đồ án ôtô thiết kế hộp số xe buýt có thuyết minh và bản card hoàn thiện

+ Ưu điểm: Động cơ và hệ thống truyền lực ít bị quá tải, ôtô sẽ có tính năng thông qua cao, momen xoắn truyền đến các bánh xe chủ động liên tục và êm dịu do đó tăng tuổi thọ các chi tiết

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ 3

1.1 Công dụng và yêu cầu của hộp số 3

1.1.1 Công dụng của hộp số 3

1.1.2 Yêu cầu của hộp số 3

1.2 Phân loại hộp số 4

1.2.1 Theo phương pháp điều khiển 4

1.2.1.1 Hộp số cơ khí ( điều khiển bằng tay) 4

1.2.1.2 Hộp số tự động 4

1.2.1.3 Hộp số bán tự động 4

1.2.2 Theo tính chất truyền momen 4

1.2.2.1 Hộp số vô cấp 5

1.2.2.2.Hộp số có cấp 5

1.2.3 Theo số trục chứa các cặp bánh răng truyền số 5

1.2.3.1 Hộp số hai trục 5

1.2.3.2 Hộp số ba trục 5

1.2.4 Dựa theo số cấp của hộp số 6

1.2.4.1 Hộp số thường 6

1.2.4.2 Hộp số nhiều cấp 6

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU VÀ PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ 7

2.1 Tính toán xác định các thông số yêu cầu ban đầu 7

2.1.1 Xác định tỷ số truyền và số cấp của hộp số 7

2.1.1.1 Tỷ số truyền tay số một của hộp số 7

2.1.1.2 Số cấp của hộp số 10

2.1.1.3 Tỷ số truyền các tay số trung gian 10

2.2 Phân tích các phương án thiết kế hộp số 11

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ XE BUÝT 16

3.1 Tính toán thiết kế các thông số cơ bản của trục và các cặp bánh răng hộp số 16

3.1.1 Khoảng cách trục của hộp số 16

3.1.2 Kích thước theo chiều trục cacte hộp số 16

3.1.3 Tính toán số răng của các bánh răng hộp số 17

3.1.3.1 Mô-duyn và góc nghiêng bánh răng hộp số 17

3.1.3.2 Số răng của bánh răng hộp số 17

3.1.3.3 Đường kính trục của hộp số 22

3.1.3.4 Đường kính vòng chia và momen quán tính học của bánh răng hộp số 24

3.2 Tính toán xác định các thông số cơ bản của bộ đồng tốc hộp số 30

3.2.1 Chọn kiểu đồng tốc 30

3.2.2 Momen quán tính khối lượng tổng cộng quy dẫn về trục ly hợp 31

3.2.3Mômen ma sát yêu cầu của bộ đồng tốc, Mms: 34

3.2.4 Bán kính ma sát của bộ đồng tốc 36

3.2.5 Chiều rộng của bề mặt vành ma sát của đồng tốc 37

3.3 Tính toán kiểm tra các thông số cơ bản của đồng tốc 38

3.3.1 Momen ma sát thực tế của đồng tốc 38

3.3.2 Thời gian chuyển số thực tế của đồng tốc 39

3.3.3 Công trượt của đôi bề mặt ma sát 41

3.3.4 Công trượt riêng của đôi bề mặt côn ma sát của đồng tốc 42

KẾT LUẬN 44

Tài Liệu Tham Khảo: 45

Ngoài ra, hộp số còn dùng để :

- Tách lâu dài động cơ khỏi hệ thống truyền lực khi cần thiết, như khi khởi động động cơ, khi dừng xe cho động cơ chạy không tải, khi cho xe chạy theo quán tính…

- Dẫn động các bộ phận công tác trên các xe chuyên dùng, như xe có tời kéo, xe tự đổ, cần cẩu… và các thiết bị khác

1.1.2 Yêu cầu của hộp số

- Có dãy tỉ số truyền phù hợp nhằm đảm bảo tốt tính năng động lực và tính năng kinh tế nhiên liệu cần thiết

- Khi gài số không sinh ra các lực va đập lên các răng nói riêng và hệ thống truyền lực nói chung

- Hộp số phải có vị trí trung gian để có thể ngắt truyền động khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian dài, phải có cơ cấu chống gài hai số cùng lúc

để đảm bảo an toàn cho hộp số không bị gãy vỡ

- Hộp số phải có số lùi để cho phép xe chuyển động lùi, đồng thời phải

có cơ cấu an toàn chống gài số lùi ngẩu nhiên

- Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, bề vững

- Hiệu suất cao, kích thước khối lượng nhỏ, giá thành rẻ

1.2 Phân loại hộp số

1.2.1 Theo phương pháp điều khiển

Chia ra các loại: Điều khiển bằng tay, điều khiển tự động và bán tự động 1.2.1.1 Hộp số cơ khí ( điều khiển bằng tay)

Là hộp số điều khiển hoàn toàn bằng kết cấu cơ khí, dựa trên tỉ số truyền khác nhau của các cặp bánh răng ăn khớp

+ Ưu điểm: kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, giá thành thấp, dễ bảo dưỡng, sửa chữa, hiệu suất cao

+ Nhược điểm: cồng kềnh, mất nhiều thời gian để chuyển số, điều khiển nặng nhọc, khó tạo cảm giác êm dịu khi chuyển số

+ Ưu điểm: đơn giản về kết cấu, giảm bớt các thao tác cho người lái + Nhược điểm: tăng giá thành, khó khăn trong việc bảo dưỡng sửa chữa 1.2.2 Theo tính chất truyền momen

Có thể chia hộp số thành hai loại: hộp số vô cấp và hộp số có cấp

1.2.2.1 Hộp số vô cấp

Kiểu hộp số vô cấp có momen truyền qua hộp số biến đổi liên tục, cho phép thay đổi liên tục trong một giới hạn nào đó giá trị tỉ số truyền và momen xoắn truyền đến bánh xe chủ động

+ Ưu điểm: Động cơ và hệ thống truyền lực ít bị quá tải, ôtô sẽ có tính năng thông qua cao, momen xoắn truyền đến các bánh xe chủ động liên tục và

êm dịu do đó tăng tuổi thọ các chi tiết trong hộp số

+ Nhược điểm:Kết cấu phức tạp, đắt tiền, chế tạo phức tạp, hiệu suất truyền lực nhỏ hơn truyền lực có cấp, tăng tiêu hao nhiên liệu khi ô tô hoạt động ở tốc độ thấp

+ Nhược điểm:Phải thường xuyên thực hiên các thao tác chuyển số để phù hợp với sức cản của đường

1.2.3 Theo số trục chứa các cặp bánh răng truyền số

Có thể chia hộp số thành hai loại:Hộp số hai trục và hộp số ba trục 1.2.3.1 Hộp số hai trục

Hộp số hai trục có trục sơ cấp lắp bánh răng chủ động và trục thứ cấp lắp bánh răng bị động của các số truyền tương ứng Hộp số hai trục không tạo được số truyền thẳng do muốn tạo ra một tỷ số truyền phải qua một cặp bánh răng

1.2.3.2 Hộp số ba trục

Hộp số ba trục có trục sơ cấp và thứ cấp lắp đồng trục với nhau, ngoài ra còn có thêm trục trung gian nhằm tăng độ cứng cho trục thứ cấp và duy trì sự

ăn khớp tốt nhất giữa các căp bánh răng

1.2.4 Dựa theo số cấp của hộp số

Chia hộp số thành hai loại: hộp số thường và hộp số nhiều cấp

1.2.4.1 Hộp số thường

Kiểu hộp số thường số có số cấp nhỏ hơn hoặc bằng 6

+ Ưu điểm: Giảm số lần gài, đơn giản cơ cấu điều khiển, giảm được khối lượng của hộp số do đó góp phần giảm tự trọng của ôtô

+ Nhược điểm:Số cấp nhỏ làm giảm tính năng động lực và tính kinh tế nhiên liệu của ô tô

+ Ưu điểm : Tính năng động lực học và tính kinh tế nhiên liệu tăng,tăng khả năng tải, giúp ôtô làm việc được trong điều kiện nặng nhọc + Nhược điểm:Kết cấu phức tạp, hộp số cồng kềnh, cơ cấu điều khiển phức tạp

Ngoài ra dựa vào kết cấu của hộp phụ có thể chia ra: hộp số nhiều cấp với hộp số phụ kiều bánh răng thường,hộp số nhiều cấp với hộp số phụ kiều bánh răng hành tinh

Dựa vào vị trí bố trí hộp số phụ có thể chia ra: hộp số nhiều cấp với hộp

số phụ bố trí phía trước, hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí phía sau

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU VÀ PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ

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

2.1.1 Xác định tỷ số truyền và số cấp của hộp số

Tỷ số truyền và số cấp của hộp số phải đảm bảo cho xe có chất lượng động học và tính kinh tế nhiên liệu tốt

Điều khiển hộp số dễ dàng, thuận tiện

2.1.1.1 Tỷ số truyền tay số một của hộp số

Giá trị tỷ số truyền ở tay số một của hộp số được xác định theo điều kiện kéo như sau: Theo [1]

t e

bx h

i M

r G

i





.0 max

max

(2.1) Trong đó:

Ga : trọng lượng toàn bộ của xe

Hiệu suất của hệ thống truyền lực

Theo [6], Xe thiết kế là xe buýt có ηt = 0,82÷0,85, chọn ηt = 0,85

i0: là tỷ số truyền của truyền lực chính

Giá trị tỷ số truyền của truyền lực chính i0 cùng với tỷ số truyền cao nhất

của hộp số ihn được xác định theo tốc độ chuyển động lớn nhất của xe vmax[m/s]

ứng với tốc độ góc lớn nhất của động cơ ωemax[rad/s] Theo [1] ta có

max

max 0

.

.

a hn

bx e

v i

r



(2.2) Trong đó:

ihn : tỷ số truyền cao nhất của hộp số, thường chọnihn =1(do truyền

thẳng)

ωemax: tốc độ góc lớn nhất của động cơ, được xác định theo loại động cơ

và chủng loại xe như sau

Theo [5], Xe thiết kế là xe buýt, động cơ xăng ωemax=(1÷1,25).ωN

Chọn ωemax =1 để tận dụng hết công suất động cơ

Với ωN: là tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ

]/[94,39760

3800 260

2

s rad

1000.110

s m





Thay các thông số đã tính ở trên vào công thức (2.2) ta được:

v i

r i

a hn

bx

56 , 30 1

45 , 0 94 , 397 1

= 85 , 0 859 , 5 425

45 , 0 117720

24 , 0

=

.

0 max

max 1

t e

bx h

i M

r G

bx h

i M

r G i





 .

.

0 max

mcđ: là hệ số phân bố lại tải trọng lên cầu chủ động

Theo [1], mcđ = (1,2÷1,35), chọn mcđ =1,3

φ : hệ số bám giữa lốp với mặt đường

Theo [5], Xe buýt thường xuyên hoạt động trên đường nhựa hoặc bê tông có hệ

số bám φ =(0,7÷0,8), chọnφ = 0,75

3,1.45,0.117720

7,0.75,0

=

0 max 1

t e

bx h

i M

r G i

2.1.1.2 Số cấp của hộp số

Theo [1], Số cấp của hộp số được xác định theo công thức:

1)

ln(

)ln(

)ln( 1

Trong đó: n: số cấp của hộp số

ih1: tỷ số truyền ở tay số 1 của hộp số

Kết quả tínhih1 = 6,007

ihn: tỷ số truyền tay số cao nhất (ihn=1)

q: công bội của dãy tỷ số truyền, q được chọn theo kinh nghiệm Theo [3], Đối với xe buýt sử dụng động cơ xăng, hộp số thường

q=1,5÷1,7 , chọn q = 1,6

Thay các thông số vào công thức trên ta được:

815 , 4 1 )

6 , 1 log(

) 1 log(

) 007 , 6 log(

1 )

log(

) log(

) log( 1

Chọn số nguyên n*=5 Vậy số cấp của hộp số n=5

2.1.1.3 Tỷ số truyền các tay số trung gian

Đối với xe buýt, thường xuyên làm việc với các số truyền trung gian và thấp, nên các số truyền trung gian được xác định theo cấp số nhân với công bội q*

1

007 , 6

1 5

n hn

hi

i q

Theo [1], Tỷ số truyền trung gian thứ k(k=2÷4) của hộp số xác định theo công thức:

i i

Thay các thông số vào công thức trên ta được:

Tỷ số truyền ở tay số 2 của hộp số:

566,1

007,6

1 2 1

2

1 2

007,6

1 3 1

3

1 3

007,6

1 4 1

4

1 4

q

i

h      

2.2 Phân tích các phương án thiết kế hộp số

Với số cấp của hộp số là 5 số như đã tính toán ta tiến hành phân tích lựa chọn một loại hộp số trong đó có 5 số tiến và 1 số lùi

Phương án 1 : Sử dụng hộp số hai trục, 5 cấp

Hình 2-1: Sơ đồ hộp số hai trục, 5 cấp

Phương án 2 : Sử dụng hộp số ba trục, 5 cấp, trong đó các bánh răng số 1 và

số lùi luôn luôn ăn khớp

Hình 2-2: Sơ đồ hộp số ba trục, 5 cấp, với bánh răng số 1 và số lùi luôn luôn ăn

- Nhược điểm:

+ Cần đặt tự do trên trục bánh răng số lùi có kích thước khá lớn, do đó làm tăng số lượng các bánh răng và momen quán tính các chi tiết quay, bởi vậy tăng tải trọng tác dụng lên đồng tốc

+ Không đảm bảo độ cứng vững của trục do số bánh răng trên trục thường lớn hơn hoặc bằng 6

Phương án 3: Sử dụng hộp số ba trục, 5 cấp, trong đó các bánh răng số 1 và số lùi đều không luôn luôn ăn khớp

Hình 2-3: Sơ đồ hộp số ba trục, 5 cấp, với bánh răng số 1 và số lùi không luôn

+ Ở các số truyền khác, momen truyền qua hai cặp bánh răng, do đó có thể tạo được tỷ số truyền lớn với kích thước khá nhỏ gọn, nhờ đó giảm được trọng lượng toàn bộ của ô tô

- Nhược điểm:

+ Hiệu suất giảm ở các tay số trung gian

+ Do cấu trúc đặt biệt trục gối trục do đó cần phải gia công chính xác, ổ

bi đỡ làm việc căng thẳng

 Từ những phương án trên ta thấy:

Các xe buýt hiện nay thường bố trí động cơ đặt dọc phía sau truyền động các đăng đến cầu sau chủ động Mặc dù có nhiều ưu điểm, xong (phương án 1)

do hộp số hai trục không phù hợpvới kiểu bố trí này Ngoài ra ở hộp số 2 trục,

tỷ số truyền tay số thấp bị hạn chế, mà xe buýt thường xuyên hoạt động ở vùng này Do đó hộp số hai trục thường không phù hợp lắp trên xe buýt

Với hộp số 3, nóđáp ứng được kiểu bố trí hệ thống truyền lực như trên

xe buýt, đồng thời với việc tạo số truyền thẳng giúp giảm mất mát công suất và tiếng ồn v…v

Qua phân tích 2 phương án (2 và 3) ở trên ta thấy phương án 3 là hợp lý hơn cả, do đó lựa chọn phương án 3 là :Sử dụng hộp số ba trục, 5 cấp, trong đó các bánh răng số 1 và số lùi đều không luôn luôn ăn khớp trên xe buýt thiết kế

Sơ Đồ Động Hộp Số Lựa Chọn:

