Thiết kế môn học kết cấu tính toán ô tô

ThiÕt KÕ M«n Häc KÕt CÊu TÝnh To¸n «t« §Ò Bµi: ThiÕt kÕ hép sè « t«: t¶i Víi c¸c th«ng sè: Lo¹i hép sè: 3 trôc B¸nh xe:9,00-20 : 41 KGm=41 . 9,81=402,2Nm Ga1:2575 (KG)=25260,75(N) Ga2:6950 (KG)=68179,5(N) :150 KGm Sè tay sè: 5 TØ sè truyÒn hép sè - TLC: +Sè 1:7,44 +Sè 2: 4,10 +Sè 3:2,29 +Sè 4: 1,47 +Sè 5:1,00 +TLC:6,33 Chän S¬ §å §éng Häc Cña Hép Sè Chän lo¹i hép sè 3 trôc cã trôc s¬ cÊp vµ trôc thø cÊp ®ång t©m. Gåm 5 cÊp. Sè I , II , III , IV, V ®­îc gµi b»ng bé ®ång tèc. C¸c b¸nh r¨ng trªn trôc trung gian ®­îc chÕ t¹o rêi vµ l¾p chÆt trªn trôc trung gian. - Trong hép sè ®Òu cã mét cÆp b¸nh r¨ng lu«n ¨n khíp ®Ó dÉn truyÒn m«men quay tõ trôc thø nhÊt ®Õn trôc trung gian. Trôc thø nhÊt ®­îc chÕ t¹o thµnh mét khèi víi b¸nh r¨ng chñ ®éng cña cÆp b¸nh r¨ng lu«n ¨n khíp vµ vµnh r¨ng ngoµi ®Ó gµi sè truyÒn th¼ng (i=1). Trôc thø nhÊt ®­îc ®ì b»ng hai æ bi , mét æ ®Æt trong b¸nh ®µ vµ mét æ ®Æt ë vá hép sè, æ bi nµy th­êng chän cã ®­êng kÝnh ngoµi lín h¬n b¸nh r¨ng chñ ®éng ®Ó ®¶m b¶o th¸o l¾p trôc thø nhÊt ®­îc dÔ dµng. - Trªn trôc trung gian ®­îc l¾p cè ®Þnh nhiÒu b¸nh r¨ng ®Ó dÉn truyÒn mm«men quay ®Õn trôc thø hai, gi¸ trÞ cña m«men quay ®­îc thay ®æi tuú theo c¸ch gµi c¸c b¸nh r¨ng l¾p tr­ît vµ cïng quay trªn trôc thø hai. Trôc trung gian ®­îc ®ì trªn hai æ bi ®Æt ë vá hép sè. Th­êng c¸c b¸nh r¨ng trªn trôc trung gian cã h­íng ®­êng nghiªng cña r¨ng cïng chiÒu ®Ó gi¶m lùc chiÒu trôc t¸c dông lªn trôc. - Trôc thø hai ®­îc ®ì b»ng hai æ bi trong ®ã æ bi kim ®­îc ®Æt ngay trong lç ®Çu trôc thø nhÊt, biÖn ph¸p nµy ®¶m b¶o ®é ®ång t©m gi÷a hai trôc vµ tiÖn lîi cho viÖc gµi sè truyÒn th¼ng. æ bi thø hai ®Æt ë vá hép sè. Trong c¸c xe kh«ng th­êng l¾p hép ®o tèc ®é ë ®u«i trôc thø hai. - Xu h­íng ph¸t triÓn thiÕt kÕ hép sè lµ sö dông bé ®ång tèc víi mäi tay sè vµ do ®ã tÊt c¶ c¸c b¸nh r¨ng lu«n lu«n ¨n khíp vµ th­êng sö dông b¸nh cã r¨ng nghiªng. Riªng cÆp b¸nh r¨ng gµi sè 1 ®­îc chÕ t¹o lµ b¸nh r¨ng r¨ng th¼ng. S¬ ®å ®éng cña hép sè 3 trôc 5 cÊp sè ®­îc tr×nh bÇy nh­ trªn h×nh vÏ : ChÕ §é T¶i Träng Khi ThiÕt KÕ. 1.T¶i träng tõ ®éng c¬ ®Õn chi tiÕt ®ang tÝnh cña hép sè: = [N.m] . : M«men tÝnh to¸n ë chi tiÕt cÇn tÝnh [N.m] .:M«men cùc ®¹i cña ®éng c¬ [N.m] .:TØ sè truyÒn tõ ®éng c¬ ®Õn chi tiÕt cÇn tÝnh 2. T¶i träng tõ b¸nh xe chñ ®éng ®Õn chi tiÕt cÇn tÝnh to¸n theo ®iÒu kiÖn b¸m lín nhÊt cña c¸nh xe víi mÆt ®­êng. [N.m] .:Tæng ph¶n lùc cña mÆt ®­êng t¸c dông lªn b¸nh xe chñ ®éng [N] ∑z = Ga1+Ga2 =(2575+6950).9,81=93440 (N) .:HÖ sè b¸m lín nhÊt cña b¸nh xe víi mÆt ®­êng-=0,7 .:TØ sè truyÒn tÝnh tõ b¸nh xe chñ ®éng ®Õn chØ tiÕt cÇn tÝnh .:B¸n kÝnh b¸nh xe Ta cã: rb= ( B + d2 ) 25.4 = 482,6(mm) víi :HÖ sè kÓ ®Õn sù biÕn d¹ng cña lèp- rbx = 0,934 . 482,6 = 450(mm)=0.45(m) Sau khi tÝnh to¸n xong gi¸ trÞ nµo nhá h¬n sÏ ®­îc chän ®Ó tÝnh to¸n. ih1=7,44 ih2=4,10 ih3=2,29 ih4=1,47 ih5=1,00 [N.m] 2992,36 1649,02 921 591,2 402,2 [N.m] 625 1134,11 2030,5 3163,1 4649,8 TS chän 625 1134,11 921 591,2 402,2 X¸c ®Þnh kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c trôc V× hép sè cã trôc cè ®Þnh nªn kho¶ng c¸ch s¬ bé ®­îc tÝnh [mm] .:M«men cùc ®¹i cña ®éng c¬ [N.m] . a: HÖ sè kinh nghiÖm - Víi xe t¶i:a=18=>A=183402,2 =132,8 [mm] Ta chän Asb=133[mm] Chän m«®un b¸nh r¨ng: m Chän m«®un theo c«ng thøc kinh nghiÖm: Mn = (0,032 – 0,040)A; chän mn =4,5 ; m = 5 Chän gãc nghiªng X¸c ®Þnh sè r¨ng cña c¸c b¸nh r¨ng 1. CÆp b¸nh r¨ng lu«n ¨n khíp Sè r¨ng cña b¸nh r¨ng chñ ®éng : Chän theo ®iÒu kiÖn kh«ng c¾t ch©n r¨ng, nghÜa lµ ; chän Za=17 Sè r¨ng cña b¸nh r¨ng bÞ ®éng: Za,=2Asb.cosβmn -Za=2.133.0,93964,5 -17=38,5 Lµm trßn: Za,=39 TØ sè truyÒn cña cÆp b¸nh r¨ng lu«n ¨n khíp lµ: ia=Za,Za=3917=2,3 2. TØ sè truyÒn cña c¸c cÆp b¸nh r¨ng ®­îc gµi sè: Ta cã: Víi lµ tØ sè truyÒn cña cÆp b¸nh r¨ng ®­îc gµi. =>igi=ihiia Sau khi tÝnh to¸n ta ®­îc b¶ng kÕt qu¶ sau: ihi ih1 = 7,44 ih2 =4,10 ih3 =2,29 ih4 =1,47 ih5 = 1,00 ia 39/17 39/17 39/17 39/17 39/17 igi 3,234 1,78 1 0,693 0,434 3. X¸c ®Þnh sè r¨ng cña c¸c b¸nh r¨ng dÉn ®éng gµi sè ë trôc trung gian: Theo c«ng thøc: Zgi=2Asb.cosβm.(1+igi) Sau khi lµm trßn sè r¨ng ta ®­îc b¶ng kÕt qu¶ tÝnh to¸n sau: igi ig1=3,234 ig2=1,78 ig3=1 ig4=0,693 ig5=0,434 Zgi Zg1=13,1 Zg2=19,98 Zg3=27,77 Zg4=32,8 Zg5=38,7 Lµm trßn 13 20 28 33 39 4. X¸c ®Þnh sè l­îng r¨ng cña c¸c b¸nh r¨ng bÞ ®éng trªn trôc thø cÊp: Theo c«ng thøc: Zgi,=Zgi.igi Sau khi ®· lµm trßn sè r¨ng ta cã b¶ng kÕt qu¶ tÝnh to¸n sau: Zgi 13 20 28 33 39 igi ig1=3,234 ig2=1,78 ig3=1 ig4=0,693 igL=0,434 Zgi, Zg1,=42,042 Zg2,=35,6 Zg3,=28 Zg4,=22,8 ZgL,=16,926 Lµm trßn 42 35 28 23 17 5. X¸c ®Þnh l¹i tØ sè truyÒn cña c¸c cÆp b¸nh r¨ng gµi sè: Theo c«ng thøc: igi= Zgi,Zgi Sau khi tÝnh to¸n ta cã b¶ng kÕt qu¶ sau: Sè 1 2 3 4 5 Zgi, 42 35 28 23 17 Zgi 13 20 28 33 39 igi 3,23 1,75 1 0,696 0,435 6. X¸c ®Þnh l¹i tØ sè truyÒn cña hép sè, khi ®· cã c¸c sè l­îng r¨ng cña c¸c b¸nh r¨ng ®· lµm trßn sè: Theo CT: ihi= ia.igi Sau khi tÝnh to¸n ta cã b¶ng kÕt qu¶ sau: Sè 1 2 3 4 5 ia 39/17 39/17 39/17 39/17 39/17 igi 3,23 1,75 1 0,696 0,435 ihi 7,429 4,025 2,3 1,596 1,0005 7. TÝnh chÝnh x¸c kho¶ng c¸ch trôc: A CÆp lu«n ¨n khíp: Aa = mn ( Za +Z’a) / 2. cos = 4,5.(17+39) / 2.0,9396 = 134 CÆp gµi sè 1: A1 = mn ( Z1 +Z’1) / 2. cos = 4,5.(13+42) / 2.0,9396 = 131,7 CÆp gµi sè2: A2 = mn ( Z2 +Z’2) / 2. cos = 4,5.(20+35) / 2.0,9396 = 131,7 CÆp gµi sè 3 : A3 = mn ( Z3 +Z’3) / 2. cos = 4,5.(28+28) / 2.0,9396 = 134 CÆp gµi sè lïi: A4= mn (Z4+Z4,) / 2. cosβ4 = 4,5.(23+33) / 2.0,9396 = 134 CÆp gµi sè 5 : A5 = mn ( Z5 +Z’5) / 2. cosβ5 = 4,5.(17+39) / 2.0,9396 = 134 Chän Ac=A3=A4=A5=134 B¶ng th«ng sè h×nh häc cña b¸nh r¨ng trô r¨ng nghiªng Tªn gäi KH Gµi sè 1 B¸nh nhá : B¸nh lín Gµi sè 2 B¸nh nhá : B¸nh lín TØ sè truyÒn i 3,23 1,75 M«®un ,ms 4.5 4.5 B­íc ph¸p tuyÕn ,ts 10.99 11.49 Gãc nghiªng cña r¨ng 0o 21010’ M«®un mÆt ®Çu 0 3.66 B­íc mÆt ®Çu vµ c¬ së 10.33 10.7 §­êng kÝnh vßng chia D 77 : 129.5 98,82 : 106.14 §­êng kÝnh vßng ®Ønh 83.93 : 136.93 105.98 :113.3 §­êng kÝnh vßng ®¸y 68.19 : 120.68 91,44 : 96,93 ChiÒu cao r¨ng H 7.79 8.18 ChiÒu réng vµnh r¨ng B 17.5 28 Kho¶ng c¸ch trôc A 102.43 104.29 Gãc ¨n khíp 19o54’ 19o54’ B¶ng th«ng sè h×nh häc cña c¸c cÆp b¸nh r¨ng trô r¨ng nghiªng Tªn gäi KH CÆp lu«n ¨n khíp B¸nh nhá : B¸nh lín CÆp gµi sè 3 B¸nh nhá : B¸nh lín TØ sè truyÒn 2.3 0.65 M«®un 3.5 3.66 B­íc r¨ng 10.99 11.49 Gãc profin 20o B­íc c¬ së 10.99 10.7 Kho¶ng c¸ch trôc khi 102.5 104.29 Kho¶ng c¸ch trôc khi 102.5 102.48 HÖ sè thay ®æi kho¶ng c¸ch trôc §­êng kÝnh vßng chia 58.56 : 142.74 124.44 : 80.52 §­êng kÝnh vßng c¬ së 116.04 : 75.08 §­êng kÝnh vßng ®Ønh 65.06 : 149.74 131.6 : 87.68 §­êng kÝnh vßng ®¸y 49.8 : 134 115.23 : 71.3 ChiÒu cao r¨ng 7.8 3.6 ChiÒu réng vµnh r¨ng B 28 28 TÝnh to¸n søc bÒn hép sè I. ChÕ ®é t¶i träng ®Ó tÝnh to¸n hép sè: 1. M«men truyÒn ®Õn c¸c trôc hép sè Trôc s¬ cÊp Thø tù ( Nm) ( Nm) Mt (Nm) CÆp1 456,7 402,2 CÆp2 842,9 402,2 CÆp3 402,2 1475,1 402,2 CÆp4 2125,8 402,2 C¨p5 3391,1 402,2 Trôc trung gian Thø tù ( Nm) .ia ( Nm) Mt (Nm) CÆp1 1050,41 925,06 CÆp2 1938,67 925,06 CÆp3 925,06 3392,73 925,06 CÆp4 4889,34 925,06 C¨p5 7799,53 925,06 Trôc thø cÊp Thø tù ( Nm) Mt (Nm) (Nm) CÆp1 2987,9 2987,9 CÆp2 1618,855 1618,855 CÆp3 925,06 3392,8 925,06 CÆp4 641,9 641,9 C¨p5 402,4 402,4 Trong ®ã: . : tØ sè truyÒn TLC - . : hÖ sè b¸m lín nhÊt - . : träng l­îng b¸m « t« - 2. Lùc t¸c dông lªn c¸c cÆp b¸nh r¨ng: - Víi b¸nh r¨ng th¼ng : Lùc h­íng kÝnh : P.tgα Lùc chiÒu trôc : Q = 0 -Víi B¸nh r¨ng nghiªng: Lùc h­íng kÝnh : Lùc chiÒu trôc : Q = P.tgb - α=200 ;β=200 -Víi : ms=m/cosβ=4,5/0,9396=4,8 Sau khi tÝnh to¸n ta cã b¶ng kÕt qu¶ sau: Tªn gäi Lùc vßng P[N] Lùc h­íng kÝnh R Lùc chiÒu trôc Q CÆp lu«n ¨n khíp 10543 4431 6087 CÆp gµi sè 1 31200 11356 0 CÆp gµi sè 2 20600 8660 11890 CÆp gµi sè 3 14410 6056,2 8320 CÆp gµi sè 4 11684 4910 6750 CÆp gµi sè 5 10810 4543,2 6240 TÝnh søc bÒn b¸nh r¨ng: TÝnh søc bÒn uèn: -§èi víi r¨ng hinh trô r¨ng th¼ng: MN/m2 -§èi víi r¨ng hinh trô r¨ng nghiªng: ( p/b.mn.y).0,024 MN/m2 -Víi P: lùc vßng t¸c dông lªn r¨ng t¹i t©m ¨n khíp b :chiÒu réng cña b¸nh r¨ng b= (7-8,4).m mm =8.4,5=36 mm nÕu lµ r¨ng nghiªng th× bs=b/cosβ=38,31 mm m : m« dun cña r¨ng mn:m« dun phap tuyÕn cña r¨ng nghiªng y :hÖ sè r¹ng r¨ng Thø tù Z Ztd=Z/cosβ y (c¾t b»ng dao phay ®Üa hoÆc dao phay ngãn) a 17 18 0,106 1 13 14 0,101 2 20 22 0,112 3 28 30 0,128 4 33 36 0,136 5 39 42 0,145 MN/m2 MN/m2 MN/m2 MN/m2 MN/m2 MN/m2 2. TÝnh søc bÒn tiÕp xóc : §èi víi cÆp b¸nh r¨ng chÕ t¹o cïng mét vËt liÖu, tÝnh to¸n øng suÊt tiÕp xóc (t­¬ng øng víi chÕ ®é t¶i träng : §èi víi « t« lÊy b»ng ) theo c«ng thøc : -víi r¨ng nghiªng: -víi r¨ng th¼ng: . : Gãc nghiªng cña r¨ng . P : Lùc vßng [MN] . E : M«®un ®µn håi - §èi víi thÐp : E = 2 2,2.10 [daN/cm] . b : ChiÒu dµi tiÕp xóc cña r¨ng [m] b=0,036 m . =200 : Gãc ¨n khíp + Sin20= 0,34 + Cos20= 0,93 §ường kính vòng chia răng thẳng:d=m.Z +:d1=4,5.16=72 mm +:d1’=4,5.45=202,5 mm §ường kính vòng chia răng nghiêng:d=ms.Z +da=5,2.17=88,4 mm +da’=5,2.37=192,4 +d2=5,2.21=109,2 mm +d2’=5,2.33=171,6 mm +d3=5,2.30=156 mm +d3’=5,2.24=124,8 mm +d4=5,2.37=192,4 mm +d4’=5,2.17=88,4 m +d5=5,2.40=208 mm +d5’=5,2.14=72,8 m + + + + + + + + + + + + Ta tÝnh ®­îc c¸c øng suÊt tiÕp : Nh­ vËy c¸c gi¸ trÞ cña ®Òu tháa m·n -Víi øng suÊt cho phÐp: + r¨ng th¼ng : =15003500[MN/m] R¨ng nghiªng: =10002500[MN/m] TÝnh to¸n trôc hép sè : 1. Chän s¬ bé kÝch th­íc c¸c trôc : a: §èi víi trôc s¬ cÊp: b: §èi víi trôc trung gian : 0,16 =374[mm] c: §èi víi trôc thø cÊp : =0,45A=0,45.133 = 59,85[mm] =0,18 =332[mm] .A : Kho¶ng c¸c trôc .: §­êng kÝnh vµ chiÒu dµi trôc trung gian . : §­êng kÝnh vµ chiÒu dµi trôc thø cÊp. TÝnh trôc vÒ søc bÒn : Ta cã s¬ chÞu lùc cña c¸c trôc trªn a: Trôc s¬ cÊp: -TÝnh ph¶n lùc t¹i c¸c gèi : -TÝnh trôc theo ®é bÒn uèn : TÝnh trôc theo xo¾n : -TÝnh trôc theo xo¾n vµ uèn tæng hîp : b: Trôc thø cÊp : -TÝnh ph¶n lùc t¹i c¸c gèi : -TÝnh trôc theo ®é bÒn uèn : TÝnh trôc theo xo¾n : -TÝnh trôc theo xo¾n vµ uèn tæng hîp : c: C :Trôc trung gian : -TÝnh ph¶n lùc t¹i c¸c gèi : -TÝnh trôc theo ®é bÒn uèn : T¹i tiÕt diÖn nguy hiÓm x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : TÝnh trôc theo xo¾n : -TÝnh trôc theo xo¾n vµ uèn tæng hîp : TÝnh trôc theo cøng v÷ng : .f_§é vâng ._Gãc xoay . a: §é vâng cña trôc: Trôc s¬ cÊp trong mÆt ph¼ng XOZ: Trôc s¬ cÊp trong mÆt ph¼ng XOY: - Trôc thø cÊp trong mÆt ph¼ng XOZ Trôc thø cÊp trong mÆt ph¼ng XOY : b: Gãc xoay cña trôc : Trôc s¬ cÊp trong mÆt ph¼ng XOZ: Trôc s¬ cÊp trong mÆt ph¼ng XOY: Trôc thø cÊp trong mÆt ph¼ng XOZ: Trôc thø cÊp trong mÆt ph¼ng XOY: Gãc xoay tæng céng : TÝnh to¸n æ l¨n vµ chän æ l¨n ChÕ ®é t¶i träng trong tÝnh to¸n æ l¨n : víi : HÖ sè sö dông m«men xo¾n. Tõ ®ã ta cã : TÝnh to¸n kh¶ n¨ng lµm viÖc cña æ : Ta cã : .: HÖ sè tÝnh ®Õn vßng nµo cña æ bi quay _=1,35 .: HÖ sè tÝnh ®Õn t¶I träng ®éng =1,5 .: HÖ sè tÝnh ®Õn ¶nh h­ëng cña chÕ ®é nhiÖt _=1 .: Sè vßng quay tÝnh to¸n _ LÊy .: Thêi gian lµm viÖc cña æ l¨n : - -HÖ sè vßng quay : -Lùc t¸c dông t­¬ng ®­¬ng : .Trôc s¬ cÊp : .Trôc thø cÊp : .Trôc trung gian : -Ta cã hÖ sè lµm viÖc C . Trôc s¬ cÊp: C = 3655 .Trôc thø cÊp : C = 3502 .Trôc trung gian : C = 1786 Chän æ l¨n : §èi víi æ bi cÇu vµ æ thanh l¨n ,ta c¨n cø vµo hÖ sè C ®· x¸c ®Þnh råi tra theo sæ tay sÏ chän ®­îc æ bi t­¬ng øng VËt liÖu chÕ t¹o c¸c chi tiÕt trong hép sè 1: VËt liÖu chÕ t¹o b¸nh r¨ng: -ThÐp 35XMA víi b¸nh r¨ng chÞu t¶i träng nhá, ®é cøng cã thÓ ®¹t 55 HRC -ThÐp 18XTT víi b¸nh r¨ng chÞu t¶i träng lín ; ®é cøng cã thÓ ®¹t 64 HRC 2: VËt liÖu chÕ t¹o trôc : ThÐp 40X t«i cao tÇn víi ®é s©u 1,5 – 5 [mm] 3: VËt liÖu chÕ t¹o vá hép sè : Gang C.21-40 vµ C.24-44 §¹t ®é cøng 190240 HB