Thiết kế cầu xe cho xe chỉ huy UAZ-31512

Ch­¬ng I ph©n tÝch ®Æc ®iÓm kÕt cÊu cÇu xe vµ chän ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ 1.1 Yªu cÇu ®èi víi cÇu xe CÇu xe chñ ®éng lµ tæng thµnh cuèi cïng trong hÖ thèng truyÒn lùc. Nã cã chøc n¨ng lµ t¨ng m« men, truyÒn m« men vµ ph©n phèi m« men xo¾n tíi c¸c b¸nh xe chñ ®éng. MÆt kh¸c nã cßn nhËn ph¶n lùc tõ mÆt ®­êng t¸c dông lªn vµ ®ì toµn bé phÇn träng l­îng cña xe ph©n bè lªn cÇu. CÇu chñ ®éng cña « t« bao gåm c¸c côm tæng thµnh sau: - TruyÒn lùc chÝnh - C¬ cÊu vi sai - B¸n trôc - DÇm cÇu §Ó ®¶m b¶o kh¶ n¨ng lµm viÖc cÇu xe ph¶i ®¹t ®­îc c¸c yªu cÇu sau : - B¶o ®¶m truyÒn lùc ®Òu, cã tû sè truyÒn hîp lý phï hîp víi chÊt l­îng kÐo vµ tÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu. - HiÖu suÊt truyªn ®éng cao, lµm viÖc kh«ng ån. - KÝch th­íc nhá gän ®Ó t¨ng kho¶ng s¸ng gÇm xe. - Träng l­îng nhá ®Ó gi¶m t¶i träng ®éng. - §¶m b¶o ®éng häc ®óng c¸c b¸nh xe dÉn h­íng vµ toµn xe khi quay vßng. 1.2 TruyÒn lùc chÝnh TruyÒn lùc chÝnh lµ mét bé phËn rÊt quan träng trong cÇu xe, nã cã nhiÒu lo¹i mçi lo¹i cã nh÷ng ­u ®iÓm vµ nh­îc ®iÓm riªng nh­ : - TruyÒn lùc chÝnh ®¬n - TruyÒn lùc chÝnh kÐp - TruyÒn lùc chÝnh hai cÊp 1.2.1 C«ng dông, ph©n lo¹i, yªu cÇu TruyÒn lùc chÝnh cã nh÷ng c«ng dông nh­ sau : - TruyÒn vµ thay ®æi m« men - Thay ®æi ph­¬ng truyÒn lùc TruyÒn lùc chÝnh ®­îc ph©n lo¹i dùa theo nhiÒu tiªu chØ nh­ : a/ Theo ®Æc ®iÓm cÊu t¹o bé truyÒn : - TruyÒn ®éng th«ng th­êng (®­êng t©m trôc chñ ®éng vµ trôc bÞ ®éng c¾t nhau) - TruyÒn ®éng hyp«it (®­êng t©m trôc chñ ®éng vµ trôc bÞ ®éng kh«ng c¾t nhau) - TruyÒn ®éng trôc vÝt - TruyÒn ®éng xÝch b/Theo sè cÆp bé truyÒn : - TruyÒn lùc chÝnh ®¬n - TruyÒn lùc chÝnh kÐp c/Theo sè l­îng tû sè truyÒn : - TruyÒn lùc chÝnh mét cÊp - TruyÒn lùc chÝnh nhiÒu cÊp §Ó b¶o ®¶m kh¶ n¨ng lµm viÖc truyÒn lùc chÝnh cÇn ®¹t c¸c yªu cÇu: - §¶m b¶o tû sè truyÒn cÇn thiÕt nh»m b¶o ®¶m hiÖu suÊt cao ngay c¶ khi nhiÖt ®é vµ sè vßng quay thay ®æi. - §¶m b¶o ®ñ bÒn, ®é cøng v÷ng cao, gèi ®ì lµm viÖc kh«ng ån, kÝch th­íc nhá gän. 1.2.2 Ph©n tÝch kÕt cÊu cña c¸c lo¹i truyÒn lùc chÝnh Sau ®©y ta ®i ph©n tÝch kÕt cÊu cô thÕ cña c¸c lo¹i truyÒn lùc nµy vµ chän ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ cho bµi to¸n . 1.2.2.1 TruyÒn lùc chÝnh ®¬n a/truyÒn lùc chÝnh b¸nh r¨ng c«n r¨ng th¼ng : §­îc bè trÝ d­íi mét gãc 900 nh­ng cã khi ®­îc bè trÝ d­íi mét gãc kh¸c 900 * ­u ®iÓm : DÔ chÕ t¹o, l¾p ghÐp ®¬n gi¶n, gi¸ thµnh rÎ * Nh­îc ®iÓm : - Sè r¨ng Ýt nhÊt cña b¸nh r¨ng nhá ph¶i lín h¬n 9. NÕu nhá h¬n 9 sÏ xuÊt hiÖn hiÖn t­îng c¾t ch©n r¨ng. - NÕu xe cã tû sè truyÒn lín th× kÝch th­íc cña bé truyÒn lín. - Lµm viÖc ån, hiÖu suÊt thÊp, sè r¨ng ¨n khíp ®ång thêi Ýt. Do nhiÒu nh­îc ®iÓm nªn hiÖn nay lo¹i nµy Ýt ®­îc sö dông. b/ truyÒn lùc chÝnh b¸nh r¨ng c«n r¨ng xo¾n : Gåm b¸nh r¨ng chñ ®éng ®­îc chÕ t¹o liÒn trôc cßn b¸nh r¨ng bÞ ®éng ®­îc chÕ t¹o rêi thµnh vµnh r¨ng. Vµnh r¨ng sau khi chÕ t¹o ®­îc l¾p ghÐp cè ®Þnh víi vá vi sai thµnh mét khèi. * ­u ®iÓm : - Sè r¨ng nhá nhÊt cña b¸nh r¨ng chñ ®éng cã thÓ 6-7 mµ vÉn ®ñ bÒn vµ b¶o ®¶m ¨n khíp tèt. - Khi bé truyÒn cã tû sè truyÒn lín th× kÝch th­íc vµ träng l­îng cña cÇu xe nhá gän vµ ®¶m b¶o ®­îc tÝnh n¨ng th«ng qua cao. - Lµm viÖc ªm dÞu do cã nhiÒu r¨ng ®ång thêi ¨n khíp. - Cã kh¶ n¨ng truyÒn lùc vµ m« men lín, kh¶ n¨ng chèng mßn tèt. - Gia c«ng ®­îc trªn c¸c m¸y c¾t cã n¨ng suÊt cao. * Nh­îc ®iÓm : - Ph¸t sinh lùc chiÒu trôc ë t©m ¨n khíp vµ ph­¬ng cña lùc thay ®æi theo chiÒu quay cña b¸nh r¨ng - NÕu chiÒu xo¾n cña r¨ng vµ chiÒu quay cña b¸nh r¨ng trïng nhau th× lùc chiÒu trôc sÏ h­íng tõ ®¸y ®Õn ®Ønh cña b¸nh r¨ng nãn nªn cã thÓ g©y hiÖn t­îng kÑt r¨ng. Cßn nÕu chiÒu xo¾n cña r¨ng vµ chiÒu quay cña b¸nh r¨ng ng­îc nhau th× lùc chiÒu trôc sÏ ®Èy b¸nh r¨ng chñ ®éng rêi khái b¸nh r¨ng bÞ ®éng. Lo¹i nµy ®­îc sö dông trªn nhiÒu lo¹i xe, nhÊt lµ c¸c lo¹i xe con. c/ truyÒn lùc chÝnh hyp«it : Nã cã ®Æc ®iÓm lµ ®­êng t©m cña b¸nh r¨ng chñ ®éng vµ b¸nh r¨ng bÞ ®éng ®­îc bè trÝ lÖch nhau mét kho¶ng lÖch trôc e. Trôc chñ ®éng cã thÓ ®­îc bè trÝ d­íi hay trªn tuú theo yªu cÇu kü thuËt cña tõng xe. * ­u ®iÓm : - Khi cïng kÝch th­íc víi bé truyÒn b¸nh r¨ng c«n r¨ng xo¾n th× bé truyÒn hyp«it cã tû sè truyÒn lín h¬n i0 = . [1.1] Trong ®ã: i0- Tû sè truyÒn cña bé truyÒn hyp«it Z1,Z2-Sè r¨ng cña b¸nh r¨ng chñ ®éng vµ bÞ ®éng b1, b2-Gãc nghiªng ®­êng r¨ng cña b¸nh r¨ng chñ ®éng vµ bÞ ®éng [®é] - Sè r¨ng cña b¸nh r¨ng chñ ®éng nhá nhÊt cã thÓ 5-6 mµ vÉn ®ñ bÒn vµ ¨n khíp tèt. - Lµm viÖc ªm dÞu. - HiÖu suÊt cao (0,94- 0,96) - Khi chÕ t¹o bé truyÒn kh«ng ®ßi hái vËt liÖu thËt tèt. - Cã thÓ dÞch chuyÓn ®­îc trôc cña b¸nh r¨ng chñ ®éng so víi b¸nh r¨ng bÞ ®éng mét kho¶ng dÞch trôc lµ: e=(0,1- 0,2).d2 - Trôc cã kÕt cÊu v÷ng, ®é bÒn cao, lµm viÖc ªm dÞu do ®­êng kÝnh b¸nh r¨ng chñ ®éng lín. - ¸p suÊt tæng hîp lªn bÒ mÆt r¨ng gi¶m (25-30)% so víi b¸nh r¨ng c«n xo¾n cïng kÝch th­íc. * Nh­îc ®iÓm : - Cã sù tr­ît gi÷a c¸c r¨ng theo c¶ chiÒu däc vµ chiÒu ngang do ®ã mµ ph¶i dïng dÇu b«i tr¬n chuyªn dïng. - Khi l¾p r¸p bé truyÒn ®ßi hái ph¶i chÝnh x¸c, b¸nh r¨ng chñ ®éng ph¶i cã ®iÓm tùa thËt ch¾c ch¾n. Lo¹i nµy ®­îc sö dông rÊt nhiÒu trªn xe, nhÊt lµ c¸c lo¹i xe t¶i. d/ truyÒn lùc chÝnh trôc vÝt – b¸nh vÝt : §­îc sö dông trªn xe cã yªu cÇu tû sè truyÒn lín mµ kÝch th­íc bé truyÒn ph¶i nhá gän. §Æc ®iÓm cña truyÒn ®éng trôc vÝt – b¸nh vÝt lµ cã thÓ trôc vÝt ®Æt trªn hoÆc ®Æt d­íi. * ­u ®iÓm : - Lµm viÖc ªm do sè r¨ng Ýt, kÝch th­íc nhá, tû sè truyÒn lín. - Cã thÓ ®Æt vi sai ngay gi÷a cÇu xe nªn cÇu xe cã kÕt cÊu ®èi xøng, dÔ th¸o l¾p. - §èi víi xe 3 cÇu chñ ®éng th× bé truyÒn cã kh¶ n¨ng truyÒn m« men quay lªn c¶ 2 cÇu chñ ®éng th«ng qua 1 trôc. - Khi ®Æt trôc vÝt xuèng d­íi th× h¹ thÊp träng t©m. - ¸p suÊt riªng chç tiÕp xóc r¨ng cña bé truyÒn nhá. * Nh­îc ®iÓm : - HiÖu suÊt thÊp do ma s¸t lín, cã hiÖn t­îng tù h·m, lùc chiÒu trôc lín. - Khi trôc vÝt d­íi b¸nh vÝt th× kho¶ng s¸ng gÇm xe gi¶m nh­ng lµm t¨ng gãc lÖch trôc c¸c ®¨ng.Trôc vÝt trªn th× t¨ng kho¶ng sang gÇm xe nh­ng khã kh¨n trong b«i tr¬n bé truyÒn. - ChÕ t¹o trôc vÝt – b¸nh vÝt phøc t¹p, b¸nh vÝt th­êng chÕ t¹o b»ng kim lo¹i mµu (th­êng lµ ®ång). 1.2.2.2 TruyÒn lùc chÝnh kÐp H-1.1 TruyÒn lùc chÝnh kÐp TruyÒn lùc chÝnh kÐp lµ bé truyÒn sö dông 2 cÆp bé truyÒn ¨n khíp, so víi truyÒn lùc chÝnh ®¬n th× truyÒn lùc chÝnh kÐp cã tû sè truyÒn lín h¬n mµ vÉn ®¶m b¶o kho¶ng s¸ng gÇm xe tèt . TruyÒn lùc chÝnh kÐp ®­îc sö dông nhiÒu trªn xe 2 cÇu, 3 cÇu vµ xe cã t¶i träng lín. a/TruyÒn lùc chÝnh kÐp trung t©m : CÆp b¸nh r¨ng c«n xo¾n vµ cÆp b¸nh r¨ng trô ®­îc bè trÝ thµnh mét côm. Khi ®ã hai cÆp b¸nh r¨ng ¨n khíp ®Æt trong cïng mét vá cÇu vµ vi sai ®Æt ngay sau cÆp b¸nh r¨ng thø hai. Ph­¬ng ¸n nµy trôc cña b¸nh r¨ng c«n vµ trôc cña b¸nh r¨ng trô n»m trong mét mÆt ph¼ng vµ vu«ng gãc víi nhau. b/TruyÒn lùc chÝnh kÐp bè trÝ t¸ch côm : Th­êng b¸nh r¨ng c«n cïng bé vi sai ë trung t©m cßn c¸c b¸nh r¨ng trô ®Æt ë s­ên xe h×nh thµnh hép gi¶m tèc b¸nh xe (truyÒn lùc c¹nh).TruyÒn lùc c¹nh cã thÓ lµ cÆp b¸nh r¨ng trô ¨n khíp trong, ¨n khíp ngoµi hoÆc bé truyÒn hµnh tinh. 1.2.2.3 TruyÒn lùc chÝnh hai cÊp Sö dông trªn « t« khi cÇn thiÕt ph¶i më réng kho¶ng tû sè truyÒn cña hÖ thèng truyÒn lùc mµ kh«ng cÇn ph¶i thay ®æi kÕt cÊu c¸c côm cña nã. Sè truyÒn thÊp cña truyÒn lùc chÝnh sö dông khi xe chuyÓn ®éng trong ®iÒu kiÖn ®­êng khã kh¨n (®­êng xÊu, ®­êng ®åi nói) ®Ó kh¾c phôc nh÷ng lùc c¶n chuyÓn ®éng lín. Sö dông sè truyÒn cao trong ®iÒu kiÖn ®­êng tèt hoÆc khi xe chë non t¶i cho phÐp n©ng cao tÝnh kinh tÕ nhiªn liÖu, vËn tèc trung b×nh cña « t« vµ gi¶m m« men xo¾n trong dÉn ®éng ®Õn c¸c b¸nh xe chñ ®éng. Tõ nh÷ng ph©n tÝch kÕt cÊu vµ xem xÐt ­u nh­îc ®iÓm cña c¸c lo¹i truyÒn lùc trªn, ¸p dông cho bµi to¸n thiÕt kÕ nµy t«i chän truyÒn lùc chÝnh ®¬n kiÓu b¸nh r¨ng c«n r¨ng xo¾n th­êng. VËt liÖu chÕ t¹o b¸nh r¨ng truyÒn lùc chÝnh lµ thÐp hîp kim chÊt l­îng cao nh­ : 15ХГН2ТА, 20ХГНМ,…B¸nh r¨ng ®­îc xªm¨ngtit víi ®é s©u 1,2-1,5 mm vµ t«i trong dÇu. 1.3 Vi sai Vi sai lµ bé phËn rÊt quan träng trong cÇu xe, nã gåm nhiÒu lo¹i kh¸c nhau nh­ : - Vi sai b¸nh r¨ng c«n ®èi xøng. - Vi sai t¨ng ma s¸t. - Vi sai lo¹i cam. - Vi sai kiÓu trôc vÝt. 1.3.1 C«ng dông, ph©n lo¹i, yªu cÇu Vi sai cã nh÷ng c«ng dông nh­ sau : §¶m b¶o cho c¸c b¸nh xe chñ ®éng quay ®­îc víi c¸c tèc ®é gãc kh¸c nhau, ®ång thêi dïng ®Ó ph©n chia m« men xo¾n cho c¸c b¸nh xe cña mét cÇu xe chñ ®éng hoÆc cho c¸c cÇu xe chñ ®éng cña mét xe. Vi sai ®­îc ph©n lo¹i dùa theo nhiÒu tiªu chØ nh­ : a/ Theo c«ng dông : - Vi sai gi÷a c¸c b¸nh xe - Vi sai gi÷a c¸c cÇu xe - Vi sai gi÷a c¸c truyÒn lùc c¹nh b/ Theo ®Æc ®iÓm ph©n bè m« men : - Vi sai ®èi xøng - Vi sai kh«ng ®èi xøng c/ Theo ®Æc ®iÓm kÕt cÊu vi sai : - Vi sai b¸nh r¨ng - Vi sai trôc vÝt-b¸nh vÝt - Vi sai cam d/ Theo ph­¬ng ph¸p kho¸ vi sai : - Vi sai gµi c­ìng bøc - Vi sai gµi tù ®éng e/ Theo hÖ sè kho¸ vi sai : kб = [1.2] Trong ®ã: Mms-M« men ma s¸t [Nm] M0 –M« men trªn vá vi sai [Nm] - Vi sai ma s¸t trong bÐ kб< 0,2 - Vi sai ma s¸t trong cao kб= 0,2- 0,7 - Vi sai kho¸ hoµn toµn kб > 0,7 §Ó b¶o ®¶m kh¶ n¨ng lµm vi sai cÇn ®¹t c¸c yªu cÇu: - Ph©n phèi m« men cho c¸c b¸nh xe mét c¸ch hîp lý - B¶o ®¶m cho c¸c b¸nh xe quay víi c¸c vËn tèc gãc kh¸c nhau. Khi quay vßng c¸c hÖ sè c¶n trªn mét cÇu kh¸c nhau vµ hÖ sè b¸m kh¸c nhau - HiÖu suÊt lµm viÖc cao, ®é tin cËy lµm viÖc tèt, kÝch th­íc vµ träng l­îng nhá. 1.3.2 Ph©n tÝch kÕt cÊu c¸c lo¹i vi sai Sau ®©y ta ph©n tÝch kÕt cÊu cña c¸c lo¹i vi sai vµ ®­a ra ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ cho bµi to¸n . 1.3.2.1 Vi sai b¸nh r¨ng c«n ®èi xøng Vi sai ®èi xøng thuéc lo¹i vi sai cã ma s¸t trong bÐ. VÒ mÆt kÕt cÊu xe cã t¶i träng lín vµ xe cã t¶i träng bÐ vi sai nh­ nhau chØ kh¸c ë sè b¸nh r¨ng vi sai, ë kÕt cÊu vá vi sai vµ c¸c b¸nh r¨ng b¸n trôc. Sè b¸nh r¨ng hµnh tinh phô thuéc vµo m« men xo¾n ®Æt trªn vá vi sai vµ b¸nh r¨ng hµnh tinh víi vá vi sai cã thÓ th¸o rêi ®­îc hoÆc liÒn nhau. Tæng sè r¨ng cña b¸nh r¨ng b¸n trôc chän b»ng béi sè cña sè cña sè r¨ng b¸nh r¨ng hµnh tinh. MÆt th¸o rêi th­êng ®i qua trôc cña c¸c b¸nh r¨ng hµnh tinh, c¸c n÷a hép ®­îc l¾p ®ång t©m nhê c¸c gê. MÆt bÝch cña vá vi sai dïng l¾p ghÐp b¸nh r¨ng bÞ ®éng cña truyÒn lùc trung ­¬ng. Gi÷a c¸c mÆt tú cña b¸nh r¨ng hµnh tinh mÆt cÇu th­êng cã ®Üa ®ång ®Ó gi¶m ma s¸t vµ ®Ó dÔ ®Æt ®óng c¸c b¸nh r¨ng vi sai. H·m vi sai cã thÓ b»ng ly hîp cã vÊu, ly hîp r¨ng vµ ly hîp chèt….DÉn ®éng h·m vi sai cã thÓ b»ng c¬ khÝ , b»ng ®iÖn khÝ, b»ng thuû lùc. DÉn ®éng h·m vi sai lo¹i c¬ khÝ cã cÇn g¹t bè trÝ trªn dÇm cÇu chñ ®éng hoÆc ®Æt c¹nh ng­êi l¸i, lo¹i nµy cã nh­îc ®iÓm lµ ng­êi l¸i chØ sö dông nã khi « t« ®· bÞ tr­ît quay vµ kh«ng cã kh¶ n¨ng tù di ®éng n÷a. * ­u ®iÓm : - KÕt cÊu ®¬n gi¶n, dÔ chÕ t¹o, gi¸ thµnh h¹ - ViÖc ph©n phèi m« men xo¾n cho c¸c b¸nh xe chñ ®éng thÝch hîp víi nh÷ng tr­êng hîp xe ch¹y trªn ®­êng tèt hoÆc ®iÒu kiÖn chuyÓn ®éng cña hai b¸nh xe nh­ nhau. - Gi¶m t¶i träng ®éng cho dÉn ®éng c¸c b¸nh xe, gi¶m mßn lèp, gi¶m suÊt tiªu hao nhiªn liÖu vµ ®iÒu khiÓn dÔ dµng. * Nh­îc ®iÓm : Ma s¸t cña bé vi sai bÐ nªn gi¶m kh¶ n¨ng th«ng qua cña xe khi mét b¸nh xe n»m ë ®­êng lÇy. Lo¹i nµy hiÖn nay ®­îc sö dông phæ biÕn vµ nhÊt lµ trªn c¸c loaÞ xe du lÞch vµ xe t¶i träng nhá. 1.3.2.2 Vi sai t¨ng ma s¸t Lo¹i nµy ngµy cµng ®­îc sö dông nhiÒu. T¨ng ma s¸t trong lo¹i vi sai h×nh nãn b»ng c¸ch thiÕt kÕ thªm vµo kÕt cÊu ly hîp ma s¸t ®Üa ®Æt gi÷a mét trong hai b¸n trôc vµ hép vi sai. Vi sai t¨ng ma s¸t ®­îc øng dông kh¶ réng r·i, vi sai t¨ng ma s¸t cã thÓ mét hoÆc hai ly hîp ma s¸t. Trong lo¹i vi sai nµy trôc ch÷ thËp ®­îc thay thÕ b»ng hai trôc c¾t nhau theo gãc vu«ng. Hai trôc nµy cã kh¶ n¨ng dÞch chuyÓn víi nhau theo c¶ hai chiÒu trôc lÉn chiÒu gãc nghiªng, nhê c¸c mÆt nghiªng t­¬ng øng ë c¸c ®Çu trôc. Ngoµi ra trªn vi sai cßn c¸c cèc trung gian n»m trªn then hoa cña b¸n trôc gièng nh­ c¸c b¸nh r¨ng b¸n trôc. Khi c¸c b¸nh r¨ng hµnh tinh kh«ng quay lùc truyÒn ®Õn c¸c b¸n trôc, còng nh­ trong tr­êng hîp vi sai cã ma s¸t trong bÐ. Khi c¸c b¸nh r¨ng hµnh tinh quay c¸c mÆt nghiªng cña trôc sÏ bÞ dÞch chuyÓn ®i nh­ thÕ nµo ®Ó lùc trªn ly hîp ma s¸t truyÒn qua cèc trung gian sÏ t¨ng lªn ®èi víi b¸n trôc quay nhanh. TrÞ sè m« men h·m sÏ kh«ng ph¶i lµ mét h»ng sè mµ sÏ tØ lÖ víi m« men truyÒn lªn c¸c b¸nh xe. 1.3.2.3 Vi sai lo¹i cam Cã nhiÒu lo¹i kh¸c nhau lo¹i cam ®Æt h­íng kÝnh vµ lo¹i cam ®Æt h­íng trôc. §©y lµ lo¹i vi sai cã ma s¸t trong cao. Vi sai cam mµ con ch¹y ®Æt theo h­íng kÝnh n»m gi÷a c¸c vµnh cã d¹ng cam cña b¸n trôc. C¸c con ch¹y ®­îc ®Æt vµo vßng ng¨n c¸ch ë gi÷a, vßng nµy g¾n víi vá vi sai vµ lµ phÇn tö chñ ®éng. Vßng ng¨n c¸ch t¸c dông vµo con ch¹y mét lùc P vµ Ðp con ch¹y vµo vµnh cam ngoµi víi mét lùc P1' vµ vµo vµnh cam trong víi lùc P2' . P1' vµ P2' t¸c dông th¼ng gãc víi mÆt bªn cña c¸c vµnh cam. Khi c¶ hai b¸nh xe chñ ®éng chÞu lùc c¶n nh­ nhau th× vËn tèc gãc cña vßng gi÷a vµ c¸c vµnh cam b»ng nhau. NÕu mét trong c¸c b¸nh xe chñ ®éng cã khuynh h­íng t¨ng vËn tèc gãc, c¸c chi tiÕt cña vi sai sÏ b¾t ®Çu cã dÞch chuyÓn t­¬ng ®æi víi nhau nªn trªn c¸c mÆt bªn cña vµnh cam ph¸t sinh lùc ma s¸t h­íng vÒ c¸c phÝa kh¸c nhau ®èi víi vµnh cam quay nhanh vµ vµnh cam quay chËm. Sè mÆt låi lâm trªn c¸c vµnh cam cña c¸c b¸n trôc ph¶i kh¸c nhau. V× nÕu chóng b»ng nhau th× khi hép cña vi sai quay tíi vÞ trÝ nµo ®ã, c¸c con ch¹y chØ dÞch chuyÓn theo chiÒu h­íng kÝnh vµ lùc sÏ kh«ng truyÒn ®Õn vµnh h×nh cam n÷a. §èi víi lo¹i vi sai cam ®Æt h­íng trôc, c¸c con ch¹y ®­îc ®Æt trong vßng ng¨n, vßng ng¨n g¾n liÒn víi vá vi sai. Sè mÆt låi lâm cña c¸c vµnh cam sinh ra m« men m¹ch ®éng khi vi sai lµm viÖc nªn vi sai chèng mßn. Trong lo¹i vi sai hai d·y m« men m¹ch ®éng ®­îc kh¾c phôc v× trong lo¹i nµy ng­êi ta lµm sè mÆt cam låi lâm trªn hai vµnh cam nh­ nhau. Lo¹i vi sai cam hai d·y víi c¸c con ch¹y bè trÝ theo h­íng kÝnh mçi d·y con ch¹y t¸c dông t­¬ng øng víi d·y mÆt cam cña nã. Cho nªn khi mét d·y mÆt cam trong dÞch chuyÓn t­¬ng ®èi víi d·y mÆt cam ngoµi, th× lóc Êy c¸c mÆt d·y cam ngoµi n»m ë vÞ trÝ ®èi xøng. NÕu mét d·y cam ch¹y n»m ë vÞ trÝ kh«ng truyÒn ®­îc m« men