Btl Nhóm 2 Pdf.pdf

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
----------

BÀI TẬP LỚN
THIẾT KẾ TÍNH TỐN
TRÊN Ơ TƠ
Giảng viên hướng dẫn

: ……………………………….

Sinh viên thực hiện

: ……………………………….

Tên lớp

: ……………………………….

Khóa

: ……………………………….

Hà Nội 2022


BÀI TẬP LỚN NHÓM 2

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................... 1
1.1: Các thông số kỹ thuật của xe tham khảo: ............................................. 1

1.2: Giới thiệu chung về hộp số ...................................................................... 1
1.2.1: Công dụng ........................................................................................... 2
1.2.2: Yêu cầu ................................................................................................ 2
1.2.3: Phân loại.............................................................................................. 3
1.2.4: Hộp số 2 trục....................................................................................... 3
1.2.5: Hộp số 3 trục....................................................................................... 7
1.2.6: Cơ cấu đồng tốc .................................................................................. 7
1.2.7: Cơ cấu đồng tốc kiểu 2,3 mặt côn ................................................... 12
1.2.8: Cơ cấu đồng tốc kiểu khơng có khóa ............................................. 12
1.2.9: Cơ cấu chuyển số .............................................................................. 13
1.2.10: Cơ cấu tránh ăn khớp kép ............................................................ 14
1.2.11: Cơ cấu tránh gài nhầm số lùi ........................................................ 16
1.2.12: Cơ cấu khóa chuyển số .................................................................. 17
1.2.13: Ống trượt gài số ............................................................................. 17
1.2.14: Cơ cấu khóa số lùi .......................................................................... 18
1.2.15: Cơ cấu dẫn động hộp số ................................................................ 19
1.2.16: Hộp số phụ ...................................................................................... 19
1.2.17: Hộp phân phối:............................................................................... 20
CHƯƠNG 2: TÍNH - LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ................... 21
2.1: Tính tốn thiết kế hộp số ....................................................................... 21
2.1.1: Tính tỷ số truyền hộp số .................................................................. 21
2.1.2: Khoảng cách trục ............................................................................. 22


BÀI TẬP LỚN NHÓM 2

2.1.3: Modun các bánh răng hộp số .......................................................... 22
2.1.4: Góc nghiêng răng β .......................................................................... 22
2.1.5: Số răng của các bánh răng .............................................................. 23
2.1.6: Xác định lại chính xác tỷ số truyền và khoảng cách trục hộp số 25

2.2: Lựa chọn phương án thiết kế ................................................................ 27
2.2.1: Giới thiệu một số hộp số cơ khí thường được dùng trên ô tô hiện
nay ................................................................................................................ 27
2.2.2: Hộp số 3 trục..................................................................................... 27
2.2.3: Hộp số 2 trục..................................................................................... 30
2.2.4: Quan điểm thiết kế ........................................................................... 32
2.2.5: Kết luận về phương án thiết kế....................................................... 33
CHƯƠNG 3: KIỂM BỀN CÁC CHI TIẾT CƠ BẢN CỦA HỘP SỐ ......... 38
3.1: Dịch chỉnh góc bánh răng ..................................................................... 38
3.1.1: Giải pháp........................................................................................... 38
3.1.2: Tính bền bánh răng ......................................................................... 48
3.1.2.1: Chế độ tải trọng để tính tốn hộp số ...................................... 48
3.1.2.2: Tính bền bánh răng ................................................................. 50
3.2: Tính tốn trục hộp số ............................................................................ 53
3.2.1: Tính sơ bộ trục, kích thước trục hộp số......................................... 53
3.2.2: Tính bền trục .................................................................................... 53
3.3: Tính toán ổ lăn ....................................................................................... 66
3.3.1: Tải trọng tác dụng lên ổ lăn trục thứ cấp ...................................... 68
3.3.2: Đối với trục trung gian .................................................................... 70
3.3.3: Đối với trục sơ cấp ........................................................................... 71
NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN ........................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 73


BÀI TẬP LỚN NHĨM 2

LỜI NĨI ĐẦU
Ơ tơ 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 cơng nghiệp
ô tô đang là vấn đề quan tâm của nhà nước. Cùng với q trình phát triển của

nghành cơng nghiệp ơ tơ thì càng có nhiều nhà máy ơ tơ 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 ơ
tơ. 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 tơ, 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.
Trong bài tập lớn này Nhóm 2 chúng em được giao đề tài: tính tốn 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.
Nhóm 2 xin trân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo
Hồng Quang Tuấn trong bộ mơn Thiết kế tính tốn ơ tơ – Trường đại học Cơng
Nghiệp Hà Nội đã giúp đỡ Nhóm 2 chúng em hồn thành bài tập lớn này.
Hà Nội, ngày

,tháng

,năm 2022

Nhóm sinh viên:


BÀI TẬP LỚN NHĨM 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1: Các thơng số kỹ thuật của xe tham khảo:
Thơng số

TT

Xe ZIL130

Đơn vị

1

Kích thước bao: dài, rộng, cao

6500 - 2660 - 2400

mm

2

Chiều dài cơ sở

3800

mm

Khối lượng bản thân ô tô

4300

kg

- phân bố lên cầu trước

2120

kg

-phân bố lên cầu sau

2180

kg

9525

kg

-Cẩu trước

2645

kg

- Cầu sau

6880

kg

3

Khối lượng tồn bộ
4

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

150

độ

9

Mô men xoắn cực đại của động cơ

410

N/m

10

Tỷ số truyền của truyền lực chính

i0=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


BÀI TẬP LỚN NHĨM 2

1.2.1: Cơng 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 mơ 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 ơ tơ.

Hình 1: Ảnh hộp số
1.2.2: Yêu cầu
Hộp số cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
 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
2


BÀI TẬP LỚN NHÓM 2

động. Hạn chế các xung lực và mơ 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 cơng suất để dẫn động các thiết bị khác.
1.2.3: Phân loại
Hộp số cơ khí là một bộ phận để tăng và giảm tốc độ của động cơ bằng bánh
răng và biến đổi nó thành mơmen quay để truyền đến các bánh xe dẫn động.
Theo cách bố trí với bánh xe chủ động được phân loại thành:
- Hộp số 2 trục (hộp số ngang),
- Hộp số 3 trục (hộp số dọc)
1.2.4: Hộp số 2 trục
 Cấu tạo hộp số 2 trục gồm:
-Trục sơ cấp nhận mô men xoắn trực tiếp từ động cơ;
- Trục thứ cấp truyền mô men xoắn đến bánh răng chủ động;
- Các cặp bánh răng ăn khớp trên 2;
- Bánh răng số lùi được bố trí ở vị trí riêng biệt và lắp cố định trên trục di động.

3


BÀI TẬP LỚN NHÓM 2



Hoạt động của hộp số 2 trục

(1) Vị trí số trung gian
Cơng suất từ động cơ không được truyền từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp,
nên cũng không truyền sang bộ vi sai.
Mũi tên xanh: Truyền công suất.
Mũi tên đỏ: Chiều quay.
P/s: Độ dài của mũi tên thể hiện tốc độ quay còn chiều rộng của mũi tên thể

hiện mômen quay.
Mũi tên càng dài, tốc độ quay càng lớn, còn chiều rộng của mũi tên càng
rộng mômen quay càng lớn.

4


BÀI TẬP LỚN NHÓM 2

(2) Tay số 1
Bánh răng của trục thứ cấp ăn khớp với bánh răng số 1 của trục sơ cấp
truyền công suất đến bộ vi sai qua bánh răng dẫn vi sai.
Mũi tên xanh: Truyền công suất.
Mũi tên đỏ: Chiều quay.

(3) Tay số 3
Bánh răng trục thứ cấp đang quay ăn khớp với bánh răng số 3 của trục sơ
cấp truyền công suất đến bộ vi sai qua bánh răng dẫn vi sai.
Mũi tên xanh: Truyền công suất.
Mũi tên đỏ: Chiều quay.
5


BÀI TẬP LỚN NHÓM 2

(4) Số lùi
Gài khớp bánh răng trung gian số lùi với bánh răng số lùi của trục sơ cấp.
Gài khớp bánh răng của trục thứ cấp với bánh răng trung gian số lùi truyền
công suất để quay ngược chiều đến bộ vi sai qua bánh răng dẫn vi sai.
Mũi tên xanh: Truyền công suất

Mũi tên đỏ: Chiều quay
Mũi tên tím: Chiều quay của bánh răng đảo chiều lồng không

6


BÀI TẬP LỚN NHÓM 2

1.2.5: Hộp số 3 trục
Trục sơ cấp và trục thứ cấp được bố trí trên cùng một đường tâm và bánh
răng đảo chiều liên kết trục sơ cấp và trục thứ cấp để truyền công suất.
Trục trung gian chứa các bánh răng số được đúc liền với trục.

1.2.6: Cơ cấu đồng tốc
• Nhiệm vụ: Cơ cấu đồng tốc có nhiệm vụ làm cho việc sang số được êm
dịu. Người ta gọi cơ cấu này là “cơ cấu đồng tốc” vì hai bánh răng có tốc độ quay
khác nhau được lực ma sát làm đồng tốc trong khi chuyển số.

7


BÀI TẬP LỚN NHĨM 2

• Cấu tạo cơ cấu đồng tốc:
- Vòng đồng tốc;
- Ống trượt gài số;
- Moay ơ đồng tốc;
- Khóa chuyển số;
- Lị xo khóa;
- Bánh răng số.

8


BÀI TẬP LỚN NHĨM 2

• Ngun lý làm việc của cơ cấu đồng tốc:
(1) Vị trí số trung gian:
Mỗi bánh răng số được vào khớp với bánh răng bị động tương ứng và chạy
lồng khơng trên trục.

(2) Giữa q trình đồng tốc:
Khi dịch chuyển tiếp cần chuyển số, lực đặt lên ống trượt sẽ thắng lực
lị xo của khố chuyển số và ống trượt trùm lên phần nhô ra của khoá này.

9


BÀI TẬP LỚN NHĨM 2

(3) Bắt đầu q trình đồng tốc:
Khi dịch chuyển cần chuyển số, cần chuyển số nằm trong rãnh trong ống
trượt, dịch chuyển theo chiều mũi tên.
Vì phần nhơ ra ở tâm của khố chuyển số được gài vào rãnh của ống
trượt, khoá chuyển số cũng dịch chuyển theo chiều mũi tên cùng một lúc,
và đẩy vòng đồng tốc vào mặt côn của bánh răng số, bắt đầu quá trình đồng
tốc.

(4) Kết thúc quá trình đồng tốc:
Lực đang tác dụng lên vòng đồng tốc trở nên mạnh hơn và đẩy phần côn

của bánh răng số. Điều này làm đồng bộ tốc độ của bánh răng số với tốc độ
của ống trượt gài số. Khi tốc độ của ống trượt gài số và bánh răng số trở nên
bằng nhau, vòng đồng tốc bắt đầu quay nhẹ theo chiều quay này. Do đó, các
then của ống trượt gài số ăn khớp với các rãnh then của vòng đồng tốc.

10


BