Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CHẾ TẠO MÁY - - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CHO Ô TÔ ĐIỆN TỐC ĐỘ CHẬM GVHD : PGS.TS Đặng Văn Nghìn SVTH : Trương Phúc Hòa MSSV : 20600827 Tp HCM, Tháng 1/ 2011 i TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Số: _ /BKĐT NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Khoa : CƠ KHÍ Bộ mơn: CHẾ TẠO MÁY HỌ VÀ TÊN: Trƣơng Phúc Hịa NGÀNH MSSV: 20600827 LỚP : Kỹ thuật chế tạo : CK06TCM1 Đề tài luận văn: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CHO Ô TÔ ĐIỆN TỐC ĐỘ CHẬM - Nhiệm vụ: Tìm hiểu tổng quan tơ điện hệ thống truyền lực Phân tích lựa chọn nguồn lƣợng sử dụng cho ô tô điện Phân tích lựa chọn động dùng cho tơ điện Tính tốn cơng suất động điện nguồn ắc quy Tính tốn thơng số động học tơ điện tốc độ chậm Tính tốn thiết kế phận truyền động khí Số vẽ dự kiến: A0 , A1 dự kiến gồm vẽ sơ đồ bố trí phận truyền động ô tô điện, nguyên lý hệ thống điều khiển ô tô điện, phƣơng án truyền động ô tô điện vẽ lắp cầu chủ động ô tô điện Ngày giao nhiệm vụ: 20/9/2010 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 27/12/2010 Họ tên ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS Đặng Văn Nghìn, BM Chế tạo máy Nội dung yêu cầu LVTN đƣợc thông qua Bộ môn Ngày 30 tháng 12 năm 2010 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƢỜI HƢỚNG DẪN PGS TS Đặng Văn Nghìn PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Ngƣời duyệt (chấm sơ bộ): Đơn vị: Ngày bảo vệ: Điểm tổng kết: Nơi lƣu trữ luận văn: LỜI CÁM ƠN Xin gửi lời chân thành biết ơn sâu sắc đến: Phó Giáo sƣ – Tiến sĩ Đặng Văn Nghìn trực tiếp tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi trình thực tập tốt nghiệp thực luận văn Các thầy cô thuộc khoa Cơ khí tận tình dạy bảo, giúp đỡ suốt năm học tập, trang bị kiến thức chuyên nghành tạp điều kiện thuận lợi giúp đở tơi hồn thành luận văn Các Thầy cô trƣờng Đại Học Bách Khoa TP.HCM dạy dỗ truyền đạt kiến thức vô quý báu bổ ích để làm hành trang cho tơi sống Cùng gia đình, bạn bè Cha Mẹ ủng hộ, động viên tinh thần, tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành tốt chương trình đại học Tp Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 12 năm 2010 Sinh viên thực Trƣơng Phúc Hịa ii TĨM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Ngày vấn đề môi trường phát triển bền vững vấn đề người quan tâm Đứng trước vấn đề ô nhiễm môi trường cấp bách cạn kiệt nguồn lượng hóa thạch nhà khoa học giới đưa sáng kiến có ích sống người mà ảnh hưởng đến mơi trường tự nhiên Trong bối cảnh tơ điện xem giải pháp hữu ích việc lại người Ơ tơ điện khơng trực tiếp thải chất thải độc hại sử dụng nguồn lượng tái tạo được quan tâm phát triển giới Với thành tựu tơ điện coi phương tiện giao thông bền vững tương lai Với đề tài luận văn “Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm”, mục đích phân tích đánh giá nguồn lượng thiết bị động lực cho tơ điện, từ thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện Luận văn bắt đầu việc tìm hiểu cấu trúc tơ điện từ chọn phương án truyền động thích hợp với nội dung thiết kế Sau việc phân tích loại ắc quy sử dụng ô tô điện tập đoàn ô tô giới ứng dụng ô tô điện để chọn loại ắc quy thích hợp Tiếp theo phân tích loại động điện chiều động điện xoay chiều đặc điểm cấu tạo, đặc tính điều chỉnh tốc độ Nội dung luận văn tính tốn thơng số tơ điện tốc độ chậm, từ thiết kế phận truyền động khí hệ thống truyền lực ô tô Tôi mong kết luận văn đóng góp phần nhỏ phát triển ô tô điện nước ta góp phần giải vấn đề cấp bách Cuối mong nhận ý kiến đóng góp q báu từ Thầy Cơ bạn iii MỤC LỤC Đề mục Trang Trang bìa i Nhiệm vụ luận văn Lời cảm ơn ii Tóm tắt luận văn iii Mục lục iv Danh sách hình vẽ vii Danh sách bảng biểu ix Danh Sách từ viết tắt .x CHƢƠNG 1: XU HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA Ô TÔ ĐIỆN 1.1 Lịch sử phát triển ô tô điện 1.2 Những động thúc đẩy việc phát triển ô tô điện 1.2.1 Sự gia tăng số lượng ô tô 1.2.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường 1.2.3 Sự cạn kiệt nguồn hóa thạch 1.3 Xu hướng phát triển ô tô CHƢƠNG : TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 12 2.1 Tổng quan ô tô điện hệ thống truyền lực 12 2.1.1 Khái niệm 12 2.1.2 Cấu trúc hệ thống truyền lực ô tô điện 12 2.2 Phân tích lựa chọn phương án truyền động cho ô tô điện 14 2.2.1 Phương án 14 2.2.2 Phương án 15 2.2.3 Phương án 16 2.2.4 Phương án 17 2.3 Bố trí hệ thống truyền lực hệ thống điều khiển 18 2.3.1 Phân tích, chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực 18 2.3.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển động điện cho ô tô hai chỗ ngồi 19 iv CHƢƠNG : PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG SỬ DỤNG CHO Ô TÔ ĐIỆN 21 3.1 Giới thiệu loại ắc quy dùng cho ô tô điện 21 3.1.1 Ắc quy chì- a xít 24 3.1.2 Ắc quy Ni-MH 27 3.1.3 Ắc quy Li- ion 28 3.1.4 Pin nhiên liệu - ( Fuel Cell) 30 3.2 Lựa chọn ắc quy dùng cho ô tô điện 33 CHƢƠNG : PHÂN TÍCH LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ DÙNG CHO Ô TÔ ĐIỆN 35 4.1 Động điện chiều 35 4.1.1 Động điện chiều dùng chổi than 35 4.1.2 Động chiều không chổi than – ( BLDC) 41 4.2 Động điện xoay chiều 44 4.2.1 Động xoay chiều ba pha không đồng 44 4.2.2 Động điện đồng 47 4.3 Phân tích lựa chọn động truyền động cho ô tô điện 48 4.3.1 Giới thiệu 48 4.3.2 Yêu cầu mặt kinh tế 49 4.3.3 Yêu cầu mặt kỹ thuật 49 4.3.4 Kết luận 51 CHƢƠNG : TÍNH TỐN CÔNG SUẤT CỤM ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ BỘ NGUỒN ẮC QUY 53 5.1 Xác định động điện nguồn ắc quy 53 5.1.1 Xác định thông số động điện 53 5.1.2 Xác định thông số cho nguồn ắcquy 57 5.2 Tính tốn thơng số động học ô tô điện tốc độ chậm 59 5.2.1 Xác định tỷ số truyền hệ thống truyền lực 59 5.2.2 Xác định vận tốc lớn xe 60 5.2.3 Khả leo dốc ô tô - độ dốc cực đại 60 CHƢƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ 62 6.1 Sơ đồ tổng quát cấu truyền động khí 62 6.2 Thiết kế truyền lực vi sai cầu chủ động 62 v 6.2.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống truyền lực 62 6.2.2 Thiết kế cấu truyền lực cầu chủ động 63 6.2.3 Chọn vi sai bán trục cầu chủ động 69 6.3 Thiết kế trục, gối đở, vỏ cầu bôi trơn 70 6.3.1 Thiết kế trục sơ cấp 70 6.3.2 Tính tốn chọn ổ lăn 74 6.3.3 Vỏ cầu chủ động 76 6.3.4 Bôi trơn 76 6.4 Bố trí lắp đặt phận truyền lực ô tô điện 77 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 78 Tài liệu tham khảo 79 vi DANH SÁCH HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Ơ tơ điện EV1 Hình 1.2: Ơ tơ NEV GM Hình 1.3: Biểu đồ phát triển loại ô tô Hình 1.4: Sự gia tăng số lượng ô tô Việt Nam Hình 1.5: Phân bố lượng ô nhiễm Cacbon dioxide từ 1980 đến 1999 Hình 1.6: Trữ lượng dầu phát nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ Hình 1.7: Trữ lượng dầu cịn lại vùng khác giới Hình 1.8: Nhu cầu tiêu thụ dầu phương tiện giao thông vận tải Hình 2.1: Hệ thống truyền lực tơ điện 13 Hình 2.2: Các thành phần tơ điện 13 Hình 2.3: Hệ thống truyền động dùng hộp số khí 15 Hình 2.4: Hệ thống truyền động dùng động điện, truyền lực vi sai 15 Hình 2.5: Hệ thống truyền động dùng hai động điện 16 Hình 2.6: Hệ thống truyền động dùng động điện 17 Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống điều khiển động điện 19 Hình 3.1: Ắc quy khơ loại kín cơng ty tia sáng 23 Hình 3.2: Cấu tạo ắc quy axít chì 24 Hình 3.3: Cấu tạo ắc quy NiMH 27 Hình 3.4: Q trình sạc phóng điện ắc quy Lithium- ion 30 Hình 3.5: Mơ hình cấu tạo pin nhiên liệu 31 Hình 3.6: Nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu 32 Hình 4.1: Mặt cắt ngang động điện chiều 35 Hình 4.2: Lá thép rotor 35 Hình 4.3: Nguyên lý làm việc động điện chiều 37 Hình 4.4: Mạch điện động kích từ song song 37 vii Hình 4.5: Đường đặt tính động kích từ song song 38 Hình 4.6: Đường đặt tính làm việc động kích từ song song 38 Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý động điện chiều kích từ song song 39 Hình 4.8: Đường đặc tính động điện chiều kích từ nối tiếp 40 Hình 4.9: Mạch điện động điện chiều kích từ hỗn hợp 40 Hình 4.10: Đường đặc tính động điện chiều kích từ song song 41 Hình 4.11: Stator động BLDC 42 Hình 4.12: Các dạng rotor động BLDC 42 Hình 4.13: Hình vẽ minh họa cấu tạo BLDC Microchip 43 Hình 4.14: Đặc tính momen – tốc độ động BLDC 43 Hình 4.15: Nguyên lý làm việc động điện không đồng 46 Hình 4.16: Các đường đặc tính làm việc động khơng đồng 47 Hình 4.17: Mặt cắt ngang động điện đồng 47 Hình 4.18: Nguyên lý làm việc động điện đồng 48 Hình 4.19: Độ cứng đặc tính ổn định tốc độ 51 Hình 4.20: Đường đặc tính ba loại động điện 51 Hình 5.1: Các lực cản tác dụng lên xe lên dốc 53 Hình 5.2: Sơ đồ đấu nối tiếp bình ắcquy (12V- 50AH) 57 Hình 5.3: Kết cấu động điện HPM5000B 58 Hình 5.4: Sơ đồ hệ thống truyền lực 59 Hình 6.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền động khí 62 Hình 6.2: Sơ đồ cấu tạo hệ thống truyền lực 63 Hình 6.3: Đồ thị biểu diễn thay đổi tải trọng theo chu kỳ 63 Hình 6.4: Kết cấu vi sai 70 Hình 6.5: Sơ đồi nội lực 71 Hình 6.6: Sơ đồ đặt lực trục sơ cấp 74 Hình 6.7: Mức dầu bôi trơn cầu chủ động 76 Hình 6.8: Sơ đồ bố trí hệ thống truyền động tơ điện hai chỗ ngồi 77 viii DANH SÁCH BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1: Tỷ lệ phát thải chất nhiễm Mỹ (tính theo %) Bảng 3.1: Kết hợp giá thành với việc chăm sóc bảo dưỡng ắc quy 26 Bảng 3.2: Năng lượng riêng mật độ lượng số loại ắc quy 34 Bảng 5.1: Tổng hợp thông số động học ô tô 61 Bảng 6.1: Số liệu trục sơ cấp 72 Bảng 6.2 Kiểm nghiệm hệ số an toàn s: 73 Bảng 6.3: Kiểm nghiệm độ bền then 74 ix Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm SVTH: Trương Phúc Hòa H lim = 2HB2 + 70 = 2.200 + 70 = 470 Mpa Giới hạn mỏi uốn: F lim = 1,8HB F lim1 = 1,8.240 = 432 Mpa F lim = 1,8.200 = 360 Mpa Ứng suất tiếp xúc tiếp cho phép: Theo 6.1a [2] ta có [ H] = H lim KHL/SH Với SH = 1,1 [ H]1 = 550/1,1 = 500 MPa [ H]2 = 470/1,1 = 336 Mpa Với cặp bánh nghiêng ta có: [ H] = ([ H]1 + [ H]2 )/2 = 418 < 1,25[ H]2 Ứng suất uốn cho phép: Theo 6.2a [2] ta có F = F lim KFCKFL/SF Trong đó: SF = 1,75; KFC = (khi đặt tải phía) [ F1 ] = 432/1,75 = 247 MPa [ F2 ] = 360/1,75 = 206 MPa Ứng suất cho phép tải: [H]max = 2,8ch2 = 2,8.450 = 1260 Mpa [F1 ]max = 0.8ch1 = 0,8.580 = 464 Mpa [F2 ]max = 0.8ch2 = 0,8.450 = 360 Mpa c Xác định sơ khoảng cách trục: Theo công thức 6.15a [2], ta có khoảng cách trục aw1 : aw1 = Ka(i+1) M Max K H [ H ]2 i ba = 120,9 mm Trong đó: theo bảng 6.6 [2] , chọn ba = 0,3; với nghiêng K a = 43 (bảng 6.5 [2] ) Theo 6.16 [2] , bd = 0,5 ba (i + 1) = 0,825, theo bảng 6.7 [2] , K H = 1,05 sơ đồ ; Ta chọn aw1 = 130 mm d Xác định thông số ăn khớp: Theo 6.17 [2]: m = (0,01 ÷ 0,02)aw1 = (0,01 ÷ 0,02)130 = 1,3÷ 2,6 Theo bảng 6.8, chọn mô đun pháp m = aw= m( z1 z2 ) chọn β = 20 2.cos 65 Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm Số bánh nhỏ: z1 = SVTH: Trương Phúc Hòa 2aw1 cos 2.130.cos 20 = = 22,2 răng; chọn z1 = 23 m(i 1) 2.(4,5 1) Số bánh lớn: z2 = i.z1 = 4,5.23 = 103,5 răng; chọn z2 = 103 Do số bánh vậy, tỉ số truyền thực i = z2 /z1 = 4,48 Tính lại góc β theo công thức 6.32 [2] cosβ = mZt /(2aw1 ) = m(z1 + z2 )/(2aw1 ) = 2×(23+103)/(2×130) = 0,97 => β = 14,25º e Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc: Ứng suất tiếp xúc mặt làm việc: H = ZMZHZε 2M m K H (i 1) bwid w1 Trong : ZM = 274 MPa / – hệ số kể đến tính vật liệu bánh ăn khớp theo bảng 6.5 [2] Tính ZH: Với α = 20º tính góc prơfin αt = αtw = arctan(tanα/cosβ) = 20,58º Từ 6.35 [2] ta có góc nghiêng hình trụ sở: tanβb = cosαt tanβ = cos20,63º.tan14,84º = 0,237 βb = 13,37º Tính hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc theo công thức 6.34 [2] ZH = cos b = cos(13,37) = 1,719 sin 2 tw sin(2.20,580 ) Tính Zε: Chiều rộng vành bw = ba aw = 0,3×130= 39 (mm) Theo cơng thức tính hệ số trùng khớp dọc 6.37[2]: εβ = bwsinβ/(mπ) = 39×(sin14,25)/(2×π) = 1,53 Theo cơng thức 6.38b [2] xác định hệ số trùng khớp ngang: εα = [1,88-3,2(1/z1 +1/z2 )]cosβ = [1,88 – 3,2×(1/23 + 1/103)]×cos14,25 = 1,66 Tính hệ số kể đến trùng khớp theo công thức 6.36c [2]: 66 Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm Zε = SVTH: Trương Phúc Hịa = 0,777 Đường kính vịng lăn bánh nhỏ theo cơng thức bảng 6.11 [2]: dw1 = 2aw/(i + 1) = 2×130/(4,48 + 1) = 47,45 (mm) Vận tốc vịng theo cơng thức 6.40 [2]: v = π×dw1 ×n1 /60000 =π×47,45×3000/60000 = 7,45 (m/s) Với v = 7,45 (m/s) theo bảng 6.13 [2] dùng cấp xác Đồng thời với v = 7,45 (m/s) cấp xác 8, tra bảng 6.14 [2] xác định K Hα = 1,13 Theo công thức 6.42 [2]: νH = δH g0 v aw i = 0,002.56.7,45 130 = 4,49 4, 48 Trong δH =0,002 (tra bảng 6.15 [2]) ; go = 56 (tra bảng 6.16 [2]) Theo công thức 6.41[2], hệ số kể đến tải trọng động vùng ăn khớp tính: K HV = + 4, 49.39.47, 45 vH bw d w1 =1+ = 1,12 2.30000.1, 05.1,13 2M m K H K H Theo công thức 6.39 [2], hệ số tải trọng tính tiếp xúc: K H = KHβKHαKHv = 1,05×1,13×1,12 = 1,33 Với giá trị trên, công thức 6.33 [2] ta được: H = ZMZHZε 2M m K H (i 1) = 385,7 MPa bwid w1 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép theo công thức 6.1 [2] (6.1a [2] : * [ H ] = ( H lim /SH)ZRZv KxHKHL = [ζH] ZRZv KxH =418×0,95×1,02×1 = 405,1 MPa Với HB ≤ 350, v = 6,58 (m/s) => Zv = 0,925v0,05 = 1,02 ; với cấp xác động học 8, chọn cấp xác mức tiếp xúc cần gia công đạt độ nhám Ra = 2,5…1,25μm, ZR = 0,95 Và da ≤ 700mm => K xH = * Như ζ H = 385,7 ≤ [ H ] = 405,1 thỏa mãn độ bền tiếp xúc f Kiểm nghiệm độ bền uốn: Theo 6.43 [2] : ζF1 = 2M m K F Y Y YF bw d w1m ζF2 = ζF1 YF2 /YF1 ≤ [ζF2 ] Theo (6.47) [2] F= Fg0 v aw / i =0,006.56.7,45 130 / 4, 48 = 13,48 Trong đó: theo bảng 6.15 [2] , F = 0,006; theo bảng 6.16 , g0 = 56 67 Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm SVTH: Trương Phúc Hòa Theo bảng 6.7 [2] , KFβ = 1,1 ; theo bảng 6.14 [2] với v < 10 m/s, KFα=1,37 Theo 6.46[2]: KFV = 1+ F bw d w1 = 1+ 13,48.39.47,45/(2.30000.1,1.1,37) = 1,28 M m K F K F Do K F = KFβK FαKFv = 1,1.1,37.1,28 = 1,93 - Y = / = 0,6 - Yβ = 1- β/140 = 0,898 - Zv1 = Z1 / cos3 = 23/ cos314, 25 = 25,3 - Zv2 = Z2 / cos3 = 103/ cos314, 25 = 113,1 Tra bảng 6.18 [2] ta được: YF1 = 3,9; YF2 = 3,6 Thay vào cơng thức ta có: ζF1 = 2.30000.1,93.0, 6.0,898.3,9 65,75 Mpa 39.47, 45.2 ζF2 = ζF1 YF2 /YF1 =65,75.3,6/3,9 = 60,69 Mpa Với m = Ys= 1,08 – 0,0695 ln2= 1,032; YR = 1; K xF = ( da≤ 400) Theo 6,2 ta có *F1 F1 .YR YS YxF = 247.1.1.1,032= 254,9 MPa Tương tự *F = 206.1,032 = 212,6 MPa Từ giá trị ta có: F < *F , F < *F Vậy thỏa điều kiện bền uốn g Kiểm nghiệm tải: Kqt = MMax /Mm = 30/15 = Hmax = H K qt = 545,5 < 1260 = [H]max MPa F1max = F1 Kqt = 131,5 < 464 MPa F2max = F2 Kqt = 121,4 < 360 MPa ; thỏa điều kiện tải h Các thơng số kích thƣớc truyền: - Khoảng cách trục: aw = 130 mm - Môđun: m = mm - Chiều rộng vành răng: bw = 39 mm - Tỷ số truyền: i = 4,48 - Góc nghiêng răng: = 14,25 - Số bánh răng: z1 = 23; z2 = 103 Theo công thức bảng 6.11 [2], tính được: 68 Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm SVTH: Trương Phúc Hịa - Đường kính vịng chia: d1 = 47,5 mm; d2 = 212,5 mm - Đường kính vòng đỉnh: da1 = 51,5 mm; da2 = 216,5 mm - đường kính vịng đáy: df1 = 42,5 mm; df2 = 207,5 mm i Tính lực tác dụng lên bánh trục: Gọi lực vòng Ft , lực hướng tâm Fn lực dọc trục Fa ta có: Mô men xoắn tác dụng lên trục công suất dẫn động P = [KW ] là: M = 9,55.106 P/n = 9,55.106 4/3000 = 12,733 N.m Ft 2.M 2.12, 73 3217[N] d1 47,5.103 Fr Ft tg 20o 3217.tg 20 1208 [N] (góc ăn khớp bánh = 20) cos cos14, 25 Fa Ft tg 3217.0, 254 871[N] 6.2.3 Chọn vi sai bán trục cầu chủ động Đối với vi sai bán trục ta sử dụng loại có sẵn thị trường với kích cỡ thích hợp, sau thiết kế kết cấu bánh lớn truyền lực vỏ cầu cho phù hợp để lắp ghép lại Phần lớn công suất ô tô lớn 10(KW) nên độ bền vi sai đảm bảo lắp lên ô tô cần thiết kế Ta chọn loại vi sai có kích thước nhỏ thơng dụng thị trường, vi sai cầu chủ động xe tải nhỏ DAIHATSU 0,5T Nhật để lắp đặt Giá thành vi sai tương đối thấp so với loại khác tương đương lắp cầu xe du lịch Bán trục ta chọn loại cầu treo độc lập xe du lịch có đường kính ngồi 30 để lắp với vi sai Bán trục có kết cấu then hoa để lắp với bánh bán trục vi sai Sau chọn vi sai, ta phải tiến hành thiết kế vỏ cầu cho phù hợp để lắp ghép lại Kết cấu kích thước vi sai chọn hình 6.5 69 Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm 128 SVTH: Trương Phúc Hòa 182 45 20 23 136 Hình 6.4: Kết cấu vi sai Sau định kết cấu vị trí lắp ghép chi tiết hai trục, ta cần tính tốn thiết kế trục gối đỡ trục 6.3 Thiết kế trục, gối đở, vỏ cầu bôi trơn: 6.3.1 Thiết kế trục sơ cấp: a Chọn vật liệu: Vật liệu chế tạo trục thép 45 cải thiện HB = 230…260 có giới hạn bền b = 850 MPa, giới hạn chảy ch =550 MPa Ứng suất xoắn : [] = 20 MPa Ứng suất uốn : [] = 70 MPa -1 = 0,436 b= 370,6 MPa -1 = 0,58 -1 = 214,95 MPa b Xác định sơ đƣờng kính trục: d1 ≥ chọn 5T1 = [ ] 5.30000 = 19,6 mm 20 d1 = 20 mm b01 = 15 mm c Xác định khoảng cách gối đỡ điểm đặt lực: Dựa vào kích thước vi sai chọn trước ta phải chọn khoảng cách gối đỡ cho phù hợp để lắp vi sai trục sơ cấp vỏ hộp cầu chủ động Ta chọn sơ khoảng cách sau: l11 = 161 mm, l13 = 118 mm, lc12 = 68 mm d Tính đƣờng kính đoạn trục: FT = 2T1 cosβ/(mn z1 ) = 2.30000.cos14,25/( 2.23) = 1264,2 N Fa = FT tgβ = FT tg14,25 = 321,l N 70 Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm FR = SVTH: Trương Phúc Hòa FT tg 20 F tg 20 = T = 474,7 N cos cos14, 25 Lực nối trục tác dụng lên trục: Fnối trục = 0,3.2.T1 /D = 0,3.2.30000/68= 264,7 N Với D = 68 mm: đường kính vịng tròn qua tâm chốt nối trục vòng đàn hồi M1 = Fa1 d1 /2 = 321,1.47,5/2 = 7626,1 N.mm Trong mp yoz ∑MAx = M1 + FR.43 - RBy 161 =0 RBy = 174,1 N RAy = FR - RBy = 300,6 N Trong mp xoz ∑MAy = FNT (161 + 68) + RBx 161 – Ft1 43 RBx = - 38,9 N RAx =1038,5 N Từ phản lực ta vẽ sơ đồ nội lực trục hình sau: Hình 6.5: Sơ đồi nội lực 71 Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm SVTH: Trương Phúc Hịa Áp dụng cơng thức 10.16 ta tính Mtdj tiết diện: Mtdj = M xj M yj 0.75T j Thay số vào ta tính được: MA = N.mm MC = 55602 N.mm MB = 31606 N.mm MD = 25981 N.mm Từ bảng 10.5 [2] chọn [] = 67 MPa dC ≥ M td 11 = 0,1.[ ] dB ≥ M td 12 = 16,8 mm 0,1.[ ] dD ≥ M td 13 = 15,7 mm 0,1[ ] 55602 = 20,2 mm 0,1.67 Để lắp ghép với động điện ta chọn: dD = 22 mm, dA = dB = 25 mm, dC = 28 mm e Kiểm nghiệm trục độ bền mỏi: Vật liệu trục: Thép 45 tơi cải thiện có b = 850 MPa, giới hạn chảy ch =550 MPa Ứng suất xoắn : [] = 20 MPa Ứng suất uốn: [] = 70 MPa -1 = 0,436 b= 370,6 MPa -1 = 0,58 -1 = 214,95 Mpa Bảng 6.1: Số liệu trục sơ cấp Thông số Đường kính mm Trục sơ cấp 28 (C) 25 (B) 22 (D) Then bxh 8x7 - t1 - Mô men chống uốn W Mô men cản xoắn Wo 1826 1534 1045 3981 3068 2091 Xác định hệ số K ζdj K ηdj tiết diện nguy hiểm theo công thức 10.25 [2] 10.26 [2]: Kζdj = (K ζ/εζ + Kx – 1)/K y Kηdj = (K η /εη + Kx – 1)/K y 72 Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm SVTH: Trương Phúc Hịa Trong đó: K x = 1,10 – hệ số tập trung ứng suất trạng thái bề mặt tiện đạt độ nhẵn Ra 2,5…0,63 K y = – hệ số tăng bền bề mặt không dùng phương pháp tăng bền bề mặt Với trục có rãnh then cắt dao phay ngón làm thép 45 tơi có ζ b ≥ 850, tra bảng 10.12 [2] nội suy ta có K ζ = 2,07 K η = 1,97 Tra bảng 10.10 [2] hệ số kích thước εζ εη tương ứng với tiêt diện nguy hiểm, từ tính tỉ số K ζ/εζ K η /εη tiết diện có rãnh then Tra bảng 10.11 [2], ứng với kiểu lắp chọn, nội suy với ζb = 850 MPa đường kính trục tiết diện nguy hiểm ta tỉ số K ζ/εζ K η /εη lắp căng Trên sở chọn giá trị lớn hai giá trị tỉ số K ζ/εζ để tính K ζd giá trị lớn K η /εη để tính K ηd Vì trục quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng nên theo cơng thức 10.22[2]: ζmj = ; ζaj = ζmaxj = Mj/Wj Vì trục quay chiều, ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì đối xứng theo cơng thức 10.24[2]: ηmj =0 ; ηaj = Tj/(Woj) Tính hệ số an tồn xét riêng cho ứng suất pháp ứng suất công thức 10.20 [2] 10.21 [2]: sζ = 1 K d a mj ; sη = Hệ số an toàn tiết điện nguy hiểm: 1 Kd a mj s= s s s s 2 Bảng 6.2: Kiểm nghiệm hệ số an toàn s: d (mm) Tỉ số Kζ/εζ Tỉ số Kη /εη Kζd K ηd ζaj ηaj Sζ Sη S 1,92 2,64 2,47 30,3 7,5 4,63 11,6 4,3 2,32 1,92 2,64 2,42 11,2 9,8 15,5 9,1 7,8 2,26 1,92 2,64 2,36 14,3 - 6,4 6,4 Rãnh then Lắp căng Rãnh then Lắp căng 28 (C) 2,33 2,54 2,37 25 (B) 2,3 2,54 22 (D) 2,27 2,54 Chọn hệ số an toàn cho phép [s] = 2,5 Qua bảng tính tốn ta thấy sj [s] nên tiết diện trục đảm bảo an toàn bền mỏi 73 Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm SVTH: Trương Phúc Hịa f Tính kiểm nghiệm độ bền then: Với tiết diện trục dùng mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép độ bền dập theo 9.1[2] : d = 2T/[dlt (h – t1 )] [d] theo 9.2[2] độ bền cắt: c = 2T/(dlt b) [c] Kết tính tốn sau, với lt = ( 0,8 ÷ 0,9 )lm Bảng 6.3: Kiểm nghiệm độ bền then d (mm) lt (mm) bh t1 (mm) T (Nmm) d (MPa) c (MPa) 28 38 8x7 30000 18,8 7,1 Theo bảng 9.5 [2] , với tải trọng va đập [d] = 50 MPa; [c] = 27 MPa Vậy tất mối ghép then đảm bảo độ bền dập độ bền cắt 6.3.2 Tính tốn chọn ổ lăn: Ta tiến hành chọn ổ lăn với số liệu sau: Đường kính ngõng trục: 25mm, Số vịng quay: 3000 vịng/ph, thời gian làm việc: 6000 h a Tính phản lực ổ lăn: Hình 6.6: sơ đồ đặt lực trục sơ cấp Lực dọc trục: Fa = 321,1 N Lực tác dụng lên ổ : FrA = R Ax R Ay 2 = 881,1 N FrB RBx RBy = 300,5 N Ta thấy lực dọc trục lực hướng tâm tác dụng lên ổ có tỉ lệ lớn nên chọn ổ bi đỡ chặn Chọn ổ bi đỡ chặn: Với d = 20 mm chọn sơ ổ bi đỡ chặn cỡ trung hẹp 46305 có C = 21,1 kN; Co = 14,9 kN b Kiểm nghiệm khả tải động ổ: Lực dọc trục lực hướng tâm sinh : S i= eFri 74 Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm SVTH: Trương Phúc Hòa Fa = 0,022 nên chọn e = 0,32 C0 Lực dọc trục tác dụng vào ổ thứ i : FSA = e.FrA = 0,32.881,1 = 282 N FSB = e.FrB = 0,32.300,5 = 96,2 N Vì FSA FSB Fa > nên FaA = FSA = 282 N FaB = FSA + Fa = 603,1 N Ta có: FaA = 0,32 < e FrA X=1 ; Y=0 FaB =2 >e FrB X= 0,45 ; Y= 1,71 Ta tính tải trọng tác dụng lên ổ theo 11.4 [2]: Q A = ( XVFrA + YFa )Kt Kđ = 1057 N Q B = ( XVFrB + YFa )Kt Kđ = 821 N Ta thấy rõ ràng ổ A chịu lực lớn ta tính ổ theo Q A = 1057 N Theo khả tải động ổ, ta có: Ctt = QA m L Li = 60.n.10-6 Lh = 1080 (triệu vòng quay) Ctt = 1057 1080 = 10,8 kN < C Với m =3: dùng ổ bi đỡ chặn Như ổ chọn đảm bảo khả tải động c Kiểm nghiệm theo khả tải tĩnh: Theo bảng 11.6[2] ta có hệ số : X0 = 0,5 ; Y0 = 0,47 Q t giá trị lớn hai giá trị sau : Q t1 = X0 FrB + Y0 Fa = 0,5.881,1+ 0,47 321,1 = 591,5 N Q t2 = 881,1 Chọn Q t2 = 881,1 N Do Q t1 10mm) Các ổ bi bánh vi sai bôi trơn dầu vung tung toé Khi thay dầu dùng máy bơm dầu chuyên dùng hút dầu thừa khỏi vi sai Khi thay dầu dùng bơm dầu đến dầu bắt đầu rò rỉ khỏi lổ dầu tức bơm đủ lượng dầu cần thiết cho vi sai Hình 6.7 : Mức dầu bơi trơn cầu chủ động 76 Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm SVTH: Trương Phúc Hịa 6.4 Bố trí lắp đặt phận truyền lực ô tô điện Đối với ôtô điện cỡ nhỏ mà ta cần thiết kế có kích thước nhỏ : 2,6mx1,4mx1,2m Để thuận lợi cho việc bố trí sử dụng trục đăng, hạ thấp sàn xe tăng cao hiệu suất hệ thống truyền lực Ta chọn kiểu bố trí động điện, hệ thống truyền lực phía cầu sau chủ động Mô men từ vi sai truyền đến bánh xe chủ động truyền từ trục động điện Khi động điện đặt nằm ngang rút ngắn chiều dài sở xe Sau phân tích chọn cách bố trí trên, ta có sơ đồ bố trí hệ thống truyền động ô tô điện hai chỗ ngồi hình 6.8 Hình 6.8 : Sơ đồ bố trí hệ thống truyền động ô tô điện hai chỗ ngồi 1- Vỏ cầu chủ động, 2- trục chủ động ô tô, 3-động điện, 4-ắc quy,5-bộ thay đổi điện áp, 6-bộ điều khiển ô tô, 7-cơ cấu bàn đạp ga, 8- chân phanh, 9- tay lái 77 Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm SVTH: Trương Phúc Hòa KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ HƢỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN: Đề tài đề cập đến mẫu ô tô Phù hợp với xu phát triển điều kiện sử dụng đô thị Việt Nam Đây đề tàu hồn tồn khả thi, góp phần thúc đẩy đời tơ điện Việt Nam góp phần vào việc chống ô nhiễm môi trường đồng thời tạo động lực thúc đẩy phát triển công nghiệp ô tô nước nhà ĐỀ NGHỊ: Đề tài chịu giới hạn thời gian nội dung nên dừng lại việc chọn lựa phương án nguồn lượng thiết bị động lực cho ô tô điện thiết kế hệ thống truyền lực Để hoàn thiện đề tài cần thiết kế điều khiển động cơ, điều khiển tốc độ tơ Ngồi cịn hệ thống khác ô tô cần phải nghiên cứu như: thiết kế hệ thống phanh, hệ thống lái, hệ thống treo, thiết kế khung xe ô tô Như quan tâm mức việc chế tạo ô tô điện mang thương hiệu Việt Nam đời tương lai không xa Đáp ứng nhu cầ lại người dân, đồng thời góp phần vào việc giải vấn đề môi trường lượng 78 Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm SVTH: Trương Phúc Hòa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] Nguyễn Hữu Cẩn -Dư Quốc Thịnh -Phạm Minh Thái-Nguyễn Văn Tài -Lê Thị Vàng Lý thuyết ô tô máy kéo Nhà xuất Khoa Học - Kỹ Thuật Năm 2000 Trịnh chất- Lê văn Uyển Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 1-2 Nhà xuất giáo dục Năm 2008 [3] Phan Quốc Dũng- Tô Hữu Phước Truyền động điện Nhà xuất Đại Học Quốc Gia [4] TP.HCM.2008 Bob Brant Build your own electric vehicle Mc Graw Hill Book 1994 [5] Mehrdad Ehsani - Yimin Gao - Ali Emadi Modern Electric, Hybrid Electric and Fuel cell Vehycle: Fundamentals, Theory and Design CRC press Taylor & Francis Group 2010 [6] Gianfranco Pistoia Electric and hybrid Vehicle Elsevier 2010 [7] James Larminie - John Lowry Electric Vehicle Technology Explained John Wiley & Sons Ltd 2003 [8] Travis de Fluiter Design of Lightweight Electric Vehicles Master’s thesis The university of Waikato 2008 Sandeep Dhameja Electric vehicle battery systems 2002 [9] [10] Ahmad Karnama Analysis of Integration of Plug-in Hybrid Electric Vehicles in the Distribution Grid Master of Science Thesis Royal Institute of Technology (KTH) 2009 [11] Nguyễn Văn Trạng Nghiên cứu phương án chọn lựa nguồn lượng thiết bị động lực cho ô tô điện Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh 2004 [12] Nguyễn Quân Thiết kế hệ thống động lực ô tô lai điện-nhiệt hai chỗ ngồi Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh 2004 [13] Đoàn Xuân Biên Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô Hybrid chổ ngồi bố trí song song Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học”, lần thứ 2008 [14] Website: http://www.wikipedia.org [15] Website: http://www.smart.com [16] Website: http://www.toyota.com [17] Website: http://www.mitsubishi-motors.com 79 ... Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm SVTH: Trương Phúc Hịa Hình 2.1 Hệ thống truyền lực ô tô điện Một dạng cấu trúc hệ thống truyền động mơ tả chi tiết hình 2.2 Hệ thống truyền động... khiển ô tô Bộ điều khiển điều khiển dòng điện đến động điện , từ thay đổi tốc độ động điện để thay đổi tốc độ ô tô theo ý chủ quan người lái 19 Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tô điện tốc độ chậm. .. với giá cạnh tranh với ô tô truyền thống 10 Thiết kế hệ thống truyền lực cho ô tơ điện tốc độ chậm SVTH: Trương Phúc Hịa + Ô tô chạy điện: Ô tô chạy điện nguyên tắc ô tô tuyệt đối (zero emission)