th× d·y thø hai sÏ truyÒn m« men Êy. Lo¹i vi sai cam hai d·y cã con ch¹y bè trÝ theo h­íng trôc, c¸c cam cã thÓ lµm víi c¸c h×nh d¹ng mÆt bªn kh¸c nhau, th­êng d¹ng ®­êng xo¾n èc Acsimet. Sù dÞch chuyÓn theo h­íng kÝnh cña mét ®iÓm bÊt kú cña d¹ng mÆt bªn nµy tû lÖ víi gãc quay a cña cam. Lo¹i vi sai cam ®­îc sö dông phæ biÕn víi xe cã t¶i träng lín. 1.3.2.4 Vi sai kiÓu trôc vÝt §©y lµ lo¹i vi sai cã ma s¸t trong cao, sö dông lµm vi sai gi÷a c¸c b¸nh xe. Trong vá cña vi sai gåm ba phÇn: c¸c b¸nh r¨ng b¸n trôc ¨n khíp víi c¸c b¸nh r¨ng hµnh tinh. C¸c b¸nh hµnh tinh g¾n víi nhau nhê c¸c b¸nh vÝt hµnh tinh phô quay quanh c¸c trôc g¾n trong hép. Vi sai lo¹i trôc vÝt lµm viÖc ªm dÞu vµ l©u mßn. VÒ kÕt cÊu nã phøc t¹p h¬n vµ ®¾t h¬n lo¹i vi sai cam. Lo¹i vi sai nµy th­êng ¸p dông cho c¸c lo¹i xe t¶i träng lín. Qua ph©n tÝch kÕt cÊu c¸c lo¹i vi sai vµ ¸p dông vµo ®iÒu kiÖn cô thÓ cña ®Ò tµi “ThiÕt kÕ cÇu xe cho xe chØ huy UAZ-31512” ta chän lo¹i vi sai b¸nh r¨ng c«n ®èi xøng. 1.4 B¸n trôc B¸n trôc lµ bé phËn dïng ®Ó truyÒn lùc tíi b¸nh xe, nã cã nhiÒu lo¹i kh¸c nhau tuú theo c¸ch ph©n lo¹i . 1.4.1 C«ng dông, ph©n lo¹i,yªu cÇu B¸n trôc cã nh÷ng c«ng dông : - TruyÒn m« men xo¾n tõ truyÒn lùc chÝnh ®Õn c¸c b¸nh xe chñ ®éng - ChÞu mét phÇn t¶i träng tõ mÆt ®­êng truyÒn lªn qua b¸nh xe. B¸n trôc ®­îc ph©n lo¹i theo c¸c chØ tiªu sau ®©y : a/ Theo kÕt cÊu cña cÇu : - CÇu liÒn . - CÇu rêi. b/ Theo møc ®é chÞu lùc h­íng kÝnh vµ lùc chiÒu trôc : - Lo¹i b¸n trôc kh«ng gi¶m t¶i. - Lo¹i b¸n trôc gi¶m t¶i mét nöa. - Lo¹i b¸n trôc gi¶m t¶i ba phÇn t­. - Lo¹i b¸n trôc gi¶m t¶i hoµn toµn. §Ó b¶o ®¶m kh¶ n¨ng lµm b¸n cÇn ®¹t c¸c yªu cÇu: a/ Dï hÖ thèng treo n»m ë vÞ trÝ nµo truyÒn ®éng ®Õn c¸c b¸nh xe chñ ®éng còng ph¶i ®¶m b¶o truyÒn hÕt m« men xo¾n ®Õn c¸c b¸nh xe chñ ®éng. b/ Khi truyÒn m« men quay vËn tèc gãc cña c¸c b¸nh xe chñ ®éng còng nh­ b¸nh xe dÉn h­íng ®Òu kh«ng thay ®æi. 1.4.2 Ph©n tÝch kÕt cÊu c¸c lo¹i b¸n trôc §Ó chän ®­îc ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ hîp lý, sau ®©y chóng ta ®i ph©n tÝch kÕt cÊu cña mét sè lo¹i b¸n trôc . 1.4.2.1 Lo¹i b¸n trôc kh«ng gi¶m t¶i Khi ®ã æ bi trong vµ æ bi ngoµi ®Òu ®Æt trùc tiÕp trªn b¸n trôc, tr­êng hîp nµy b¸n trôc chÞu toµn bé c¸c lùc. M« men uèn g©y nªn do lùc vßng tõ b¸nh r¨ng chËu chuyÓn vÒ ®Çu b¸n trôc, m« men xo¾n Mx, ph¶n lùc th¼ng ®øng tõ b¸nh xe Zbx, lùc kÐo Xk, lùc phanh Xp, lùc c¶n tr­ît ngang Y xuÊt hiÖn khi « t« ®i trªn ®­êng nghiªng hay quay vßng, nghÜa lµ tÊt c¶ c¸c ngo¹i lùc tõ phÝa ®­êng vµ lùc vßng cña b¸nh r¨ng chËu. Lo¹i b¸n trôc kh«ng gi¶m t¶i hiÖn t¹i c¸c « t« ®Òu kh«ng dïng. H-1.2 B¸n trôc kh«ng gi¶m t¶i 1.4.2.2 Lo¹i b¸n trôc gi¶m t¶i mét nöa Khi ®ã æ bi trong ®Æt trªn vá vi sai cßn æ bi ngoµi ®Æt ngay trªn b¸n trôc, b¸n trôc sÏ chÞu c¸c lùc vµ m« men sau: Tõ phÝa mÆt ®­êng: cã c¸c lùc vµ ph¶n lùc Zbx, Xk, Xp, Y. VÒ m« men cã Mk, Mp, Mz, My. VÒ phÝa vi sai cã ph¶n lùc R, Y vµ m« men Mk hay Mp. Lo¹i b¸n trôc gi¶m t¶i mét nöa ®­îc dïng ë c¸c m¸y kÐo vµ mét sè xe du lÞch nh­ : Mock¬vic, Zil-110… H-1.3 B¸n trôc gi¶m t¶i mét nöa 1.4.2.3 Lo¹i b¸n trôc gi¶m t¶i ba phÇn t­ Lo¹i nµy æ bi trong ®ùoc ®Æt trªn vá vi sai cßn æ bi ngoµi ®Æt trªn dÇm cÇu vµ lång vµo trong moay¬ cña b¸nh xe. Bè trÝ nh­ vËy b¸n trôc chØ chÞu t¸c dông cña m« men xo¾n Mk hay m« men phanh Mp vµ ph¶n lùc t¸c dông ngang cña ®Êt Y. C¸c lùc kÐo tiÕp tuyÕn Xk vµ ph¶n lùc cña ®Êt th¼ng ®øng Zbx do dÇm cÇu chÞu . ë lo¹i nµy æ bi ngoµi cã thÓ lµ æ bi cÇu hai d·y, cã thÓ lµ æ bi ®òa nh­ng chØ cã mét æ. Lo¹i b¸n trôc gi¶m t¶i ba phÇn t­ cã kÕt cÊu t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n nªn ®­îc dïng ë « t« con nh­ M-20 vµ mét sè « t« t¶i M-1. H-1.4 B¸n trôc gi¶m t¶i ba phÇn t­ 1.4.2.4 Lo¹i b¸n trôc gi¶m t¶i hoµn toµn Nã chØ kh¸c lo¹i gi¶m t¶i ba phÇn t­ lµ æ bi ngoµi lµ hai æ bi ®Æt gÇn nhau (cã thÓ lµ mét æ bi cÇu vµ mét æ bi c«n). Nh­ vËy b¸n trôc chØ chÞu t¸c dông cña m« men Mk hay Mp tõ phÝa vi sai (khi phanh b»ng phanh trung ­¬ng) vµ m« men Mk hay Mp tõ phÝa ®­êng t¸c dông lªn (khi h·m b»ng phanh trung ­¬ng) C¸c lùc Xk, Y, Zbx sÏ kh«ng truyÒn ®Õn trôc mµ chØ truyÒn ®Õn dÇm cÇu. H-1.5 B¸n trôc gi¶m t¶i hoµn toµn * ­u ®iÓm : - Nã chØ chÞu m« men xo¾n t¸c dông lªn b¸n trôc khi xe ho¹t ®éng. - KÝch th­íc cña b¸n trôc kh«ng yªu cÇu lín mµ vÉn b¶o ®¶m truyÒn tèt m« men xo¾n ®Õn c¸c b¸nh xe. - Khi b¸n trôc bÞ vì th× vÉn cã thÓ kÐo xe mµ kh«ng cÇn dïng thiÕt bÞ phô kh¸c. * Nh­îc ®iÓm : Do trôc cña moay¬ b¸nh xe vµ b¸nh r¨ng b¸n trôc cña bé vi sai ë cÇu xe kh«ng ®ång trôc nªn khã gi÷ b¸n trôc vu«ng gãc víi b¸nh xe. V× vËy khi xiÕt bu l«ng b¾t b¸n trôc víi moay¬ b¸nh xe sÏ ph¸t sinh biÕn d¹ng uèn ë b¸n trôc vµ ®Çu phÝa trong cña b¸n trôc tùa trªn thµnh lç cña b¸nh r¨ng b¸n trôc cña bé vi sai. Lo¹i nµy sö dông phæ biÕn trªn du lÞch, « t« chë kh¸ch, c¸c xe vËn t¶i trung b×nh vµ lín nh­: Gaz-53, Maz-200, Zil-150,… Qua ph©n tÝch ­­ nh­îc ®iÓm c¸c lo¹i b¸n trôc vµ ¸p dông cho bµi to¸n thiÕt kÕ t«i chän lo¹i b¸n trôc gi¶m t¶i hoµn toµn. VËt liÖu chÕ t¹o b¸n trôc th­êng lµ thÐp hîp kim trung b×nh nh­ : 40Х,40ХМН,40ХГТР,30СГА,… 1.5 DÇm cÇu DÇm cÇu lµ bé phËn rÊt quan träng cña cÇu xe, dÇm cÇu th­êng ®­îc lµm b¾ng vËt liÖu gang hay thÐp . 1.5.1 C«ng dông, ph©n lo¹i, yªu cÇu DÇn cÇu cã nh÷ng c«ng dông sau : - §Ó b¶o vÖ c¸c côm c¬ cÊu bªn trong (vi sai, truyÒn lùc chÝnh,…) tr¸nh ch¶y dÇu b¬i tr¬n ra ngoµi, tr¸nh lät bôi, lät n­íc,…vµo c¸c c¬ cÊu bªn trong vá cÇu. - Víi hÖ thèng treo phô thuéc cßn dïng ®Ó ®ì toµn bé träng l­îng cña phÇn ®­îc treo cña xe ph©n bè lªn cÇu ®ã. Nã cßn nhËn vµ truyÒn c¸c ph¶n lùc, c¸c m« men ph¸t sinh do t¸c ®éng t­¬ng hç gi÷a b¸nh xe víi mÆt ®­êng lªn khung xe hoÆc vá xe. DÇm cÇu ®­îc ph©n lo¹i theo c¸c chØ tiªu sau : a/ Theo ®Æc ®iÓm kÕt cÊu : - DÇm cÇu ghÐp - DÇm cÇu liÒn b/ Theo ph­¬ng ph¸p chÕ t¹o : - DÇm cÇu ®óc - DÇm cÇu dËp hµn c/ Theo c«ng dông cña cÇu xe : - CÇu kh«ng dÉn h­íng kh«ng chñ ®éng - CÇu chñ ®éng vµ dÉn h­íng - CÇu chñ ®éng kh«ng dÉn h­íng - CÇu dÉn h­íng kh«ng chñ ®éng 1.5.2 Ph©n tÝch mét sè kÕt cÊu dÇm cÇu §Ó chän ®­îc ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ hîp lý sau ®©y ta ®i ph©n tÝch ­u nh­îc ®iÓm cña mét sè lo¹i dÇm cÇu . 1.5.2.1 DÇm cÇu liÒn DÇm cÇu chÕ t¹o b»ng ph­¬ng ph¸p ®óc, nã cã träng l­îng lín, kÝch th­íc lín, ®é cøng v÷ng cao. V× lµ vá cÇu ghÐp nªn viÖc th¸o l¾p vá vi sai vµ truyÒn lùc chÝnh ra ®Ó ®iÒu chØnh vµ thay thÕ dÔ dµng h¬n so víi vá cÇu lo¹i liÒn. NÕu vá cÇu chÕ t¹o b»ng ph­¬ng ph¸p dËp hµn th× träng l­îng vµ kÝch th­íc nhá gän h¬n vµ gi¸ thµnh h¹ h¬n chÕ t¹o b»ng ph­¬ng ph¸p ®óc (träng l­îng gi¶m 30%) song nã cã nh­îc ®iÓm lµ ®é cøng v÷ng kh«ng cao, ®Ó kh¾c phôc ng­êi ta cã nh÷ng biÖn ph¸p kÕt cÊu vµ c«ng nghÖ t¨ng cøng. DÇm cÇu liÒn ®­îc ¸p dông phæ biÕn víi c¸c lo¹i xe t¶i träng võa vµ lín, hiÖn nay nã còng sö dông víi c¸c xe t¶i, xe kÐo nh­ng cã c¸c biÖn ph¸p kÕt cÊu ®Ó t¨ng cøng v÷ng cho vá. 1.5.2.2 DÇm cÇu rêi Lo¹i nµy cã thÕ chÕ t¹o b»ng ph­¬ng ph¸p ®óc hoÆc dËp hµn. Mét sè « t« vËn t¶i h¹ng trung sö dông vá cÇu ghÐp ®­îc gia c«ng b»ng ph­¬ng ph¸p ®óc, ë mÆt trong vµ mÆt ngoµi ®­îc gia c«ng c¸c g©n t¨ng cøng. Vá cÇu chÕ t¹o b»ng ph­¬ng ph¸p hµn dËp cã ®é cøng v÷ng vµ ®é bÒn kh«ng cao. NÕu tr­êng hîp mét phÇn chi tiÕt cña vá cÇu bÞ háng th× kh«ng thÕ th¸o rêi ra ®Ó thay thÕ mµ ph¶i thay thÕ toµn bé vá cÇu rÊt tèn kÐm. DÇm cÇu th¸o rêi ®­îc tuy cøng v÷ng kh«ng cao song l¹i thuËn tiÖn trong th¸o l¾p c¸c côm chi tiÕt cña cÇu xe nªn nã ®­îc sö dông nhiÒu trªn xe con vµ xe t¶i träng nhá. Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn ¸p dông cho bµi to¸n thiÕt kÕ t«i chän lo¹i dÇm cÇu th¸o rêi ®­îc. VËt liÖu chÕ t¹o dÇm cÇu lµ thÐp c¸c bon . Trªn c¬ së ph©n tÝch vÒ kÕt cÊu vµ ­u nh­îc ®iÓm c¸c chi tiÕt cña cÇu xe, ¸p dông cho tr­êng hîp cña ®Ò tµi thiÕt kÕ cÇu xe chñ ®éng cho xe chØ huy cã c«ng thøc b¸nh xe 4x4, t«i chän ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ cÇu chñ ®éng nh­ sau : - TruyÒn lùc chÝnh ®¬n kiÓu b¸nh r¨ng c«n r¨ng xo¾n th­êng. - Vi sai b¸nh r¨ng c«n ®èi xøng. - B¸n trôc gi¶m t¶i hoµn toµn. - DÇm cÇu lµ lo¹i th¸o rêi ®­îc. S¬ ®å cÊu t¹o cÇu chñ ®éng lùa chän thiÕt kÕ cho xe UAZ-31512 nh­ sau : H-1.6 S¬ ®å nguyªn lý cÇu chñ ®éng Trong ®ã : 1-MÆt bÝch trôc chñ ®éng truyÒn lùc chÝnh 2-Trôc chñ ®éng cña truyÒn lùc chónh 3-B¸nh r¨ng c«n chñ ®éng 4-B¸nh r¨ng c«n bÞ ®éng 5-Bé vi sai 6-B¸n trôc 7-DÇm cÇu 8-Moay¬ b¸nh xe 9-§Üa b¸nh xe 10-Lèp xe Ch­¬ng Ii tÝnh to¸n thiÕt kÕ cÇu xe 2.1 C¸c sè liÖu ban ®Çu §Ó lµm c¬ së cho tÝnh to¸n thiÕt kÕ theo ®Ò tµi sau ®©y t«i ®­a ra c¸c th«ng sè tham kh¶o cña xe UAZ-31512 : STT Th«ng sè Gi¸ trÞ §¬n vÞ Ghi chó 1 C«ng thøc b¸nh xe 4 x 4 2 Träng l­îng xe kh«ng t¶i 1600 KG 3 T¶i träng 600 kg +2 ng­êi 4 Träng l­îng toµn bé 2480 KG 5 Ph©n bè lªn c¸c cÇu : CÇu tr­íc : CÇu sau : 1130 1350 KG KG 6 Tû sè cña truyÒn lùc chÝnh : CÇu tr­íc : CÇu sau : 4,625 4,625 7 KÝch th­íc b¸nh xe 8,40-15 inch 2.2 TÝnh to¸n c¸c chi tiÕt cña cÇu xe Trong phÇn nµy ta ®i tÝnh to¸n ®èi víi c¸c bé phËn sau : - TruyÒn lùc chÝnh b¸nh r¨ng c«n r¨ng xo¾n th­êng. - Vi sai b¸nh r¨ng c«n ®èi xøng. - B¸n trôc gi¶m t¶i hoµn toµn. - DÇm cÇu lµ lo¹i th¸o rêi ®­îc. 2.2.1 TÝnh to¸n truyÒn lùc chÝnh TÝnh to¸n truyÒn lùc chÝnh ta tiÕn hµnh theo tr×nh tù sau : - Chän chÕ ®é t¶i träng tÝnh to¸n . - X¸c ®Þnh c¸c kÝch th­íc c¬ b¶n cña bé truyÒn . - X¸c ®Þnh c¸c lùc tac dông lªn bé truyÒn . - TÝnh to¸n kiÓm bÒn cho bé trruyÒn . 2.2.1.1 Chän t¶i träng tÝnh to¸n Víi xe dÉn ®éng hoµn toµn (4x4) T¶i träng x¸c ®Þnh theo m« men b¸m, trong ®ã coi m« men gi÷a c¸c cÇu ®­îc ph©n bè tû lÖ víi träng l­îng b¸m : = [2.1] = ..rk [2.2] Trong ®ã : – M« men b¸m trªn cÇu thø i [Nm] - Träng l­îng b¸m trªn cÇu thø i [N] ic - Tû sè truyÒn lùc c¹nh i0 - Tû sè truyÒn lùc chÝnh M« men b¸m t¸c dông lªn cÇu sau: = . [2.3] Trong ®ã : Träng l­îng b¸m lªn cÇu sau = m2.g [2.4] Gia tèc träng tr­êng g = 10 (m/s2) HÖ sè b¸m = 0,8 HÖ sè biÕn d¹ng lèp = 0,935 B¸n kÝnh thiÕt kÕ b¸nh xe r =x [2.5] B¸n kÝnh tÝnh to¸n b¸nh xe rk = r. = 0,378 [m] Víi d=15 mm ; B=8,40 (inch) Ta cã : = 4082,4 [Nm] M« men tÝnh to¸n : = 882,68 [Nm] 2.2.1.2 Chän c¸c kÝch th­íc c¬ b¶n cña truyÒn lùc chÝnh - Chän s¬ bé chiÒu dµi ®­êng sinh Le=140 (mm) vµ ms=1(Dùa vµo vµ ®å thÞ 2.10 [3]). - Chän sè r¨ng cña truyÒn lùc chÝnh (B¶ng 2.1 [3]): Z1=8 ; Z2=37 (r¨ng) - Chän hÖ sè dÞch chØnh r¨ng vµ gãc ¨n khíp (B¶ng 2.2 [3]): = 0,480 ; = - 0,629 - Chän gãc nghiªng trung b×nh ®­êng xo¾n r¨ng: =35045’ HoÆc cã thÓ dùa b¶ng 2.3 [3] - Chän gãc ¨n khíp : - X¸c ®Þnh m« ®un ph¸p tuyÕn mÆt ®¸y r¨ng : 6,00 [2.6] Nªn chän m« ®un ph¸p mn : mn=6 [mm] - X¸c ®Þnh l¹i chiÒu dµi ®­êng sinh : Le= [2.7] - X¸c ®Þnh chiÒu dµi r¨ng : b = 0,3.Le = 41,979 [mm] - X¸c ®Þnh chiÒu dµi ®­êng sinh trung b×nh : = 118,94 [mm] - X¸c ®Þnh m« ®un ph¸p tuyÕn trung b×nh : [2.8] Theo tiªu chuÈn ta chän [mm] Sau khi tÝnh to¸n vµ dùa vµo c¸c tiªu chuÈn ta quy trßn, cuèi cïng ta ®­îc b¶ng th«ng sè cña cÆp b¸nh r¨ng truyÒn lùc chÝnh nh­ sau : Th«ng sè B¸nh r¨ng Chñ ®éng BÞ ®éng Sè r¨ng Z1=8 Z2=37 Gãc nghiªng ®­êng xo¾n r¨ng ChiÒu dµi ®­êng sinh trung b×nh Lm= 120 mm ChiÒu réng vµnh r¨ng b= 42 mm M« ®un ph¸p tuyÕn mÆt ®¸y r¨ng mn= 6 mm M« ®un ph¸p tuyÕn trung b×nh mntb= 4 mm HÖ sè dÞch chØnh r¨ng = 0,480 = - 0,629 Gãc ¨n khíp Nöa gãc c«n chia Q1 R2 P1 Q2 R2 P2 R1 H-2.1 X¸c ®Þnh c¸c lùc 2.2.1.3 X¸c ®Þnh c¸c lùc t¸c dông lªn bé truyÒn - Lùc vßng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : [2.9] Trong ®ã : rtb= Lm.sin = 25,36 [mm] tg= = 0,2162 suy ra =12,20 = - = 77,80 VËy ta cã : P = 34806,04 [N] - Lùc chiÒu trôc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : [2.10] ë ®©y cã dÊu (+) v× ta chän chiÒu quay cña b¸nh r»ng chñ ®éng lµ quay ph¶i cßn chiÒu xo¾n cña r¨ng lµ xo¾n tr¸i vµ khi x¸c ®Þnh lùc h­íng kÝnh R lÊy dÊu (-). Thay sè vµo vµ tÝnh cho b¸nh r¨ng chñ ®éng (v× nã chÞu t¶i nÆng h¬n) ta cã : Q = 27611,56 [N] - Lùc h­íng kÝnh x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau : [2.11] Thay sè vµo ta cã : R = 9138,57 [N] 2.2.1.4 TÝnh to¸n kiÓm tra bÒn c¸c b¸nh r¨ng truyÒn lùc chÝnh - KiÓm tra b¸nh r¨ng theo øng suÊt uèn : [2.12] Trong ®ã : y- HÖ sè d¹ng r¨ng ®­îc x¸c ®Þnh theo sè r¨ng t­¬ng ®­¬ng Zt® 15,31 [r¨ng] Ta chän Zt® = 15 suy ra y = 0,406 -øng suÊt uèn cho phÐp, =700 – 900 Mpa Thay sè vµo ta cã : [N/m2] = 400,23 Mpa VËy ta thÊy b¸nh r¨ng b¶o ®¶m bÒn theo øng suÊt uèn - KiÓm tra b¸nh r¨ng theo øng suÊt tiÕp xóc : [2.13] Trong ®ã : E-M« ®un ®µn håi cña vËt liÖu b¸nh r¨ng E = 2,15.105 MPa -B¸n kÝnh t­¬ng ®­¬ng i=1;2 [2.14] -B¸n kÝnh trung b×nh cña c¸c b¸nh r¨ng c«n 25,36 [mm] Ta cã : 39,39 [mm] 182,19 [mm] Thay sè vµo ta cã : 1766,97 [MPa] [MPa] VËy b¸nh r¨ng b¶o ®¶m bÒn theo øng suÊt tiÕp xóc. 2.2.1.5 TÝnh to¸n trôc vµ chän æ ®ì - TÝnh to¸n trôc ta tiÕn hµnh tÝnh bÒn uèn vµ bÒn mái. Do c¸c trôc nµy ng¾n vµ ®­îc ®ì kh¶ ch¾c ch¾n nªn c¸c trôc nµy b¶o ®¶m ®é bÒn lµm viÖc tèt. - Chän æ ®ì : Do sö dông truyÒn lùc chÝnh ®¬n nªn ta chän trôc b¸nh r¨ng chñ ®éng bè trÝ theo kiÓu bè trÝ æ ®ì hai phÝa. Dùa vµo kiÓu bè trÝ trôc b¸nh r¨ng vµ tra c¸c b¶ng trong s¸ch “TÝnh to¸n thiÕt kÕ hÖ dÉn ®éng c¬ khÝ” t«i chän nh­ sau : + æ ®ì trô ng¾n kiÓu : 42202 – TCVN1502 - 74 + æ c«n kiÓu : 7306 – GOST 333 – 71 (TCVN-1509-74) - æ sau khi ®­îc chän ta ®i ph©n tÝch ®iÒu kiÖn lµm viÖc vµ tÝnh to¸n kiÓm bÒn cho æ. TÝnh to¸n kiÓm bÒn cho æ chñ yÕu lµ theo c¸c thuyÕt bÒn vµ tÝnh bÒn mái. Bè trÝ æ cña b¸nh r¨ng chñ ®éng cÇn ®­îc ph©n tÝch kØ c¸c lùc t¸c dông sao cho ®iÓm ®Æt c¸c lùc kh«ng tËp trung t¹i mét vÞ trÝ . H-2.2 Bè trÝ æ ®ì b¸nh r¨ng chñ ®éng 2.2.2 TÝnh to¸n vi sai Trong môc nµy ta ®i chän s¬ ®å ®éng häc cho vi sai, tiÕp theo lµ x¸c ®Þnh c¸c kÝch th­íc c¬ b¶n cña vi sai vµ cuèi cïng ta ®i tÝnh to¸n bÒn cho c¸c chi tiÕt cña bé truyÒn vi sai . 