Hình 2-3: Sơ đồ động hộp số ba trục, 5 cấp, với bánh răng số 1 và số lùi không

luôn luôn ăn khớp

 Một số đặc điểm của hộp số lựa chọn:

+ Các tay số cao đều sử dụng cặp bánh răng nghiêng thường xuyên ăn khớp, số 1 và số lùi sử dụng cặp bánh răng thẳng

+ Để gài số cho các tay số cao sử dụng đồng tốc, để gài số 1 và số lùi sử dụng bánh răng di trượt

+ Bánh răng trung gian ( đặt trên trục số lùi) có hai vành răng, khi đó điều kiện làm việc của vành răng là có lợi, do ứng suất thay đổi theo chu trình mạch động, cho phép thực hiện số lùi với tỷ số truyền cao hơn

Tỷ số truyền của số lùi: thường chọn ihl= (1,2÷1,3).ih1= 1,2.6,007 = 7,208

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ XE BUÝT

3.1 Tính toán thiết kế các thông số cơ bản của trục và các cặp bánh răng hộp số

3.1.1 Khoảng cách trục của hộp số

Theo [5], Khoảng cách trục A của hộp số có thể xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau:

i M k

1 max.



Trong đó:

ka: hệ số kinh nghiệm, có giá trị nằm trong khoảng sau:

Theo [5], Đối với xe buýt: ka= (8,6÷9,6), chọn ka = 9

Memax : Momen quay cực đại của động cơ, Theo đề Memax=425[N.m]

ih1: tỷ số truyền tay số 1, Như đã tính ih1=6,007

Thay các số liệu vào công thức trên ta được:

] [ 123 007

, 6 425 9

Chọn sơ bộ A= 123 [mm]

3.1.2 Kích thước theo chiều trục cacte hộp số

Kích thước chiều trục của hộp số được xác định dựa vào kích thước chiều rộng của các chi tiết lắp trên trục như: Bánh răng, ổ trục, ống gài và đồng tốc… Các kích thước này có thể xác định sơ bộ theo khoảng cách trục A như sau:

Chiều rộng các vành răng:

b ≈ (0,19 ÷ 0,23).A , Đối với xe buýt

3.1.3 Tính toán số răng của các bánh răng hộp số

3.1.3.1 Mô-duyn và góc nghiêng bánh răng hộp số

Để đảm bảo các bánh răng hộp số làm việc êm diệu, xu hướng chọn duyn mk có giá trị nhỏ, ngược lại góc nghiêng β thường có giá trị lớn như sau : + Mô-duyn : Theo [5], Xe buýtcó : m = (3,54)

mô-Chọn m = 3,5 [mm] cho các số truyền cao

Chọn m = 4 [mm] cho các số truyền thấp ( số 1 và số lùi ) + Góc nghiêng : Theo [5], Xe buýt có β =( 180÷300)

Chọn β=250cho các số truyền cao

Số 1 và số lùi ( răng thẳng,β =00)

3.1.3.2 Số răng của bánh răng hộp số

Đối với hộp số ba trục đồng trục, các số truyền đều phải qua hai cặp bánh răng, trong đó có một cặp bánh răng được dùng chung cho tất cả các số

truyền(trừ số truyền thẳng )gọi là cặp bánh răng luôn ăn khớp Nghĩa là nó luôn luôn làm việc với bất kỳ số truyền nào (trừ số truyền thẳng) Vì vậy khi phân chia tỷ số truyền cho cặp bánh răng này phải có giá trị đủ nhỏ để vừa đảm bảo tuổi thọ cho cặp bánh răng luôn ăn khớp vừa để cho số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp không được nhỏ quá

Theo kinh nghiệm số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp của Xe buýt là: Z1 =(12 ÷ 16), với ih1= (6 ÷ 8)

Chọn Z1=15 [răng]

Theo [2] ta có:

