thiết kế hộp số xe tải trên 3 5 tấn

Nó dùng để thay đổi số vòng quay và momen của động cơ truyền đến các bánh xe chủ động cho phù hợp với điều kiện làm việc của ô tô, tách lâu dài động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, trích

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHVIỆN CƠ KHÍ

THIẾT KẾ HỘP SỐ XE TẢI TRÊN 3,5 TẤN(XE TẢI TMT CUULONG DFA7050T)

Ngành: CƠ KHÍ Ô TÔChuyên ngành: CƠ KHÍ Ô TÔ

Giáo viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Văn ThắngSinh viên thực hiện: Nguyễn Trường Sơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Các thông số tham khảo 2

1.2 Giới thiệu chung về hộp số 3

1.2.1 Công dụng 3

1.2.2 Yêu cầu 3

1.2.3 Phân loại 4

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 5

2.1 Giới thiệu một số hộp số cơ khí thường được dùng trên ô tô hiện nay 5

3.2.4 Số răng của các bánh răng 14

3.2.5 Xác định kích thước hình học của các bánh răng: 17

3.3 Tính bền của bánh răng hộp số 20

3.3.1 Tính bền các cặp bánh răng ăn khớp theo ứng suất uốn: 22

3.3.2 Tính bền bánh răng theo ứng suất tiếp xúc 25

3.4 Tính toán trục hộp số 26

3.4.1 Tính sơ bộ trục, kích thước trục hộp số 26

3.4.2 Tính bền trục 27

3.5 Tính toán ổ

3.5.1 Tải trọng tác dụng lên ổ lăn trục thứ cấp 40

3.5.2 Đối với trục trung gian 42

3.5.3 Đối với trục sơ cấp 43

KẾT LUẬN 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô là một loại phương tiện giao thông được sử dụng từ rất lâu, ở hầu hết các quốc gia trên thế giới Đất nước ta đang trong thời kì phát triển, ngành công nghiệp ô tô đang là vấn đề quan tâm của nhà nước Cùng với quá trình phát triển của nghành công nghiệp ô tô thì càng có nhiều nhà máy ô tô ra đời, các ngành dịch vụ liên quan đến ô tô cũng phát triển theo, việc nội địa hóa đang được đẩy mạnh và ngày càng nhiều chi tiết được sản xuất trong nước.

Sau khi học môn “ Kết cấu & Tính toán ô tô ” cùng một số môn cơ sở khác, sinh viên được giao làm đồ án môn học Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập của sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành.

Trong đồ án này, em được giao nhiệm vụ thiết kế hộp số xe tải trên 3,5 tấn Đây là một bộ phận chính không thể thiếu trong ô tô Nó dùng để thay đổi số vòng quay và momen của động cơ truyền đến các bánh xe chủ động cho phù hợp với điều kiện làm việc của ô tô, tách lâu dài động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, trích công suất để dẫn động các bộ phận công tác khác.

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làm việc nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án một cách tốt nhất Tuy nhiên, vì bản thân còn ít kinh nghiêm nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể không có thiếu xót.

Em xin trân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Nguyễn Văn Thắng và các thầy trong bộ môn ô tô và Viện cơ khí– Trường đại học Giao thông vận tải TPHCM đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án học phần này.

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1 Các thông số tham khảo

Xe tham khảo: xe tải TMT CUULONG DFA7050T (5 tấn).

Công suất cực đại (kW) / tốc độ quay (v/ph) 70 / 3200 Mômen xoắn cực đại (N.m) / tốc độ quay (v/ph) 235 / 1900

1.2 Giới thiệu chung về hộp số

Hộp số là cụm chi tiết quan trọng của hệ thống truyền lực, cho phép thay đổi và phân chia tốc độ và mô men xoắn của động cơ đến các cầu chủ động của ô tô.

1.2.1 Công dụng

Hộp số trong hệ thống truyền lực của ô tô dùng để:

 Thay đổi tốc độ và mô men truyền lực (hay lực kéo) trên các bánh xe  Ngắt động cơ lâu dài khỏi hệ thống truyền lực.

 Thay đổi chiều chuyển động tiến hoặc lùi của ô tô.

Trên một số ô tô, chức năng thay đổi mô men truyền có thể được đảm nhận nhờ một số cụm khác (hộp phân phối, cụm cầu xe) nhằm tăng khả năng biến đổi mô men đáp ứng mở rộng điều kiện làm việc của ô tô.

1.2.2 Yêu cầu

Hộp số cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

 Có dãy tỉ số truyền hợp lý, phân bố các khoảng có tỉ số truyền tối ưu, đảm bảo chất lượng độc học và tính kinh tế vận tải cao.

 Phải có hiệu suất truyền lực cao.

 Khi làm việc không gây tiếng ồn, chuyển số nhẹ nhàng, không phát sinh các tải trọng động.

 Đối với các hộp số sử dụng các bộ truyền có cấp (các tỉ số truyền cố định), khi chuyển số, thường xảy ra thay đổi tốc độ và mô men, gây nên tải trọng động Hạn chế các xung lực và mô men biến động cần có các bộ phận ma sát: (đồng tốc, khớp ma sát, bộ truyền thuỷ lực, ) cho phép làm đều tốc độ của các phần tử truyền và nâng cao độ bền, độ tin cậy trong làm việc của hộp số  Đảm bảo tại một thời điểm làm việc chỉ gài vào một số truyền nhất định một

cách chắc chắn (cơ cấu định vị, khoá hãm, bảo hiểm số lùi, )  Kết cấu phải nhỏ gọn, dễ điều khiển, dễ bảo dưỡng và sửa chữa  Có khả năng bố trí cụm công suất để dẫn động các thiết bị khác.

1.2.3 Phân loại

3

Tùy theo những yếu tố căn cứ để phân loại, hộp số được phân loại như sau: - Theo phương pháp thay đổi tỉ số truyền:

 Hộp số có 4, 5, 6 hoặc 10, 12 số truyền ( xe tải, xe khách, ) + Căn cứ vào số lượng và cách bố trí trục  Hộp số điều khiển cưỡng bức  Hộp số điều khiển gián tiếp và trực tiếp - Theo loại bánh răng

 Bánh răng thẳng  Bánh răng nghiên  Bánh răng chữ V

 Kết hợp nhiều loại bánh răng - Theo cấu trúc truyền lực giữa bánh răng

 Hộp số thông thường  Hộp số hành tinh

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ2.1 Giới thiệu một số hộp số cơ khí thường được dùng trên ô tô hiện nay

 Hộp số có hộp số vô cấp và hộp số có cấp.

- Hộp số vô cấp dùng để tạo thành hệ thống truyền lực vô cấp, trong đó hộp số có tỉ số truyền biến đổi liên tục.

- Hộp số có cấp dùng để tạo thành hệ thống truyền lực có cấp Tỉ số truyền của hộp số này thay đổi với các giá trị khác nhau Đây là hộp số được dùng phổ biến trên ô tô hiện nay

 Cấu tạo chung của hộp số cơ khí có cấp bao gồm các bộ phận cơ bản:

- Bộ phận đảm nhiệm chức năng truyền và biến đổi mô men bao gồm: các cặp bánh răng ăn khớp, các trục và ổ đỡ trục, vỏ hộp số.

- Bộ phận đảm nhận chuyển số đảm nhận chức năng chuyển số theo sự điều khiển của người lái và khả năng giữ nguyên trạng thái làm việc trong quá trình xe hoạt động Bộ phận này bao gồm: cần số, các đòn kéo, thanh trượt, nạng gạt, khớp gài, cơ cấu định vị, khóa hãm, cơ cấu bảo hiểm số lùi  Một số hộp số cơ khí có cấp điển hình:

2.1.1 Hộp số 3 trục

Là hộp số có đa số các số truyền i truyền qua hai cặp bánh răng ăn khớp Vớih cấu trúc tỉ số truyền truyền qua hai cặp bánh răng ăn khớp nên chiều quay của trục chủ động và trục bị động không thay đổi, cho phép thực hiện một số giá trị tỉ số truyền lớn, tuy nhiên hiệu quả truyền lực sẽ thấp do phải truyền qua nhiều cặp bánh răng ăn khớp.

Sơ đồ cấu trúc, bố trí trục của hộp số 3 trục điển hình :

5

a) Sơ đồ kết cấu b) Sơ đồ bố trí trục.

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc, bố trí trục của hộp số 3 trục 5 cấp

I, II, III: lần lượt là các trục sơ cấp, trục trung gian, trục thứ cấp G1, G , G : các khớp gài.23

0: vị trí trục trung gian của các số truyền.

1, 2, 3, 4, 5: vị trí của các số truyền và bánh răng tương ứng Zi: các bánh răng.

Số Vị trí gài Dòng truyền Giá trị 1 G , G ≡0; G321=1 I ZaxZ’a II Z’ 1xZ1 III i lớn nhấth 2 G , G ≡0; G132=2 I ZaxZ’a II Z’ 2xZ2 III i trung gianh 3 G , G ≡0; G132=3 I ZaxZ’a II X’ 3xZ3 III i trung gianh 4 G , G ≡0; G123=4 I ZaxZ’a II Z’ 4xZ4 III i trung gianh

Lùi G3, G ≡0; G21=L I ZaxZ’a  II Z’LxZL1 ZL2xZ1 III

Đảo chiều quay

Bảng dòng truyền mô men của hộp số 3 trục 5 cấp:

 Hộp số 3 trục 4 cấp:

0: vị trí trục trung gian của các số truyền.

1, 2, 3, 4: vị trí của các số truyền và bánh răng tương ứng Zi: các bánh răng.

Dòng truyền mô men của hộp số 3 trục 4 cấp:

Số Vị trí gài Dòng truyền Giá trị 1 G , G ≡0; G312=1 I ZaxZ’a  II Z’1xZ1 III i lớn nhấth 2 G , G ≡0; G132=2 I ZaxZ’a  II Z’2xZ2 III i trung gianh 3 G , G ≡0; G123=3 I ZaxZ’a  II X’3xZ3 III i trung gianh

2.1.2 Hộp số 2 trục

Là hộp số có đa số các số truyền i truyền qua một cặp bánh răng ăn khớp.h Các hộp số này rất phù hợp với hệ thống truyền lực của xe ô tô con, đòi hỏi tốc độ cao (Giá trị i không cần lớn) h

Hình 2.3: Sơ đồ kết cấu của hộp số 2 trục 5 cấp

Số Vị trí gài Dòng truyền Giá trị 1 G , G ≡0; G123=1 I Z1xZ’1  II C1xC2 ih lớn nhất 2 G , G ≡0; G123=2 I Z2xZ’2  II C1xC2 ih trung gian 3 G , G ≡ 0; G132=3 I Z3xZ’3  II C1xC2 ih trung gian 4 G , G ≡ 0; G132=4 I Z4xZ’4  II C1xC2 ih trung gian 5 G , G ≡ 0; G231=5 I Z5xZ’5  II C1xC2 ih nhỏ nhất Lùi G1, G G3≡0; LxL2,1xL2 I ZLxZ xZL1L2 II Đảo chiều quay Các số truyền và dòng truyền mô men của hộp số 2 trục 5 cấp:

2.2 Quan điểm thiết kế

Theo yêu cầu của bài toán đặt ra là thiết kế hộp số cho xe 5 tấn, với xe

tham khảo là xe tải TMT CUULONG DFA7050T 1221275416VINA

Hình 2.4: xe tải TMT CUULONG DFA7050T

Ta chọn hộp cơ khí giống như xe tham khảo với lí do:

- Xe tải động cơ đặt trước, truyền lực bánh sau nên chọn hộp số đặt dọc - Đây là hộp số cơ khí có cấp được dùng phổ biến hiện nay:

9

+ Quy trình công nghệ nguyên công gia công chế tạo và lắp ráp đã được ứng dụng rộng Giá thành chế tạo cho sản phẩm thấp.

+ Vì phổ biến nên quá trình sửa chữa bảo dưỡng của người sử dụng thuận lợi + Độ tin cậy của sản phẩm sẽ cao hơn so với hộp số vô cấp.

- Ta dùng hộp số 3 trục 5 cấp mà không sử dụng hộp số 2 trục hay hộp số nhiều cấp, ít cấp: 4 cấp, 8 cấp, Vì:

+ Ảnh hưởng của số lượng số truyền trong hộp số.

+ Khi sử dụng nhiều tay số thì: tính kinh tế nhiên liệu sẽ tăng lên, tính phức tạp cũng tăng theo, làm cho giá thành của cả chiếc xe cũng tăng lên Điều này làm mất tính cạnh tranh của sản phẩm.

+ Với hộp số 3 trục thì trục sơ cấp và thứ cấp là đồng trục cho nên sẽ tạo ra được số truyền thẳng giúp cho các bánh răng và các ổ bi không chịu tải (ít phải làm việc, tăng hiệu suất,…) Hộp số sẽ bền hơn, làm việc tốt hơn + Với hộp số 3 trục thì chúng ta còn tạo ra được tỉ số truyền lớn cho hộp số + Nếu dùng hộp số 3 cấp hoặc 4 cấp thì nó sẽ không phân được hết các tỉ số

truyền, mà vì xe tải 5 tấn nên yêu cầu tỉ số truyền lớn

+ Nếu dùng hộp số nhiều cấp: phức tạp hơn, chiều dài trục lớn sẽ xảy ra võng trục mà lại tốn kém không cần thiết.

2.3 Kết luận về phương án thiết kế

Từ các quan điểm thiết kế đã nêu ở trên ta đi tới phương án thiết kế hộp số cho xe tải 5 tấn như sau:

- Hộp số cơ khí với 5 cấp số, được bố trí dọc theo xe.

- Hộp số có 5 số tiến và 1 số lùi, với số truyền 5 là số truyền thẳng.

- Số trục hộp số là 3 trục: trục sơ cấp , trục thứ cấp, trục trung gian Trong đó có trục sơ cấp và thứ cấp đồng tâm.

- Cách chuyển số là sử dụng bộ đồng tốc cùng khớp gài số - Điều khiển bằng tay nhờ càng gạt số.

- Loại bánh răng sử dụng là bánh răng thẳng và bánh răng nghiêng.

Sơ đồ hộp số tham khảo :

Hình 2.5: Sơ đồ hộp số xe tham khảo

 Cơ cấu chính của hộp số gồm:

- Trục chủ động I (trục sơ cấp) đồng thời là trục bị động của ly hợp đặt trên hai ổ lăn: một gối vào trong bánh đà, một đặt trên vỏ hộp số Trục bố trí bánh răng Za(số 1) thường xuyên ăn khớp với bánh răng Z’ (số 2) Trong lòng bánh răng a bố trí gối đỡ cho trục I

- Trục trung gian II đặt trên hai ổ lăn của vỏ hộp số Trên trục bố trí sáu bánh răng nghiêng Z’ , Z’ (số3), Z’ (số 6), Z’ (số13), Z’ (số 7) nhờ các then bán a4 3 L 2 nguyệt và một bánh răng thẳng Z’ (số 10) chế tạo liền trục.1

- Trục bị động III (trụ thứ cấp) bố trí trên 2 ổ lăn: một – gối trên vỏ, một– gối vào lòng bánh răng Z’ Trục mang theo ba bánh răng nghiêng: Z (số 4), Za4 3 (số 5), Z (số 8) lắp quay trơn trên trục, một bánh răng thẳng Z (số 9) di trượt 2 1 bằng then hoa đảm bảo cho việc di chuyển gài số trực tiếp, hai bộ khớp gài dạng đồng tốc G , G được gài vào vị trí tương ứng (hình vẽ 2.5) Khi một 23 bánh răng được gài các bánh răng khác sẽ ở vị trí quay tự do (quay lồng không) Vị trí khớp gài G có thể bố trí nối với bánh răng Z , tạo nên khả năng 3a truyền thẳng từ trục I sang trục III (số truyền thẳng) Khớp gài G đặt trên 1 bánh răng Z dùng để di chuyển trực tiếp bánh răng sang vị trí số 1 hay số lùi 1 - Việc bố trí thêm trục IV (trục số lùi) cho phép tạo thành số lùi với ba cặp bánh

răng ăn khớp và đảm bảo chiều quay của trục bị động Các trục của hộp số được bố trí trong không gian trình bày như hình vẽ (Hình 2.1).

11

Bảng dòng truyền mô men của hộp số này:

1 G , G ≡0; G321=1 I1x2 II10x9  III ih lớn nhất 2 G , G ≡0; G132=2 I1x2   7x8  II III i trung gianh

3 G , G ≡0; G132=3 I 1x2 II 6x5 III i trung gianh

4 G , G ≡0; G123=4 I 1x2   II 3x4 III ih trung gian

Lùi G3, G ≡0; G21=L I 1x2 II  13x11 12x9 III Đảo chiều quay

 Qua bảng ta nhận thấy:

- Đa số các tỉ số truyền được thực hiện thông qua hai cặp bánh răng ăn khớp, trong đó có cặp bánh răng 1 và 2 luôn ăn khớp.

- Ở số truyền thẳng, lúc này dòng truyền trực tiếp từ trục sơ cấp qua khớp gài tới trục thứ cấp Khi đó, các bánh răng làm việc không tải, hiệu suất truyền lực của hộp số là cực đại Thời gian làm việc ở số truyền thẳng có thể chiếm khoảng 60% - 80% tổng thời gian chuyển động, do vậy cho phép hạn chế hao mòn bánh răng.

- Bánh răng của hộp số được sử dụng với hai loại: bánh răng nghiêng và bánh răng thẳng Các bánh răng luôn luôn ăn khớp sử dụng bánh răng răng nghiêng, các bánh răng di trượt gài số sử dụng bánh răng răng thẳng Các bánh răng có bánh răng nghiêng giúp ta tăng khả năng chịu tải và giảm độ ồn, tuy nhiên trong thiết kế các chiều nghiêng được chọn hợp lý để hạn chế tối đa lực dọc trục tác dụng lên ổ đỡ trục Các bánh răng răng thẳng sử dụng để gài số trực tiếp không thông qua ống gài, chỉ sử dụng với số 1 và số lùi (khi gài ô tô đứng yên) nhằm tránh xảy ra va đập các đầu răng, tuy nhiên để dễ dàng gài số các đầu răng của các bánh răng này được vát và vê tròn

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ

B: bề rộng lốp (inch) Thông thường cho B=H

H: chiều cao lốp (inch) +- tỷ số truyền truyền lực chính hệ số vòng quay của động cơ chọn đối với xe tải.

+ : mô men xoắn cực đại của động cơ, + : Hiệu suất của hệ thống truyền lực Chọn → Lấy (xe tham khảo)

Trong đó: k là hệ số kinh nghiệm.a đối với xe tải chọn 19 117,25 (mm)

Chọn = 125 (mm) gần nhất trong dãy tiêu chuẩn.

13

3.2.2 Modun các bánh răng hộp số

Modun pháp tuyến () của các bánh răng thường được chọn theo kinh nghiệm Với ô tô tải: = (0,032 (mm)

Chọn = 4,5 (mm) theo tiêu chuẩn.

3.2.3 Góc nghiêng răng β

Phần lớn các bánh răng là bánh răng nghiêng Đối với ô tô tải

Tuy nhiên trong khi chọn β cần lưu ý đến điều kiện đảm bảo độ êm dịu làm việc và một số điều kiện làm việc khác Độ êm dịu cao nhất khi hệ số trùng khớp chiều trục ε là số nguyên Tuy nhiên không thể lớn hơn 1 do các bánh răng có bề rộng giới

3.2.4 Số răng của các bánh răng

Đối với hộp số 3 trục 5 cấp, mỗi tay số trừ số lùi và số truyền thẳng được tạo nên bởi 2 cặp bánh răng:

+ Cặp bánh răng dẫn động trục trung gian có tỷ số truyền: ia + Cặp bánh răng nối trục trung gian với trục thứ cấp có tỷ số truyền: ii

- Số lượng răng z của bánh răng chủ động luôn ăn khớp chọn theo điều kiệna không bị cắt đỉnh với răng không dịch chỉnh là ≥ 17 ta chọn z = 20 răng.a

Ta có:

Chọn: (răng).

- Tính lại tỉ số truyền của cặp bánh răng luôn ăn khớp

3.2.5 Xác định kích thước hình học của các bánh răng:

Cặp bánh răng luôn ăn khớp

Đường kính vòng đỉnh (mm) 105,81 166,74

Chiều dày răng trên vòng

Bước răng pháp tuyến 14,14

Cặp bánh răng tay số lùi

- Mômen tính toán theo mômen lớn nhất của động cơ: - Mô men tính toán trên trục sơ cấp: M = = 235 Nmt - Mô men tính toán trên trục trung gian:

Trong đó: Memax = 235 Nm - Mômen xoắn cực đại của động cơ hiệu suất truyền lực = 0,85

 Mômen tính toán theo điều kiện bám: Mt =

Với = m.g = 1960.10 = 19600 (N) – trọng lượng bám của ô tô = 0,7 – hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường

19