TÍNH TOÁN HỘP SỐ

TÍNH TOÁN HỘP SỐ

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Đức Anh

Lớp: ĐHLT Công nghệ ôtô – K4

1. Tên đề tài: Tính toán thiết kế hộp số cơ khí ôtô
2. Các số liệu ban đầu:

• Loại xe : Vận tải   
• Tự trọng xe: 4000 KG
• Tải trọng xe :8325 KG
• Số chổ ngồi : 03
• Loại động cơ : Xăng
• Xe tham khảo :ôtô Zil-16

3. Nội dung tính toán:

1. Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
2. Lính toán lựa chọn bánh răng hộp số
3. Tính toán truc hộp số
4. Tính toán ổ lăn

4. Bản vẽ:

• Bản vẽ mặt cắt dọc cua trục hộp số: A₀
• Bản vẽ chế tạo của trục thứ cấp hộp số: A₃

TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ

1.Xác định các thông số cơ bản của hộp số:

1.1 Tỷ số truyền số thấp nhất - số cao nhất của hộp số :         

     Giỏ trị tỷ số truyền số thấp nhất i_h1 được xác định theo điều kiện kéo sau:

          (1-1)

Trong đó : G_a- trọng lượng toàn bộ củ xe (N)

                         G_a =8325 (KG) = 8325.9,81= 81668(N)

              =0,30÷0,40:hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường(tra bảng).Chọn =0,33

                        r_bx :bán kính làm việc của bánh xe chủ động .

                                  r_bx =  (mm)

                   Với : B=9 (ich) chiều rộng cơ sở của lốp

                            d=20   (ich) đường kính của bánh xe

              M_emax: mô men quay cực đại của động cơ (xe tham khảo)

                        M_emax =33 (kg.m) =33.9,81=323,7 (N.m)

              : hiệu suất của hệ thống truyền lực

                        Xe thiết kế là xe tải 0,8ữ0,85.  chọn 0,85

              i₀ : tỷ số truyền của truyền lực chớnh.

Giỏ trị tỷ số truyền lực chớnh i_o cựng với tỷ số truyền cao nhất của hộp số i_hn được xác định theo tốc độ chuyển động lớn nhất của xe v­_amax (m/s) ứng với tốc độ góc lớn nhất của động cơ (rad/s) như sau:

                                                         (1-2)

Trong đó : i_hn :giá trị tỷ số truyền cao nhất của hộp số (thường chọn i_hn=1)

                 :tốc độ góc lớn nhất của động cơ ,(rad/s);được xác định theo   loại động cơ và chủng loại xe thiết kế.

                   với động cơ xăng ,xe tải 

ở đây ta chọn

          Với : tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ ,ta cớ

                 (rad/s)

                   V_max : tốc độ tịnh tiến lớn nhất của xe .

                             V_max=75 (km/h) =20,84 (m/s)

Vậy : 

          Thay số vào (1-1) ta được:

Tỷ số truyền số thấp i_h1 được kiểm tra bằng công thức sau:                                    (1-3)

          Trong đó :  hệ số bám giửa lốp với mặt đường , =0,7ữ0,8

                             chọn =0,8

                            : trọng lượng bám của xe ,(N).

                   Với : G_cd :trọng lượng phân bố lên các cầu chủ động , (N).

                                 Cầu trước :G_cd=30%.G_a=81668.0,3=24500,4    (N).

                                 Cầu sau   :  G_cd=70%.G_a=81668.0,7=57167,6   (N).

                             m_cd : hệ số phõn bố lại tải trọng lờn cỏc cầu chủ động.

                                      m_cd =1,20ữ1,35  ,chọn  m_cd =1,30

                             =57167,6.1,30=61650  (N)

          Thay số vào (1-3) ta được :

                   Với i_h1 =6,24 thoả món điều kiện.

1.2 Số cấp hộp số của ụtụ.

          Số cấp hộp số ôtô được xác định theo công thức:

                 (2-1)

          Trong đó :   n   - số cấp hộp số.

                             i_h1 - giỏ trị tỷ số truyền thấp nhất của hộp số .

                                      i_h1 =6,24

                             i_hn – giỏ trị tỷ số truyền của số cao nhất.

                                      i_hn =1

                             q – cụng bội của dóy tỷ số truyền ,khi tớnh toỏn cú thể chọn cụng bội trung bỡnh q theo khoảng kinh nghiệm .Đối với hộp số thường ,xe tải trung bỡnh ,sử dụng động cơ xăng :

                   chọn q=1,5                              (q=1,5ữ1,8)

          Thay số vào (2-1) ta được :

                             4,52

          chọn số nguyờn n=5.

1.3 Tỷ số truyền trung gian của hộp số ụtụ:    

          Đối với xe tải thường làm việc với số truyền trung gian và thấp nên số truyền trung gian được xác lập theo cấp số nhân như sau:

                    =   3,47

                      =   1,84

                   =   1(đây là cấp số truyền thẳng) 

          Để tăng tính động lực học và giảm tiêu hao nhiên liệu cho xe khi chuyển động không tải hoặc có tải trên đưũng chất lượng tốt ta chọn số truyền tăng cho hộp số.

          Giá trị số truyền tăng được chọn trong khoảng : 0,65÷0,85

                   chọn i_h5 = 0,8

1.4     Tỷ số truyền số lùi: (i_l)

    Tỷ số truyền số lùi trong hộp số thường được chọn trong khoảng

i_l= (1,1.........1,3)i_h1

Trong đó:    i_h1- tỷ số truyền tay số 1

Đối với xe này ta chọn tỷ số truyền số lùi như sau:

i_l = 1,1 . 6,24  = 6,86

Chú ý:   Khi chọn tỷ số truyền số lùi ta phải kiểm tra lại điều kiện bám

Số truyền cao nhất của hộp số nªn làm số truyền thẳng hay số truyền tăng là tuỳ thuộc vào thời gian sử dụng. Nªn chọn số truyền làm việc nhiều nhất làm số truyền thẳng để giảm tiªu hao khi truyền lực và tăng tuổi thọ của hộp số

1.5  Xác định kích thước cơ bản của hộp số:

1.5.1 Khoảng cỏch trục:

          Khoảng cách trục là một trong những thông số quan trọng quyết định kích thước cácte hộp số nói chung và kích thước bên trong hộp số nói riêng (như bánh răng ,đồng tốc , ổ bi…).

          khoảng cách trục A ,của hộp số ôtô được xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau:                               (mm)            (4-1)

          Trong đó : k_a  - hệ số kinh nghiẹm cú giỏ trị nằm trong khoảng sau :

                             Đối với xe vận ,tải hộp số thường : k_a=8,6ữ9,6

                                       chọn k_a =9,0

                           M_emax – mô men quay cực đaị của động cơ.

                                      M_emax =33 (Kg.m) =33.9,81=323,7 (N.m)

                             i_h1    - tỷ số truyền thấp nhất của hộp số.

                                      i_h1 =6,24

          Thay số vào (4-1) ta được :

                                           (mm)

          Chọn sơ bộ : A=114 (mm)

1.5.2 Kích thước theo chiều trục cỏc-te hộp số:

          Kích thước theo chiều trục các-te hộp số 1 (mm) nói chung có thể xác định bằng tổng chiều dài (theo chiều trục ) của các chi tiết lắp trên trục trung gian hộp số (hoặc trên trục thứ cấp đối với hộp số 2 trục ).Bao gồm :Chiều rộng của các bánh răng b (mm) ,chiều rộng của các bộ đồng tốc (hoặc ống gài ) H (mm) ,chiều rộng của các ổ đỡ trục B (mm) .Đối với ôtô máy kéo ,các thông số này thường được xác định theo kích thước khoảng cách trục A như sau:

          Chiều rộng bánh răng :

                             b  (0,19 ÷ 0,23 ).A                          Đối với hộp số thường.

                   Chọn  b0,20.A =0,20.114= 22,8 (mm)

          Chiều rộng ổ đỡ :

                             B  (0,20 ÷ 0,25 ).A                         Đối với ôtô vận tải.

                   Chọn  B  0,22.A = 0,22.114 =25,08 (mm).

          Chiều rộng đồng tốc (hoặc ống gài ) có giá trị nằm trong khoảng :

                             H  ( 0,4 ÷ 0,55 )                              Đối với ôtô vận tải .

                   Chọn  H  0,45.A= 0,45.114 =51,3  (mm) .

1.6 Tính toán số răng của các bánh răng hộp số :

1.6.1 Mô đun và góc nghiêng  số răng của bánh răng hộp số :

          Để đảm bảo các bánh răng hộp số ôtô làm việc êm dịu ,xu hướng chọn m_k có giá trị nhỏ ,ngược lại góc nghiêng của răng õ_k thường có giá trị lớn như sau :

          + Môđun:             Xe vận tải : m =3,50ữ 5,0

                                      chọn m =4,0 (mm) .      

          + Gúc nghiờng :    Xe vận tải :  õ = 18⁰ ữ 26⁰.

                                      chọn õ = 26⁰

1.6.2 Số răng của bánh răng hộp số :

          Hộp số Zil-164 là hộp số ba trục ,các số truyền đều phải qua hai cặp bánh răng ; trong đó có một cặp bánh răng được dùng chung cho tất cả các số truyền ( trừ số truyền thẳng )gọi là cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp . Nghĩa là nó luôn luô làm việc với bất kỳ gài số truyền nào ( trừ số truyền thẳng ) .Vỡ vậy khi phõn chia tỷ số truyền cho cặp bỏnh răng này , cần phải có giá trị đủ nhỏ để vừa bảo đảm tuổi thọ cho cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp vừa để cho số răng chủ động cho cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp không được nhỏ quá .

          Theo kinh nghiệm ,số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp của xe tải là : Z₁ =16 ữ 12 (với i_h1=6 ữ 8 ) .

          Xe thiết kế cú i_h1 =6,24 nờn chọn Z_a =17.

          Khi đó chọn được số răng chủ động Z_a của cặp bánh răng gài số ,thỡ ta dễ dàng tớnh được tỷ số truyền i_gi của cặp bánh răng gài đối với hộp số ba trục kiểu đồng trục như sau :

       (5-2 )

          Trong đó :  A - khoảng cách trục.

                                      A =114 (mm).

                             i_gi - tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số một.

                             õ – Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số một (rad)

                                      Chọn õ =26⁰

                             m – Mô đun pháp tuyến của cặp bánh răng gài số một.

                                      Chọn m = 4,0 (mm) .

Suy ra tỷ số truyền của cặp bánh răng truyền động chung (luôn luôn ăn khớp)    

                   Trong đó :   i_a -  tỷ số truyền của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp.

                                      i_hi - tỷ số truyền của cỏc tay số.

                                      i_gi - tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số.

          Từ đó ,suy ra tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số ở các số truyền khác:

                                         Với i =2 ữ n.

          Trong đó :    i_a - tỷ số truyền của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp .

                             i_gi - tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số k (trư số truyền thẳng)

                             i_hi - tỷ số truyền số thứ i (trừ số truyền thẳng ).     

          Khi đó tớnh được i_a và i_gi thỡ số răng của bánh răng chủ động tương ứng Z_a và Z_i ( k=2 ÷ 5 ,trừ số truyền thẳng ) được xác định theop công thức :

                                       (5 – 3 ).

          Trong đó :   i_gi - Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số i, ( i =a,2 ÷n ).

                             Â_i – Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số thứ a,i (rad).

                             M_i – Mô đun pháp tuyến của cặp bánh răng gài số thứ a , i.

          Số răng bị động của các cặp bánh răng ăn khớp tương ứng được xác định theo tỷ số truyền gài số của chính nó và được xác định theo công thức sau :

                                              (5 – 4 ).

                            

Các tay số	ih1	ih2	ih3	ih4	ih5	il
Tỷ số truyền(ihi)	6,24	3,47	1,84	1	0,8	6,86
Tỷ số truyền của cặp bánh (i­gi)	2,90	1,62	0,86	0,47	0,37	3,71
Số răng tính toán (Zi)	13,12	19,55	27,54	34,85	37,40
Số răng làm tròn (Zi)	13	19	27	33	37	21
Số răng tính toán ()	38,05	31,67	23,68	16,38	13,83
Số răng làm tròn ()	37	31	23	17	13	27

          Tớnh chính xác lại khoảng cỏch trục do làm trũn số răng theo công thức sau :

Tỷ số truyền ig	ig1=2,90	ia=2,15	ig2=1,62	ig3=0,86	ig4=0,47	ig5=0,37
Số răng chủ động	13	17	19	27	33	37
Số răng bị động	37	33	31	23	17	13
Mô đun m (mm)	4,0	4,0	4,0	4,0	4,0	4,0
Gúc nghiờng õ	õ1=25050’	õa=25050’	õ2=25050’	õ3=25050’	õ4=25050’	Â5=25050’
Tỷ số truyền hộp số	6,24	2,15	1,84	1	0,8	6,86

+       Số lượng răng của bánh răng tay số lùi:

          Từ sơ đồ thiết kế ta nhận xét tỷ số truyền của bánh răng số lùi được xác định như sau:

Với:   i_l = 6,86 ;    i_a­ = 2,15;    

Để tiện cho quá trình chế tạo ta chọn:        Z₁ = Z_L = 13

Như vậy :

Ta chọn:    Z_L1 = 15 ;     Z_L2 = 13

+       Bề rộng bánh răng

 Để giảm chiều dài của hộp số ta phải giảm chiều rộng làm việc của bánh răng. Khi đó cần tăng khoẩng cách trục để làm giảm lực tác dụng lên các bánh răng nhưng điều đó làm tăng khối lượng của hộp số. Việc giảm chiều rộng răng cũng lam mất ưu điểmcủa bánh răng nghiêng là ăn khớp êm dịu do hệ số trùng khớp giảm xuống. Có thể bù sự giảm hệ số trùng khớp bằng cánh tăng góc nghiêng cua bánh răng nhưng khi đó lam tăng lực dọc trục, tăng lực tác dụng lên ổ bi. Nếu chọn bề rộng làm việc của răng quá lớn cung không hợp lý vì khi đố chiều dài hộp số tăng lên và để đảm bảo khối lượng của hộp số không thay đổi thì ta phải giảm khoảng cách trục. Điều này dẫn đến giảm độ cứng vững của các trục và giảm đường kính ngoài ổ bi, trong khi tải trọng tác dụng lên các trục và ổ lại tăng lên. Vì những lý do trên nên ta chọn khoảng rộng bánh răng theo công thức sau là hợp lý trong điều kiện của các ổ bi và các vật liệu chế tạo cũng nhu trình độ công nghệ hiện nay.

          b_w = 0,22 . A = 0,22 . 114 = 25,08 (mm)

Để tiện trong quá trình chế tạo ta chọn:     b_w = 25 (mm)

+       Tính khoảng cách trục giữa trục đảo chiều và trục chính: