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

Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
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 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 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 thể
hoạt động tốt và lâu dài.
- Tiếp nhận và truyền các lực từ trên khung xe xuống và các lực từ mặt đường
lên.
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 sáng
gầm xe.
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
5
5
Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
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 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 : G
2
= 5130 (kg)
- Mômen cực đại của động cơ :
310
max
=
e
M
(Nm) với n
emax
=1800 - 2000(v/p)
- Tỷ số truyền của cụm hệ thống truyền lực:
+ Tỷ số truyền của truyền lực chính : i
0
= 7,46
+ Tỷ số truyền của hộp số cơ khí : i
1
= 7,1 i
2
= 4,4; i
3
= 2,49; . i
5
= 1,0
- Hệ số bám của đường : φ
max
= 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.
a) Chọn 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:

)(22011,7.310.
1
max
NmiMM
hett
≈==
Nhưng giá trị mômen M
tt
này còn bị hạn chế bởi mômen bám:

0
2max
1max
.
..
.
ii
rG
MiM
c
bx
tthe
ϕ
ϕ
≤≤
Với:
2
ϕ
G
- trọng lượng phân lên cầu chủ động.
r
bx
– bán kính tính toán của bánh xe.
i
c
- tỷ số truyền lực cạnh.
i
0
- tỷ số truyền lực chính.
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
6
6
Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.

max
ϕ
- hệ số bám.

( )
)(4,2934
46,7
10.4,25.20.5,011.5130.8,0
1344
3
NmM
tt
=
+
≤≤⇒
−
Từ điều kiện kéo và điều kiện bám ta chọn mômen xoắn tính toán là
2201
=
tt
M
(Nm)
b) Chọn các thông số kích thước cơ bản của bộ truyền lực chính :
Chọn môđun mặt mút lớn m
s
=11(Theo hình 3.5 :Quan hệ giữa
0
L
,m
s
Với mômen tính toán
tt
M
_ HD TKTT OTO-MAY KEO)
- Chọn số răng của truyền lực chính:
Theo bảng (3.5) ta chọn số răng của TLC là: Z
1
=6; Z
2
=44
Với: Z
1
- là số răng của bánh răng quả dứa.
Z
2
- số răng của bánh răng mặt trời.
Chọn hệ số dịch chỉnh răng (
ξ
) và góc ăn khớp (
α
).
Theo bảng (3.2) chọn:
o
20
535,0
1
=
=
α
ξ
- Chọn góc nghiêng trung bình đường xoắn răng (
β
)
Theo bảng (3.5) chọn:
0
0
7,3846.7525525
=+=+=
i
β
-Chọn
)(6,101
90,46cos
6.11
cos
.
0
1
1
1
mm
Zm
d
s
e
===
β
Chọn chiều xoắn của bánh răng côn chủ động ngược với chiều quay của bánh
răng để đảm bảo lực dọc trục tác dụng lên bánh răng chủ động hướng 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
như hình 2.1 :

Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
7
7
Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
Hình 2.1 : Chiều xoắn của bánh răng chủ động
-Tính chiều dài đường sinh

)(244446.11.5,0..5,0
222
2
2
1
mmZZmL
se
≈+=+=

- Chiều dài răng:

)(2,73255.3,0.3,0 mmLb
e
===
- Chiều dài đường sinh trung bình:

)(4,2072,73.5,0244.5,0 mmbLL
em
=−=−=

- Môđun pháp tuyến trung bình:

β
cos)./.(
emsn
LLmm
=

)(29,7s38,7).244/4,207.(11
0
mmcom
n
==⇒
- Đường kính vòng tròn chia đáy lớn bánh bị động truyền lực chính Hipôit:

))(5,2654,23(1.2201).06,281,1(.).06,281,1(
3
3
2
cmiMd
ctte
÷=÷=÷=
Chọn :
)(25
2
cmd
e
=
Trong đó
2201
=
tt
M
(Nm)

1
=
c
i
là tỷ số truyền của truyền lực cạnh
-Độ dịch trục E của bánh răng nhỏ :

)(125,325.125,0.125,0
2
cmdE
e
==≤
. Chọn E=2(cm) = 30 (mm)
-Chiều rộng bánh răng lớn
chọn
)(46),(40
12
mmbmmb
==
- Góc nghiêng trung bình đường xoắn răng bánh chủ động bộ :

0
201
5,4925/3.9046,7.525/.90.525
=++=++≈
e
dEi
β
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
8
8
Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
- Ta có hệ số tăng đường kính bánh răng chủ động:
)4,13,1(
cos
cos
1
2
÷==
β
β
K
Chọn K=1,3
0
2
0
2
4,32844,05,49cos.3,1cos
=⇒==⇒
ββ
Góc côn chia :
Góc côn chia bánh nhỏ

0
1
02
1
1
6,7
)
46.7
1
()
1
()(
=
===
δ
δ
arctg
i
arctg
Z
Z
arctg
Góc côn chia bánh lớn

000
1
0
2
4,826,79090
=−=−=
δδ
Đường kính vòng chia :
-Với bánh côn nhỏ
)(35,67
5,49cos
6.29,7
cos
.
0
1
1
1
mm
Zm
d
n
===
β
-Với bánh côn lớn
)(89,379
4,32cos
46.29,7
cos
.
0
2
2
2
mm
Zm
d
n
===
β
Đường kính vòng chia đáy lớn :
-Với bánh nhỏ :
)(6,101
50,49cos
6.11
cos
.
0
1
1
1
mm
Zm
d
s
e
===
β
-Với bánh lớn :
)(24,573
4,32cos
44.11
cos
.
0
2
2
2
mm
Zm
d
s
e
≈==
β
6,5
6,101
24,573
1
2
==
e
e
d
d
vì có hệ số tăng đường kính của bánh răng chủ động
k
d
d
Z
Z
i
e
e
.
1
2
1
2
0
==
-Chiều cao đầu răng mặt đáy lớn :
)(88,1611).535,01().(
*
1
mmmhh
saa
=+=+=
ξ
)(11,511).535,01().(
*
2
mmmhh
saa
=−=−=
ξ
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
9
9
Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
-Chiều cao chân răng mặt mút lớn :

)(865,711).535,025,01().(
**
1
mmmchh
saf
=−+=−+=
ξ

)(635,1911).535,025,01().(
2
mmmchh
saf
=++=++=
••
ξ
-Trong đó
*
a
h
=1

*
c
=0,25

ξ
=0,535
-Góc chân răng

0
1
1
85,1)
244
865,7
()( === arctg
L
h
arctg
e
f
f
θ

0
2
2
6,4)
244
635,19
()( === arctg
L
h
arctg
e
f
f
θ
-Góc đỉnh răng :

0
21
4,4
==
fa
θθ

0
12
8,1
==
fa
θθ
Bảng 2.1 .Thông số bộ truyền lực chính Hipôit
Bánh răng
Thông số Chủ động Bị động
Chiều dài đường sinh
)(244 mmL
e
=
)(244 mmL
e
=
Chiều dài đường sinh trung
bình
)(4,207 mmL
m
=
)(4,207 mmL
m
=
Góc ăn khớp
tb
α
0
20=
tb
α
0
20=
tb
α
Hệ số dịch chỉnh
535,0
1
=
ξ
535,0
1
=
ξ
Góc nghiêng trung bình
đường xoắn răng
0
1
5,49
=
β
0
2
4,32
=
β
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
10
10
Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
Số răng Z
1
=6 Z
2
=44
Bề rộng bánh răng
)(46
1
mmb
=
)(40
2
mmb
=
Độ dịch trục E E = 30(mm) E = 30(mm)
Môđun pháp mặt mút lớn m
s
=11 m
s
=11
Môđun pháp trung bình
)(29,7 mmm
n
=
)(29,7 mmm
n
=
Đường kính vòng chia mặt
mút lớn
)(6,101
1
mmd
e
=
)(2,573
2
mmd
e
=
Đường kính vòng chia
trung bình
)(35,67
1
mmd
=
)(89,379
2
mmd
=
Góc côn chia
0
1
6,7
=
δ
0
2
4,82
=
δ
Góc đầu răng
0
1
6,4
=
a
θ
0
2
85,1=
a
θ
Góc chân răng
0
1
85,1
=
f
θ
0
2
6,4
=
f
θ
Chiều cao đầu răng mặt
đáy lớn
)(865,7
1
mmh
f
=
)(635,19
2
mmh
a
=
Chiều cao chân răng mặt
đáy lớn
)(865,7
1
mmh
f
=
)(635,19
2
mmh
a
=
-Xác định lực tác dụng lên bộ truyền lực chính .
-Sơ đồ lực tác dụng lên bộ truyền lực chính như hình 2.2 :
- P : lực vòng
- R : lực hướng tâm
- Q : lực dọc trục
-Lực vòng tác dụng lên bánh nhỏ :


)(36,65
10.
2
35,67
2201
3
1
1
kN
r
M
P
tb
tt
===
−
- Lùc vßng t¸c dông lªn b¸nh lín :
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
11
11
Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.

)(97,84
5,49cos
4,32cos
.36,65
cos
cos
0
0
1
2
12
kNPP ===
β
β

- Lùc däc truc :

)cos.sinsin..(
cos
111
1
1
1
δβδα
β
+= tg
P
Q

)(85,75)6,7cos.5,49sin6,7sin.20.(
5,49cos
36,65
0000
0
kNtg =+=

)(85,75
1
kNQ
=⇒


)cos.sinsin..(
cos
222
1
1
2
δβδα
β
+= tg
P
Q

)(44,43)4,82cos.4.32sin4,82sin.20.(
5.49cos
36,65
0000
0
kNtg
=+=

)(44,43
2
kNQ
=⇒
-Lùc híng t©m :
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
12
12
Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.

)(17,29)4,82cos.4,32sin4,82sin.20.(
5,49cos
36,65
)(55,39),7cos.5,49sin6,7cos.20.(
5,49cos
36,65
0
2
1
kNtgR
kNtgR
ooo
o
oooo
o
=−=
−=−=
2.2.3 : Tính toán kiểm tra bền bánh răng truyền lực chính .
- Kiểm tra bền theo ứng suất uốn :

[ ]
u
n
u
ymb
p
σσ
≤=
...85,0
Với: y- hệ số dạng răng được xác định theo hệ số răng tương đương Z
tđ

72,552
4,32cos.5,82cos
44
cos.cos
09,22
5,49cos.5,7cos
6
cos.cos
3
2
3
2
2
2
30
1
3
1
1
1
≈==
≈==
oo
td
o
td
Z
Z
Z
Z
βδ
βδ
Vậy tra bảng (3-18) (TKCTM) ta có:
517,0;392,0
21
==
yy

[ ]
u
σ
- ứng suất uốn cho phép,
[ ]
u
σ
≤

( )
900700
÷
(MN/m
2
)


)(7,278
517,0.10.29,7.10.2,73.85,0
10.36,65
)(6,367
392,0.10.29,7.10.2,73.85,0
10.36,65
2
33
3
2
2
33
3
1
mMN
mMN
u
u
==⇒
==⇒
−−
−−
σ
σ
Vậy thoả mãn.
- Kiểm tra bánh răng theo ứng suất tiếp xúc:

[ ]
tx
tdtd
tx
rrb
Ep
σ
αα
σ
≤+= )
11
.(
sin.cos.
.
.418,0
21
Với: r
itđ
- bánh răng tương đương, i=1;2. và
δβ
cos.cos
2
tb
itd
r
r =
[ ]
tx
σ
- ứng suất tiếp xúc cho phép,
[ ]
tx
σ
= (
25001500
÷
) (MN/m
2
)
E = 2,15 .
)/(10
25
mMN
là môđun đàn hồi của vật liệu
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
13
13
Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.

)(36,2421
4,82cos.4,32cos.2
89,379
)(78,55
6,7cos.7,38cos.2
35,67
2
2
002
1
mmr
mmr
oo
td
td
==
==
[ ]
)/(25001500 )/(48,1577
)/(5,1383)
10.36,2421
1
10.78,55
1
.(
20sin.20cos.10.5,76
10.15,2.10.36,65
418,0
2
1
2
1
2
33003
53
1
mMNmMN
mMN
txtx
tx
÷=<=⇒
=+=⇒
−−−
−
σσ
σ
[ ]
)/(25001500 )/(48,1577
)/(48,1577)
10.36,2421
1
10.78,55
1
.(
20sin.20cos.10.5,76
10.15,2.10.97,84
418,0
2
1
2
21
2
33003
53
2
mMNmMN
mMN
txtx
tx
÷=<=⇒
=+=⇒
−−−
−
σσ
σ
Vậy điều kiện tiếp xúc thoả mãn .
2.2.4. Tính trục ổ đỡ trục bộ truyền lực chính
2.2.4.1 . Tính trục của bộ truyền lực chính :
a) Chọn sơ bộ đường kính trục :
- áp dụng :
68,6791,60310).109().109(
3
3
max1
÷=÷=÷≈
e
Md
Chọn
)(65
1
mmd
=
b)Tính chính xác đường kính và định kết cấu trục :
Phân tích kết cấu trục :
Khoảng cách giữa hai gối đỡ :

)(365
36125,406
18,016,0
65
18,016,0
mmL
d
L
=
÷=
÷
=
÷
=

Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
14
14

Xem chi tiết: Đồ án môn học tính toán, thiết kế cầu chủ động