thiết kế và tính toán cầu chủ động loại đơn trên xe du lịch

Trong thời gian vừa qua đợc sự chỉ đạo của các thầy cô trong khoa cơ khí động lực và trực tiếp là thầy hớng dẫn.. Truyền lực chính TLC là cơ cấu biến đổi mômen trong HTTL và nằm giữa các

Lời nói đầu

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

Trong thời gian học tập tại trờng em đợc các thầy các cô trực tiếp hớng dẫn tìm hiểu về cấu tạo, những sự cải tiến không ngừng cũng nh các h hỏng của ôtô thờng gặp phải

Để có điều kiện hiểu hơn về cấu tạo cũng nh những nguyên lý làm việc thực thế của ôtô Trong thời gian vừa qua đợc sự chỉ đạo của các thầy cô trong khoa cơ khí động lực và trực tiếp là thầy hớng dẫn Em đã đợc giao đề tài thiết kế và tính toán cầu chủ

động loại đơn trên xe du lịch Đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy ….và sự cố gắng của bản thân Nay đề tài của em đã hoàn thành nhng do những hạn chế nhất định nên không thể tránh đợc thiếu sót Vậy em kính mong sự chỉ bảo của thầy cô để đề tài này

đợc hoàn thiện hơn

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

Đại học s phạm kỹ thuật Hng Yên

Ngày tháng năm 2011

Sinh viên thực hiện.

Nhận xét của giáo viên hớng dẫn

………

………

………

………

………

………

………

………

………

…………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Phần I: Mô tả khái quát chung về cầu chủ động

1.1 Cầu chủ động.

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 các bánh xe chủ động của ôtô

Đảm bảo đặc tính động lực học và tính kinh tế nhiên liệu tối u 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 lợng bánh răng TLC Có 2 dạng: truyền lực đơn (một cặp bánh răng) và truyền lực kép (2 cặp bánh răng)

Trong truyền lực đơn phân loại theo dạng bánh răng:

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 lợng bám tối đa ở các bánh xe

- Kích thớc 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:

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 nửa trục

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

- Bán trục giảm tải 3/4: ổ tựa ở bên trong đặt lên vỏ vi sai còn ổ tựa bên ngoài đặt trên 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 bên ngoài gồm 2 ổ bi đặt trên dầm cầu và moayơ ở bánh xe không đặt trực tiếp lên trục.

1.4 Vỏ cầu.

1.4.1 Công dụng của vỏ cầu.

- Đỡ toàn bộ phần đợc treo tác dụng lên cầu

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

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

1.4.2 Yêu cầu đối với vỏ cầu.

- Vỏ cầu phải đủ cứng vững để chịu đợc trọng lợng của xe

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

- Có kích thớc và khối lợng nhỏ gọn để giảm tải trọng xe và tăng khoảng sáng gầm 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 chủ

động loại đơn trên xe tải

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 trớc và thông số tham khảo.

a) Thông số cho trớc.

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

- Trọng lợng toàn bộ của ôtô, G= 2250 (kg)

- Trọng lợng phân bố lên cầu chủ động, G2= 1350 (kg)

- Mômen cực đại của động cơ, M emax = 170 (Nm)

- Tỷ số truyền của cụm hệ thống truyền lực:

+ Tỷ số truyền của truyền lực chính, i0= 5,225

Đối với ôtô có công thức bánh xe 4x2 tải trọng tính toán xác định theo mômen cực

đại của động cơ khi xe chuyển động ở số truyền 1:

max

.

.

i i

r G M

i M

c

bx tt

h e

44 , 0 1350 75 , 0

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

1

=

=

α ξ

- Chọn góc nghiêng trung bình đờng xoắn răng (β)

0 25 5 5 , 225 36 , 429 5

7 11 cos

.

0 1

Chọn chiều xoắn của bánh răng côn chủ động ngợc với chiều quay của bánh răng

để đảm bảo lực dọc trục tác dụng lên bánh răng chủ động hớng từ đáy nhỏ lên 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 chiều kim đồng hồ ) nên ta chọn chiều xoắn của bánh răng nón chủ động là chiều trái

nh hình 2.1 :

b) a)

Hình 2.1 : Chiều xoắn của bánh răng chủ động

-Tính chiều dài đờng sinh

0 , 5 2 0 , 5 11 7 2 36 2 202 ( )

2 2

Z m

0 2

1 1

83 , 10

) 225 , 5

1 ( )

1 ( )

Z arctg

7 53 , 7 cos

.