2.2.2.1 Chän s¬ ®å ®éng häc C¨n cø vµo nhiÖm vô cña ®Ò tµi nªn t«i chän thiÕt kÕ vi sai b¸nh r¨ng c«n ®èi xøng cã s¬ ®å ®éng häc nh­ sau : H-2.3 S¬ ®å ®éng häc vi sai c«n ®èi xøng - M« men truyÒn ®Õn c¸c b¸n trôc theo mèi quan hÖ sau : [2.15] [2.16] M0 = = . [2.17] Trong ®ã : M0- M« men xo¾n trªn vá vi sai [Nm] M0 = 4082,4 [Nm] Mm- M« men ma s¸t trong c¬ cÊu vi sai, nã xuÊt hiÖn khi vËn tèc quay cña c¸c b¸n trôc lµ kh¸c nhau [Nm] - X¸c ®Þnh m« ®un ph¸p tuyÕn b¸nh r¨ng vi sai : M« ®un ph¸p tuyÕn cña b¸nh r¨ng vi sai cã thÓ x¸c ®Þnh s¬ bé theo c«ng thøc sau : [2.18] Trong ®ã : -HÖ sè kho¸ vi sai (chän theo kÕt cÊu cña lo¹i vi sai), vi sai b¸nh r¨ng c«n th­êng lÊy = 0,05 – 0,20 (chän =0,1) z – Sè r¨ng cña b¸nh r¨ng b¸n trôc (z=16) q – Sè l­îng b¸nh r¨ng hµnh tinh (q=4) Le- ChiÒu dµi ®­êng sinh (chän s¬ bé 40 mm) - HÖ sè kÝch th­íc : [2.19] Y- HÖ sè d¹ng r¨ng (Y=0,255) - øng suÊt uèn cho phÐp (=550 MPa = 55.107 N/m2) Thay sè vµo ta cã : mn = 4,265.10-3 [m] = 4,265 [mm] Chän m« ®un ph¸p tuyÕn b¸nh r¨ng vi sai : mn = 4,75 [mm] 2.2.2.2 X¸c ®Þnh c¸c kÝch th­íc c¬ b¶n cña c¸c b¸nh r¨ng bé vi sai : - Sè r¨ng cña b¸nh r¨ng hµnh tinh : ZH = 10 - Sè r¨ng cña b¸n trôc : ZM = 16 - Gãc nghiªng r¨ng : - Nöa gãc c«n chia : [2.20] - X¸c ®Þnh chÝnh x¸c chiÒu dµi c«n : [2.21] - ChiÒu dµi c«n trung b×nh : = 38, 09 [mm] - M« ®un ph¸p tuyÕn trung b×nh : = 3,89 mm ta chän = 4 [mm] - §­êng kÝnh vßng chia ngoµi : = 47,5 [mm] = 76 [mm] - ChiÒu cao ®Çu r¨ng : = 5,62 [mm] = 2,38 [mm] - ChiÒu cao ch©n r»ng : = 3,38 [mm] = 6,62 [mm] Trong ®ã theo tiªu chuÈn : ha=1 vµ c*=0,25 - Gãc ch©n r¨ng : = 5,070 = 9,860 - Gãc ®Çu r¨ng : Ta cã b¶ng th«ng sè bé truyÒn vi sai nh­ sau : Th«ng sè B¸nh r¨ng Vi sai B¸n trôc Sè r¨ng ZH=10 ZM=16 §­êng kÝnh chia ngoµi de1= 47,5mm de2= 76mm ChiÒu dµi ®­êng sinh trung b×nh L= 38 mm ChiÒu réng vµnh r¨ng b=13,44 mm M« ®un ph¸p tuyÕn trung b×nh mntb= 4 mm Nöa gãc c«n chia ChiÒu cao ch©n r¨ng hf1=3,38mm hf2=6,62mm ChiÒu cao ®Çu r¨ng trung b×nh ha1=5,62mm ha2=2,38mm Gãc ch©n r¨ng Gãc ®Çu r¨ng Gãc nghiªng Gãc ¨n khíp 2.2.2.3 TÝnh to¸n bÒn c¸c chi tiÕt cña bé vi sai : - ChÕ ®é tÝnh to¸n nh­ truyÒn lùc chÝnh : M« men tÝnh to¸n t¸c dông lªn b¸nh r¨ng b¸n trôc ®­îc x¸c ®Þnh theo ®iÒu kiÖn b¸m : = .= 2041,2 [Nm] - Lùc vßng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : [2.22] Trong ®ã : rtb= L.sin = 20,18 [mm] Ta cã : P = 10114,9 [N] - KiÓm tra bÒn b¸nh r¨ng theo øng suÊt uèn : [2.23] Trong ®ã : y- HÖ sè d¹ng r¨ng x¸c ®Þnh theo sè r¨ng t­¬ng ®­¬ng Zt® 21,45 [r¨ng] Ta chän Zt® = 22 suy ra y = 0,373 -øng suÊt uèn cho phÐp, =600 – 900 Mpa Thay sè vµo ta cã : = 593,44.106 [N/m2] = 593,44 Mpa VËy ta thÊy b¸nh r¨ng b¶o ®¶m bÒn theo øng suÊt uèn. - KiÓm tra b¸nh r¨ng theo øng suÊt tiÕp xóc : [2.24] Trong ®ã : E-M« ®un ®µn håi cña vËt liÖu b¸nh r¨ng E = 2,15.105 MPa -B¸n kÝnh t­¬ng ®­¬ng i=1;2 -B¸n kÝnh trung b×nh cña c¸c b¸nh r¨ng c«n 20,18 [mm] Ta cã : 35,48 [mm] 56,75 [mm] Thay sè vµo ta cã : 1683,95 [MPa] [MPa] VËy b¸nh r¨ng b¶o ®¶m bÒn theo øng suÊt tiÕp xóc. - Chèt cña b¸nh r¨ng hµnh tinh ®­îc kiÓm tra theo øng suÊt chÌn dËp vµ øng suÊt c¾t : + øng suÊt chÌn dËp : [2.25] Thay sè vµo ta cã := 63,27.106 [N/m2] = 63,27 (MPa) Trong ®ã : r1 = 40 [mm] d1 = 15 [mm] + øng suÊt c¾t : [2.26] Thay sè vµo ta cã : = 72,23.106 [N/m2] = 72,23 [MPa] 2.2.3 TÝnh to¸n b¸n trôc Trong môc nµy ta ®i x¸c ®Þnh chÕ ®é tÝnh to¸n sau ®ã ta ®i tÝnh to¸n kiÓm bÒn cho c¸c chi tiÕt cña b¸n trôc . 2.2.3.1 X¸c ®Þnh chÕ ®é tÝnh to¸n a/ Lùc kÐo ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i : - X¸c ®Þnh m« men tÝnh to¸n : §èi víi xe tÊt c¶ c¸c cÇu ®Òu chñ ®éng chän m« men tÝnh to¸n theo ®iÒu kiÖn b¸m : [2.27] Thay sè vµo ta cã : = 2041,2 [Nm] H-2.4 S¬ ®å b¸n trôc gi¶m t¶i hoµn toµn - X¸c ®Þnh ph¶n lùc ph¸p tuyÕn cña ®­êng : [2.28] Trong ®ã : Gi – T¶i träng th¼ng ®øng ph©n bè trªn cÇu thø i khi xe ®øng yªn. - HÖ sè thay ®æi träng l­îng ph©n bè trªn cÇu phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn chuyÓn ®éng. Khi xe t¨ng tèc trªn ®­êng b»ng ; Khi xe t¨ng tèc lªn dèc ; - X¸c ®Þnh lùc kÐo tiÕp tuyÕn : §èi víi xe nhiÒu cÇu chñ ®éng Pkmax ®­îc tÝnh theo ®iÒu kiÖn b¸m [2.29] ë chÕ ®é lùc kÐo ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i coi : Yk= 0 ; Pp= 0 Ta cã : Pkmax= 5400 [N] b/ Lùc phanh ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i : - X¸c ®Þnh ph¶n lùc ph¸p tuyÕn : [2.30] Trong ®ã : - HÖ sè thay ®æi träng l­îng ph©n bè lªn cÇu khi phanh Khi phanh xe trªn ®­êng b»ng : ; Khi phanh xe xuèng dèc : ; Thay sè vµo ta cã : Rk = 10125 [N] - X¸c ®Þnh lùc phanh : [2.31] Thay sè vµo ta cã : Ppmax = 8100 [N] ë chÕ ®é nµy coi Pk = 0 ; Yk = 0 c/ Lùc ngang ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i : - X¸c ®Þnh ph¶n lùc ph¸p tuyÕn : [2.32] Trong ®ã : - HÖ sè b¸m ngang cña lèp víi ®­êng, chän = 1 hg – ChiÒu cao träng t©m xe [320 mm] B – ChiÒu réng vÕt b¸nh xe [215 mm] DÊu (+) cho b¸nh xe phÝa ngoµi ; dÊu (-) cho b¸nh xe phÝa trong Ta cã : Rk = 26843 [N] - X¸c ®Þnh ph¶n lùc ngang : [2.33] Thay sè vµo ta cã : Ykmax = 26843 [N] ë chÕ ®é nµy coi Pk = 0 ; Pp = 0 d/ Lùc th¼ng ®øng ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i : - X¸c ®Þnh ph¶n lùc ph¸p tuyÕn cña ®­êng : [2.34] Trong ®ã : kd – HÖ sè t¶i träng ®éng [1,5-1,75], chän kd = 1,70 Ta cã : Rkmax = 11475 [N] ë chÕ ®é nµy coi Pk = 0 ; Pp = 0 ; Yk = 0 C¸c lùc xuÊt hiÖn trong c¸c tr­êng hîp trªn sÏ g©y uèn, xo¾n b¸n trôc. Ngoµi ra b¸n trôc cßn chÞu nÐn vµ c¾t, nh­ng øng suÊt nµy nhá nªn cã thÓ bá qua. 2.2.3.2 TÝnh bÒn b¸n trôc - Lo¹i b¸n trôc gi¶m t¶i hoµn toµn nµy chØ chÞu xo¾n, øng suÊt t¸c dông lªn b¸n trôc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau : [2.35] Trong ®ã : Wx – M« men chèng xo¾n cña tiÕt diÖn. = 5,3.10-6 [m3] Jp - M« men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn khi xo¾n [m4] = 7,95.10-8 [m4] d - ®­êng kÝnh b¸n trôc [30 mm] rk = 0,378 [m] Thay vµo ta cã : = 385,133.106 [N/m2] = 385,133 [MPa] VËy b¸n trôc b¶o ®¶m chÞu xo¾n. - Ngoµi øng suÊt uèn vµ xo¾n, c¸c b¸n trôc cßn ®­îc kiÓm tra theo gãc xo¾n cùc ®¹i (tÝnh theo ®é). [2.36] Trong ®ã : Mtt – M« men tÝnh to¸n t¸c dông lªn b¸n trôc [2041,2 Nm] l – ChiÒu dµi b¸n trôc [0,485 m] G – M« ®un ®µn håi lo¹i hai [G=8.1010 N/m2] Jx – M« men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn khi xo¾n [m4] = 7,95.10-8 [m4] Thay sè vµo ta cã : = 8,920 Gãc xo¾n cho phÐp cã thÓ ®¹t tíi 90 – 150 trªn 1m chiÒu dµi. VËy b¸n trôc xo¾n trong giíi h¹n cho phÐp. 2.2.4 TÝnh to¸n dÇm cÇu TÝnh bÒn dÇm cÇu chñ ®éng kh«ng dÉn h­íng. DÇm chÞu uèn vµ xo¾n do t¸c dông cña ngo¹i lùc, khi tÝnh to¸n coi träng l­îng cña phÇn treo ph©n bè ®Òu sang hai bªn b¸nh xe . DÇm cÇu ®­îc tÝnh to¸n theo c¸c chÕ ®é sau : - ChÕ ®é lùc kÐo cùc ®¹i . - ChÕ ®é lùc phanh cùc ®¹i . - ChÕ ®é lùc ngang cùc ®¹i . - ChÕ ®é lùc th¼ng ®øng cùc ®¹i . Ta sÏ ®i tÝnh to¸n bÒn ®èi víi c¸c chÕ ®é tÝnh to¸n trªn. 2.2.4.1 ChÕ ®é lùc kÐo cùc ®¹i : M« men tÝnh to¸n còng ®­îc x¸c theo c¸c c«ng thøc nh­ ®èi víi b¸n trôc. - DÇm cÇu chÞu uèn trong mÆt ph¼ng th¼ng ®øng : [2.37] - DÇm cÇu chÞu uèn trong mÆt ph¼ng n»m ngang : [2.38] - DÇm cÇu chÞu xo¾n : [2.39] - MÆt c¾t nguy hiÓm cña dÇm cÇu t¹i vÞ trÝ ®Æt nhÝp víi m« men tæng hîp : [2.40] C¸c lùc t¸c dông lªn dÇm cÇu ®­îc thÓ hiÖn qua biÓu ®å m« men sau : H-2.5 Lùc t¸c dông lªn dÇm cÇu chñ ®éng khi lùc kÐo cùc ®¹i Thay sè vµo tÝnh to¸n cuèi cïng ta cã : Md = 4910,62 [Nm] Mn = 2619 [Nm] Mx = 2041,2 [Nm] =5927,88 [Nm] - øng suÊt cña dÇm cÇu t¹i mÆt c¾t nguy hiÓm : [2.41] Trong ®ã : Wu – M« men chèng uèn cña mÆt c¾t I – I [m3] vµ [2.42] D = 50 [mm] ; d = 30 [mm] Ta cã : Wu = 10676.10-9 [m3] VËy øng suÊt nguy hiÓm : = 292,68.106 [N/m2] = 292,68 [MPa] - øng suÊt cho phÐp cña dÇm cÇu : DÇm cÇu chÕ t¹o tõ gang rÌn : ; DÇm cÇu thÐp : ; 2.2.4.2 ChÕ ®é lùc phanh cùc ®¹i : - DÇm cÇu chÞu uèn trong mÆt ph¼ng th¼ng ®øng : - DÇm cÇu chÞu uèn trong mÆt ph¼ng n»m ngang : - DÇm cÇu chÞu xo¾n (®o¹n dÇm bÞ xo¾n tÝnh tõ vÞ trÝ ®Æt m©m phanh ®Òn t©m diÖn tÝch b¾t nhÝp) : øng suÊt còng ®­îc x¸c ®Þnh t­¬ng tù nh­ tr­êng hîp lùc kÐo cùc ®¹i . C¸c lùc t¸c dông lªn dÇm cÇu ®­îc thÓ hiÖn qua biÓu ®å m« men sau : H-2.6 Lùc t¸c dông lªn dÇm cÇu chñ ®éng lùc khi phanh cùc ®¹i - MÆt c¾t nguy hiÓm cña dÇm cÇu t¹i vÞ trÝ ®Æt nhÝp víi m« men tæng hîp : - øng suÊt cña dÇm cÇu t¹i mÆt c¾t nguy hiÓm : 2.2.4.3 ChÕ ®é lùc ngang cùc ®¹i : - Ph¶n lùc ph¸p tuyÕn cña ®­êng : [2.43] DÊu (+) ®èi víi b¸nh xe ngoµi vµ dÊu (-) ®èi víi b¸nh xe trong. Khi tÝnh to¸n ta lÊy = 1. Ta cã : Rk = 26843 [N] - Ph¶n lùc ngang cña ®­êng : [2.44] Ta cã : Ykmax = 26843 [N] Trªn biÓu ®å d­íi ®©y biÓu thÞ m« men M’® , M”® do Rk, Ykmax g©y nªn vµ m« men tæng hîp . Tõ biÓu ®å m« men thÊy mÆt c¾t nguy hiÓm lµ mÆt c¾t I – I (vÞ trÝ l¾p b¸nh xe) vµ mÆt c¾t II – II (vÞ trÝ l¾p nhÝp) . - M« men tæng hîp t¹i mÆt c¾t I – I : [2.45] Thay sè ta cã : = 10146,66 [Nm] - M« men tæng hîp t¹i mÆt c¾t II – II [2.46] Thay sè ta cã : = 11515 [Nm] M« men nµy mang dÊu ©m. - VËy øng suÊt t¹i mÆt c¾t nguy hiÓm nhÊt lµ mÆt c¾t II – II : = 382,45 [MPa] §¶m b¶o ®ñ bÒn v× : C¸c lùc t¸c dông lªn dÇm cÇu ®­îc thÓ hiÖn qua biÓu ®å m« men sau : H-2.7 Lùc t¸c dông lªn dÇm cÇu chñ ®éng lùc khi ngang cùc ®¹i 2.2.4.4 ChÕ ®é lùc th¼ng ®øng cùc ®¹i : - Ph¶n lùc th¼ng ®øng cña ®­êng : [2.47] Trong ®ã : kd – HÖ sè t¶i träng ®éng [1,5-1,75], chän kd = 1,70 Ta cã : Rkmax = 11475 [N] - M« men uèn trong mÆt ph¼ng th¼ng ®øng : (l=0,485 m) [2.48] Thay sè ta cã : Md = 5565,37 [Nm] - øng suÊt t¹i c¸c mÆt c¾t nguy hiÓm : [2.49] Thay sè vµo ta cã : 371,49 [MPa] §¶m b¶o ®ñ bÒn v× : Nh­ vËy c¸c chi tiÕt cña cÇu xe ®· tÝnh to¸n vµ chän tho¶ m·n c¸c yªu cÇu cña bµi to¸n thiÕt kÕ . D­íi ®©y lµ mÆt c¾t däc cña cÇu xe chñ ®éng kh«ng dÉn h­íng cña xe chØ huy cã c«ng thøc b¸nh xe 4x4 mµ ®Ò tµi thùc hiÖn : H-2.8 MÆt c¾t däc cÇu xe sau khi thiÕt kÕ