Thiết kế hộp số ô tô con có trụ cố định, động cơ xăng

Đó là môn học nghiên cứu phương ánkết cấu, động học và động lực học của các cơ cấu và chi tiết chủ yếu của ô tô, trên cơ sở đó xây dựng phương pháp tính toán độ bền phương phápđánh giá h

THIẾT KẾ MÔN HỌC KẾT CẤU TÍNH TOÁN ÔTÔ

Lời Nói Đầu

Nền công nghiệp ô tô ngày một lớn mạnh đã cho ra đời nhiều mẫu xe cótính năng kinh tế kỹ thuật tiên tiến Đó chính là kết quả của sự phát triểnnghành khoa học động cơ đốt trong và ô tô sử dụng động cơ đốt trong.Ngược lại, thực tiễn sản xuất của công nghiệp ô tô đã thúc đẩy cho nghànhkhoa học này không ngừng phát triển

Cùng với các môn khoa học khác, “ Kết cấu và tính toán ô tô “ là một bộphận hợp thành khoa học nêu trên Đó là môn học nghiên cứu phương ánkết cấu, động học và động lực học của các cơ cấu và chi tiết chủ yếu của ô

tô, trên cơ sở đó xây dựng phương pháp tính toán độ bền phương phápđánh giá hiệu quả công tác và cuối cùng định ra các thông số cơ bản chocác sơ cấu và chi tiết nêu trên

Bài thiết kế môn học môn “ Kết cấu và tính toán ô tô” là một bài thiết kếrất quan trọng của sinh viên chuyên nghành cơ khí ô tô, Nó giúp cho sinhviên chuyên nghành có được những cái nhìn đầu tiên chuyên nghành củamình, hiểu thêm và áp dụng những kiến thức đã được học ở môn “ Kết cấu

và tính toán ô tô” đồng thời giúp cho sinh viên làm quen bước đầu vớicông việc thiết kế một bộ phận, một hệ thông cụ thể trong kết cấu ô tô Được sự giúp đỡ của các thầy trong bộ môn cơ khí ô tô và đặc biệt là sự

hướng dẫn trục tiếp của thầy Nguyễn Quang Cường đã giúp em hoàn

thành thiết kế này Tuy nhiên, trong quá trình làm trong bài thiết kế khôngthể tránh khỏi những thiếu sót rất mong được sự chỉ bảo của các thầy các

cô cũng như sự góp ý của các bạn để bản thiết kế của mình được hoànchỉnh hơn

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

1) Những vấn đề chung về hộp số ô tô.

Động cơ dùng trên ô tô có hệ số thích ứng rất thấp đối với động cơ xăng hệ

số này bằng 1,11,2 và đối với động cơ điezen bằng 1,05÷1,15 Do đó,mômen quay của động cơ ô tô không thể đáp ứng nổi yêu cầu mômen cầnthiết để thắng sức cản chuyển động thay đổi khá nhiều khi ô tô làm việc.Muốn giải quyết vấn đề này trên ô tô máy kéo cần phải đặt hộp số Tối ưuhóa hộp số nhằm tận dụng được vùng công suất lý tưởng của của ô tô

Nhờ có hộp số ta có thể tăng được lực kéo cần thiết để thắng sức cảnchuyển động tăng lên của ô tô và đảm bảo cho ô tô chuyển động với tốc độthấp, những tốc độ này tự động cơ không thể đảm bảo được vì động cơ đốttrong có số vòng quay tối thiểu tương đối cao Hộp số tạo cho động cơ ô tô

có thể chạy lùi và đảm bảo cắt lâu dài động cơ khỏi hệ thống truyền lựcchính khi cần thiết để động cơ quay không Hộp số còn có nhiệm vụ dẫnđộng lực ra ngoài cho các bộ phận công tác của xe chuyên dùng (có phầntrích công suất cho tời kéo, xe tự đổ…)

Trên ô tô hiện nay có rất nhiều cách phân loại hộp số:

Phân loại theo phương pháp thay đổi tỉ số truyền

+) Loại hộp số vô cấp

Loại hộp số này có ưu điểm là: có thể thay đổi tỉ số truyền liên tục trongmột giới hạn nào đó, thay đổi tự động liên tục phụ thuộc vào sức cảnchuyển động của ô tô, nó rút ngắn thời gian tăng tốc tăng lớn nhất tốc độtrung bình của ô tô

