Đang tải... (xem toàn văn)
Hộp số tự động được sử dụng rất phổ biến ở khu vực Bắc Mỹ, có đến 90% các dòng xe mới sử dụng số tự động. Vì thế công nghệ này được tập trung phát triển nhằm tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường.Các tin liên quanNguyên lý hoạt động của hộp số sànMặc dù hộp số tự động thống trị thị trường, nhưng chúng không phải đồng bộ thống nhất mà trong nội bộ chúng cũng chia thành nhiều loại. Trong đó có một loại hộp số khác biệt so với bất kỳ chủng loại nào khác, từ việc sử dụng các bánh răng hành tinh truyền thống đến tỷ số truyền hay các mô hình ly hợp kép. Nó có tên là CVT, được viết tắt của cụm từ “truyền tải biến thiên liên tục”.CVT là một xu hướng khá mới mẻ trên thị trường. Chúng hứa hẹn một khả năng tiết kiệm nhiên liệu tuyệt vời và cảm giác lái xe mượt mà hơn. Nhưng chúng thực sự làm việc như thế nào? Tại sao chúng có thể thay đổi tỷ số truyền mà không sử dụng các bánh răng truyền thống? Liệu có phép màu nào trong loại hộp số mới này hay đơn giản nó là sản phẩm của công nghệ cao?Cận cảnh công nghệĐáng ngạc nhiên là nếu bạn tìm trên mạng sẽ thấy có rất nhiều thiết kế của hộp số CVT, nhưng có nhiều thiết kế trong số đó là không thực tế để áp dụng cho ôtô. Theo ý kiến của chuyên gia lập kế hoạch và chiến lược tiên tiến của Mitsubishi tại Bắc Mỹ cho biết về cơ bản thì hộp số CVT là một hệ thống, gồm nhiều kích cỡ khác nhau, nó giúp gắn kết các thiết bị theo một phương ngang.Hộp số tự động thông thường sử dụng một bộ bánh răng để cung cấp một tỷ số truyền (hoặc tốc độ) nhất định. Việc truyền tải và sử dụng các bánh răng sẽ đưa đến các tỷ số truyền thích hợp nhất trong từng trường hợp cụ thể. Ví dụ bánh răng bé nhất dùng để cho quá trình khởi động, bánh răng cỡ trung để dùng khi tăng tốc hoặc vượt chướng ngại và bánh răng lớn nhất để giúp tiết kiệm nhiên liệu khi xe đang đi tốc độ cao.
Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5 1.1. Các thông số tham khảo 5 1.2. Giới thiệu chung về hộp số 6 1.2.1. Công dụng 6 1.2.2. Yêu cầu 6 1.2.3. Phân loại 7 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 9 2.1 . Giới thiệu một số hộp số cơ khí thường dùng trên ô tô hiện nay. 9 2.1.1. Hộp số 3 trục 9 2.1.2. Hộp số 2 trục 12 2.2. Quan điểm thiết kế 14 2.3. Kết luận về phương án thiết kế 15 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỘP SỐ 20 3.1. Tính tỷ số truyền hộp số 20 3.1.1. Khoảng cách trục 21 3.1.2. Modun các bánh răng hộp số 21 3.1.3. Góc nghiêng răng β 21 3.1.4. Số răng của các bánh răng 22 3.1.5. Xác định lại chính xác tỷ số truyền, khoảng cách trục 25 3.1.6. Dịch chỉnh góc bánh răng 26 3.2. Tính bền bánh răng 36 3.2.1. Chế độ tải trọng để tính toán hộp số 36 3.2.2. Tính bền bánh răng 38 3.3. Tính toán trục hộp số 41 3.3.1. Tính sơ bộ trục, kích thước trục hộp số 41 3.3.2. Tính bền trục 42 Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 1 1 Đồ án tốt nghiệp 3.4. Tính toán ổ lăn 54 3.4.1. Tải trọng tác dụng lên ổ lăn trục thứ cấp 56 3.4.2. Đối với trục trung gian 58 3.4.3. Đối với trục sơ cấp 59 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CATIA TRONG THIẾT KẾ 3D 60 4.1. Đặt vấn đề 60 4.2. Giới thiệu phần mềm CATIA 61 4.3. Ứng dụng phần mềm CATIA để thiết kế các chi tiết trong hộp số cơ khí trên ôtô 64 CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM COSMOS ĐỂ KIỂM NGHIỆM BỀN CHI TIẾT 74 5.1. Đặt vấn đề 74 5.2. Giới thiệu phần mềm 74 5.3. Ứng dụng phần mềm COSMOS giải bài toán kiểm nghiệm bền trục trung gian hộp số 76 5.4. Kết quả việc ứng dụng CATIA và COSMOS 81 CHƯƠNG 6: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC TRUNG GIAN 81 6.1. Giới thiệu 81 6.2. Yêu cầu kỹ thuật 82 6.3. Tính công nghệ trong kết cấu 82 6.4. Trình tự gia công trục trung gian của hộp số 83 Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 2 2 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 7. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 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. Hộp số là một trong những bộ phận quan trọng của hệ thống truyền lực trên ô tô. Nó làm nhiệm vụ biến đổi mô men theo điều kiện cản của mặt đường. Ngày nay việc sử dụng hộp số tự động đang là xu thế của ngành công nghiệp ô tô, nhưng hộp số cơ khí vẫn được dùng phổ biến hiện nay, đặc biệt là trên các xe ô tô vận tải. Đem lại nhiều lợi ích kinh tế cho người sử dụng. Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 3 3 Đồ án tốt nghiệp Trong đồ án tốt nghiệp này em được giao đề tài: tính toán thiết kế hộp số cơ khí cho xe tải (cụ thể: xe tải 5 tấn với xe tham khảo là xe Zil 130), có ứng dụng thiết kế 3D trên CATIA và đánh giá độ bền các chi tiết bằng COSMOS. Với yêu cầu thiết kế nhỏ gọn, đủ bền, dễ điều khiển, giá thành hợp lý. Em xin trân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Nguyễn Trọng Hoan, thầy giáo Hoàng Thăng Bình và các thầy trong bộ môn ô tô và xe chuyên dụng – Viện cơ khí động lực – Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2010. Sinh viên: Mạc Văn Hiệu. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Các thông số kỹ thuật của xe tham khảo: TT Thông số Xe ZIL130 Đơn vị 1 Kích thước bao: dài, rộng, cao 6500 - 2660 - 2400 mm 2 Chiều dài cơ sở 3800 mm 3 Khối lượng bản thân ô tô 4300 kg - phân bố lên cầu trước 2120 kg -phân bố lên cầu sau 2180 kg 4 Khối lượng toàn bộ 9525 kg Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 4 4 Đồ án tốt nghiệp -Cẩu trước 2645 kg - Cầu sau 6880 kg 5 Tải trọng 5000 kg 6 Lốp D=900 mm 7 Vận tốc chuyển động lớn nhất 90 km/h 8 Góc dốc lớn nhất 15 0 độ 9 Mô men xoắn cực đại của động cơ 410 N/m 10 Tỷ số truyền của truyền lực chính i 0 =6,32 11 Hiệu suất của hệ thống truyền lực 0,85 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: Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 5 5 Đồ án tốt nghiệp • Có dãy tỉ số truyền hợp lý, phân bố các khoảng có tỉ số truyền tối ưu, phù hợp với tính năng động lực học yêu cầu và tính kinh tế vận tải. • 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 Tùy theo những yếu tố căn cứ để phân loại, hộp số được phân loại như sau: • Theo trạng thái của trục hộp số trong quá trình làm việc: Hộp số có trục cố định. Hộp số có trục di động (hộp số hành tinh). • Theo số trục của hộp số (không kể trục số lùi ): Hộp số hai trục. Hộp số ba trục. • Theo cấp số: Hộp số hai cấp. Hộp số ba cấp, bốn cấp, • Theo cơ cấu gài số: Gài bằng bánh răng di trượt. Gài bằng bộ đồng tốc. Gài bằng phanh và ly hợp (đối với hộp số thủy cơ ). • Theo phương pháp điều khiển: Điều khiển bằng tay. Điều khiển tự động. Điều khiển bán tự động. Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 6 6 Đồ án tốt nghiệp • Theo loại bánh răng: Bánh răng thẳng. Bánh răng nghiêng (hay sử dụng). Bánh răng chữ V. Kết hợp nhiều loại bánh răng. • Theo đặc điểm thay đổi tỉ số truyền: Hộp số vô cấp. Hộp số có cấp. • Theo cấu trúc truyền lực giữa bánh răng: Hộp số thông thường. Hộp số hành tinh. CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1. 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. Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 7 7 Đồ án tốt nghiệp - 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 h truyền qua hai cặp bánh răng ăn khớp. Với 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 : • Hộp số 3 trục 5 cấp: Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 8 8 Đồ án tốt nghiệp I, III IV II ZL2 ZL1 II III IV Z'1 2 3 I 5 4 1 L G3 G2 G1 Z4 Z3 Z1 Z'3 Z'L Z'4 Z'a Za Z2 Z'2 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. G 1 , G 2 , G 3 : các khớp gài. 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. Z i : các bánh răng. Số Vị trí gài Dòng truyền Giá trị 1 G 3 , G 2 ≡0; G 1 =1. I, Z a xZ’ a , II, Z’ 1 xZ 1 , III i h lớn nhất 2 G 1 , G 3 ≡0; G 2 =2. I, Z a xZ’ a , II, Z’ 2 xZ 2 , III i h trung gian 3 G 1 , G 3 ≡0; G 2 =3. I, Z a xZ’ a , II, X’ 3 xZ 3 , III i h trung gian 4 G 1 , G 2 ≡0; G 3 =4. I, Z a xZ’ a , II, Z’ 4 xZ 4 , III i h trung gian 5 G 1 , G 2 ≡0; G 3 =5. I, III i h = 1 Lùi G 3 , G 2 ≡0; G 1 =L I, Z a xZ’ a , II,Z’ L xZ L1 , Z L2 xZ 1 , III Đảo chiều quay Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 9 9 Đồ án tốt nghiệp Bảng dòng truyền mô men của hộp số 3 trục 5 cấp: • Hộp số 3 trục 4 cấp: II IV 0 G 1 III IV Z' L2 Z' 1 Z 1 Z L1 Z' 2 Z 2 Z 3 Z'a Z a Z' L L Z' 3 G 2 G 3 34 I 2 1 II Z L2 I, III a) Sơ đồ kết cấu. b) Sơ đồ bố trí trục. Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc bố trí trục hộp số 3 trục 4 cấp I, II, III: lần lượt là các trục sơ cấp, trục trung gian, trục thứ cấp. G 1 , G 2 , G 3, các khớp gài. 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. Z i : các bánh răng. Dòng truyền mô men của hộp số 3 trục 4 cấp: Số Vị trí gài Dòng truyền Giá trị 1 G 3 , G 1 ≡0; G 2 =1. I,Z a xZ’ a , II, Z’ 1 xZ 1 , III i h lớn nhất Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 10 10 [...]... 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 14 Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 14 Đồ án tốt nghiệp 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... Hiệu ÔtôA-K50 12 Đồ án tốt nghiệp Theo yêu cầu của bài toán đặt ra là thiết kế hộp số cho xe 5 tấn, với xe tham khảo là xe zil 130 • • 1221275416VINA 1221275990VINA 13 Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 13 Đồ án tốt nghiệp Hình 2.4: Xe tham khảo: zil 130 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... 7 6 11 Hình 2.5: Sơ đồ hộp số xe tham khảo 15 Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 15 12 Đồ án tốt nghiệp Hình 2.6: 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’ a (số 2) Trong lòng bánh răng bố trí gối đỡ... 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 : 5 G3... đặt trên hai ổ lăn của vỏ hộp số Trên trục bố trí sáu bánh răng nghiêng Z’a, Z’4 (số3 ), Z’3 (số 6), Z’L (số1 3), Z’2 (số 7) nhờ các then bán nguyệt và một bánh răng thẳng Z’ 1 (số 10) chế tạo liền • trục Trục bị động III (trụ thứ cấp) bố trí trên 2 ổ lăn: một – gối trên vỏ, một– gối vào lòng bánh răng Z’a Trục mang theo ba bánh răng nghiêng: Z 4 (số 4), Z3 (số 5), Z2 16 Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 16 Đồ án. .. 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 18 Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 18 Đồ án tốt nghiệp 3.1 Tính tỷ số truyền hộp số Trong trường hợp hộp số có trục... 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 Mặt khác thì số truyền thẳng là tay số được sử dụng nhiều nhất, khoảng 60 đến 80% thời gian sử dụng của hộp số 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... (N) + ϕ : hệ số bám của bánh xe chủ động với mặt đường Chọn ϕ = 0,7 +m: hệ số phân bố tải trọng động, m = 1,1 – 1,3 +rbx: bán kính bánh xe rbx= 0.45 (mm) +if: tỷ số truyền hộp số phụ if = 1 +io: tỷ số truyền truyền lực chính io= 6,32 ( xe tham khảo) + icc : tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng icc=1 +Memax: mô men xoắn cực đại của động cơ, Memax = 430 N.m 19 Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 19 Đồ án tốt nghiệp... 3.2 Tính bền bánh răng 3.2.1 Chế độ tải trọng để tính toán hộp số a) Mô men truyền đến các trục hộp số 33 Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 33 1,65 Đồ án tốt nghiệp TT Tên Trị số Từ động cơ truyền đến Theo điều kiện bám từ (Nm) xe truyền đến (Nm) s M ϕ max = 1 Trục sơ cấp M s = M c = 430 2 Trục trung gian M tg = M e ia = 1096,5 3 Số 1 Số 2 Số 3 3 M tc = M e ih 3 = 1100,8 Số 4 M tc = M e ih 4 = 705, 2 Số 5 ϕmax Gϕ... 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 . ÔtôA-K50 14 14 Đồ án tốt nghiệp 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, . toán thiết kế hộp số cơ khí cho xe tải (cụ thể: xe tải 5 tấn với xe tham khảo là xe Zil 130), có ứng dụng thiết kế 3D trên CATIA và đánh giá độ bền các chi tiết bằng COSMOS. Với yêu cầu thiết kế. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 9 2.1 . Giới thiệu một số hộp số cơ khí thường dùng trên ô tô hiện nay. 9 2.1.1. Hộp số 3 trục 9 2.1.2. Hộp số 2 trục 12 2.2. Quan điểm thiết kế 14 2.3. Kết luận về phương án thiết