0 1

36 53 , 7 cos

.

0 2

7 11 cos

.

0 1

36 11 cos

.

0 2

51 , 0 1 ( ).

( *

) ( 39 , 5 11 ).

51 , 0 1 ( ).

( *

- ChiÒu cao ch©n r¨ng mÆt mót lín :

h arctg

e

f f

L

h arctg

e

f f

718

3 1

- Lực vòng tác dụng lên bánh lớn :

02 , 47 cos

59 , 27 cos 2 , 18572 cos

cos

0 0 1

2 1

β β

- Lực dọc truc :

Bảng 2.1 Thông số bộ truyền lực chính Hipôit

Bánh răng

Chiều dài đờng sinh L e =202 mm( ) L e =202 mm( )

Chiều dài đờng sinh trung

bình

) (

h f = h f2 = 19 , 36 (mm)

.( sin sin cos )

.( 20 sin 10 , 83 sin 36 , 429 cos 10 , 83 ) 15041 , 6 ( )

429 , 36 cos

2 ,

) ( 3 , 10827 )

17 , 79 cos 429 , 36 sin 17 , 79 sin 20 (

17 , 79 sin 429 , 36 sin 17 , 79 cos 20 (

) ( 3 , 5676 )

83 , 10 sin 429 , 36 sin 83 , 10 cos 20 (

) sin sin cos

.(

cos

0 0

2

0 1

1

N tg

R

N tg

o

o o

o o

i i

2.2.2 : TÝnh to¸n kiÓm tra bÒn b¸nh r¨ng truyÒn lùc chÝnh

- KiÓm tra bÒn theo øng suÊt uèn :

Với: y- hệ số dạng răng đợc xác định theo hệ số răng tơng đơng Ztđ

42,26837

,27cos.96,78cos

36cos

.cos

35,2290,46cos.04,11cos

7cos

.cos

3 2

3 2

2 2

3 0 1

3 1

1 1

td

o td

Z Z

Z Z

βδ

βδ

4 , 182 517 , 0 10 53 , 7 10 40 85 , 0

4 , 24144

) (

9 , 160 392 , 0 10 53 , 7 10 46 85 , 0

2 , 18572

2 3

3 2

2 3

3 1

m MN

m MN u

r r b

E

α α

sin cos

.

418

,

0

2 1

Với: ritđ- bánh răng tơng đơng, i=1;2 và cos 2β cosδ

tb itd

r

r =

[ ]σtx - ứng suất tiếp xúc cho phép, [ ]σtx = (1500 ữ 2500) (MN/m2)

E = 2,15 10 5 (MN/m2 ) là môđun đàn hồi của vật liệu

) ( 4 , 1257 17

, 79 cos 429 , 36 cos

.

2

9 , 305

) ( 8 , 60 83 , 10 cos 429 , 36 cos

.

2

32 , 77

2

2

0 0

2

1

mm r

mm r

o o

902

) / ( 902 ) 10 4 , 1257

1 10

8 , 60

1 (

20 sin 20 cos 10 46

10 15 , 2 10 2 , 18572 418

,

0

2 1

2 1

2 3

3 0

0 3

5 6

1

m MN m

MN

m MN

tx tx

=

σ σ

σ

) / ( 1103

) / ( 1103 )

10 1257

1 10

8 , 60

1 (

20 sin 20 cos 10 40

10 15 , 2 10 4 , 24144 418

,

0

2 1

2 21

2 3

3 0

0 3

5 6

2

m MN m

MN

m MN

tx tx

=

σ σ

σ

Vậy điều kiện tiếp xúc thoả mãn

2.2.3 Tính trục ổ đỡ trục bộ truyền lực chính

2.2.3.1 Tính trục của bộ truyền lực chính :

Khoảng cách giữa hai gối đỡ :