+) Hộp số vô cấp kiểu cơ học (ít sử dụng)

+) Hộp số vô cấp kiểu va đập (ít dùng)

+) Hộp số vô cấp kiểu ma sát (bánh ma sát hình côn)

+) Hộp số vô cấp dùng điện (dùng trong động cơ đốt trong kéo máy phátđiện, cung cấp điện chô động cơ diện đặt ở bánh xe chủ động (hoặc cónguồn điện là ácquy) Ta thay đổi dòng điện khích thích của động sơ điện sẽthay đổi tốc độ và mô men xoắn của dộng sơ điện và của bánh xe chủ động.+) Hộp số vô cấp thủy lực

Phân loại theo cơ cấu điều khiển

+) Loại điều khiển cưỡng bức (thường ở hộp số có cấp)

+) Loại điều khiển bán tự động (thường ở hộp số kết hợp )

+) Loại điều khiển tự động (thường ở hộp số vô cấp)

Yêu cầu chung của hộp số :

+) Có đủ tỉ số truyền một cách hợp lý để nâng cao tính kinh tế, và tính độnglực của ô tô

+) Hiệu suất truyền lực cao, khi làm việc không gây tiếng ồn, thay đổi sốnhẹ nhàng không sinh lực va đập ở các bánh răng

+)Kết cấu gọn gàng, chắc chắn, dễ điều khiển bảo dưỡng và sửa chữa, giáthành hạ

2) Lựa chọn phương án thiết kế.

Lựa chọn số trục của hộp số:

Trên ô tô con chúng ta sử dụng hộp số 3 trục, mômen xoắn được truyềnqua hai cặp bánh răng ăn khớp và ba trục, trong đó trục sơ cấp và trục thứcấp đặt đồng tâm nhau

Hộp số ba trục có những ưu điểm so với loại hai trục và hộp số có trục diđộng là:

Khi có cùng kích thước ngoài thì hộp số ba trục dọc cho ta tỉ số truyền lớnhơn Cho nên nếu cần đảm bảo giá trị tỉ số truyền như nhau thì hộp số batrục có kích thước nhỏ gọn hơn

Hộp số có số truyền thẳng bẳng 1 hiệu suất truyền lực cao nhất bằng

1 Thông thường khi ô tô chuyển động thời gian sử dụng số truyền thẳngchiếm tới 50%80% nên nâng cao được tính kinh tế

Lựa chọn số tay số của hộp số:Lựa chọn hộp số có 4 tay số và 1 số lùi

1, 7 : Cặp bánh răng luôn ăn khớp 2 : Bộ đồng tốc

3 , 8 : Cặp bánh răng số 3 4, 9 : Cặp bánh răng số 2

5, 11 : Cặp bánh răng số 1 10 : Bánh răng số lùi

6 : Ổ lăn

CHƯƠNG II:

CHẾ ĐỘ TẢI TRỌNG ; TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ VÀ

XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN

I Chế độ tải trọng khi thiết kế.

1.Tải trọng từ động cơ đến chi tiết đang tính của hộp số:

:Tỉ số truyền từ động cơ đến chi tiết cần tính

2 Tải trọng từ bánh xe chủ động đến chi tiết cần tính toán theo điều kiện bám lớn nhất của cánh xe với mặt đường.

i

r M

t bx

13 6 ( 4 , 25 ) 2

=

λ

] [ 2965 , 0 ] [ 5 , 296 5 , 317 934 ,

⇒

Sau khi tính toán xong Mt,Mϕmax

giá trị nào nhỏ hơn sẽ được chọn đểtính toán

II.Xác định khoảng cách giữa các trục

Vì hộp số có trục cố định nên khoảng cách sơ bộ được tính

:Mômen cực đại của động cơ [N.m]

a:Hệ số kinh nghiệm - Với xe con: a=13 ÷

16

5 , 77 03 , 63 114 ) 16 13

=

−

Aso bo

[mm]

III.Chọn môđun bánh răng: m

Chọn môđun theo công thức kinh nghiệm:

mn = (0,032 ÷ 0,040)A; mn = (2,017 ÷ 2,52) ; chọn mn = 2,5

Chọn góc nghiêng 30

=

β

IV.Xác định số răng của các bánh răng

1 Cặp bánh răng luôn ăn khớp

Số răng của bánh răng chủ động : Chọn theo điều kiện không cắt chânrăng, nghĩa là

, 2

866 , 0 03 , 63

Za

Tỉ số truyền của cặp bánh răng luôn ăn khớp là:

75 , 1 16

28 '

49 , 3

1

i

i ia

h g

-Tay số 2:

17 , 1 75 , 1

04 , 2

2

i

i i

a

h g

-Tay số 2:

76 , 0 75 , 1

33 , 1

3

i

i i

a

h g

3 Số răng của các bánh răng dẫn động gài số ở trục trung gian:

-Số 1:

6 , 14 ) 99 , 1 1 ( 5 , 2

866 , 0 03 , 63 2 ) 1 (

cos 2

1

+

= +

=

i m

Z

g n g

A β

-Số 2:

76 , 15 ) 77 , 1 1 ( 5 , 2

866 , 0 03 , 63 2 ) 1 (

cos 2

2

+

= +

=

i m

Z

g n g

A β

-Số 3:

8 , 24 ) 76 , 0 1 ( 5 , 2

866 , 0 03 , 63 2 ) 1 (

cos 2

3

+

= +

=

i m

Z

g n g

Zgi' = gi. gi

-Số 1:

85 , 29 99 , 1 15

Zg g g

Làm tròn Zg1'=30-Số 2:

32 , 28 77 , 1 16

Zg g g

Làm tròn Zg2'=28-Số 3:

19 76 , 0 25

g g

-Số 2:

75 , 1 16

28 '

g

g g

-Số 3:

76 , 0 25

19 '

g

g g

6 Xác định lại tỉ số truyền của hộp số:

ihi=ia.igi

-Số 1:

483 , 3 99 , 1 75 , 1 1

ih a g

-Số 2:

098 , 3 77 , 1 75 , 1 2

ih a g

-Số 3:

33 , 1 76 , 0 75 , 1 3

, 0 2

) 28 16 ( 5 , 2 cos

2

) ' (

, 0 2

) 30 15 ( 5 , 2 cos

2

) '

βZ

Z m

[mm]

-Cặp gài số 2:

51 , 63 866

, 0 2

) 28 16 ( 5 , 2 cos

2

) '

βZ

Z m

[mm]

-Cặp gài số 3:

51 63 866

, 0 2

) 19 25 ( 5 , 2 cos

2

) '

βZ

Z m

[mm]

Chọn Ac=Aa=A2=A3=63,51(mm) khi đó có sự sai lệch giữa khoảng cáchcác trục, ta chọn giải pháp dịch chỉnh góc các bánh răng của cặp bánh rănggài số 1

V Tính toán dịch chỉnh góc bánh răng:

1 Xác định hệ số dịch chuyển trục bánh răng gài số 1:

0222 , 0 95

, 64

95 , 64 51 , 63

'

