Chương : Tính tốn chi tiết hộp số II.4.1 Bánh hộp số a) Tính tốn thiết kế tổng thể Khi thiết kế sơ hộp số bánh hộp số người ta chọn trước khoảng cách trục môđuyn bánh Dựa vào thong số xác định số bánh để đảm bảo tỷ số truyền cần thiết cho hộp số a1) Chọn khoảng cách trục Khoảng cách A trục chọn theo công thức kinh nghiệm sau: A = C3 M e max (mm) (4.3) Ở đây: - Memax – Mômen xoắn cực đại động (Nm) - C - Hệ số kinh nghiệm  Đối với xe du lịch: C = 13-16  Đối với xe tải: C = 17-19  Đối với xe dung động diesel: C = 20-21 a2) Chọn môđuyn pháp tuyến bánh răng: Chúng ta có phương pháp lựa chọn Có thể chọn theo công thức kinh nghiệm sau: m = (0.032-0.040).A (4.4) Hoặc sử dụng đồ thị kinh nghiệm hình 4.3 Hình 4.3 Đồ thị để chọn mơ đuyn pháp tuyến bánh a/ Dùng cho bánh có thẳng b/ Dùng cho bánh có xiên Ở đây: m – Môđuyn pháp tuyến M – Mơmen xoắn tính: M = Me max.ihl.0,96 a3) Xác định số bánh - Đối với hộp số hai trục: Ở hình 4.4 sơ đồ hộp số hai trục để xác định số răng: A Ở hộp số hai trục xác định khoảng cách A theo công thức sau: A= m1 ( z1  z1' ) cos 1 = ' m2 ( z  z ) cos  Sau thay:   ihl = ih2 = mi ( z i  z i' ) cos  i (4.5) z1' z1 ' z2 z2 ………………… ihi = z i' zi Vào biểu thức tính A, nhận công thức tổng quát để xác định zi z’i: zi = A cos  i mi (1  ihl ) z’I = zi.ihi (4.6) (4.7) Ở đây: - z1, z2,…zi - Số bánh trục sơ cấp - z’1, z’2,…z’i - Số bánh trục thứ cấp - A - Khoảng cách giửa hai trục - i – Góc nghiêng bánh thứ i - mi – Môđuyn pháp tuyến cặp bánh thứ i - Đối với hộp số ba trục: Ở hình 4.5 sơ đồ hộp số ba trục để xác định số tăng Khoảng cách A tính sau: A= ' ma ( z a  z a ) ma z a (1  ia )  cos  a cos  a (4.8) Bởi vậy: ia = A cos  a 1 m a z a (4.9) Ở đây: - ia - Tỷ số truyền cặp bánh ăn khớp - ma – Môđuyn pháp tuyến cặp bánh ăn khớp - a – Góc nghiêng cặp bánh ăn khớp Số z’a bánh bị động cặp bánh ăn khớp tính: z’a = za ia Tỷ số truyền cặp bánh gài igi là: igi = i hi ia Số bánh trục trung gian thứ cấp xác định: zi = A cos  i mi (1  i gi ) z’I = zi igi (4.10) (4.11) Trong đó: - zi - Số bánh thứ i trục trung gian - z’i - Số bánh thứ I trục thứ cấp - i - Góc nghiêng cặp bánh thứ i - mi - Môđuyn pháp tuyến cặp bánh thứ i b) Tính tốn kiểm tra bánh Bánh hộp số ơtơ tính tốn theo uốn tiếp xúc b1) Tính tốn kiểm tra theo ứng suất uốn Ứng suất uốn tiết diện nguy hiểm xác định theo công thức Lewis u = P.K b.t n y (MN/m2) (4.12) Trong đó: - P - Lực vịng tác dụng lên tâm ăn khớp (MN) - b - Bề rộng bánh (m) - tn - Bước pháp tuyến (m) - y - Hệ số dạng (xem bảng 4.1) - k - Hệ số bổ sung: Tính đến tập trung ứng suất răng, độ trùng khớp ăn khớp, ma sát bề mặt tiếp xúc, biến dạng ổ đỡ trục… Lực vòng P tác dụng lên xác định: P= M r Ở đây: - M – Mômen xoắn tác dụng lên tính - M = Memax i  - i - Tỷ số truyền từ động đến bánh tính -  - Hiệu suất truyền