) ( 305

75 , 343 305 18 , 0 16 , 0

55 18

, 0 16 , 0

mm L

d L

L1 là khoảng cách từ tâm gối đỡ 1 đến đờng kính vòng chia trung bình của bánh răng nhỏ

2

29 83 , 10 cos 2

46 10 2 cos

2

0 1

, 314 7

, 874

) ( 1 , 314 0471 , 0 3 , 5676 10

2

32 , 77 6 , 15041 047

0 2

) ( 7 , 874 0471 , 0 2 , 18572 047

0

2 2

3 1

1 1 1

2 2

m N M

m N R

d Q

M

m N P

M

M M M

u

y

x

y x u

= +

0 718 4

, 929

) ( 718

75 0

2 2

2 2

m N M

m N M

M

M M M

td

tt z

z u td

= +

C =Q.n0 , 35 h0 , 3

Q=Q1 = 15041 , 6 (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

tb V

S

h= Trong đó V tb =50 km/h

S=100.000 km là khoảng thời gian giữa 2 lần đại tu xe

) ( 419 , 578 2000

50 6 , 15041

2000 50

100000

3 , 0 35

u

o n

.)

1.(

)

1.(

[ ]σu - ứng suất uốn cho phÐp, [ ]σu =550 MN/m2

b- chiều d i rà ăng b¸n trục v b¸nh rà ăng h nh tinh; à

b= 0 , 3 L0 = 0 , 3 135 , 2 = 40 , 56(mm)

λ- hệ số kÝch thước, 0 , 7

2 , 135

56 , 40 1 1

7 , 0 1 (

10 2 , 135 4 22 10 550

3 , 3489 ).

2 , 0 1 (

3

3 3

B¸n r¨ng b¸n trôc

2 1

0

5 ,

; 1

h m h

a

a s

a =

2

h arctg f

44 , 0 10 1350 75 , 0 5 , 0

5 ,

i

r G

(N.m) ⇒Vậy M tt = 2227 , 5 (Nm)

Lùc vßng t¸c dông lªn b¸nh r¨ng hµnh tinh :

.10 9546,4( )

2

70 4

5 , 2227 6 , 0

6 , 0

3 1

N r

10 1 ,

) 56 , 40 5 , 0 2 , 135 (

3 ) 5 , 0 (

+ Ứng suất uốn tại chân răng bỏnh nhỏ.

( 2)

3 3

6 6

10 56 , 40 4000 11 10 55 , 2 338 , 0 85 , 0

10 76 , 0 70 5 , 1 10 1 , 19

m MN

.

418 , 0

td td tx

r r b

E P

α α σ

Trong đó P = P vs = 9546 , 4(N)

E: Môđun đàn hồi của vật liệu, lấy E = 2,15.105 (N/m2)

56 , 26 cos 2

5 , 156

1 10

15 , 39

1

20 cos 20 sin 10 56 , 40

10 10 15 , 2 4 , 9546

418

,

3 3

0 0

3

6 5

m MN

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

ứng suất chèn dập dới tác dụng của lực Q c

)(

.4

2 1

2 2

m MN d

5 , 2227 sin

2

0 0

3 1

3

N tg

tg q r

.4

2 1

2 2

m MN r

Trong đó q = 4

20 cos 26 , 56 588 , 6 ( )

4 10 154 2

5 , 2227 cos

2

0 0

3 1

3

N tg

tg q r

14 , 3

10 2 , 541 4

2 2

6

m MN

.r d l q

4 10 ( )

10 2 , 36 10 25 154 , 0 4

5 ,

3 3

2

.

5 ,

3 3

Nh vậy độ bền chèn dập giữa trục chữ thập và bệ đỡ vỏ vi sai đợc đảm bảo

2.4 Thiết kế tính toán bán trục

2.4.1.Các chế độ tảI trọng tính toán :

Mômen tính toán đợc xác định theo điều kiện bám và kéo :

5 , 2227 6

,

2093

44 , 0 75 , 0 2

10 1350 2

2 , 0 1 93 , 0 225 , 5 224

1

tl o

k i

i

Chọn M tt = 2150(N.m)

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

m2k là hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau khi ôtô chịu lực kéo tiếp tuyến cực đại

44 , 0 10 1350 3 , 2

1 225 , 5 224 , 4 170

.

1

2

0 1 max

bx

h e k

r G L

h i i M m

Sơ đồ lực tác dụng lên cầu sau

p

m2 là hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau khi phanh :

1000 7 , 0 2300

2300

+

= +

=

h L

, 0 2

225 , 5 224 , 4 170

) ( 2 , 1856 2

10 1350 275 , 0 2

.

2 1

2 2 2 1

p

N G

m Z

Z

k k

2

10 1350 76 , 0 75 , 0 2

.

) ( 5130 2

10 1350 76 , 0 2

.

2 2 max 2

1

2 2 2 1

m P

p

N G

m Z

Z

p k

4 , 8

1 1 2 1 2

10 1350

2 1 2

) ( 1 , 8357

4 , 8

1 1 2 1 2

10 1350

2 1 2

h G

z

N B

h G

z

g Y

g Y

Trong đó

0

) ( 8 , 10285 9

, 5142 2

) ( 2 , 16714 1

, 8357 2

2 2

1 1

Z Z

N Z

Y

N Z

Y

ϕ ϕ

Trờng hợp lực thẳng cực đại :

1 , 75 11812 , 5 ( )

2

10 1350

chọn sơ bộ đờng kính trục tại vị trí lắp ổ lăn là : d = 45 ( 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 :

) / ( 95 5130 5

, 3847 045 , 0 1 , 0

135 , 0

1 , 0

1 , 0

2 2

2 3

2 2

max 3

3

2 2

max

m MN

Z P

d

b d

M M

u

bx k

z pk

u

= +

1692,9 7

,

3

2 2

m MN m

135 , 0 76 , 0 10 1350 1

.

2

d

b m

4 , 8

1 1 2 1 045

2

,

0

2 2

3

3

2

m MN m

MN

b r B

h d

G

u

bx y y g u

vậy thoả mãn

2.4.2.4 : Chế độ lực ngang cực đại

045 , 0 2 , 0

135 , 0 10 1350 75 , 1 2 , 0

k d

u

m MN

vậy bán trục đảm bảo bền

2.4.3 : Chọn ổ đỡ bán trục :

Phản lực ' Z2 X2

a

b a

, 0 1 66

, 0

) 135 , 0 66 , 0 (

76 , 0 10

.

1350

'

1 ) (

.

'

2

2 max 2

2

N R

a

b a m

G

= +

+

=

+ +

l B

, 0

44 , 0 1 66 , 0

135 , 0 1 4 , 8

1 1 2 1 2

10 1350

1

2 1 2

) ( 1 , 4495 66

, 0

44 , 0 1 66 , 0

135 , 0 1 4 , 8

1 1 2 1 2

10 1350

1

2 1 2

a

r a

b B

h G

R

N R

a

r a

b B

h G

R

bx y y

g

bx y y

ϕ ϕ

Vậy chọn tải trọng tính toán là R’ = 15448 , 3 (N)

50 3 ,

15448 0 , 35 0 , 3 N

⇒

Tra bảng P2-11 tính toán hệ dẫn động cơ khí chọn ổ đũa côn kí hiệu 7607

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:

x n

2

0 75 , 0 76 , 0 2

10 1350

2

bxt Z

2 0.5G G 2 0.5G2

x n

6 ,

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)

4 , 8

1 1 2 1 2

10 1350

2 1 2

B

h G

=

- Mô men uốn tổng hợp tại mặt cắt (II-II):

) ( 3 , 6184 )

44 , 0 1 3 , 0 (

4 , 8

1 1 2 1 2

10 1350 )

( 2 1 2

B

h G

62 , 0

3 , 6184

m MN W

4.3.4 Chế độ lực thẳng đứng cực đại (hình 4.4)

- Phản lực thẳng đứng của đờng: Z bx G k d

2

2 max =

- Mô men uốn trong mặt phẳng thẳng đứng:

1 , 75 0 , 3 3543 , 75 ( )

2

10 1350

2

75 ,

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 Tác giả : 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