Thiết kế và tính toán cầu chủ động loại đơn trên xe tải g=3500

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 Vũ xuân Trờng 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.

Nguyễn Xuân Thu

NhËn xÐt cña gi¸o viªn híng dÉn

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Phần I: Mô tả khái quát chung về 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

Trong truyền lực đơn phân loại theo dạng bánh răng:

- TLC bánh răng côn

- TLC dạng hypoit

- TLC bánh răng trụ

- TLC dạng trục vít

1.3 Vi sai.

1.3.1 Công dụng.

Bộ vi sai có nhiệm vụ làm cho các bánh xe chủ động có quay với các vận tốc khác nhau trong các trờng hợp ôtô quay vòng hoặc ôtô chuyển động trên đờng gồ ghề không bằng phẳng

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.

KgKg

Tay số 1Tay số 2Tay số 3Tay số 4

4,4452,8751,751,00

4 Tỷ số truyền của truyền lực chính 5,425

6 Mômen soắn cực đại Memax

ở số vòng quay nMax

270 2200

NmVg/Ph

2.2 Thiết kế tính toán truyền lực chính.

2.2.1 Xác định tải trọng tính toán.

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:

.

i i

r G M

c

bx tt

ϕ ϕ

950 , 0 4 , 25 ).

2 (

950 ,

ic: tỷ số truyền lực cạnh

i0: tỷ số truyền lực chính

ϕ max: hệ số bám.

1 425 , 5

40 , 0 2100 80 0

Nm kgm

=

=

α ξ

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

0

0 25 5 5 , 425 36 , 646 5

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 8 80 7 2 36 2 170 ( )

2 2

Z m

L e = s + = + ≈

 Chiều dài răng:

) ( 51 170 3 , 0 3 ,

1 ≈ 25 + 5 i + 90 E/d e = 25 + 5 5 , 425 + 90 2 / 20 , 50 = 45 , 23 β

 Ta có hệ số tăng đờng kính bánh răng chủ động:

) 4 , 1 3 , 1 ( cos

0 2

1 1

44 , 10

) 425 , 5

1 ( )

1 ( )

Z arctg

 Đờng kính vòng chia

-Với bánh côn nhỏ:

) ( 64 , 59 23 , 45 cos

7 6 cos

.

0 1

, 23 cos

38 6 cos

.

0 2

7 80 , 8 cos

.

0 1

, 23 cos

38 80 , 8 cos

.

0 2

1757 , 4 47 , 87

25 , 365

d Z

2

0 = =

 Chiều cao đầu răng mặt đáy lớn :

) ( 29 , 13 80 , 8 ).

51 , 0 1 ( ).

( *

) ( 31 , 4 80 , 8 ).

51 , 0 1 ( ).

L

h arctg

e

f f

L

h arctg

e

f f

- t¸c dông lªn b¸nh nhá:

) ( 21818 10

55

1200

3 1

r

M P

64 ,

- t¸c dông lªn b¸nh lín :

23 , 45 cos

72 , 23 cos 21818 cos

cos

0 0

1

2 1

β β

 Lùc däc trôc :

- t¸c dông lªn b¸nh nhá:

) cos sin sin

.(

.(

.(

cos

1

i i

56 , 79 sin 646 , 36 sin 56 , 79 cos 20 (

646 , 36 cos 21818

) ( 6793 )

44 , 10 sin 646 , 36 sin 44 , 10 cos 20 (

646 , 36 cos 21818

0 2

1

N tg

R

N tg

R

o o

o o

o o

o o

2.2.4 Tính toán kiểm tra bền bánh răng truyền lực chính.

 Kiểm tra bền theo ứng suất uốn :

n u

y m b

8 , 0

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

B ảng 2.1 Thông số bộ truyền lực chính Hipôit

Bánh răng

Chiều dài đờng sinh L e =170 mm( ) L e =170 mm( )

Chiều dài đờng sinh trung bình L m =172 mm( ) L m =172 mm( )

Chiều cao đầu răng mặt đáy lớn h a1 = 13 , 3 (mm) h a2 = 4 , 3 (mm)

Chiều cao chân răng mặt đáy lớn h f1 = 6 , 5 (mm) h f2 = 15 , 5 (mm)

,27cos.96,78cos

38cos

.cos

34,2023,45cos.44,10cos

7cos

.cos

3 2

3 2

2 2

3 0 1

3 1

1 1

td

o td

Z Z

Z Z

βδ

βδ

Vậy tra bảng (3-18) TKCTM ta có: y1 = 0 , 392 ;y2 = 0 , 517

[ ]σu - ứng suất uốn cho phép, [ ]σu = (700 ữ 900) (MN/m2)

) (

224 517

, 0 10 6 10 51 8 , 0

28363

) (

4 , 237 392

, 0 10 6 10 51 8 , 0

21818

2 3

3 2

2 3

3 1

m MN

m MN

=> Vậy độ bền uốn của các bánh răng thoả mãn

 Kiểm tra bánh răng theo ứng suất tiếp xúc:

td td tx

r r b

E

α α

sin cos

.

418 , 0

2 1

Với: ritđ- bánh răng tơng đơng, i=1;2

i i

tb itd

r r

δ

β coscos2

64 ,

[ ]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 thép

) ( 71 , 1028 56

, 79 cos 646 , 36 cos

120

) ( 88 , 86 44 , 10 cos 646 , 36 cos

55

2 2

0 0

2 1

mm r

mm r

o o

) / ( 790 ) 10 1028

1 10

88 , 86

1 (

20 sin 20 cos 10 51

10 15 , 2 10 21818 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

Vậy độ bền tiếp xúc của bánh răng thỏa mãn thoả mãn

2.2.5 Tính trục ổ đỡ trục bộ truyền lực chính

2.2.5.1 Tính trục của bộ truyền lực chính.

b)Tính chính xác đờng kính và định kết cấu trục:

Phân tích kết cấu trục :

Khoảng cách giữa hai gối đỡ :

18 , 0 16 , 0

58 18

, 0 16 ,

31 44 , 10 cos 2

46 10 2 cos 2

0 1

, 202 1050

) ( 6 , 202 04812 , 0 6793 10

2

64 , 59 17755 2

.

) ( 1050 04812

, 0 21818

2 2

3 1

1 1 1

1 1

2 2

m N M

m N L

R

d Q M

m N L

P M

M M M

u y x

y x u

= +

0 1200 1069

) ( 701

75 0

2 2

2 2

m N M

m N M

M

M M M

td

tt z

z u td

= +

1 ,

C =Q.n0 , 35 h0 , 3

Q=Q1 = 1755N)

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

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

) ( 762 , 682 ) ( 682762 2000

50 17755

2000 50

100000

3 , 0 35 ,

2 5

0

2

2 2

2

2 1

u

o n

.)

1.(

)

1.(

Trong đó: kσ = 0 , 2 (là hệ số khoá vi sai đối với bánh răng côn đối xứng)

Z =Z b = 22 răng

M o =M emax i h1.i pt.i o ηtl ⇒M o = 270 4 , 445 1 5 , 425 0 , 93 = 6055 (Nm)

ηtl - hiệu suất truyền lực, ηtl=0,93

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

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

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

b = 0 , 3 L0 = 0 , 3 108 = 32 , 4(mm)

λ- hệ số kích thước, 0 , 7

108

4 , 32 1 1

7 , 0 1 (

10 8 , 83 4 22 10 550

6055 ).

2 , 0 1 (

3

3 3

Bán răng bán trục

2 1

0 5 ,

; 1

h m h

a

a s

L

h arctg f

a =

θ

0

2 2

L

h arctg f

440 , 0 10 2100 8 , 0 5 , 0

5 ,

i

r G

(N.m) ⇒Vậy M tt =3696 Nm( )

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

.10 14784( )

2

75 4

3696 6 , 0

6 , 0

3 1

N r

sin 14784 20 0 sin 26 , 56 0 2406 ( )

tg P

b n z m y

N

85 , 0

10 1 ,

N- Công suất của bộ truyền, chọn N =110 (mã lực) ở 3200 v/p

b- Chiều dài răng, b= L e/ 3 = 83 , 8 / 3 = 28

- Ứng suất uốn tại chân răng bỏnh nhỏ

3 3

6 6

35 , 1581 10

28 3200 11 10 18 , 5 338 , 0 85 , 0

10 736 , 0 110 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 = 14784 (N)

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

31 , 9 ( )

56 , 26 cos 2

5 , 127

1 10

9 , 31

1 20 cos 20 sin 10 28

10 10 15 , 2 14784

418 ,

3 3

0 0

3

6 5

m MN

=> Vậy độ bền tiếp xúc đợc đảm bảo

2.3.2.4 Tính ứng suất chèn dập của mặt đáy bánh răng hành tinh và vỏ vi sai.

Khi thiết vi sai, ngoài việc cần đảm bảo ứng suất uốn và ứng suất tiếp xúc ở bề mặt răng ta còn phải đảm bảo ứng suất chèn và cắt ở các bề mặt bánh răng, trục và vỏ vi sai Đó

là cơ sở để chọn các kích thớc còn lại của vi sai

Sơ đồ tính toán :

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

4 10 5 , 28 2

3696 sin

2

0 0

3 1

3

N tg

tg q r

14 , 3

10 2638 4

2 3 2

3

6

m MN

−

σ

Vậy ứng suất chèn dập đảm bảo độ bền

2.3.2.5: Tính ứng suất chèn dập của mặt đáy bánh răng bán trục và vỏ vi sai.

