Bài tập tiểu luận tính toán kết cấu ôtô

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ™™™ Khoa: Động lực Môn: Tính toán kết cấu ôtô Đề tài: Bài tập tiểu luận tính toán kết cấu ôtô GVHD: Trần Anh Sơn TP... Đ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ

HỒ CHÍ MINH

™™™

Khoa: Động lực Môn: Tính toán kết cấu ôtô

Đề tài: Bài tập tiểu luận tính toán kết cấu ôtô

GVHD: Trần Anh Sơn

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013

I - CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN XE Ford Ranger XL 2.5MT

Động cơ diesel

Công suất cực đại của động cơ ứng với số vòng quay : Nemax = 108PS / 3500(v/p)

Momen xoắn cực đại của động cơ ứng với số vòng quay : Memax = 268 (N.m)/2000(v/p) Vận tốc lớn nhất (km/h): Vmax = 144(km/h) =40 (m/s)

Cỡ lốp: 215/70R15

Trọng lượng không tải : 1629 (KG) 16290 (N)

Trọng lượng toàn bộ(toàn tải) : 2716 (kG) 27160 (N)

Kích thước

+Chiều dài tổng thể: 5170mm

+Chiều rộng tổng thể: 1723mm

+Chiều cao tổng thể: 1632mm

+Chiều dài cơ sở :2985mm

Hiệu suất : 0,93

Hệ số cản lăn: f = 0,2

Hệ số bám: φ = 0,8

Khả năng leo dốc của xe 32%

Góc lệch giữ 2 trục của các đăng α = 200

Chiều dài trục các đăng: lcđ = 1,5 (m)

1.TÍNH TOÁN HỘP SỐ

1.1 Chọn tỷ số truyền của hộp số

Từ kí hiệu lốp : 215/70R15

+Ta xác định:

0

15 215.0,7 25, 4 341

2

rbx = λ r0 = 0,95.341 = 323,95 mm = 0,32m +Góc dốc :

*Từ khả năng leo dốc 32% nên ta có

α = arctan 0,32 = 170

*Hệ số cản tổng cộng:

+Số vòng quay nemax

nemax= λ.nN

*Do động cơ dieselλ = 1

=> nemax= 1.3500 = 3500 (vòng/phút)

+Tỷ số truyền của truyền lực chính

max 0

ax

30

bx e

hn m

r n i

i V





ihn =0,75 ÷ 0,85 chọn ihn = 0,8

Theo điều kiện bám Pk P

Cho hệ số bám =0,75

=4,33

+Theo điều kiện kéo:

=4,63

ta chọn ih1 = 4,6 q=

+tỉ số truyền tay số 5

ih5= +tỉ số truyền tay số 4

ih4= +tỉ số truyền tay số 3

ih3= +tỉ số truyền tay số 2

ih2= +Do xe hộp số dọc ,có 1 số OD

 ih4 = 1

1.2 Tính toán các chi tiết của hộp số

1.2.1 Bánh răng của hộp số

1.2.1.1Tính toán thiết kế tổng thể

+ Chọn khoảng cách giữa các trục

A = 3

max

C M

C : Hệ số kinh nghiệm

C = 20-21đối với động cơ diesel → chọn C = 20

→ A = (mm) Chọn A = 130

+ Môđuyn pháp tuyến của bánh răng

m = (0,032 ÷ 0,04)A

→ Chọn m = 0,032.A = 0,032.130 = 4,16

+Tỉ số truyền cặp bánh răng luôn ăn khớp (

Trong đó :

ma : modun pháp tuyến của cặp bánh răng luôn ăn khớp (ma=m)

βa :Góc nghiêng của răng của cặp bánh răng luôn ăn khớp

Xe tảiβ = 18 ÷ 26

Chọn : β= 25

Za : Số răng của bánh răng chủ động của cặp bánh răng luôn ăn khớp

Za=(16÷12) với ih1=6÷8

Chọn Za=16

Ta có :

+Tính lại khoảng cách giữa các trục A

+Modun pháp tuyến của bánh răng m=ma=0,032.128=4,1

+Tỉ số truyền của cặp bánh răng luôn ăn khớp

+Số răng của bánh răng bị động của cặp bánh răng luôn ăn khớp Z a ’

Za’=Za.ia=16.2,5=40 Chọn Za’= 40 răng

+Tỷ số truyền của cặp bánh răng được gài i gi

cặp bánh răng thứ nhất được gài :

Tương tự ta tính lần lượt cho các cặp bánh răng còn lại 2, 3, 4, 5 là

ig2=1,2 : ig3=0,78 : ig4=0,4 : ig5=0,33

+Số răng của các bánh răng trên trục trung gian và thứ cấp

Cặp bánh răng thứ nhất

chọn Z1=20răng

Z1’ =20.1,84=36,8 chọn Z1’= 37 răng

Cặp bánh răng thứ 2

chọn Z2=26 răng

Z2’ =26.1,2 = 31,2 chọn Z2’= 31 răng

Cặp bánh răng thứ 3

chọn Z3= 32 răng

Z3’=32.0,78= 24,96 chọn Z3’= 25 răng

Cặp bánh răng thứ 4

chọn Z4=41 răng

Z4’=41.0,4=16 chọn Z4’=16 răng

Cặp bánh răng thứ 5

chọn Z5=43 răng

Z5’=43.0,33=14,2 chọn Z5’=14

1.2.1.2 /Tính toán kiểm tra bánh răng

+Lực vòng P tác dụng lên răng

1.2.2Trục của hộp số

+ Chọn sơ bộ kích thước của trục

Đối với trục sơ cấp

(mm)

+Đối với trục trung gian

Đối với xe tải ta chọn

d2 ≈ 0,45.A = 0,45.120 = 54 (mm)

Mà : 2 2

d

l = 0,16 ÷ 0,18 → Chọn 2

2

d

l = 0,18 Chiều dài trục trung gian

(mm)

+Đối với trục thứ cấp

d3 ≈ 0,45.A = 0,45.128 = 57,6 (mm)

Mà : 3 3

d

l = 0,18 ÷ 0,21 → Chọn 3

3

d

l = 0,21 Chiều dài trục thứ cấp

(mm)

Khi khởi hành xe tại chỗ công trượt lớn hơn cả )vì lúc đó ωa = 0 nên hiệu số ωe - ωa là lớn nhất Động cơ càng cao tốc, công trượt càng lớn

Trong tính toán có thể lấy tốc độ góc động cơ ωe bằng tốc độ góc ứng với momen cực đại (ωe = ωM) và tính toán kiểm tra công trượt riêng ứng với chế độ khởi hành xe tại chỗ (ωa = 0 )

2.TÍNH TOÁN LY HỢP

2.1 Xác định các thông số cơ bản của ly hợp

Moment ma sát yêu cầu của li hợp Mms

Ly hợp có khả năng truyền hết moment xoắn lớn nhất của động cơ

Mms=

Trong đó:

+ Mms:moment ma sát yêu cầu của li hợp N.m

+ : hệ số dự trữ của li hợp ( xe tải không romoc =1,6-2,25 chọn )

Bán kính ngoài và bán kính trong của tấm ma sát

Bán kính ngoài R2

Trong đó

D2: đường kính ngoài tấm ma sát

C: hệ số kinh nghiệm ( xe tải làm việc trong điều kiện nặng nhọc C=1,9)

R2= =

Bán kính trong của đĩa ma sát:

R1 = (0,53 – 0,75) R2 ta chọn R1 = 0,6.R2

thay số ta được: R1 = 0,75.18,76 = 14,07

Bán kính ma sát trung bình được xác định theo công thức:

Rtb = =16,43

Xác định lực ép lên đĩa ma sát:

Ta có thể viết lại phương trình Mms= = µ.P.Rtb.p

Trong đó:

µ: là hệ số ma sát của ly hợp (µ = 0,25 ÷ 0,35 Chọn µ = 0,3)

p: là số đôi bề mặt ma sát Đối với xe 1 đĩa ly hợp thì p = 2

P: là lực ép lên các đĩa ma sát

Rtb: là bán kính ma sát trung bình

(N) =6,1168(KN) Chiều dày đĩa ma sát

chiều dày của đĩa ma sát 4÷5(mm) Vậy ta chọn:

Tính áp lực tạo ra trên mặt ma sát

Áp lực tạo ra trên vành khăn ma sát được tính theo công thức sau:

m2< 250 m2

Thỏa yêu cầu điều kiện bền.

Trong đó: P: là lực ép của cơ cấu (KN)

S: là diện tích vành khăn ma sát (m2)

2.2 Công trượt riêng của ly hợp

Do có hai quá trình đóng ly hợp khác nhau : Đóng ly hợp nhanh và đóng ly hợp từ từ,bởi vậy sẽ có hai phương pháp khác nhau để xác định công trượt, trong bài này ta chỉ tính theo phương pháp hai đó là quá trình đóng ly hợp từ từ

a) Mô men quán tính qui dẫn J a (kg.m 2 )

 

2 2 0

h p

J

Trong đó :

Ga –Trọng lượng toàn bộ của ô tô , G = 27160(N)

Gm– Trọng lượng toàn bộ của rơ móc , Gm = 0 (N)

g – Gia tốc trọng trường , g = 10 (m/s2)

rbx–Bán kính làm việc của bánh xe chủ động , rbx= 0,32 (m)

ih – Tỷ số truyền của hộp số Tính công trượt cho số 1 ih=4,6

ip – Tỷ số truyền số phụ Không có hộp số phụ ip= 1

i0 – Tỷ số truyền của truyền lực chính ,i0 = 3,66

δt – Hệ số tính đến các khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực, trong tính toán δt = 1,05 ÷ 1,06 , chọn δt = 1,05

(kg/m2)

b) Mô men cản chuyển động qui dẫn M a (N.m)

Ma= [(Ga+Gm).Ψ +Pω] .bx

t t

r

i 

Trong đó :

Ψ – Hệ số cản tổng cộng của đường , Ψ = 0,02

Pω – Lực cản không khí Khi khởi hành xePω = 0

it – Tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực (it = ih1.ip.i0)

ηt –Hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực Xe tải ηt = 0,93

- Thời gian t1 và t2 được tính

M

t

k



k : Hệ số tỉ lệ , đặc trưng cho nhịp độ tăng mô men của đĩa ly hợp khi đóng ly hợp

k = 150 ÷ 750 (Nm/s) với xe tải Chọn k = 500 (Nm/s)



Và

2

A

t

k



mà :A = 2 .J  a  ma

ωm – Tốc độ góc động cơ khi đóng ly hợp

ωa – Tốc độ góc trục ly hợp Tính toán cho lúc khởi hành xeωa = 0

 A = =16,4

 t2 = 34

 t0 =

- Công trượt toàn bộ L của ly hợp

t

(J)

c) Công trượt riêng của ly hợp

L0 =  0

L

L

[L0] : Công trượt riêng cho phép Xe có trọng tải đến 50KN

[L0] = 150000 ÷ 250000(J/ )

S : Diện tích bề mặt ma sát dĩa bị động

S=

p=2 số đôi bề mặt ma sát

Như vậy ly hợp thiết kế đạt yêu cầu về tuổi thọ

d) Tính toán nhiệt độ của ly hợp

Nhiệt độ tăng lên của chi tiết tiếp xúc trực tiếp với tấm ma sát trong thời gian ly hợp bi trượt

Trong đó

T – Nhiệt độ tăng lên của chi tiết (0K)

θ – Hệ số xác định phần công trượt dùng để nung nóng chi tiết cần tính, θ được tính như sau:

1

2n

  – Đối với đĩa ép (n – số lượng đĩa bị động)

θ = 1

n– Đối với đĩa chủ động trung gian

L – Công trượt sinh ra toàn bộ khi đóng ly hợp (J)

c ≈ 500J/kg.độ

m – Khối lượng của chi tiết bị nung nóng (kg)

Mỗi lần khởi hành ôtô tại chỗ trong điều kiện sử dụng ở đường phố T không được vượt qua 100K

Ta có:

1

2n

2 với n = 1 đĩa bị động

Δ T ≤ 100

 100 ≥ .

L

c m





 

T T

3 TÍNH TOÁN CÁC ĐĂNG

3.1Kiểm tra số vòng quay nguy hiểm (n t )

Ta có số vòng quay cực đại nmaxcủa trục các đăng ứng với tốc độ lớn nhất của xe:

max

ax

e

m

hn p

n

n

i i

 (vòng/phút)

Ở đây :

nemax – số vòng quay cực đại của động cơ(v/p)

ihn – số truyền cao nhất của hộp số chính(≤1)

ip – Tỉ số truyền cao nhất của hộp số phụ

Mà nemax = λ.nN

Động cơ dieselcó λ = 1

 nemax= 1.3500 = 3500 (vòng/phút)

Số vòng quay nguy hiểm nt của trục

nt = (1,2 ÷ 2) nmax(vòng phút)

Ta chọn nt = 1,2 nmax = 1,2.3977,3 = 4772,6(vòng phút)

Trục các đăng đặt tự do trong các điểm tựa và trục rỗng nên:

Bề dày thành rỗng , chọn

Đối với trục rỗng đặt tự do trong các gối tựa:

với d = D - 2 , chọn l = 1,5 m thay d = D - 2 vào phương trình trên ta được phương trình bậc 2 với D

Giải ra ta được D = 0,1056 (m) và D = -0,1006 (m)

Chọn D = 0,1056 (m) = 10,56 (cm)

d = D - 2 = 0,1056 – 2.0,0025 = 0,1006(mm)

3.2 Tính toán kiểm tra trục các đăng

max 1 1 1

2max

e h p

M

M

Trong đó:

Memax – Mômen xoắn động cực đại của cơ

ih1 – Tỷ số truyền ở tay số 1

ip1 – Tỷ số truyền của hộp số phụ, ip1 = 1

-Loại truyền moment xoắn từ hộp số đén các cầu chủ động có góc α từ 15 đến 200

α – Góc lệch giữ 2 trục, chọnα = 200

- Ứng suất xoắn cực đại của trục các đăng

2max

WX

M

 

Mà

Trong đó:

D – Đường kính trục các đăng

δ – B ề dày trục rỗng δ = 1,85 ÷ 2,5 (mm) ta chọn δ = 2,5

Vậy ứng suất xoắn cực đại của trục các đăng

(MN/m2)

Nhận xét: ta thấy với   = 100 ÷ 300 (MN/m2) nên trục cácđăng làm việc đảm bảo an toàn

- Giá trị góc xoắn θ của trục các đăng

max .1 1

180

os

e h p

X

G J c





Trong đó:

Memax – Mômen xoắn động cực đại của cơ

ih1 – Tỷ số truyền ở tay số 1

ip1 – Tỷ số truyền của hộp số phụ, ip1 = 1

α – Góc lệch giữ 2 trục, α = 200

l – Chiều dài trục các đăng, l = 1,5 (m)

Jx – Mômen quán tính của tiết diện khi xoắn

G – Mô đuyn đán hồi khi xoắn

G = 80 GN/m2 = 80.105 kG/cm2 = 8.109 N/m2

Mômen quán tính của tiết diện khi xoắn:

Vậy giá trị góc xoắn θ của trục các đăng là:

(độ) Nhận xét: ta thấy    với   = 30 ÷ 90 nên trục các đăng làm việc đảm bảo an toàn