866 ,

Z td

497 , 0

5 Lập bảng các thông số của bánh răng:

Bảng 1: Bánh răng trụ răng nghiêng luôn ăn khớp không dịch chỉnh

Tên gọi Ký Hiệu Bánh răng nhỏ:Bánh răng lớn

Mô đun mặt đầu ms ms=mn/cosβ=2,89

Đường kính vòng chia d da=ms.Za=46,24

da'=ms.Za'=80,92Đường kính vòng đỉnh Dd Dda=da+2.mn=51,24

Dda'=da'+2.mn=85,92Đường kính vòng đáy Dc Dca=da-2,5.mn=39,99

Dca'=da'-2,5.mn=74,67

Chiều rộng vành răng B B=(7,0÷8,6).mn,chọn B=20

Khoảng cách trục A A=mn(Za+Za')/2.cosβ=63,51

Bảng 2:Bánh răng trụ răng nghiêng gài số 2

Tên gọi Ký Hiệu Bánh răng nhỏ:Bánh răng lớn

Tỷ số truyền i i=Zg2'/Zg2=28/16=1,75

Bước pháp tuyến tn tn=π.mn=7,85

Mô đun mặt đầu ms ms=mn/cosβ=2,89

Đường kính vòng chia d d2=ms.Zg2=46,24

d2'=ms.Zg2'=80,92Đường kính vòng đỉnh Dd Dd2=d2+2.mn=51,24

Dd2'=d2'+2.mn=85,92Đường kính vòng đáy Dc Dc2=d2-2,5.mn=39,99

Dc2'=d2'-2,5.mn=74,67

Chiều rộng vành răng B B=(7,0÷8,6).mn,chọn B=20

Khoảng cách trục A A=mn(Zg2+Zg2')/2.cosβ=63,51

Bảng 3:Bánh răng trụ răng nghiêng gài số 3

Tên gọi Ký Hiệu Bánh răng nhỏ:Bánh răng lớn

Tỷ số truyền i i=Zg3'/Zg3=25/19=1,32

Bước pháp tuyến tn tn=π.mn=7,85

Mô đun mặt đầu ms ms=mn/cosβ=2,89

Đường kính vòng chia d d3=ms.Zg3=72,25

d3'=ms.Zg3'=54,91Đường kính vòng đỉnh Dd Dd3=d3+2.mn=77,25

Dd3'=d3'+2.mn=59,91Đường kính vòng đáy Dc Dc3=d3-2,5.mn=66

Dc3'=d3'-2,5.mn=48,66

Chiều rộng vành răng B B=(7,0÷8,6).mn,chọn B=20

Khoảng cách trục A A=mn(Zg3+Zg3')/2.cosβ=63,51

Bảng 4:Bánh răng trụ răng nghiêng gài số 1 dịch chỉnh chiều cao:

Tên gọi Ký hiệu Bánh răng nhỏ:Bánh răng lớn

Tỷ số truyền i ih=Zg1/Zg1'=0,5

Bước cơ sở t0 t0=ts.cosα0=8,52

Khoảng cách trục khi ξt=0 A A=0,5.m.(Zg1+Zg2)=56,25

Khoảng cách trục khi ξt≠0 Ac Ac=A(λ0+1)=55

Hệ số thay đổi khoảng cách

d02=d2.cosα0=81,39Đường kính vòng khởi thủy dk dk1=d1.(λ0+1)=42,34

dk2=d2.(λ0+1)=84,69Đường kính vòng đỉnh Dd Dd1=d1+2.ms+2.ξ1s.ms-2.Δh0=44,48

Dd2=d2+2.ms+2.ξ2s.ms-2.Δh0=84,32Đường kính vòng đáy Dc Dc1=d1-2,5.ms+2ξ1s.ms=36,67

Dc2=d2-2,5.ms+2ξ2s.ms=76,51

Chiều cao răng h h1=2,25.ms-Δh0=3,91

h2=2,25.ms-Δh0=3,91Chiều cao đầu răng hd hd1=0,5(Dd1-dk1)=1,07

hd2=0,5(Dd2-dk2)=0,185Chiều dày răng trên vòng chia S S1=4,75

S2=4,17

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN SỨC BỀN HỘP SỐ

sơ cấp Ms =Me 0,114

i i

r G M

h

bx s

1 0

max max

. ϕϕ

g

bx tg

1 0

max max

. ϕ

0

max max

. ϕϕ

ϕ

Trong đó: i0

: tỉ số truyền TLC – i0=4,22 φmax

: hệ số bám lớn nhất -

8 , 0

- Lực chiều trục : Q = P.tgβ

y

b ntb

gc tp c ms d u

=0,9 kc

: Hệ số tính đến độ cứng của trục và phương pháp lắp bánh răngtrên trục + Đối với bánh răng côngxon ở trục sơ cấp : kc

=1,2 + Đối với bánh răng di trượt ở trục thứ cấp : kc

=1,1 ktp

: Hệ số tính đến tải trọng động phụ do sai số các buớc răng khigia công gây nên - ktp

=1,1÷

1,3 kgc

: Hệ số tính đến ứng suất tập trung ở các góc lượn của răng do giacông gây nên - kgc

=1,0 kβ

: Hệ số tính đến độ trùng khớp chiều trục với sức bền của răng

T ó ta tính ừ đ được :