lực kể từ động đến bánh tính Bề rộng b răng thẳng chọn sau: b = (4.4- 7)m, xiên chọn khoảng b = (7 – 8.6 )mn Trong đó: - m – Mơđuyn bánh trụ thẳng - mn – Môđuyn pháp tuyến bánh trụ xiên Trong trường hợp thẳng tn thay t ta có: t = .m tn = .mn (4.13) Hệ số dạng y cặp bánh không điều chỉnh chọn theo bảng 4.1 Đối với thẳng lấy số Z thực tế để chọn, xiên chọn theo số tương Ztđ Ztd = z cos  (4.14) Trong đó: - Z - Số thực tế bánh -  - Góc nghiêng đường bánh trụ xiên Nếu cặp bánh có điều chỉnh, hệ số dạng tính: ydieu chinh = y  . f0 (4.15)s Trong đó: - y - Hệ số dạng tiêu chuẩn (bảng 4.1) -  - Hệ số tra bảng 4.1 theo Z Ztđ -  - Hệ số điều chỉnh - fo - Hệ số chiều cao đầu Nếu góc ăn khớp  ≠ 20o chiều cao khác 2.25m hệ số dạng phải nhân them hiệu số hiệu đính a: a = a ah Trong đó: - ah - Hệ số chiều cao ah  2,25m h - a - Hệ số góc ăn khớp - h - Chiều cao - m - Môđuyn Nếu:  = 14o50’ a = 0.75  = 17o30’ a = 0.89  = 22o30’ a = 1.1  = 25o a = 1.23 Cho bánh cụt có chiều cao đầu h’ = 0.8 m hệ số dạng y tìm theo cách phải nhân thêm 1.14 Ứng suất uốn cho phép [u ] = trình bày bảng 4.2 Bảng 4.1 Z Ztd Hệ số dạng y Cắt dao Cắt dao phay đĩa hoăc phay lăn dao phay ngón dao sọc Mài đá mài đĩa Hệ số  12 - 0.098 0.084 1.13 14 - 0.105 0.093 0.97 16 0.101 0.113 0.100 0.75 17 0.102 0.117 0.104 0.68 18 0.104 0.120 0.107 0.62 19 0.105 0.122 0.109 0.56 20 0.106 0.124 0.112 0.53 21 0.107 0.126 0.115 0.48 22 0.110 0.128 0.117 0.44 24 0.112 0.132 0.122 0.36 26 0.114 0.136 0.126 0.32 28 0.117 0.138 0.129 0.29 30 0.120 0.140 0.132 0.27 32 0.123 0.142 0.135 0.25 35 0.128 0.144 0.137 0.23 37 0.131 0.146 0.140 0.22 40 0.136 0.148 0.143 0.21 45 0.142 0.150 0.146 0.20 50 0.145 0.152 0.149 0.19 60 0.150 0.56 0.153 0.17 80 0.158 0.59 0.159 0.14 Bảng 4.2 Loại bánh [u ] (MN/m2) Bánh trụ thẳng cho số số lùi 400 – 850 Bánh trụ nghiêng dung Xe tải 100 – 250 cho số cao cặp bánh Xe du lịch 180 – 350 ăn khớp Hệ số bổ sung K cho bánh trụ thẳng 1.12 cho bánh trụ xiên 0.75 Thay giá trị K bước t tn từ công thức (4.13) vào cơng thức (4.12) để tính u, sau đơn giản ta có: Cho bánh trụ thẳng: u = 0.36 P b.m y (MN/m2) (4.16) Cho bánh trụ xiên: u = 0.24 P b.mn y (MN/m2) (4.17) Trong đó: Đơn vị đại lượng là: P: (MN) B, m, mn,: ( m ) b2) Tính tốn kiểm tra theo ứng suất tiếp xúc: Mức độ hao mòn bánh phụ thuộc vào giá trị ứng suất tiếp xúc tâm ăn khớp Ứng suất tiếp xúc tính theo cơng thức Hert – Believ: NE  1     b0  1     tx = 0.418 (4.18) Trong đó: - N - Lực tác dụng vng góc lên mặt tiếp xúc ăn khớp (MN) - tx - Có đơn vị MN/m2 - Bo - Chiều dài đường tiếp xúc (m) - E - Môđuyn đàn hồi (E = 2,1 105 MN/m2 ) - 1, 2 - Bán kính cong bề mặt chủ động bị động điểm tiếp xúc (m) Nếu hai bánh ăn khớp lấy dấu “+”, ăn khớp lấy dấu “-" Đối với bánh trụ thẳng: N= P ; cos  bo = b (4.19) Ở đây: - P - Lực vòng tác dụng lên bánh (MN) - b - Bề rộng bánh (m) Đối với bánh trụ nghiêng; với góc nghiêng đường : N P b ; bo  cos  cos  cos  (4.20) Thay giá trị (4.19) (4.20) vào (4.18) ta có cơng thức chung cho bánh trụ thẳng nghiêng: tx = 0.418 PE  1     b cos   1     (4.21) Muốn xác định tx tâm ăn khớp phải lấy 1, 2 tâm ăn khớp Cho bánh trụ thẳng: 1 = r1 sin ; 2 = r2 sin (4.22) Cho bánh trụ nghiêng: 1  r1 sin  sin  ;   r2 cos  cos  (4.23) Ở đây: r1, r2 – Bán kính vịng trịn lăn bánh chủ động bị động Ứng suất tiếp xúc thông thường xác định theo theo chế độ tải trọng trung bình Lực vịng P tính cơng thức: P=  M e max i r (4.24) Trong  xác định theo đồ thị kinh nghiệm Thông thường xe sử dụng ½ Me max, nên thường chọn  = 0,5 Ứng suất tiếp xúc cho phép [tx] bề mặt chế độ tải trọng trục sơ cấp hộp số 0,5 Me max trình bày bảng 4.3: Bảng 4.3 Loại bánh [ ] (MN/m2) Xêmentít hố Xianuya hố Bánh dung cho số số 1900 – 2000 950 – 1000 lùi 1300 – 1400 650 – 700 Bánh ăn khớp bánh số cao Các bánh hộp số xe du lịch xe tải với tả trọng đến 20 kN thường xianuya hố, ngồi bánh tô tải với tải trọng 20 kN xe buyt thường xêmentít hố II.4.2 Trục hộp số a) Chọn sơ kích thước trục: Chúng ta tính kích thước sơ theo công thức kinh nghiệm sau: Đối với trục sơ cấp: d1 = 5.3 M e max (4.25) Trong đó: - d1 (mm) - Đường kính trục sơ cấp - Memax (Nm) – Mômen xoắn cực đại động Đối với trục trung gian: d2  0.45.A ; d2  0.16  0.18 l2 (4.26) Trong đó: - d2, l2 (mm) - Đường kính chiều dài trục trung gian - A (mm) - Khoảng cách trục hộp số Đối với xe du lịch: A = 12.13 (mm) M e max Đối với xe tải: A = 18.7 M e max (mm) Đối với trục thứ cấp: d3  0.45 A ; d3 l3 = 0.18-0.21 (4.27) d3, l3 (mm) - Đường kính chiều dài trục thứ cấp Khi có sơ kích thước trục vẽ sơ đồ bố trí hộp số xác định lực tác dụng lên trục hộp số Cuối tiến hành tính tốn trục theo cứng vững tính sức bền trục b) Tính tốn lực tác dụng lên trục Lực tác dụng lên trục gồm cị hai nhóm: - Nhóm 1: Các lực từ bánh làm việc - Nhóm 2: Các lực từ ổ trục ( phản lực) Muốn xác định phản lực ổ, trước hết phải xác định lực tác dụng lên trục từ bánh Sơ đồ chịu lực trục trình bày hình 4.6 Lấy vị trí ăn khớp bánh tay số làm ví dụ Giá trị lực vịng, lực hướng kính, lực chiều trục đwowcj tính sau (xét trường hợp tổng quát bánh trụ nghiêng): Lực vòng: P= M r (4.28) Lực hướng kính: R = M tg r cos  (4.29) Lực chiều trục: Q = M tg r (4.30) Ở đây: M = Me max i - i - Tỷ số truyền từ động đến trục tính -  - Góc ăn khớp trục bánh -  - Góc nghiêng - r – Bán kính vịng trịn lăn Trong trường hợp bánh trụ thẳng, công thức có giá trị với  = Các phản lực ổ trục xác định từ phương trình cân mơmen c) Tính tốn kiểm tra độ cứng vững f - Độ võng:  - Góc xoay: 12 = 1 + 2 Độ cứng vững mổi điểm trục đặc trưng độ võng góc xoay điểm trục hai mặt phẳng vng góc với Độ võng góc xoay đặt vị trí đặt bánh Trên sở chịu lực, vẽ sơ đồ nội lực mặt phẳng ngang dọc, tiến hành tính độ võng góc xoay lớn tiết diện có bánh ăn khớp Quan trọng độ cứng vững mặt phẳng ngang, ảnh hưởng xấu đến ăn khớp cặp bánh (hình 4.7) Phương pháp tính độ võng góc xoay theo sách “Sức bền vật liệu” Độ võng cho phép mặt phẳng dọc (ZOX)  0.2 mm Góc xoay cho phép trục mặt phẳng ngang (YOZ)  0.002 rad b) Tính tốn sức bền trục: Trục hộp số tính theo uốn xoắn, phần có then hoa trục tính theo dập cắt Khi tính sức bền phải tiến hành cho tay số: Ứng suất uốn u tính: u = Mu 0.1.d (MN/m2) (4.31) Ứng suất xoắn  tính: = Mx 0.2.d (MN/m2) (4.32) Nếu trục làm việc đồng thời vừ chịu uốn vừa chịu xoắn, ứng suất tổng hợp tính theo lý thuyết sức bền vật liệu: th =  Mu   Mx    4     4  3  0.1.d   0.2.d  u 2 Bởi vì: Mth = M u2  M x2 Nên ta có: th = M th 0.1d (MN/m2) (4.33) Trong đó: - Mth – Mômen tổng hợp tác dụng lên trục (MNm) - th - Ứng suất tổng hợp mà trục phải chịu (MN/m2) - d - Đường kính trục tiết diện nguy hiểm (m) Nếu có then hoa lấy đường kính trung bình để tính (dtb) dtb = d n  dt - dn - Đường kính ngồi trục then hoa (m) - dt - Đường kính trục then hoa (m) Nếu trục chế tạo liền với bánh trục loại bánh Khi trục chế tạo riêng với bánh dung thép 40, 40X, 50 Đơi trục cịn chế tạo loại thép sau 18XHBA, 40XHMA, 45, 15XA Ứng suất tổng hợp cho phép 50 – 70 MN/m2 Phần then hoa trục làm việc chịu ứng suất dập cắt Qua thực tế sử dụng chưa có trường hợp then hoa bị hỏng ứng suất cắt Vì then hoa thường tính theo ứng suất dập, lúc thất cần thiết tính them ứng suất cắt Ứng suất dập d then hoa xác định: d = M d i Q   F 0.75.z.h.l.d tb (4.34) Trong đó: - Q - Lực vịng tác dụng lên then hoa - F - Tổng số bề mặt tiếp xúc then với moay bánh - Md – Mômen xoắn động - i - Tỷ số truyền từ động đến trục tính - z - Số lượng then hoa - h - Chiều cao then hoa - l - cjiều dài tiếp xúc then hoa với moay bánh - 0.75 - Hệ số tính đến phân bố tải trọng không lên then hoa - dtb - Đường kính trung bình trục then hoa Đối với loại then hoa nối ghép cố định, ứng suất dập cho phép: [ d ] = 50.100 MN/m2 Đối với loại then hoa nối ghép không cố định thì: [ d ] = 30 MN/m2 ... 0.142 0.1 35 0. 25 35 0.128 0.144 0.137 0.23 37 0.131 0.146 0.140 0.22 40 0.136 0.148 0.143 0.21 45 0.142 0. 150 0.146 0.20 50 0.1 45 0. 152 0.149 0.19 60 0. 150 0 .56 0. 153 0.17 80 0. 158 0 .59 0. 159 0.14... 1.13 14 - 0.1 05 0.093 0.97 16 0.101 0.113 0.100 0. 75 17 0.102 0.117 0.104 0.68 18 0.104 0.120 0.107 0.62 19 0.1 05 0.122 0.109 0 .56 20 0.106 0.124 0.112 0 .53 21 0.107 0.126 0.1 15 0.48 22 0.110... theo công thức kinh nghiệm sau: Đối với trục sơ cấp: d1 = 5. 3 M e max (4. 25) Trong đó: - d1 (mm) - Đường kính trục sơ cấp - Memax (Nm) – Mômen xoắn cực đại động Đối với trục trung gian: d2  0. 45. A