ứng suất chèn dập :

)/(104)(

2 1

2 2

m MN r

Trong đó: q = 4

20 cos 25 , 56 2661 ( )

4 10 57 2

3696 cos

2

0 0

3 1

3

N tg

tg q r

14 , 3

10 2661

2 2

6

m MN

3 3

Vậy ứng suất chèn dập đảm bảo độ bền

 ứng suất chèn dập σ 2 sinh ra giữa trục chữ thập và vỏ vi sai:

2 1 2

10 05 , 4 10 25 10 57 16 , 0 4

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 :

3696 3633

440 , 0 8 , 0 2

10 2100 2

2 , 0 1 93 , 0 425 , 5 445 , 4 270

2 2

1

1 max

tl o h e

M

M

r

G M

k i

i

Chọn M tt = 3660(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 2100 3 , 2

1 425 , 5 445 , 4 270 1

.

1

2

0 1 max

bx

h e

h i i M m

Sơ đồ lực tác dụng lên cầu sau

- m2p là hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau khi phanh :

0 , 742

1000 8 , 0 2300

2300

+

= +

=

h L

L

m p

ϕ

2.4.1.1 Xác định phản lực tiếp tuyến lên bánh xe

 Trờng hợp truyền lực kéo cực đại

0

) ( 65 , 7398 44

, 0 2

425 , 5 445 , 4 270

) ( 13717 2

10 2100 3064 , 1 2

.

2 1

2 2 2 1

p

N G

m Z Z

k k

2

10 2100 742 , 0 8 , 0 2

.

) ( 7791 2

10 2100 742 , 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 1540

2 1 2

) ( 3 , 9533

4 , 8

1 1 2 1 2

10 2100

2 1 2

2 2

2 1

N B

h G

z

N B

h G

z

g Y

g Y

Trong đó:

0

) ( 2 , 11733 6

, 5866 2

) ( 6 , 19066 3

, 9533 2

2 2

1 1

Z Z

N Z

Y

N Z

Y

ϕ ϕ

 Trờng hợp lực thẳng cực đại :

1 , 75 18375 ( )

2

10 2100

Chọn vật liệu làm bán trục là thép hợp kim C25Mn có ứng suất tổng hợp là 750MN / m2

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 :

) / ( 8 , 105 5852

4 , 4096 045 , 0 1 , 0

135 , 0

1 , 0

1 , 0

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

= +

 ứng suất xoắn tổng hợp :

2 3 2

2 ,

0 d

M

= Σ

6 , 1556 3

,

3

2 2

m MN m

, 0 1 045 , 0 2 , 0

135 , 0 76 , 0 10 1540 1

.

2

2

m MN m

MN d

b m

4 , 8

1 1 2 1 045 , 0 2 , 0

10 1540

2 1 2 , 0

2 2

3

3 2

m MN m

MN

b r B

h d

G

u

bx y y g u

=

σ

ϕ

ϕ σ

vậy ứng suất uốn có độ bền thoả mãn

2.4.2.4 Chế độ lực ngang cực đại

045 , 0 2 , 0

135 , 0 10 1540 75 , 1 2 , 0

a

b a

, 0 1 66

, 0

) 135 , 0 66 , 0 (

76 , 0 10 1540 '

1 ) (

'

2

2 max 2

2

N R

a

b a m G

= +

, 0

38 , 0 1 66 , 0

135 , 0 1 4 , 8

1 1 2 1 2

10 1540

1

2 1 2

) ( 4 , 5994 66

, 0

38 , 0 1 66 , 0

135 , 0 1 4 , 8

1 1 2 1 2

10 1540

1

2 1 2

' 1

2 ' 1

' 1

2 ' 1

N R

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’ = 17208,8 (N)

50 8 ,

⇒

Tra bảng P2-11 tính toán hệ dẫn động cơ khí chọn ổ đũa côn kí hiệu 7608

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:

l B

M ®

x M

M = P rx kmax bx

kmax n

.0,267.0,3= 5252,5.0,25 = 616,7(Nm)

Mn = Pkmax.l = 4096,4.0,3 = 1229 (Nm)

Mx = Pmax.rbx =4096,8.0,38 = 1556,7 (Nm)

 Mômen tổng hợp uốn và xoắn tác dụng lên cầu là:

x n

62 , 0

=

 Mô men uốn trong mặt phẳng ngang:

) ( 1229 7

, 0 3 , 0 76 , 0 2

10 1540

2

0 7 , 0 76 , 0 2

10 1540

2

6 ,

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)

4 , 8

1 1 2 1 2

10 1540

2 1 2

B

h G

=

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

) ( 6 , 6482 )

38 , 0 1 3 , 0 (

4 , 8

1 1 2 1 2

10 1540 )

( 2 1 2

B

h G

= +







 +

62 , 0

10 6 , 6482

m MN W

 Mô men uốn trong mặt phẳng thẳng đứng:

.1,75.0,3 4042,5( )

2

10.1540

.2

52 , 6 10

62 , 0

10 5 ,

3

6

m MN W