Giao an tính toán kết cấu oto chuong 5

đây là giáo trình về phần tính toán kết cấu oto trong đó có dầy đủ thông tin về tính toán kết cấu oto dành cho sinh cao đẳng đại học theo học chuyên nghành công nghệ kỹ thuật oto tại việt nam. giáo trình này gồm 9 chương .là giáo trình chuẩn quốc gia và đả được giảng dạy thực tế

Trang 1

CHƯƠNG 5 CẦU XE – BÁN TRỤC

Trang 3

BÁN TRỤC

BÁN TRỤC KHÔNG GIẢM TẢI

BÁN TRỤC GIẢM TẢI MỘT NỮA

BÁN TRỤC GIẢM TẢI HOÀN TOÀN BÁN TRỤC GIẢM TẢI 3/4

Trang 4

CẦU XE

CẦU CHỦ ĐỘNG

Trang 5

+ Cho phép hai bánh xe chủ động quay với vận tốc khác nhau khi xe quay vòng.+ Đỡ toàn bộ trọng lượng của các bộ phận đặt trên xe.

phanh

Trang 6

CẦU XE

5.1.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại của cầu chủ động

5.1.1.2 Yêu cầu

- Có tỷ số truyền cần thiết phù hợp với yêu cầu làm việc.

- Đảm bảo độ cứng vững, độ bền cơ học cao.

- Phải có hiệu suất làm việc cao.

- Làm việc không gây tiếng ồn.

- Kích thước nhỏ gọn.

Trang 7

- Theo số lượng cầu bố trí trên xe:

+ Xe có một cầu chủ động trước hoặc sau

+ Xe có hai cầu chủ động: trước và sau

+ Xe có ba cầu chủ động: trước, giữa và sau.

Trang 8

CẦU XE

5.1.2 Cấu tạo, hoạt động cầu sau chủ động

Trang 9

7 Bánh răng quả dứa

8 Ổ bi trục bánh răng quả dứa

9 Mặt bích các đăng

Trang 11

CẦU XE

5.1.2.1 Bộ truyền lực chính

b Phân loại truyền lực chính

- Dựa theo số cặp bánh răng ăn khớp, truyền lực chính được phân làm

hai loại:

+ Truyền lực chính đơn: có một cặp bánh răng

+ Truyền loại chính kép: có hai cặp bánh răng

- Dựa theo kết cấu cặp bánh răng côn, truyền lực chính có ba loại:

+ Dùng cặp bánh răng côn răng thẳng.

+ Dùng cặp bánh răng côn răng xoắn.

+ Dùng cặp bánh răng côn răng hypoid.

Trang 12

CẦU XE

c Tỷ số truyền của truyền lực chính

- Tùy theo từng loại ô tô, tỷ số truyền của bộ truyền lực chính nằm trong khoảng 3:1 đến 5:1 Tỷ số truyền cao thì tăng tốc nhanh nhưng ít kinh tế , tỷ số truyền thấp thì nguợc lại tính kinh tế nhưng tăng tốc kém hơn Thông thuờng tỷ số này là 3:1 ÷ 5:1 Ðối với xe du lịch thay đổi từ 3,36:1 đến 5:1 Ðối với xe tải nặng, tỷ số giảm tốc khoảng 9:1 Với yêu

cầu giảm tốc lớn như thế, bộ vi sai được trang bị thêm một số bánh răng

để giảm tốc hai lần.

Trang 13

CẦU XE

c Tỷ số truyền của truyền lực chính

- Tỷ số truyền bộ truyền lực chính được tính bằng công thức:

21

Z i

Z



Trong đó: Z1 - số răng của bánh răng quả dứa

Z2 - số răng của bánh răng vành chậu

Trang 14

một cặp bánh răng ăn khớp Đối

với xe có động cơ đặt dọc truyền

Trang 15

- Đối với loại bánh răng côn xoắn, các

đường tâm của hai bánh răng cùng nằm trên

một mặt phẳng, loại Hypoit thì giữa hai trục

có độ lệch tâm e

này làm tăng trượt dọc của bánh răng truyền lực chính làm chóng mòn răng mềm và

Trang 16

côn răng xoắn

- Khi trục các đăng truyền mômen

xoắn tới bánh răng quả dứa, nó tiếp tục

truyền cho bánh răng vành chậu và hộp

bi sai để truyền ra 2 bán trục và các

bánh xe chủ động

Trang 17

8 Bánh răng trụ trung gian nhỏ

9 Bánh răng quả dứa

10 Mặt bích các đăng

Trang 18

mômen quay được truyền tới bánh

răng vành chậu, bánh răng trung

gian nhỏ, bánh răng trung gian

lớn và vỏ bộ vi sai.

Trang 19

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

a Công dụng

- Phân phối mômen quay ra các bán trục.

- Cho phép bán trục quay với tốc độ khác nhau khi xe quay vòng hay chuyển đông trên đường không bằng phẳng.

Trang 20

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

b Phân loại

- Theo công dụng của bộ vi sai có hai loại :

+ Vi sai đối xứng: phân phối mômen giữa các bán trục; được đặt trong cầu chủ động và còn gọi là vi sai giữa các bánh xe.

+ Vi sai không đối xứng: dùng phân phối mômen ra các cầu chủ động, được đặt trong hộp phân phối và còn gọi là bộ vi sai trung tâm.

Trang 21

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

b Phân loại

- Theo cấu tạo của bộ visai có ba loại:

+ Vi sai dùng bánh răng côn.

Trang 23

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

d Hoạt động của vi sai

- Trục truyền động các đăng dẫn động bánh răng quả dứa làm quay bánh răng vành chậu và vỏ vi sai Vỏ vi sai quay kéo trục bánh răng vi sai quay theo Vì các bánh răng vi sai ăn khớp răng với bánh răng bán trục nên chúng đóng vai trò như cái nêm kéo hai bánh răng bán trục cùng quay với vỏ vi sai.

Trang 24

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

- Khi ôtô chuyển động thẳng trên đường bằng, lực cản lên hai bánh xe chủ động hầu như bằng nhau, lực cản lên hai bán trục bằng nhau, bánh răng

vi sai không quay quanh trục của nó mà quay cùng với vỏ vi sai và bánh răng vành chậu Lúc này tất cả các chi tiết của bộ vi sai cùng quay với nhau như một khối thống nhất Kết quả là hai bánh xe chủ động quay cùng chiều và cùng tốc độ.

Trang 25

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

- Khi ôtô qua khúc quanh, do bánh xe trong quay bán kính nhỏ hơn bánh xe bên ngoài, vì vậy lực cản lên bánh xe bên trong lớn hơn bánh xe bên ngoài Như vậy bánh xe bên ngoài phải quay nhanh hơn bánh xe bên trong Nhờ vào cơ cấu bánh răng vi sai mà lúc này các bánh răng vi sai quay quanh trục của nó và quay cùng với vỏ vi sai và làm quay các bánh răng bán trục Như vậy bán trục bên trong sẽ quay chậm lại còn bán trục bên ngoài sẽ quay nhanh hơn.

Trang 26

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

 Bộ visai hạn chế trượt

Trang 27

- Bốn vấu lồi của đệm chặn lắp

vào các rãnh dẫn hướng trên vỏ

bộ vi sai và đĩa ly hợp được ăn

khớp bằng then vào bánh răng

bán trục.

Trang 28

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

- Một lò xo nén được lắp giữa các

bánh răng bán trục bên trái và bên

phải để giữ cho đệm chặn ép vào

đĩa ly hợp qua dế và bánh răng bán

trục.

- Ðiều này có nghĩa là các bánh

răng bán trục luôn đươc ép vào vỏ

bộ vi sai (qua đệm chặn và đĩa ly

hợp) nhờ lò xo.

Trang 29

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

- Khi chuyển động thẳng: Vì các bánh

xe bên trái và bên phải quay cùng tốc

độ giống nhau, nên vỏ vi sai, các bánh răng bán trục, các bánh răng vi sai, các đệm chặn, đĩa ly hợp, đế và lò xo nén quay cùng nhau như một khối thống nhất giống trường hợp bộ vi sai thông thường.

Trang 30

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

- Khi xe quay vòng: Nếu có sự khác

nhau lớn được sinh ra giữa tốc độ quay của bánh bên phải và bánh bên trái (khi xe quay vòng), sẽ sinh ra sự khác nhau tương ứng về tốc độ giữa bánh răng bán trục trái và phải Sự khác nhau này sẽ gây ra sự truợt giữa đệm chặn và đĩa ly hợp.

Trang 31

Tuy nhiên, vì chúng được ép vào nhau bởi

lò xo nén nên mô men ma sát được sinh ragiữa đệm chặn và đĩa ly hợp (do giữa các bềmặt của chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau) Vìvậy, khi xe rẽ sang phải hoặc trái, một độtruợt nhỏ xảy ra giữa đệm chặn và đĩa ly hợp.Ðiều này để giữ cho sự khác nhau về tốc độquay của các bánh răng bán trục càng nhỏcàng tốt Trong truờng hợp này, dòng truyềncông suất được chỉ ra trên hình bên dưới

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

Trang 32

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

 Cơ cấu khóa vi sai cưỡng bức

- Khi khóa vi sai, cơ cấu khóa này

sẽ gài cứng bánh răng bán trục

với bánh răng vành chậu nhờ cơ

cấu khóa Nó sẽ hình thành một

khớp cứng quay cùng tốc độ với

bánh răng vành chậu Bánh răng

bán trục phía đối diện lúc này

cũng quay theo làm hai bánh xe

chủ động quay cùng tốc độ.

Trang 33

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

 Động học của cơ cấu khóa vi sai

- Giả sử một trong hai bán trục là

chủ động, như vậy trục còn lại sẽ là

Trang 34

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

 Trường hợp 1: Trường hợp khâu

Trang 35

a a

Trang 36

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

dẫn, trục chủ động cùng quay, khi

đó:

1 2

Trang 37

CẦU XE

5.1.2.2 Bộ vi sai

dẫn quay, trục chủ động và trục bị

động quay cùng chiều, khi đó:

Trang 38

b Tính vỏ cầu sau theo tải trọng động do trọng lượng bản thân của cầu

Trang 39

CẦU XE

5.1.3.1 Tính vỏ cầu chủ động không dẫn hướng

5.1.3 Tính toán cầu xe

a Tính vỏ cầu sau chủ động không dẫn hướng theo bền

 Tính vỏ cầu sau theo bền khi nửa

trục bên trong bố trí theo kiểu giảm

tải ¾ hoặc giảm tải hoàn toàn

 Tính vỏ cầu sau theo bền khi nửa

trục bên trong bố trí theo kiểu giảm tải một nửa

Trang 40

CẦU XE

a Tính vỏ cầu sau chủ động không dẫn hướng theo bền

Trang 41

- Giá trị mômen xoắn khi phanh

chính là giá trị mômen phanh

Trang 42

CẦU XE

 Tính vỏ cầu sau theo bền khi nửa trục bên trong bố trí theo kiểu

giảm tải ¾ hoặc giảm tải hoàn toàn

 Khi đang truyền lực kéo

 Khi xe đang phanh với lực phanh cực đại

Trang 43

Tính vỏ cầu sau theo bền khi nửa trục bên trong bố trí theo kiểu giảm tải ¾ hoặc giảm tải hoàn toàn

Trang 44

Trang 45

Trang 46

- Nếu xét về giá trị tuyệt đối của

mômen thì MuA đại giá trị cực đại khi l

= 0 (tại điểm A/ ).

2 ' 1

Trang 47

- Mômen uốn do Z1max và Z2max gây

nên đạt giá trị cực đại tại A và C:

Trang 48

Tính vỏ cầu sau theo bền khi nửa trục

bên trong bố trí theo kiểu giảm tải ¾

hoặc giảm tải hoàn toàn?

Tên gọi Giá trị Đổi đơn vị

Trang 49

Tính vỏ cầu sau theo bền khi nửa trục bên trong bố trí theo kiểu giảm tải một nửa

Trang 51

b Tính vỏ cầu sau theo tải trọng động do trọng lượng bản thân của cầu

CẦU XE

TỰ NGHIÊN CỨU

Trang 53

5.1.3.2 Tính dầm cầu trước dẫn hướng theo bền

Trang 54

Trang 55

Trang 56

G

M  M  Z l  Z l  k l

- Đối với dầm cầu trước kđ nằm

trong khoảng từ 2 đến 3 Nếu kđ chọn

bằng 2 ta sẽ có:

1.

M  M  G l

Trang 58

5.2.1.2 Yêu cầu của bán trục

BÁN TRỤC 5.2.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại

- Với bất kỳ loại hệ thống treo nào, truyền động đến các bánh xe chủ động phải đảm bảo truyền hết mômen xoắn.

- Khi truyền mômen xoắn, vận tốc góc của các bánh xe chủ động hoặc bánh xe dẫn hướng vừa là chủ động đều không thay đổi.

Trang 59

5.2.1.3 Phân loại bán trục

 Theo kết cấu của cầu chia ra 2 loại:

- Cầu liền

- Cầu rời

Trang 60

5.2.1.3 Phân loại bán trục

 Theo mức độ chịu lực hướng kính và lực chiều trục chia ra 4 loại:

lên nửa trục Lúc này nửa trục chịu toàn bộ các lực, các phản lực từ phía đường và lựcvòng của bánh răng vành chậu

đạn ngoài đặt ngay trên nửa trục

bạc đạn ngoài đặt trên vỏ cầu và lồng vào trong moayơ của bánh xe

bên ngoài gồm có hai bạc đạn đặt gần nhau (có thể là một bạc đạn côn, một bạc đạncầu) Chúng được đặt lên dầm cầu và lồng vào trong moayơ của bánh xe

Trang 62

m2 - hệ số thay đổi trọng lượng tác dụng lên

cầu sau phụ thuộc vào điều kiện chuyển

động

- Trường hợp đang truyền lực kéo:

m2 = m2k và có thể lấy theo giá trị

trung bình sau:

Trang 63

- Trường hợp xe đang phanh: m2 =

m2p và có thể lấy theo giá trị trung

bình sau:

Trang 64

- Khi xe chuyển động trên đường

thẳng, mặt đường không nghiêng và

với giả thiết hàng hoá trên xe chất

đều cả bên trái và phải, ta có:

2

G

m Z

2

Trang 65

- Khi xe chuyển động trên đường

cong hoặc mặt đường nghiêng, lập tức

xuất hiện lực Y và lúc này Z1  Z2

Nếu viết phương trình cân bằng

mômen tại F và E ta có:

B

h Y 2

G

m Z

B

h Y 2

G

m Z

g 2

2 2

g 2

2 1









Trang 67

- Z1 đạt giá trị cực đại khi Y đạt giá trị

Ymax, tức là khi xe bị trượt ngang: Ymax

Trang 68

2 2 2

2 1

2

2 1

B h

m G Z

Trang 69

- Khi xuất hiện lực Y, đặc biệt

khi Y = Ymax (xe trượt ngang) thì

các bánh xe không thể truyền

được lực vòng X lớn Sự phân bố

lại trọng lượng xe lên các cầu

theo hệ số m2  1 sẽ xảy ra khi

2

2 1

B h

m G Z

Trang 70

2 1

Trang 71

đạt giá trị X1max, X2max khi cầu đang

truyền lực kéo hoặc đang phanh

Trang 72

a Trường hợp 1 X i = X imax ; Y=0 , . Z 1 = Z 2.

- Khi truyền lực kéo cực đại:

2

G

m Z

Z

r 2

i i

M X

X

2 k

2 2

1

bx

0 h max e

2 1



Trang 73

a Trường hợp 1 X i = X imax ; Y=0 , . Z 1 = Z 2.

- Khi truyền lực phanh cực đại:

2

G

m Z

Z

2

G

m X

X

2 p

2 2

1

2 p

2 2

Trang 74

2 2

21

2

21

2

g y

h G

Z

B h G

2 2

21

2

21

Trang 76

a

Trang 78

- Mômen uốn do Z1, Z2 gây lên trong mặt phẳng thẳng đứng:

Muz1 =Muz2 = Z1.b = Z2.b

Trang 79

 Khi truyền lực kéo cực đại

- Ứng suất uốn tại tiết diện đặt bạc

đạn ngoài với tác dụng đồng thời các

lực X1 và Z2 (tương tự như vậy cho

nửa trục bên phải)

3

2 2

2 2 3

1 2

2 1 u

1 uz

2 1

ux

2 u

d 1 , 0

Z X

b d

1 , 0

Z X

b W

Trang 80

2 k 2 3

u

r

i i

M G

m d

2 ,

Trang 81

BÁN TRỤC

- Ứng suất tổng hợp cả uốn và xoắn là:

5.2.2.2 Tính toán bán trục giảm tải một nữa

2 k 2 3

2 1 k

2 1 uz

2 1 ux 3

3

th th

b

iiM

r

ii

MG

md

Md

1,0

1d

1,0M

Trang 82

b m G

d

[MN/m2]

Trang 83

Mu1 - Mômen uốn của nửa trục bên

trái tại vị trí đặt bạc đạn ngoài

Mu2 - Mômen uốn của nửa trục bên

phải tại vị trí đặt bạc đạn ngoài

Trang 84

r h

2 B

h 2

B M

M

bx

bx g

g 2

g y y bx u

Trang 85

u 2

0,1 0,1 2

Trang 86

1

u u

d 2 , 0

b

G k

d 1 , 0

M



Trang 87

- Đặc điểm: Ổ bi bên trong đặt trên vỏ

bộ vi sai, ổ bi bên ngoài đặt trên dầm cầu

và lồng vào trong Moayơ bánh xe Loại

này dùng cho ô tô du lịch và ô tô vận tải

Trang 88

- Mômen uốn tại tiết diện nguy hiểm bên

trái Mu1 do R1 gây nên Vậy trước hết

phải tính R1 Lực R1 được tính nhờ điều

kiện cân bằng mômen tại vị trí đặt bạc

đạn ngoài:

2 1

2 1 1

2 1

a

bR

b.ZX

a

2 1

2 1 1

1

a

bc c

R

Trang 89

- Ứng suất uốn tại tiết diện nguy hiểm:

2 1

2 1 3

bcd

1,0

bx

o h max e 3

r

i i M

a d 2 , 0

Trang 90

- Tại tiết diện nguy hiểm vừa chịu ứng

suất uốn vừa chịu ứng suất xoắn, nên

ứng suất tổng hợp th sẽ là:

3

2 bx k 1

2 1 3

2 1 k

2 1 u 3

th th

d 1 , 0

r X c

R d

1 , 0

M M

d 1 , 0

Trang 91

2 k 2 3

th

bc

aiiM

r

ii

MG

ma

d2,0

Trang 92

2 p

2

a d 2 , 0

Trang 93

- Lúc này mômen uốn tại tiết diện

nguy hiểm bên trái do R1 gây nên, còn

bên phải do R2 gây nên Để quyết định

các nửa trục tính toán theo R1 hay R2,

chúng ta phải xác định được R1 > R2

hay R1 < R2, R1 được xác định nhờ điều

kiện cân bằng mômen tại vị trí đặt bạc

đạn ngoài bên trái:

Trang 94

Y R

b Z r

Y a

1 1

bx 1 1

Y R

b Z r

Y a

g y y bx bx

Trang 95

c b Z r

Y d

1 , 0

c R W

M

3

1 bx

1 3

1 u

u u

2 1

Trang 96

max e

3

bx k

1

x

2 k

x

1 k

d 4 , 0

i i

M d

2 , 0

r X

W

M W

Trang 97

h g

X 2

X 1 B

B/2

Xác định các lực tác dụng lên bán trục?

Trang 98

BÀI TẬP CHƯƠNG 5

gbx E'

Y1 EZ1

Y2

Z2

gbx F'

Y

m 2G2

O F

r bx

hg

X2 X1

X1, X2 - Phản lực của lực vòng truyền qua các

bánh xe chủ động Lực X1,X2 sẽ thay đổi chiều phụ

thuộc vào bánh xe đang chịu lực kéo hay lực

phanh (Xk hay Xp) lực X= Xmax ứng với lúc xe

chạy thẳng.

Y – Lực quán tính phát sinh khi xe chuyển

động trên đường nghiêng hoặc đang quay vòng.

Lực này đặt ở độ cao của trọng tâm xe Ở trạng

thái cân bằng ta có: Y = Y1 + Y2

Trang 99

gbx E'

Y1 EZ1

Y2

Z2

gbx F'

Y

m 2G2

O F

r bx

hg

X2 X1

B

B/2

m2G2 - Lực thẳng đứng tác dụng lên cầu sau.

G2 - phần trọng lượng của xe tác dụng lên cầu

sau khi xe đứng yên trên mặt phẳng nằm ngang.

m2 - hệ số thay đổi trọng lượng tác dụng lên

cầu sau phụ thuộc vào điều kiện chuyển động.

Trường hợp đang truyền lực kéo: m2 = m2k và có thể lấy theo giá trị trung bình sau:

+ Cho xe du lịch: m2k = 1,2  1,4 + Cho xe tải: m2k = 1,1  1,2

- Trường hợp xe đang phanh: m2 = m2p và có thể lấy theo giá trị trung bình sau:

+ Cho xe du lịch: m2p = 0,8  0,85 + Cho xe tải: m2p = 0,9  0,95

Trang 100

gbx E'

Y1 EZ1

Y2

Z2

gbx F'

Y

m 2G2

O F

r bx

hg

X2 X1

Trang 101

gbx E'

Y1 EZ1

Y2

Z2

gbx F'

Y

m 2G2

O F

r bx

hg

X2 X1

Trang 102

gbx E'

Y1 EZ1

Y2

Z2

gbx F'

Y

m 2G2

O F

r bx

hg

X2 X1

Trang 103

gbx E'

Y1 EZ1

Y2

Z2

gbx F'

Y

m 2G2

O F

r bx

hg

X2 X1

Trang 104

gbx E'

Y1 EZ1

Y2

Z2

gbx F'

Y

m 2G2

O F

r bx

hg

X2 X1

Trang 105

gbx E'

Y1 EZ1

Y2

Z2

gbx F'

Y

m 2G2

O F

r bx

hg

X2 X1

2 107800 2.1, 27.0,8

g yh

Trang 106

gbx E'

Y1 EZ1

Y2

Z2

gbx F'

Y

m 2G2

O F

r bx

hg

X2 X1

Trang 107

gbx E'

Y1 EZ1

Y2

Z2

gbx F'

Y

m 2G2

O F

r bx

hg

X2 X1

Trang 108

b R1

Trang 109

- Bán trục chịu các moment sau:

+ Moment xoắn: Mk = Xk.rbx Moment uốn: Mz = Z.rbx

+ Moment uốn: MY = ± Y.rbx Moment phanh: Mp = Xp.rbx

Định dạng
Số trang	134
Dung lượng	2,48 MB