] / [ 304

] / [ 850

] / [ 1369

] / [ 346

2 3

2 2

2 1

cm KG

cm KG

cm KG

cm KG

u u u ua

Ứng suất uốn cho phép của các bánh răng hộp số máy kéo:

[σu]=2500 KG/cm2 =>thỏa mãn

2 Tính sức bền tiếp xúc :

Đối với cặp bánh răng chế tạo cùng một vật liệu, tính toán ứng suất tiếp

xúc (tương ứng với chế độ tải trọng : Đối với ô tô lấy bằng 2

t

A

) theo côngthức :

) '

1 1 ( cos sin '.

cos 418

,

0

r r b

PE

α α β

σ

β : Góc nghiêng của răng

P : Lực vòng [MN]

E : Môđun đàn hồi - Đối với thép : E = 0,2MN

b' : Chiều dài tiếp xúc của răng [m]

α : Góc ăn khớp

Ta có :

+ b' =

043 , 0 889 , 0

02 , 0



= 0,93

+

] [ 022 , 0 ] [ 65 , 21 2

3 , 43 2

61 , 86

24 , 46 2

92 , 80 2

+

] [ 036 , 0 ] [ 125 , 36 2

25 , 72 2

24 , 46

92 , 80

191MN m2

a=

σ

] / [

σ

] / [

σ

] / [

: Đường kính và chiều dài trục trung gian l3 ,d3

: Đường kính và chiều dài trục thứ cấp

- Tính bền theo độ bền uốn:

Nmm Nm

M M

M u = n2 + r2 = 95 , 26 = 95260

Wu=0,1d13=13572 mm3

] / [ 60 02

, 7 1 , 0

2

u u

2

d

Mx W

Mx

x x

τ

- Tính trục theo xoắn và uốn tổng hợp :

] / [ 80 ] [

16 , 7 42 , 1 02 , 7

2

2 2

2 2

mm N

th th

x u

= +

- Mô men tại mặt cắt lắp bánh răng số 2: Mn=22,6Nm; Mr=53Nm;

- Mô men tại mặt cắt lắp bánh răng số 3: Mn=30,122Nm; Mr=40,35Nm

- Tính trục theo độ bền uốn tại mặt cắt lắp bánh răng số 2:

NmM

M

Mu= n2+ r2 = 58

] / [ 60 25

1 , 0

2

u u

2

d

Mx W

Mx

x x

,

2 2

mm N

th th x

u

σ

] / [ 60 41

1 , 0

2

u u

2 , 0

2

d

Mx W

Mx

x x

τ

-Tính trục theo xoắn và uốn tổng hợp :

] / [ 80 ] [ 5

,

2 2

mm N th

th x

u

σ

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN Ổ LĂN VÀ CHỌN Ổ LĂN

1 Chế độ tải trọng trong tính toán ổ lăn :

] / [ 7 , 42 34

, 1

763 , 0 75

10 41 , 0 10 136 , 0 96

,

0

max

2 6 2

N

N

N N

e r

r r

Từ đó ta có :

] [ 83 , 10 4 , 11 95 ,

i i V n

377 , 0

. 0

=

Lấy

] / [ 1888 ]

/ [

160000

h V

S

tb t

7 , 83 / 75

; 9 , 5 / 8

; 4 , 1 / 3

; 01 , 0

24270

] / [ 70382 ];

/ [ 36890 ],

1

p v

p v p

v p

26 , 5 1

89 , 2

; 51 , 1

; 65 , 0

5 4

3 2

17 N

Rtd=

.Trục thứ cấp :

] [ 95 ,

16 N

Rtd =

.Trục trung gian :

] [ 65 ,

4 Vật liệu chế tạo các chi tiết trong hộp số

1: Vật liệu chế tạo bánh răng:

-Thép 35XMA với bánh răng chịu tải trọng nhỏ, độ cứng có thể đạt 55HRC

-Thép 18XTT với bánh răng chịu tải trọng lớn ; độ cứng có thể đạt 64HRC

2: Vật liệu chế tạo trục : Thép 40X tôi cao tần với độ sâu 1,5 – 5 [mm] 3: Vật liệu chế tạo vỏ hộp số :