)1.(

cos 2

1 1

1 1

g

i m

A Z



1

cos 2

1 1

1

Z m

A

Trong đó : A : khoảng cách trục, theo kết quả tính toán A=123[mm]

ig1 : tỷ số truyền của bánh răng gài số một

β1 : góc nghiêng của cặp bánh răng gài số 1, [rad]

m1 : mô-duyn pháp tuyến của cặp bánh răng gài số 1, [mm] Thay số vào các công thức trên ta đươc:

1,3115

.4180

1416,3.0cos.123.21

cos 2

1 1

1 1

Z m

007,6

ih1 : tỷ số truyền số một của hộp số

ig1 : tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số 1

Từ đó suy ra tỷ số truyền của các cặp bánh răng gài số cho các số truyền khác :

igk=

a

hki

i

; với k= (2 ÷ n-1)

Trong đó : ihk : tỷ số truyền thứ k bất kỳ của hộp số(trừ số truyền thẳng)

igk : tỷ số truyền cặp bánh răng gài số thứ k bất kỳ(trừ số truyền thẳng) Thay số vào công thức trên ta có:

836,3

= 1,979

ig3 =

a

h i

i 3

=

938,1

449,2

564,1

= 0,807

Khi đã có được ia và ik thì số răng của bánh răng chủ động tương ứng Za và Zk(k=2÷4) được xác định theo công thức:

)1.(

cos 2

gk k

k k

i m

A Z



Trong đó : igk : Tỷ số truyền của bánh răng gài số thứ k, k=a,2÷4

βk :Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số thứ a,k(k=(2÷4),[rad]

mk : Mô-duyn pháp tuyến của cặp bánh răng gài số thứ a,k [mm] Vậy :

938,11.(

5,3

180

1416,3.25cos.123.2)1.(

cos 2

i m

A Z

a a

979,11.(

5,3

180

1416,3.25cos.123.2)1.(

cos 2

2 2

2 2

i m

264,11.(

5,3

180

1416,3.25cos.123.2)1.(

cos 2

3 3

3 3

i m

807,01.(

5,3

180

1416,3.25cos.123.2)1.(

cos 2

4 4

4 4

i m

124180

1416,3.0cos.2

)4715.(

4cos

.2

).(

0 1

' 1 1

1 Z Z m

Z Z

k

.2

).(

 Số răng của cặp bánh răng số lùi:

Hình 3-1: Sơ đồ bố trí số lùi trên xe buýt thiết kế

Z’1: bánh răng bị động số 1; Z1 : bánh răng chủ động số 1; ZL1 : bánh răng dẫn động trục số lùi; Z’L1: bánh răng bị động của trục số lùi; ZL2: bánh răng chủ

1

1 '

L L

L gL

Z

Z Z

Z

z

igL2 : tỷ số truyền của cặp bánh răng Z’1 và ZL2

igL1 : tỷ số truyền của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp của số lùi

igL: tỷ số truyền của các cặp bánh răng gài số lùi

Z’1: số răng của bánh răng gài số 1 và số lùi

ZL2 : số răng của cặp bánh răng gài trên trục số lùi ( ZL2=Z1=15)

ZL1: số răng chủ động của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp của số lùi Chọn ZL1 theo điều kiện tránh cắt răng: ZL1=17 [răng]

Z’L1: số răng bị động của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp của số lùi

Z’L1 = ZL1.igL1= 17.1,19 = 20,28.Lấy Z’L1 = 20[răng]

Vậy tỷ số truyền thực tế của tay số lùi:

ihL= ia.igL = iaigL1igL2

205,715

4717

2022

43

2

1 '

1

1 ' '

a

a hL

Z

Z Z

Z Z

Đối với trục sơ cấp :

Đường kính sơ bộ của trục tính bằng :

d1= kd.(Mmax)1/3 [mm]

Trong đó: kd Hệ số kinh nghiệm, theo [5]:kd =( 4,0 ÷ 4,6 ), Chọn kd = 4,2

Mmax : Mômen quay cực đại truyền đến trục sơ cấp, [N.m]

Với hộp số ba trục , trục sơ cấp là trục ly hợp ta có: