơ ly hợp

Đường kính ngoài của đĩa bị động ly hợp (D2) được giới hạn bởi đường kính bánh

đà động cơ, thường chọn sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau [1]:

c: hệ số kinh nghiệm , chọn c = 4,7: đối với ôtô du lịch

Xác định bán kính vòng trong R1: bán kính trong R1 và bán kính ngoài R2

không được khác nhau quá lớn, vì sự chênh lệch bán kính dẫn đến chênh lệch tốc

độ trượt tiếp tiếp và gây ra hiện tượng mòn không đều vòng ma sát kể từ trong rangoài do đó:

R1 = (0,53  0,75) R2 chọn R1 = 0,70 R2=0,70 235 /2= 82,25(mm)

Suy ra D1 = 2.R1 = 2.82,25 = 164,5 (mm)

Mô men quán tính Jlh1 được tính như sau [5]:

 = 7,8.10-6(Kg/mm3) - khối lượng riêng của thép

Jtgt - mô men quán tính của trục trung gian

Jzi - mô men quán tính của bánh răng trên trục trung gian

Mô men quán tính trục trung gian tính như sau:

l = 208,07 (mm) - chiều dài trục trung gian

Jzi = [(da4 - dtg4) + (d14 - d’4) + (d24 - d’24).b’/b + (d34 - d’34).b’/b +(dL4 - d’4)]

b’ = b = 16(mm)- bề dày các bánh răng; da, d1, d2, d3, dL - đường kính vònglăn bánh răng z’a, z11, z12, z13, zL1; dtg, d’1, d’2, d’3, d’ - đường kính trục ứng với tại

vị trí các bánh răng tương ứng, xem trục là trơn nên dtg= d’1= d’2= d’3= d’=35(mm) Vậy: