Đồ án môn học tính toán, thiết kế cầu chủ động

Trong thời gian vừa qua được sự chỉ đạo của các thầy cô trong khoa cơkhí động lực và trực tiếp là thầy hướng dẫn.. - Thay đổi tỷ số truyền nhằm mục đích tăng mômen xoắn qua cơ cấu phân c

Lời nói đầu

Trong giai đoạn hiện nay nghành giao thông vận tải là một lĩnh vực hết sứcquan trọng trong nền kinh tế và cuộc sống của chúng ta Nó không những thúc đẩy sựphát triển mạnh mẽ các nghành khác phát triển mà nó còn là phương tiện chính đểliên kết các vùng miền trên thế giới và trong nước lại với nhau

Trong thời gian học tập tại trường em được các thầy các cô trực tiếp hướng dẫntìm hiểu về cấu tạo, những sự cải tiến không ngừng cũng như các hư hỏng của ôtôthường gặp phải

Để có điều kiện hiểu hơn về cấu tạo cũng như những nguyên lý làm việc thựcthế của ôtô Trong thời gian vừa qua được sự chỉ đạo của các thầy cô trong khoa cơkhí động lực và trực tiếp là thầy hướng dẫn Em đã được giao đề tài thiết kế và tínhtoán cầu chủ động loại đơn trên xe ô tô tải Được sự hướng dẫn tận tình của thầy

….và sự cố gắng của bản thân Nay đề tài của em đã hoàn thành nhưng do những hạnchế nhất định nên không thể tránh được thiếu sót Vậy em kính mong sự chỉ bảo củathầy cô để đề tài này được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô đã giúp em hoàn thành đề tài này

Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

Ngày tháng năm 2011

Sinh viên thực hiện.

Vũ Văn Sỹ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

PHẦN I: MÔ TẢ KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CẦU CHỦ ĐỘNG

1.1 Cầu chủ động.

1.1.1 Công dụng.

- Đỡ toàn bộ trọng lượng của các bộ phận đặt trên ôtô

- Biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của ôtô nhờcác bộ phận đặt trên cầu chủ động

- Thay đổi tỷ số truyền nhằm mục đích tăng mômen xoắn qua cơ cấu phân chiatruyền tới bánh xe chu động nào đó (thường 900) đối với trục dọc của bánh xe

1.2.1 Những yêu cầu cơ bản và phân loại.

Truyền lực chính (TLC) là cơ cấu biến đổi mômen trong HTTL và nằm giữa cácbánh xe chủ động của ôtô

Đảm bảo đặc tính động lực học và tính kinh tế nhiên liệu tối ưu cho ôtô với các

tỷ số truyền đã chọn

- Có hiệu suất cao, làm việc êm dịu và không ồn

- Đảm bảo khoảng sáng gầm xe đủ lớn

- Đảm bảo độ cứng vững của vỏ, của ổ và của trục

Theo số lượng bánh răng TLC Có 2 dạng: truyền lực đơn (một cặp bánh răng) vàtruyền lực kép (2 cặp bánh răng)

Trong truyền lực đơn phân loại theo dạng bánh răng:

- TLC bánh răng côn

- TLC dạng hypoit

- TLC bánh răng trụ

1.3.2 Yêu cầu của cụm vi sai.

- Phân phối mômen xoắn giữa các bánh xe hay giữa các trục theo tỷ lệ đảm bảo

sử dụng trọng lượng bám tối đa ở các bánh xe

- Kích thước vi sai phải nhỏ gọn

- Hiệu suất truyền động cao

1.3.3 Phân loại.

Theo công dụng chia ra:

- Vi sai giữa các bánh xe

- Vi sai giữa các cầu

- Vi sai giữa các truyền lực cạnh

Theo kết cấu chia ra:

1.4.3 Phân loại.

Đối với ôtô theo kết cấu các ổ tựa chia ra:

- Bán trục chịu tải hoàn toàn, ổ tựa đặt bên trong và bên ngoài đặt trực tiếp lên nửatrục

- Bán trục giảm tải 1/2: ổ trục bên trong đặt trên vỏ vi sai còn ở bên ngoài đặt trựctiếp lên nửa trục

- Bán trục giảm tải 3/4: ổ tựa ở bên trong đặt lên vỏ vi sai còn ổ tựa bên ngoài đặttrên dầm cầu và moayơ ở bánh xe không đặt trực tiếp lên trục

- Bán trục giảm tải hoàn toàn: ổ tựa ở bên trong đặt trên vỏ bộ vi sai còn ổ tựa bênngoài gồm 2 ổ bi đặt trên dầm cầu và moayơ ở bánh xe không đặt trực tiếp lêntrục

1.4 Vỏ cầu.

1.4.1 Công dụng của vỏ cầu.

- Đỡ toàn bộ phần được treo tác dụng lên cầu

- Bao kín và bảo vệ cho bộ truyền lực chính, vi sai và các bán trục để nó có thểhoạt động tốt và lâu dài

- Tiếp nhận và truyền các lực từ trên khung xe xuống và các lực từ mặt đườnglên

1.4.2 Yêu cầu đối với vỏ cầu.

- Vỏ cầu phải đủ cứng vững để chịu được trọng lượng của xe

- Phải đảm bảo độ kín để bảo vệ các kết cấu bên trong

- Có kích thước và khối lượng nhỏ gọn để giảm tải trọng xe và tăng khoảng sánggầm xe

PHẦN 2: THIẾT KẾ CẦU CHỦ ĐỘNG TRÊN ÔTÔ 2.1 Những số liệu ban đầu.

2.1.1 Nhiệm vụ đồ án thiết kế cầu chủ động.

Đồ án môn học thiết kế cầu chủ động ôtô thực hiện: thiết kế và tính toán cầu chủđộng xe khách 29 chỗ ngồi

Cầu chủ động bao gồm: truyền lực chính; vi sai; bán trục; dầm cầu

Trong phần này thiết kế và tính toán truyền lự chính; vi sai; bán trục; dầm cầu

2.1.2 Các thông số cho trước

Các thông số cho trước khi thiết kế, tính toán cầu chủ động gồm:

- Trọng lượng toàn bộ của ôtô : G= 8550(kg)

- Trọng lượng phân bố lên cầu chủ động : G2= 5130 (kg)

- Mômen cực đại của động cơ : M e

max =310 (Nm) với nemax =1800 - 2000(v/p)

- Tỷ số truyền của cụm hệ thống truyền lực:

+ Tỷ số truyền của truyền lực chính : i0= 7,46

+ Tỷ số truyền của hộp số cơ khí : i1= 7,1 i2= 4,4; i3= 2,49; i5= 1,0

- Hệ số bám của đường : φmax= 0,8

- Kích thước lốp (B-d) : 11 – 20

2 2 Thiết kế tính toán truyền lực chính.

2.2.1 Xác định các thông số cơ bản của truyền lực chính.

Với: G ϕ2 - trọng lượng phân lên cầu chủ động

rbx – bán kính tính toán của bánh xe

ic- tỷ số truyền lực cạnh

i0- tỷ số truyền lực chính

ϕmax - hệ số bám

b) Chọn các thông số kích thước cơ bản của bộ truyền lực chính :

Chọn môđun mặt mút lớn ms=11(Theo hình 3.5 :Quan hệ giữa L0 ,ms

Với mômen tính toán M tt _ HD TKTT OTO-MAY KEO)

- Chọn số răng của truyền lực chính:

Theo bảng (3.5) ta chọn số răng của TLC là: Z1=6; Z2=44

Với: Z1- là số răng của bánh răng quả dứa

Z2- số răng của bánh răng mặt trời

11 6

cos 46 , 900=101, 6(mm )

Chọn chiều xoắn của bánh răng côn chủ động ngược với chiều quay của bánhrăng để đảm bảo lực dọc trục tác dụng lên bánh răng chủ động hướng từ đáy nhỏlên đáy lớn khi xe chạy tiến ( tránh kẹt răng)

Nhìn từ đầu máy khi xe chạy tiến thì bánh răng chủ động quay phải ( thuận chiềukim đồng hồ ) nên ta chọn chiều xoắn của bánh răng nón chủ động là chiều tráinhư hình 2.1 :

Hình 2.1 : Chiều xoắn của bánh răng chủ động

-Tính chiều dài đường sinh

L e=0,5 ms.√Z12+Z22=0,5 11.√62+442≈244 (mm)

- Chiều dài răng:

7 , 29 6 cos49 , 50=67 ,35( mm)

-Với bánh côn lớn d2=

m n Z2cos β2 =

7 , 29 46 cos32 , 40=379 , 89(mm)

Đường kính vòng chia đáy lớn :

-Với bánh nhỏ : d e 1=

m s Z1cos β1=

11 6

cos 49 ,500=101 ,6 (mm)

-Với bánh lớn : d e 2=

m s Z2cos β2=

Chiều dài đường sinh L e=244 (mm) L e=244 (mm)

Chiều dài đường sinh

cos32,40cos 49,50=84 ,97 (kN )

R1=65,36 cos49,5 o .(tg20

o.cos7,6o−sin 49,5o.cos 7,o)=−39,55(kN )

R2=65,36 cos 49,5 o .(tg20

o sin 82,4 o−sin 32,4o cos82,40)=29 ,17(kN )

2.2.3 : Tính toán kiểm tra bền bánh răng truyền lực chính

- Kiểm tra bền theo ứng suất uốn :

σ u=

p 0,85.b m n y≤[σ u]

Với: y- hệ số dạng răng được xác định theo hệ số răng tương đương Ztđ

- Kiểm tra bánh răng theo ứng suất tiếp xúc:

σ tx=0,418.√b.cosα sin α p.E .(

[σ tx] - ứng suất tiếp xúc cho phép, [σ tx] = ( 1500÷2500 ) (MN/m2)

E = 2,15 105(MN /m2) là môđun đàn hồi của vật liệu

L1 là khoảng cách từ tâm gối đỡ 1 đến đường kính vòng chia trung bìnhcủa bánh răng nhỏ

2.2.4.2.Tính ổ đỡ trục bánh răng chủ động :

Hệ số làm việc của ổ bi đỡ chặn ( ổ đũa côn)

C=Q.h0,3

Q=Q1 =75, 85 103(N )

n là số vòng quay tính toán của trục khi vận tốc ôtô =50 km/h

h là tổng thời gian làm việc của ổ bi

h=

S

V tb Trong đó V tb =50 km/h

S=50.000 km là khoảng thời gian giữa 2 lần đại tu xe

Chọn số răng của bánh răng bán trục : Z =Z b=22 răng

Chọn số răng của bánh răng hành tinh : Z h=11 răng

Tính góc côn chia của cặp bánh răng :

Góc côn chia của bánh răng hành tinh :

Hệ số dạng răng, y=0,392 (tra bảng 3-18 sách TKCTM)

[σ u] - Ứng suất uốn cho phép, [σ u] =550 MN/m2

b- chiều dài răng bán trục và bánh răng hành tinh;

Công thức tính

Kết quảBánh rănghành tinh

Z1

Bánrăngbántrục

+ Giá trị M tt bị hạn chế bởi điều kiện bám:

Với: [σ u] - Ứng suất uốn cho phép, [σ u] =(1000 ¿ 2000) (MN/m2)

y- hệ số dạng răng, tra bảng 3-18 (TKCTM) y1=0,338; y2=0,392

mtb- môđun pháp tuyến trung bình,

VẬy hệ số tải trọng: K=1.1,5=1,5

N- Công suẤt cỦa bỘ truyỀn, chỌn N= 70 mãlực ở 4000 v/p

b- ChiỀu dài răng

+ Ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ

Hình 2.4 Sơ đồ tính toán ứng suất chèn dập của bánh răng vi sai

ứng suất chèn dập dưới tác dụng của lực Q c

σ d

= 2 4 Q c

π ( d22

−d12 )≤4÷10( MN /m2)

Ta chọn l2=20 (mm)

Thay cỏc giỏ trị vào ta cú: σ cd2=

9851 ,7 4.0,18.25.10−3.20.10−3=27 ,36.10

6 (N /m2 )

σ d 2=27 ,36 (MN /m2)<[σ d]=50( MN /m2) (thoả món)

Như vậy độ bền chốn dập giữa trục chữ thập và bệ đỡ vỏ vi sai được đảm bảo

2.4 Thiết kế tính toán bán trục

Sơ đồ lực tác dụng lên cầu sau :

Z1, Z2 phản lực thẳng đứng tác dụng từ đờng lên bánh xe trái, phải

Y1,Y2 phản lực ngang của mặt đờng tác dụng lên bánh xe trái, phải

P k lực kéo tiếp tuyến

m2 là hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau

m2,G2 là lực thẳng đứng tác dụng lên cầu sau

m 2k là hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau khi ôtô chịu lực kéo tiếp tuyến cực đại

m 2k=1+M e max .i h 1 .i0 h

310 7,1 7 , 46 1 2,3 5130 10 0 ,533=0 ,261

Sơ đồ lực tác dụng lên cầu sau

m 2p là hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau khi phanh :

m 2 p= L L+ϕ h=

23002300+0,8 1000=0, 74

Trong đó

Y1=ϕy Z1=2.31757 ,14=63514,28( N )

Y2=ϕy Z2=2.19542,85=39085 ,7(N )

Z p=Z k=0Trờng hợp lực thẳng cực đại :

-chọn sơ bộ đờng kính trục tại vị trí lắp ổ lăn là : d = 56 ( mm )

-chọn khoảng cách từ tâm bánh xe tới tâm ổ đỡ đầu tiên là : 135mm = 0,135 m -ứng suất uốn đầu trục tại tiết diện lắp ổ đỡ đầu trục :

σ u=√M2pk max+M z2

b 0,1 d3.√P k max2 +Z bx2

Tra bảng P2-11 tính toán hệ dẫn động cơ khí chọn ổ đũa côn kí hiệu 7613.

2.5 Tính toán dầm cầu với bán trục giảm tải 1/2 :

- Dầm cầu chịu uốn trong mặt phẳng ngang: Mn= Pkmax.l

- Dầm cầu chịu xoắn: Mx= Pkmax.rbx

- Mô men tổng hợp tại mặt cắt nguy hiểm của dầm cầu ở tâm lắp nhíp:

Mô men uốn trong mặt phẳng ngang:

M n=P p max l= G2

2 m 2 p l ϕmax= 5130 10

2 .0 ,74 0,3 0,8=4555 , 4(Nm)Mô men xoắn (đoạn từ vị trí đặt mâm phanh đến tâm bắt nhíp)

M x=p p max r bx=G2

2 m 2 p ϕmax r bx= 5130 10

2 0, 74 0,8.0 533=8093 , 49(Nm)Mômen tổng hợp là:

2.5.3 Chế độ lực ngang đại

Sơ đồ lực tác dụng lên dầm cầu chủ động ở chế độ lực ngang cực đại.

Mô men uốn tổng hợp tại mặt cắt nguy hiểm xác định nh sau:

- Mô men uốn tổng hợp tại mặt cắt (I-I)

Tài liệu tham khảo

1 Hớng dẫn đồ án môn học : “Thiết kế và tính toán ô tô - máy kéo” tập 1 NXB

ĐHQG TPHCM – 2005 Tác giả: Nguyễn Hữu Hờng – Phạm Xuân Mai – Ngô Xuân Ngát

2 Giáo trình “Thiết kế và tính toán ô tô - máy kéo” NXB ĐHQGHN – 1978 Tácgiả : Nguyễn Hữu Cẩn –Trơng Minh Chấp – Dơng Đình Khuyến – Trần Khang

3 Thiết kế CTM NXB GD Tác giả: Nguyễn Trọng Hiệp – Nguyễn Văn Lẫm

4 Lê Công Dỡng (chủ biên) - Vật liệu học - NXB KH&KT - 1997

1.2 ) Truyền lực chính 3

1.3 ) Vi sai 4

1.4 ) Vỏ 5

Phần II : Thiết kế cầu chủ động 6

2.1 ) Các số liệu ban đầu 6

2.2.1) Thiết kế tính toán cầu chủ động 7

2.2.2.) Chọn thông số kĩ thuật cơ bản của truyền lực chính 7

2.2.3) Tính toán bền của bánh răng truyền lực chính 13

2.2.4 ) Tính ổ đỡ trục 14

2.3 ) Tính vi sai 15

2.3.1 ) tính kích thớc vi sai đối xứng 16

2.3.2 ) Tính toán bền cho bộ vi sai 18

2.4 ) Thiết kế tính toán bán trục 21

2.4.2 ) Tính bền bán trục giảm tải 22

2.4.3 ) Chọn ổ đỡ bán trục 23 Tài liệu tham khảo