Thiết kế tính toán và kiểm nghiệm trên máy tính trục các đăng cho xe mỏ

Thiết kế tính toán và kiểm nghiệm trên máy tính trục các đăng cho xe mỏ Thiết kế tính toán và kiểm nghiệm trên máy tính trục các đăng cho xe mỏ Thiết kế tính toán và kiểm nghiệm trên máy tính trục các đăng cho xe mỏ luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

Bộ Giáo dục và Đào tạo Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn

của TS Hoàng Thăng Bình Đề tài được thực hiện tại Trường Đại học Bách khoa

Hà Nội Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là độc lập, hoàn toàn trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào

Hà Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2013

Tác giả

Nguyễn Anh Tú

DANH MỤC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU

1 Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo và bố trí các bộ phận chính của ôtô 11

2 Hình 2.2 Xe ôtô vận tải nặng CAT 769 15

5 Hình 2.5 Sơ đồ bố trí cụm các đăng trên xe 16

6 Hình 2.6 Cấu tạo cụm các đăng trước và sau của xe CAT 18

7 Hình 2.7 Sơ đồ truyền động các đăng thông dụng trên ôtô 19

8 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo truyền lực các đăng 20

9 Hình 2.9 Hai vị trí của cơ cấu các đăng 21

10 Hình 2.10 Cấu tạo truyền động các đăng ôtô tải có ổ đỡ trung gian 23

11 Hình 2.11 Hai vị trí đặc trưng của chữ thập 25

12 Hình 2.12 Truyền động các đăng có hai khớp chữ thập 27

13 Hình 2.13 Truyền động các đăng có 3 khớp chữ thập 29

14 Hình 2.14 Truyền động các đăng có 4 khớp chữ thập 29

15 Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý làm việc của khớp các đăng đồng tốc dạng bi 31

16 Hình 2.16 Khớp các đăng bi với các rãnh chia 32

17 Hình 2.17 Khớp các đăng bi với rãnh thẳng 33

19 Hình 2.19 Sơ đồ động học các đăng loại bi 35

20 Hình 2.20 Cách bố trí cụm các đăng trước và sau trên xe CAT 769 37

21 Hình 2.21 Cụm các đăng trước xe CAT 769 37

22 Hình 2.22 Cụm các đăng sau xe CAT 769 38

24 Hình 3.2 Hộp thoại tạo dữ liệu mới 45

25 Hình 3.3 Cửa sổ thiết kế chính của phần mềm SolidWorks 45

27 Hình 3.5 Mặt bích trục các đăng trước 47

28 Hình 3.6 Ống ghép của các đăng trước 47

29 Hình 3.7 Mặt bích của các đăng sau 48

31 Hình 3.9 Ống ghép then hoa các đăng sau 49

32 Hình 3.10 Trục then hoa các đăng sau 49

35 Hình 3.13 Chọn vật liệu cho trục các đăng 53

36 Hình 3.14 Điều kiện ràng buộc khi tính kiểm nghiệm 53

37 Hình 3.15 Đặt ngoại lực tác dụng lên trục 55

38 Hình 3.16 Chia lưới mô hinh tính toán các đăng trước 55

39 Hình 3.17 Chia lưới mô hinh tính toán các đăng sau 56

40 Hình 3.18 Kết quả tính toán kiểm nghiệm trục các đăng trước 57

41 Hình 3.19 Kết quả tính toán kiểm nghiệm trục các đăng sau 58

42 Hình 4.1 Thay đổi bán kính góc lượn của mặt bích trục các đăng 60

43 Hình 4.2 Kết quả cải tiến khi tăng bán kính góc lượn 62

44 Hình 4.3 Kết quả cải tiến khi thay đổi vật liệu 61

45 Hình 4.4 Kết quả cải tiến tổng hợp 61

46 Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật cơ bản của xe CAT 769 14

47 Bảng 2.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật của nhà chế tạo 17

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH MỤC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

MỤC LỤC 6

LỜI MỞ ĐẦU 8

Chương 1 TỔNG QUAN 9

1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN PHẨM TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN TRỰC TIẾP ĐẾN ĐỀ TÀI 9

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 10

1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 10

1.4 PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ NGHIÊN CỨU 10

1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 10

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ TRỤC CÁC ĐĂNG XE MỎ 11

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ VẬN TẢI MỎ 11

2.1.1 Giới thiệu chung về ôtô 11

2.1.2 Giới thiệu ôtô vận tải hạng nặng CAT 769 Error! Bookmark not defined 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRỤC CÁC ĐĂNG TRÊN XE MỎ 19

2.2.1 Giới thiệu truyền động các đăng 19

2.3 CÁC BỘ PHẬN CỦA TRỤC CÁC ĐĂNG TRÊN XE MỎ 36

2.3.1 Giới thiệu cách bố trí cụm các đăng trước và sau trên xe CAT 769 36

2.3.2 Cụm các đăng trước xe CAT 769 37

2.3.3 Cụm các đăng sau xe CAT 769 37

2.4 CÁC DẠNG HƯ HỎNG CỦA TRỤC CÁC ĐĂNG XE MỎ 38

2.4.1 Cụm các đăng trước bị vặn hoặc cong vênh 38

2.4.2 Mặt bích của cụm các đăng bị nứt, rạn ở phần góc lượn dễ gây đứt trong quá trình làm việc 38

2.4.3 Mặt bích của cụm các đăng sau (phần nối cầu sau) bị nứt, rạn ở phần cổ phải hàn lại để sử dụng 39

2.4.4 Chi tiết phần ống then hoa của cụm các đăng sau trong quá trình làm việc bị va đập, lõm, sinh ra các vết nứt trên thân 39

2.4.6 Có tiếng kêu khi làm việc 40

Chương 3 THIẾT KẾ VÀ KIỂM NGHIỆM TRỤC CÁC ĐĂNG NGUYÊN BẢN CỦA XE MỎ CAT 769 BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS 41

3.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SOLIDWORKS 41

3.1.1 Tính năng 41

3.1.2 Nguyên tắc thiết kế chi tiết 3D trong SolidWorks 43

3.2 ỨNG DỤNG SOLIDWORKS VÀO THIẾT KẾ CỤM CÁC CHI TIẾT CỦA TRỤC CÁC ĐĂNG TRỨƠC VÀ SAU CỦA XE MỎ CAT 769 45

3.2.1 Thiết kế trục các đăng trước 46

3.2.2 Thiết kế trục các đăng sau 47

3.2.3 Mô hình thiết kế cụm các đăng trước và sau xe ô tô tải nặng CAT 769 49

3.3 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỀN TRỤC CÁC ĐĂNG XE MỎ BẰNG SOLIDWORKS SIMULATION 50

3.3.1 Tính toán moment xoắn tác dụng lên cụm các đăng trước và sau 50

3.3.2 Đưa điều kiện tính toán kiểm nghiệm vào SolidWorks Simulation 50

3.3.3 Kết quả tính toán và đánh giá 55

Chương 4 THIẾT KẾ CẢI TIẾN VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 58

4.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG HƯỚNG CẢI TIẾN TRỤC CÁC ĐĂNG XE MỎ CAT 58

4.2 CẢI TIẾN BẰNG CÁCH THAY ĐỔI KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC 58

4.3 CẢI TIẾN BẰNG CÁCH THAY VẬT LIỆU THIẾT KẾ 59

4.4 CẢI TIẾN TỔNG HỢP 62

Chương 5 KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

PHỤ LỤC 66

mỏ là rất cần thiết Trục các đăng xe mỏ là một trong những chi tiết rất dễ hỏng và việc nghiên cứu chế tạo cũng gặp không ít khó khăn

Trên thế giới, việc nghiên cứu chế tạo trục các đăng xe mỏ đã được tiến hành từ lâu Tuy nhiên, thực tế việc tiếp cận và sử dụng các nghiên cứu đó còn khó khăn như ít có tài liệu, cần nhiều thiết bị nghiên cứu và thử nghiệm hiện đại Việc nhập sản phẩm vừa phải chịu chi phí cao vừa phải chờ lâu làm ảnh hưởng tới tiến độ sản xuất Việc nghiên cứu thiết kế, tính toán, kiểm nghiệm và chế tạo trục các đăng phục vụ cho vận tải mỏ là một công việc thiết thực, đem lại hiệu quả kinh tế mà vẫn đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật

Đề tài “Thiết kế tính toán và kiểm nghiệm trên máy tính trục các đăng xe mỏ.”

đã được tác giả chọn làm đề tài nghiên cứu Để kết quả công trình được ứng dụng

và đưa vào sử dụng rộng rãi trong thực tế, tác giả rất mong nhận được nhiều ý kiến đánh giá từ các chuyên gia chuyên nghành và các đồng nghiệp Qua đây tác giả cũng bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Thầy giáo TS Hoàng Thăng Bình cùng toàn thể các thầy trong Bộ môn Ô tô - Viện Cơ khí động lực cũng như KS Dương Đình Hùng – Viện Cơ khí năng lượng và mỏ - VINACOMIN đã hướng dẫn và giúp đỡ tác giả hoàn thành đề tài này

Xin trân trọng cảm ơn!

Tại Việt Nam hiện nay có nhiều đơn vị đang sử dụng xe mỏ, tuy nhiên khi trục các đăng của xe gặp hỏng hóc, sự cố thì thường chỉ tiến hành sửa chữa nhỏ hoặc mua phụ tùng mới về thay thế chứ chưa có đơn vị nào trong nước chế tạo cụm chi tiết này

Hiện nay nhiều nước trên thế giới sử dụng rất nhiều loại xe tải nặng khác nhau

để phục vụ các ngành công nghiệp như xây dựng và khai thác khoáng sản Với ưu điểm nổi trội về tuổi thọ và hiệu quả sử dụng, xe tải nặng của hãng CAT ngày càng được sử dụng rộng rãi trong đó có Việt Nam Do điều kiện đường xá, tần xuất sử dụng cao cũng như thói quen chở quá tải nên trục các đăng của các xe này hay bị hỏng Việc tìm hiểu kết cấu để sửa chữa trung và đại tu là cần thiết, nhưng trên cơ

sở đó cần nghiên cứu để cải tiến sao cho có thể tận dụng khả năng chế tạo trong nước, sản xuất được sản phẩm có giá thành thấp hơn, đáp ứng kịp thời nhu cầu vận tải mỏ, tiết kiệm chi phí không phải mua phụ tùng của chính hãng mà vẫn phù hợp

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Từ những vấn đề đặt ra như trên, mục tiêu của đề tài là nghiên cứu tính toán và kiểm nghiệm thông số kỹ thuật trục các đăng trên xe mỏ bằng máy tính, từ đó đưa

ra phương án cải tiến thiết kế, đánh giá kiểm nghiệm lại để từ đó xây dựng bộ bản

vẽ và chế tạo được trục các đăng trên xe mỏ

1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là trục các đăng trên xe mỏ Nhưng vì xe mỏ

có rất nhiều chủng loại nên tác giả giới hạn phạm vi nghiên cứu trên xe ô tô tải nặng CAT 769 là xe được sử dụng khá phổ biến tại vùng mỏ

1.4 PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu của đề tài trục các đăng trên xe mỏ, do đó phương pháp lựa chọn là tiếp cận sản phẩm của các nhà cung cấp xe mỏ trên thế giới, biết được cấu tạo, các thông số kỹ thuật của chúng, đồng thời học tập phương pháp tư duy của các công ty này trong việc xây dựng phương pháp tính toán, kiểm nghiệm đối tượng nghiên cứu

Tìm hiểu các thông số kỹ thuật của trục các đăng thông qua các tài liệu sửa chữa của hãng để có thể lựa chọn phương án thiết kế phù hợp

Nghiên cứu các phương pháp đánh giá trực tiếp trên xe mỏ tình trạng của các đăng trên xe mỏ Từ các phương pháp này có thể đưa ra được phương pháp kiểm tra khi trục các đăng bị hỏng

1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu tìm hiểu trục các đăng trên xe mỏ, xe ô tô tải nặng CAT 769

- Nghiên cứu, tìm hiểu các chủng loại trục các đăng trên xe tải nặng

- Thiết kế 3D và kiểm nghiệm trên máy tính trục các đăng nguyên bản

- Đề xuất phương án cải tiến và kiểm nghiệm các phương án này

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ TRỤC CÁC ĐĂNG XE MỎ

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ VẬN TẢI MỎ

2.1.1 Giới thiệu chung về ôtô

Ô tô là một phương tiện vận tải đường bộ dùng để chở người, hàng hoá, vật liệu

Động cơ thường dùng là động cơ xăng hoặc diezen Là nguồn động lực của ôtô, có tác dụng biến năng lượng nhiệt do nhiên liệu bị đốt cháy sinh ra (xăng, dầu) thành cơ năng

Theo quan điểm động lực học thì cấu tạo ô tô gồm các phần sau:

+ Động cơ: Là nguồn cung cấp năng lượng cơ học Phần lớn sử dụng động cơ đốt trong, động cơ điện kèm theo nguồn điện hoặc động cơ hơi nước nhưng ít được

sử dụng

+ Thân vỏ: Là phần công tác hữu ích của ô tô dùng để chở khách hoặc hàng hoá Đối với xe tải thì thân vỏ gồm có buồng lái và thùng xe

+ Gầm bệ: Bao gồm hệ thống truyền lực, bộ phận vận hành và hệ thống điều khiển

* Hệ thống truyền lực: bao gồm các cơ cấu và tổng thành làm nhiệm vụ truyền mômen xoắn từ động cơ đến bánh xe chủ động Hệ thống truyền lực bao gồm

2.1.2 Giới thiệu ôtô vận tải hạng nặng CAT 769

* Giới thiệu ôtô vận tải nặng CAT 769 và các thông số kỹ thuật cơ bản:

Xe tải hạng năng CAT 769 chuyên dùng cho vận tải mỏ, xe có kích thước lớn chở được nhiều than, khoáng sản Hình ảnh, các kích thước bao ngoài và các thông

số cơ bản của xe được thể hiện trong Hình 2.3, 2.3, 2.4 và Bảng 2.1

Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật cơ bản của xe CAT 769

TT THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐƠN VỊ TRỊ SỐ GHI CHÚ

1 Các kích thước cơ bản

- Chiều dài lớn nhất mm 8239

- Chiều rộng lớn nhất mm 5069

- Chiều cao khi chưa nâng ben mm 4072

- Chiều cao khi nâng hết ben mm 7751

- Khoảng cách giữa tâm 2 lốp trước mm 3102

- Khoảng cách giữa 2 tâm lốp

- Chiều rộng mép 2 lốp trước mm 3665

- Khoảng sáng gầm xe nhỏ nhất mm 615

- Thể tích thùng xe (SAE 2:1) m3 24,2

2 Động cơ: CAT 3408 E - Động cơ điện tử - thủy lực HEUI, 8 xilanh, bố trí chữ V

- Công suất động cơ lớn nhất kW/HP 386/518

- Công suất bánh đà kW/HP 363/487

- Mômen xoắn lớn nhất Nm 2194

- Đường kính x hành trình mm 137,2 x 152,4

- Tiêu hao nhiên liệu g/HP.giờ (152,2 163,3)

3 Hộp số: kiểu bánh răng hành tinh, điều khiển bằng điện tử

Hình 2.2 Xe ôtô vận tải nặng CAT 769

* Khi sửa chữa lớn lắp ráp theo tiêu chuẩn kỹ thuật của nhà chế tạo (hãng USA) và kiểm tra trên băng thử phải đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật sau:

Bảng 2.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật của nhà chế tạo

1 Áp lực dầu bôi trơn ở nhiệt độ nước làm mát 800 C

- Tốc độ Min 800 v/p: áp suất đạt 38 PSI trở lên

- Tốc độ 1400 v/p trở lên: áp suất đạt 76 PSI trở lên

2 Tốc độ vòng quay chạy không tải:

- Khi nhiệt độ đạt tới 70oC khí thải có hết đen

- Chênh lệch nhiệt độ dầu và nước từ (1015)0 C

* Bố trí cụm các đăng trước và sau trên xe được thể hiện trên Hình 2.5

* Cấu tạo cụm các đăng trước và sau được trình bày trên Hình 2.6 Đây là kết cấu

trục các đăng nguyên bản của nhà sản xuất Trong điều kiện chế tạo của Việt nam, nếu làm đúng hình dạng như vậy thì chi tiết phải đi qua các công đoạn rèn dập cần nhiều khuôn mẫu đắt tiền

1 Cụm các đăng trước 2,3 Hộp số và hộp số phụ 4 Cụm các đăng sau

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí các cụm các đăng trên xe

Hình 2.6 Cấu tạo cụm các đăng trước và sau của xe CAT

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TRỤC CÁC ĐĂNG TRÊN XE MỎ

2.2.1 Giới thiệu truyền động các đăng

Khi muốn truyền chuyển động từ một trục này sang một trục khác mà góc tạo bởi đường tâm của hai trục đó thay đổi trong quá trình ôtô chuyển động thì dùng khớp nối trục các đăng Khớp nối trục các đăng liên kết với trục thành một tổ hợp gọi là truyền động các đăng

2.1.1.1 Công dụng

Các đăng là khớp nối trục bản lề, dùng để truyền mômen quay giữa các trục đặt thẳng hàng (cùng nằm trên một đường tâm) hay cắt nhau (lệch tâm) tức là truyền chuyển động từ động cơ qua hộp số, đến những cụm hay bộ phận di động tương đối

so với khung xe như cầu chủ động trước và sau của ô tô

Hay nói một cách khác, truyền động các đăng dùng để truyền mômen quay giữa các trục có đường tâm không nằm trên một đường thẳng mà thường cắt nhau dưới một góc  nào đó, hệ số của  có thể thay đổi trong quá trình làm việc

Đối với ôtô, truyền động các đăng dùng để truyền mô men quay từ những cụm đặt cố định trên khung (như hộp số, hộp phân phối) tới những cụm di động tương đối với khung như các cầu chủ động Thường góc nghiêng của trục các đăng là

0 0

độ dịch chuyển góc tương đối bé (min = 3 0 50)

2.1.1.2 Yêu cầu truyền động các đăng

Truyền động các đăng cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

+ Ở bất kỳ tốc độ quay nào, truyền lực các đăng phải đảm bảo không có những dao động, va đập và không có tải trọng động lớn do mômen quán tính gây nên + Các trục các đăng phải đảm bảo quay đều và không sinh ra tải trọng động + Hiệu suất truyền động cao kể cả khi góc  giữa hai trục lớn

+ Quay êm, độ rung và ồn trong làm việc là tối thiểu

+ Kết cấu đơn giản, nhẹ, dễ chế tạo và có độ bền cao

+ Loại truyền mô men quay đến các cụm phụ tùng ít dùng (

0 0 max = 15  20

a, b,

c, d,

Hình 2.7 Sơ đồ truyền động các đăng thông dụng trên ôtô

a) Loại ôtô có cầu sau chủ động b) Ôtô có 2 cầu chủ động

c) Ôtô có 3 cầu chủ động d) Ôtô có cầu giữa là cầu thông qua cho phép truyền

chuyển động qua nó đến cầu sau

3 Ổ đỡ trung gian 9 Trục

4 Trục 10 Trục

5 Cầu chủ động 11 Cầu chủ động trước

6 Hộp phân phối 12 Cầu giữa

2.2.2 Lý thuyết cơ bản về truyền động các đăng

2.2.2.1 Khớp nối các đăng đơn giản

a Nguyên lý cấu tạo

Cơ cấu các đăng đơn giản bao gồm: chốt chữ thập, nạng các đăng chủ động nối liền với trục chủ động, nạng các đăng bị động nối liền với trục bị động

Trục chủ động 1 quay tròn và kéo theo chốt chữ thập 2 Vận động lúc lắc của chốt chữ thập sẽ làm cho trục bị động quay tròn Phạm vi lúc lắc của chốt chữ thập

là góc α

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo truyền lực các đăng

1 Trục và nạng các đăng chủ động

2 Chốt chữ thập

3 Trục và nạng các đăng bị động

b Động học của cơ cấu các đăng đơn giản

Xét tốc độ tiếp tuyến của điểm C (Hình 2.3), vận động của nó chịu sự chi phối

của cả hai trục cho nên:

2 2 1

Điều kiện cần thiết để cho 1 = 2 là r1 = r2 có nghĩa là AC. Sin 1 =

BC.Sin 2 Về mặt kết cấu có thể đảm bảo điều kiện AO = OB, cho nên muốn thoả

mãn yêu cầu đồng tốc thì điểm C phải luôn luôn nằm trong mặt phẳng phân giác

OO của góc giao nhau giữa hai trục

 bên kia

Hình 2.9 Hai vị trí của cơ cấu các đăng

a) Vị trí 00 b) Vị trí 900 Giáo trình nguyên lý máy đã chứng minh công thức biểu thị mối quan hệ động học của cơ cấu các đăng đơn giản

 - Góc giao nhau giữa hai trục

c Ưu, nhược điểm

2.2.2.2 Lý thuyết về truyền động các đăng khác tốc

a Nguyên lý cấu tạo

Trong HTTL của các ô tô hiện đại có cầu sau chủ động thường sử dụng truyền động các đăng có dạng như trên Hình 2.4, bao gồm các khớp các đăng dạng chữ thập, trục trung gian, trục chính và ổ đỡ

Khớp các đăng gồm có hai nạng 12, 13 và chữ thập 27 nối các nạng này lại với nhau thông qua các ổ bi kim Các nạng 1, 13 được chế tạo liền với các mặt bích dùng để nối truyền động các đăng với các bộ phận khác (hộp số và cầu chủ động) Nạng 2 của khớp các đăng bên trái được hàn liền với trục trung gian 3, còn nạng 10 của khớp giữa và nạng 12 của khớp bên phải được hàn liền với trục chính 11 Nạng

9 của khớp giữa được nối bằng then hoa 17 với trục trung gian 3 Mối ghép then dạng trượt cho phép thay đổi chiều dài trục để bù vào sự thay đổi khoảng cách giữa hộp số và cầu chủ động khi hệ thống treo biến dạng

Khớp chữ thập được chế tạo từ thép hợp kim 20, 15, 12 và tôi thấm nitơ với độ sâu tới 1,2 mm hoặc bằng thép các bon 55 tôi bề mặt bằng dòng điện cao tần Độ cứng bề mặt sau khi gia công xong phải đạt 61  64 HRC tại các vị trí lắp ổ bi

Tại các đầu của chữ thập có lắp các cốc 22 cùng với các viên bi kim 23, các viên bi được chặn bởi vòng hãm 24 và ổ bi được làm kín nhờ vòng đệm 25 Để chặn các ổ theo chiều dọc trục có các nắp đậy 19, chúng được bắt chặt vào nạng 12 bằng các bu lông

Hình 2.10 Cấu tạo truyền động các đăng ôtô tải có ổ đỡ trung gian

21 Các ổ bi của khớp chữ thập được bôi trơn bằng cách bơm mỡ qua vú mỡ 8 ở

Mối ghép then hoa được bôi trơn trong khi lắp ráp Để giữ cho mỡ bôi trơn khỏi chảy ra ngoài trong quá trình làm việc thì ở phía cuối trục có lắp các phớt làm kín 5

và 6 Ngoài ra, để bảo vệ then hoa khỏi bị bụi bẩn người ta bố trí một ống chắn 7 Trục các đăng có dạng ống với các nạng được hàn vào các đầu trục hoặc một đầu có nạng còn đầu kia là then hoa Các ống của trục các đăng được chế tạo từ thép tấm bằng cách cuốn tròn và hàn mép Vật liệu chế tạo trục là thép các bon thấp (thép 20) Đường kính của trục các đăng thường được tiêu chuẩn hoá Các then được chế tạo từ thép hợp kim 40X và tôi cao tần để đạt độ cứng bề mặt 44,5  46,5 HRC

Các trục các đăng cần được cân bằng động để giảm tối đa độ dung của nó khi làm việc Nếu truyền động các đăng có hai trục thì việc cân bằng động phải được thực hiện đồng thời cho cả hai trục Trong quá trình cân bằng động để tạo đối trọng người ta hàn các tấm thép 18 lên trục

Trục các đăng 3 có ổ đỡ trung gian bao gồm ổ bi cầu 16 nằm trong gối đỡ bằng cao su 4 Vỏ của ổ đỡ được bắt với khung xe thông qua giá 15 Gối cao su có tác dụng dập tắt dao động của trục và giảm tải lên trục khi khung bị biến dạng

b Động học của cơ cấu các đăng khác tốc

Nếu hai trục được nối với nhau bởi một khớp các đăng khác tốc thì khi trục vào quay với vận tốc góc không đổi, trục ra sẽ quay không đều Điều này được giải thích bởi kết cấu không gian phức tạp của khớp các đăng chữ thập

Ở vị trí thứ nhất trục O1O1 nằm trong mặt phẳng hình vẽ, còn chữ thập thì nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục 1 ( hình 10 a ) Ở vị trí thứ hai ứng với vị trí của trục O1O1 vuông góc với mặt phẳng hình vẽ, còn mặt phẳng chứa chữ thập thì vuông góc với trục 2 Trục O1O1 quay trong mặt phẳng vuông góc với trục 1 Nếu biểu diễn

a) b)

Hình 2.11 Hai vị trí đặc trưng của chữ thập

các vận tốc tiếp tuyến của các điểm C1 và C2 thông qua các vận tốc góc của các trục 1 và 2, ta có:

2 2 2 1 1

Kết quả này cho ta biết các trục 1 và 2 không quay cùng một vận tốc

Quan hệ giữa các góc quay của các trục 1 và 2 được xác định theo biểu thức sau:





1 tg 2 cos

Mức độ không đồng tốc giữa các trục càng lớn nếu góc  càng lớn Vì vậy khi

ô tô chở đúng tải trọng định mức thì góc đặt của các trục các đăng không được vượt quá 30 đối với ô tô con, 40 với ô tô tải và ô tô khách, 80 đối với ô tô có tính năng việt dã cao Đồng thời góc  cũng không được phép nhỏ hơn 10 để tránh hiện tượng kẹt các viên bi kim trên các bề mặt tiếp xúc

a)

b)

Hình 2.12 Truyền động các đăng có hai khớp chữ thập

Khi thiết kế các bộ truyền các đăng với các khớp chữ thập cần lưu ý khả năng đồng đều tốc độ giữa trục vào và trục ra Trên hình 2.6 a, b là các truyền động các đăng

2 khớp chữ thập, ta có thể biểu thị mối quan hệ giữa góc quay của các trục như sau:

Hình 2.13 Truyền động các đăng có 3 khớp chữ thập

Trong trường hợp truyền động các đăng có ba khớp chữ thập (Hình 2.7), các trục 1 và 4 quay cùng tốc độ nếu:

3 2

1 cos cos

cos   = 

Với sơ đồ này thì trục 3 có các nạng nằm trong cùng một mặt phẳng, còn các nạng của trục 2 thì vuông góc với nhau Trong quá trình chuyển động của ô tô các góc 2, 3 có thể thay đổi trong khi 1 không đổi Do đó trên thực tế việc đồng tốc giữa các trục 1 và 4 không thể thực hiện được Tuy nhiên, có thể giảm sự khác tốc của các trục trên bằng cách giảm góc 1 ( thường chọn 0

1 = 1 2

a) b)

Hình 2.14 Truyền động các đăng có 4 khớp chữ thập

Trong truyền động các đăng 4 khớp chữ thập có ổ đỡ trung gian (Hình 2.8 a, b)

các trục vào 1 và trục ra 5 có thể đồng tốc được theo nguyên tắc đồng tốc từng cặp khớp các đăng chữ thập, nghĩa là: trục 1 đồng tốc với trục 3 và trục 3 đồng tốc với trục 5 Nếu các góc đặt của trục các đăng nằm trong các mặt phẳng vuông góc với

nhau thì góc đặt chung của trục được tính bằng cách tổng hợp các góc trong mặt phẳng ngang n và trong mặt phẳng đứng d:

2 2

c Ưu, nhược điểm

* Ưu điểm:

+ Được ứng dụng nhiều trong xe vận tải hạng nặng

+ Đảm bảo tương đối đồng đều tốc độ giữa các trục vào và trục ra

+ Độ rung, độ ồn trong khi làm việc tương đối ít

+ Tuổi thọ cao

* Nhược điểm:

+ Kết cấu không gian phức tạp của khớp các đăng chữ thập

+ Khớp các đăng khác tốc có trục chủ động và trục bị động quay với các tốc

độ khác nhau nên hiệu suất của truyền động không cao

+ Việc cân bằng động không được tuyệt đối, nên khi quay trục các đăng sẽ phải chịu lực ly tâm Lực này có thể gây nên dao động trục và làm xuất hiện hiện tượng cộng hưởng

2.2.2.3 Khớp các đăng đồng tốc

a Nguyên lý cấu tạo

Các khớp các đăng đồng tốc thường được sử dụng trong dẫn động cầu dẫn hướng chủ động và dẫn động các bánh xe chủ động trong trường hợp hệ thống treo độc lập, chúng có thể đảm bảo góc nghiêng giữa các trục lên tới 500

Trên các ô tô hiện nay thường sử dụng một số loại khớp các đăng đồng tốc như: khớp chữ thập kép, khớp các đăng cam và khớp các đăng dạng bi Trong đó khớp các đăng dạng bi được sử dụng phổ biến nhất Các khớp các đăng dạng bi bao gồm hai nạng, bên trong các nạng này có các rãnh với biên dạng xác định để bố trí các viên bi Điều kiện đồng tốc của các khớp các đăng này được giải thích trên sơ đồ

Hình 2.9:

Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý làm việc của khớp các đăng đồng tốc dạng bi

Giả sử có hai bánh răng côn ăn khớp với nhau có điểm tiếp xúc là P nằm trong mặt phẳng phân giác của góc tạo bởi các trục 1 và 2 của các bánh răng Xét vận tốc tiếp tuyến tại điểm tiếp xúc P ta có:

2 2 1

1 r r

VP =  = 

Do điểm P nằm trong mặt phẳng phân giác của góc tạo bởi hai trục nên luôn thoả mãn điều kiện: r1 = r2 và vì vậy: 1=2 Điều này có nghĩa là các trục 1 và 2

luôn quay đồng tốc với nhau Các khớp các đăng đồng tốc dạng bi đều được chế tạo dựa vào nguyên lý trên

Hình 2.16 Khớp các đăng bi với các rãnh chia

a, b Cấu tạo

c Sơ đồ nguyên lý đồng tốc giữa các trục

Trên hình 15 là kết cấu của khớp các đăng đồng tốc có các rãnh chia Khớp bao gồm các trục 1 và 5, ở đầu mỗi trục là các nạng hình bán cầu ở phía trong có khoét các rãnh 2 và 4 Khi lắp vào với nhau các nạng được bố trí trong các mặt phẳng vuông góc và giữa chúng là các viên bi cầu 3 Để định tâm các nạng người ta

sử dụng chốt 7 và viên bi định tâm 6, một đầu của chốt nằm trong tâm của nạng 4

và đầu còn lại nằm trong viên bi 6 Một số khớp các đăng có cấu tạo tương tự như trên nhưng không có chốt 7 Các rãnh trong các nạng được thực hiện sao cho đường tâm của chúng chạy trên các cung tròn có bán kính bằng nhau và có tâm là O1 và O2 Hai tâm này nằm cách đều tâm O của viên bi định tâm 6 Với kết cấu như vậy,

dù cho các trục 1 và 5 tạo với nhau một góc  bất kỳ nào đó thì các viên bi 3 vẫn luôn nằm trong mặt phẳng phân giác chia đôi góc này Như vậy các trục 1 và 5 luôn

Một trong những biến thể của khớp các đăng đồng tốc dạng rãnh chia là khớp

các đăng với các rãnh thẳng (Hình 2.11)

Hình 2 17s Khớp các đăng bi với rãnh thẳng

Khớp này cho phép các trục làm việc với các góc khác nhau đông thời cho phép

có độ dịch chuyển dọc trục (l1 là kích thước tối thiểu của khớp khi nó bị nén, còn l2

là kích thước tối đa khi khớp bị kéo ra)

Trên Hình 2.12 mô tả kết cấu của khớp các đăng bi với các rãnh có tiết diện

thay đổi Nó bao gồm lõi 1, vòng cách 2, các viên bi 3 và vỏ dạng bán cầu 4 Các tâm của các rãnh trên lõi và trên vỏ là o1 và o2 nằm cách đều tâm o của khớp các đăng Do vị trí của các đường tâm với các rãnh so với tâm o của khớp thay đổi theo góc giữa các trục sao cho các viên bi luôn nằm trong mặt phẳng phân giác của góc này nên điều kiện đồng tốc luôn luôn được bảo đảm

Hình 2 18 Khớp các đăng bi với các rãnh có tiết diện thay đổi

b Động học của cơ cấu các đăng đồng tốc (loại bi)

Khớp nối các đăng có tỷ số truyền giữa hai trục luôn luôn bằng 1 là khớp đồng tốc Loại này thường dùng ở các xe có cầu trước là chủ động Nguyên tắc cơ bản của khớp này là điểm truyền lực luôn luôn nằm trên mặt phẳng phân giác của góc giao nhau giữa hai trục

Hình 2.13 trình bày sơ đồ động học của khớp các đăng đồng tốc loại bi Trục

các đăng thực hiện thay thế bằng hai trục 1 và 5 với các đoạn có chiều dài là x và y tiếp xúc với nhau tại P Nếu trục 1 quay đi một góc 1 thì trục 5 sẽ quay một góc 2

 thì điểm P sẽ đến vị trí P1

Hình 2.19 Sơ đồ động học các đăng loại bi

Từ P1 hạ đường vuông góc P1Q xuống mặt phẳng APC, từ Q lại hạ tiếp các đường vuông góc QR và QS xuống các trục 1 và 5

Xét các tam giác vuông:

.

.

Sin Sin x

Gọi OP1 = Z, thay x và y bằng các giá trị đã biết thông qua các tam giác AOP1

và COP1, ta có:

1 2

2 2

2 2 2

cos 2

cos 2





y b b y Z

x a a

x Z

− +

=

− +

=

Giải hệ phương trình bậc 2 để tìm x và y Ta có;