ĐỒ án MÔN HỌC đồ án THIẾT KẾ CƠ KHÍ TRONG CÔNG NGHỆ ô TÔ THIẾT KẾ HỘP SỐ ô TÔ

Trong các loại hộp số trên, hộp số ba trục cố định, có trục sơ cấp và trục thứcấp đồng tâm được sử dụng phổ biến nhất vì có ưu điểm là: có khả năng tạo sốtruyền thẳng bằng cách nối

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ

Giảng viên hướng dẫn: Lương Huỳnh Giang

Sinh viên thực hiện:Trần Khánh Linh Mã SV:1911252865 Lớp: 19DOTD1Sinh viên thực hiện:Nguyễn Văn Thắng Mã SV:1911251116 Lớp: 19DOTD1Sinh viên thực hiện:Nguyễn Trọng Danh Mã SV:1911250591 Lớp: 19DOTD1Sinh viên thực hiện:Lê Đức Chính Mã SV:1911252942 Lớp: 19DOTD1

Tp.HCM, ngày … tháng … năm 2021

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI TÊN MÔN HỌC : ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ TRONG CÔNG NGHỆ

ÔTÔ NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm

04):

1) Trần Khánh Linh MSSV : 1911252865 Lớp :19DOTD1

2) Nguyễn Văn Thắng MSSV : 1911251116 Lớp : 19DOTD1

3) Nguyễn Trọng Danh MSSV : 1911250591 Lớp : 19DOTD1

4) Lê Đức Chính MSSV : 1911252942 Lớp : 19DOTD1

2 Tên đề tài : Thiết kế hô ̣p số ôtô

3 Các dữ liệu ban đầu :

 Xe tham khảo : Xe tải HD72

 Loại xe: Xe tải

4 Nội dung nhiệm vụ :

- Thiết kế bố trí chung, Thiết kế kỹ thuâ ̣t,

- Xây dựng bản vẽ chế tạo mô ̣t số chi tiết cơ khí cơ bản của hô ̣p số như: Trục,bánh răng,

5 Kết quả tối thiểu phải có:

1) Tính toán thiết kế bố trí chung

2) Tính toán thiết kế kỹ thuâ ̣t

3) Xây dựng bản vẽ chế tạo mô ̣t số chi tiết cơ khí cơ bản của hô ̣p số như: Trục,bánh răng,…

Ngày giao đề tài: 30 / 03 /2021 Ngày nộp báo cáo: ……./…… /………

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 5

1 CÔNG DỤNG , YÊU CẦU , PHÂN LOẠI 6

1.1 CÔNG DỤNG : 6

1.2 YÊU CẦU 6

1.3 PHÂN LOẠI 6

2.CHỌN LOẠI HỘP SỐ VÀ SỐ TAY SỐ 6

2.1.CHỌN LOẠI HỘP SỐ: 6

2.2 XÁC ĐỊNH TỶ SỐ TRUYỀN , SỐ CẤP 8

2.2.1 Xác dịnh tỷ số truyền 8

2.3 SƠ ĐỒ ĐỘNG CỦA HỘP SỐ 9

2.4 XÁC ĐỊNH TỶ SỐ TRUYỀN CÁC TAY SỐ TRUNG GIAN 10

3 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA HỘP SỐ 11

3.1 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA TRỤC 11

3.1.1 Khoảng cách giữa các trục của hộp số: 11

3.1.2.Kích thước chiều trục của hộp số: 11

3.1.3 Đường kính trục của hộp số: 11

3.1.4 Kích thước và loại ổ trục: 12

3.2 CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA BÁNH RĂNG: 12

3.2.1.Số răng tổng của các cặp bánh răng: 13

3.2.2 Xác định số răng của các bánh răng: 14

3.2.3 Mômen truyền đến trục tại các bánh răng của từng tay số: 16

3.2.4 Lực tác dụng lên các bánh răng: 17

3.2.5 Tính ứng suất tiếp xúc 18

4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT VÀ CÁC CỤM CỦA HỘP SỐ………20

4.1 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH TRỤC VÀ KIỂM TRA ĐỘ CỨNG VỮNG 20

4.1.1 Chọn sơ bộ kích thước trục: 20

4.1.2 Tính trục theo cứng vững 20

4.2 T ÍNH TOÁN ĐỒNG TỐC 21

4.2.1 Trình tự tính toán đồng tốc 21

4

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô máy kéo là phượng tiện sản xuất và kinh doanh trong sinh hoạt, không thể thiếu được trong đời sống hiện nay Cùng với sự tiến bộ chung của khoa học Ngành

ô tô cũng có những bước phát triển mới với những thành quả quan trọng Những biến đổi mà đòi hỏi phải có những nhận thức mới sâu rộng, những vấn đề đó có liên quan đến công nghệ ô tô

Tuy vậy muốn tiếp thu những kiến thức mới này thì phải nắm vững những kiến thức cơ bản nhất Những kiến thức này sẽ làm nền tản cho bước phát triẻn tiếp theo

Vì vậy đồ án kết cấu và tính toán ô tô là một bước cũng cố và phát triển những hiểu biết cơ bản có từ những môn học có liên quan

Lần đầu tiên làm quen với việc tính toán thiết kế nên có rất nhièu khó khăn phức tạp Với những nhận thức còn hạn chế về nhiều mặt nên quá trình làm đồ án em còn vướng phải những thiếu sót, rất mong sự quan tâm giúp đỡ của các thầy trong bộ môn

Để hoàn thành được bản đồ án này ngoài sự nỗ lực của bản thân và tập thể nhóm, không thể không kể đến sự chỉ bảo tận tình của thầy, cô giáo bộ môn trong nhà

nói chung của Việt Nam

1 CÔNG DỤNG , YÊU CẦU , PHÂN LOẠI

1.1 CÔNG DỤNG :

1.2 YÊU CẦU

- Có tỷ số truyền và số lượng tay số thích hợp , đảm bảo được chất lượng dộnglực và có tính kinh tế nhiên liệu cần thiết cho ô tô máy kéo

- Làm việc êm dịu ,chuyển số nhẹ nhàng thuận tiện , không va đạp

- Có vị trí trung gian để có thể cắt lâu dài động cơ khỏiû hệ thống truyền lực

- Kết cấu đơn giản , làm việc tin cậy , bền vững

- Hiệu suất cao ,kích thước khối lượng nhỏ , giá thành rẻ

1.3 PHÂN LOẠI

- Theo phương pháp điều khiển chia ra các loại : điều khiển bằng tay, điều khiển

tự động và bán tự động

- Theo số cấp phân ra các loại:3,4,5 và nhiều cấp

- Theo sơ đồ động ,phân ra: Hộp số với các trục cố định và hộp số hành tinh

- Theo số lượng phần tử điều khiển càn thiết để gài một số truyền ,phân ra:một,hai,hay ba phần tử điều khiển Số lượng phần tử điều khiển lớ hơn một thườngdùng trong hộp số nhiều cấp

- Theo số lượng dòng lực , phân ra : một ,hai, hay ba dòng.Tăng số lượng dònglực làm phức tạp kết cấu Tuy vậy cho phép giảm tải trọng tác dụng lên cácbáng răng,trục va ổ trục cũng nhue kích thước của chúng

2.CHỌN LOẠI HỘP SỐ VÀ SỐ TAY SỐ

2.1.CHỌN LOẠI HỘP SỐ:

Trên ô tô hiện nay, sử dụng chủ yếu các loại hộp số có trục cố định, điều khiển bằngtay Loại hộp số này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, hiệu xuất cao (0,96  0,98), kíchthước và trọng lượng nhỏ

Trong các loại hộp số trên, hộp số ba trục cố định, có trục sơ cấp và trục thứcấp đồng tâm được sử dụng phổ biến nhất vì có ưu điểm là: có khả năng tạo sốtruyền thẳng bằng cách nối tiếp các trục sơ cấp và thứ cấp Khi làm việc ở số truyềnthẳng, các bánh răng, ổ trục và trục trung gian hầu như được giảm tải hoàn toàn nêngiảm được mài mòn, tiếng ồn và mất mát công suất

Ở các số truyền khác, mô men truyền qua hai bánh răng, do đó có thể tạo được tỷ

số truyền lớn với kích thước khá nhỏ gọn Nhờ đó giảm được trọng lượng toàn bộ của

ô tô

Tuy nhiên loại hộp số này có nhược điểm là:

- Hiệu suất giảm ở các tay số trung gian

- Ổ bi gối đỡ trước trục thứ cấp, do bố trí trong lỗ ở phần bánh răng công xôncủa trục sơ cấp, nên làm việc căng thẳng vì kích thước bị hạn chế bởi điều kiện kếtcấu

Hình 2.1 Sơ đồ động hộp số ba trụcNgoài hộp số có ba trục cố định, có trục sơ cấp và thứ cấp đồng tâm còn có hộp

số có hai trục cố định, loại hộp số này có ưu điểm là:

- Kết cấu đơn giản, làm việc êm dịu và có hiệu suất cao ở các tay số trunggian

- Dễ bố trí và đơn giản được kết cấu, hệ thống truyền lực khi xe đặt động cơgần cầu chủ động

Tuy vậy loại hộp số có hai trục cố định có nhược điểm là:

- Do không có số truyền thẳng, vì thế các bánh răng ổ trục không được giảmtải ở số truyền cao, làm tăng mài mòn các chi tiết, đồng thời gây tiếng ồn

- Giá trị tỷ số truyền tay số thấp bị hạn chế, muốn khắc phục phải giảm tỷ sốtruyền của tay số cao nhất và tăng tỷ số truyền lực chính io Với đặc điểm trên chonên hộp số hai trục thường được sử dụng trên các ô tô du lịch và thể thao có động cơ

bố trí cạnh cầu chủ động hoặc trên máy kéo có hộp số bố trí chung trong cùng một vỏvới truyền lực chính

Hình 2.1 Sơ đồ động hộp số hai trục

Ô tô để thiết kế là loại ô tô vận tải dùng để vận chuyển hàng hoá, làm việc ởđiều kiện thường xuyên thay đổi tải, có tỷ số truyền lớn nên ta chọn hộp số ba trục cốđịnh, có trục sơ cấp và thứ cấp đồng tâm vì: hộp số này có ưu điểm nổi bậc là trục sơcấp và thứ cấp đồng tâm cho nên có thể làm số truyền thẳng, trong trường hợp nàyhiệu suất bằng một Đây là điều quan trọng đối với ô tô vận tải vì thời gian ô tô vậntải làm việc ở số truyền thẳng chiếm tỉ lệ cao Mặc khác khi ô tô chạy trên đoạnđường bằng phẳng có thể gài số truyền thẳng, do đó thời gian sử dụng tay số trunggian sẽ it đi Vì vậy tuổi thọ ô tô được kéo dài

2.2 XÁC ĐỊNH TỶ SỐ TRUYỀN , SỐ CẤP

2.2.1 Xác dịnh tỷ số truyền

Tỷ số truyền được xác định theo [ 6 ]

-Khả năng thắng sức cản lớn nhất trong điều kiện cho trước

ih1 

t maî

bx i Me

r G





.

.

0 max

Trong đó : Theo đề bài cho trước

 max= 0,3 : hệ số cản lớn nhất của đường

r G







.

.

0 max

Trong đó : Theo đề cho

Trong đó : V nmin :tốc độ chuyển động ổn định nhỏ nhất

V nmin  4  5 (km/h) chon V nmin=5 (km/h)

n emin: vòng quay ổn dịnh tối thiểu của động cơ

Đốivới động cơ điêzel n emin =350700(v/ph) chọn n emin=500(v/ph)

Vậy: ih1 

1 6 5

5 , 0 500 377 , 0

=3,14

Theo 3 điều kiện trên :

Ta chọn i h1  8 , 5

sử dụng trong trường hợp thời gian làm việc ở số một và số lùi khá lớn.

Ưu điểm: mặt dầu các vành răng không bị ăn mòn, hành trình của nạng chuyển sốnhỏ Nhược điểm: cần đặt tự do trên trục thứ cấp một bánh răng số lùi kích thước khálớn, do đó làm tăng số lượng các bánh răng và mô men quán tính các chi tiết quay,bởi vậy tăng tải trọng tác dụng lên các đồng tốc

Ngoài ra còn có cách bố trí bánh răng số lùi không luôn luôn ăn khớp, cả bánh răng

số lùi và số một không luôn luôn ăn khớp Tuy nhiên vẫn còn có hai phương ánkhông cần có bánh răng số lùi đặt riêng trên trục thứ cấp Để gài số lùi và số mộtdùng bánh răng di trượt Bánh răng trung gian(đặt trên trục số lùi) có thể làm một hayhai vành răng Phương án một vành răng có kết cấu đơn giản hơn, tuy vậy điều kiệnlàm việc của bánh răng không có lợi, chụi ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đốixứng Phương án hai điều kiện ứng suất thuận lợi hơn: thay đổi theo chu trình mạchđộng, cho phép thực hiện số lùi với tỷ số truyền lớn hơn

Chọn phương án bố trí số lùi là cả bánh răng số một và số lùi đều không luôn luôn ănkhớp Vì có đặc điểm gài số lùi rất dễ dàng, chỉ cần dịch chuyển bánh răng số I

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí số lùi trên ô tô thiết kế

Bánh răng các tay số thấp(như số một và số lùi) chụi lực lớn thời gian làm việc íthơn, nên bố trí sát gối đỡ sau Bánh răng tay số cao thời gian làm việc nhiều,bố trí ởkhoảng giữa trục, là vùng có góc xoay nhỏ nhất, nhờ đó điều kiện ăn khớp của cácbánh răng tốt hơn nên giảm được tiếng ồn và mài mòn

Hầu hết các tay số đều dùng bánh răng nghiêng và đồng tốc Các tay số một và số lùi

có thể có răng thẳng gài băng phương pháp duy trượt Mặt khác ở các tay số 2,3,4,5khi sang số vì có tốc độ lớn nên mặt dù đã cắt bộ ly hợp song do quán tính nên cácbánh răng còn quay với tốc độ khác nhau, nếu gài vào sẽ sinh ra lực va đập Để khắcphục hiện tượng trên và đơn giản hóa thao tác cho người lái nên trên hộp số có bố tríhai bộ đồng tốc để gài số ở số hai và số ba, số bốn và số năm Để khi hai bánh răng

chưa đồng tốc thì cơ cấu này không cho chúng gài vào nhau bằng cách tạo ra một lựccản chống lại lực của tay người lái tác dụng lên cần số Dùng mô men ma sát giữa các

bề mặt côn tiếp xúc để khắc phục mô men quán tính, các bánh răng dần dần đồng đềutốc độ và lực cản nêu trên dần dần bị triệt tiêu, lúc đó lực của tay người lái đủ thắngđịnh vị lò xo bi, gạt các bánh răng ăn khớp với nhau một cách êm dịu

Hình 2.3 Sơ đồ động của hộp số thiết kế

2.4 XÁC ĐỊNH TỶ SỐ TRUYỀN CÁC TAY SỐ TRUNG GIAN

Chọn hệ thống tỷ số truyền của các số trung gian trong hộp số theo cấp sốnhân

- Cấp số nhân hiện nay được sử dụng rộng rải để chọn hệ thống tỷ số truyềncủa ô tô cần thiết kế

- Dựa trên cơ sở dụng công suất trung bình của động cơ khi làm việc ở chế độtoàn tải không thay đổi trong quá trình gia tốc của ô tô

- Ô tô thông thường hay sử dụng ở số cao của hộp số, nhưng ở khu vực này thì sốlượng tỷ số truyền ít so với số lượng tỷ số truyền có được ở số thấp, đây là một nhượcđiểm khi chọn hệ thống tỷ số truyền cho các số trung gian theo cấp số nhân

- Đối với hộp số có cấp thì lượng số truyền bị hạn chế, do đó sẽ hạn chế khả năngtăng vận tốc trung bình của ô tô và hệ số sử dụng tải trọng của động cơ

Theo quy luật cấp số nhân, tỷ số truyền của tay số trung gian bất kỳ có thể xácđịnh theo công thức [2]:

ihi = trong đó: i: số thứ tự tay số; n: số cấp hộp số với n = 5 Theo số liệu tính toán ở trên :

tỷ số truyền tay số hai là: ih2

tỷ số truyền tay số tư là: ih4

tỷ số truyền tay số lùi là: ihl

ihl = (1,2  1,3) ih1 = 1,2.8,5 = 10,2

3 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA HỘP SỐ

3.1 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA TRỤC

3.1.1 Khoảng cách giữa các trục của hộp số:

Đối với ô tô loại trục cố định, khoảng cách giữa các trục của hộp số (A) có thểxác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau [2]:

Ở đây: Ka: hệ số kinh nghiệm; Đối với ô tô tải Ka= 8,6  9,6

Vì hộp số thiết kế là hộp số của ô tô đặt trên động cơ Diezel nên chọn Ka= 9,2

Mra = Memax ih1 (Nm) mômen trên trục ra(thứ cấp) của hộp số

Trong đó: Memax mômen cực đại của động cơ, ih1 tỷ số truyền của tay số một

 A= 9,2.(272.8,5)1/3= 9,2.13,2 = 121,44 (mm) Chọn A = 121 (mm)

3.1.2.Kích thước chiều trục của hộp số:

Kích thước chiều trục của hộp số được xác định dựa vào kích thước chiều rộng củacác chi tiết lắp trên trục như: bánh răng,ổ trục

Các kích thước này có thể xác định sơ bộ theo khoảng cách trục A như dưới đây:

ở đây: Kd= (4,04,6) :hệû số kinh nghiệm

Memax:mômen cực đại của động cơ theo đề bài cho(Nm);chọn Kd= 4,2

 d1 = 4,2.(272)1/3 = 27,21 (mm)

-Đường kính các trục trung gian (d2) và thứ cấp (d3):

ở phần giữa (đối với trục bậc)d2,3  0,45.A = 0,45 121 = 54,45 (mm)

3.1.4 Kích thước và loại ổ trục:

Trong hộp số ba trục, thường thường sử dụng ổ bi cầu và bi trụ hường kínhmột dãy, loại nhẹ và loại trung bình Các kích thước d: đường kính ngỗng trục, Dđường kính ngoài, B chiều rộng của ổ Theo số liệu thống kê, các kích thước d, D và

B của ổ có giá trị như sau [2]

Ổ trục phía trước của:

d = 0,3.A = 0,3.121 = 36,3 (mm)

D = 0,61.A = 0,61 121 = 73,81(mm)

B = 0,2.A = 0,2.121 = 24,2 (mm)-Trục thứ cấp

chọn mn = 5; mi = 4Góc nghiêng của bánh răng ()

Góc nghiêng  được chọn theo hai điều kiện:

d

D

Điều kiện 1: đảm bảo độ trùng khớp chiều trục () không nhỏ hơn một,đểbánh răng ăn khớp chiều trục được êm dịu, tức là:

 = b.tg/ts = b.sin/(mn.)  1Điều kiện hai: lực chiều trục tác dụng các bánh răng nghiêng của trục trunggian phải tự cân bằng, để giảm lực tác dụng các ổ trục Muốn vậy, hướng nghiêng củatác cả các bánh răng trên trục phải giống nhau và thoả mãn điều kiện:

tgi/ tg1 = ri/r1

ở đây: i và ri - góc nghiêng và bán kính vòng lăn của bánh răng tay số i trêntrục trung gian; 1 và r1 - góc nghiêng và bán kính vòng lăn của bánh răng luôn luôn

ăn khớp của bánh răng trục sơ cấp

Thực tế, lực chiều trục không thể cân bằng hoàn toàn và trên ô tô người ta sử dụngcác bánh răng có góc nghiêng  khác nhau, để tại điều kiện thuận lợi cho công nghệ

và sửa chữa

Theo số liệu thống kê, góc nghiêng các bánh răng hộp số ô tô hiện nay nằmtrong khoảng:  = 180300 chọn  = 22 0

3.2.1.Số răng tổng của các cặp bánh răng:

Sau khi đã chọn chọn được khoảng cách trục A, môđuyn mn và góc nghiêng ,

có thể xác định sơ bộ số răng tổng cộng của các cặp bánh răng theo công thức [2]:

Z = 2.A.cos/mn = (2.121.cos220)/4 = 56,1  56

Để giải quyết sai lệch xuất hiện khi làm tròn số răng, có thể dùng một trong các biệnpháp sau:

Hiệu chỉnh lại góc nghiêng , theo công thức:

 = arccos(0,5.mn Z/A) = arccos(0,5.4.56/121) = 22014’

Trong trường hợp dùng bánh răng không dịch chỉnh hoặc bánh răng dịch chỉnhđều t = 0.Biện pháp này không làm mất tính thống nhất về giá trị góc nghiêng  củacác bánh răng hộp số bởi vậy làm phức tạp quá trình chế tạo và sửa chữa bánhrăng,nên ít được dùng, hơn nữa cũng không áp dụng được nếu cặp bánh răng có răngthẳng

Dịch chỉnh góc bánh răng và giữ nguyên 

Hệ số dịch chỉnh trong trường hợp này được xác định theo công thức[2]:

t = Z.(invsw - invs)/(2.tg)

Ở đây: s = arctg(tg/cos) góc prôfin trong tiết diện mặt đầu

sw = arccos(A coss/Aw) góc ăn khớp ở tiết diện mặt đầu

invs = tg -  hàm số thân khai

Aw = 0,5 Z.mn/ cos khoảng cách trục ứng với số răng Z sau khi đã làm tròn

 = 220 góc nghiêng của biên dạng góc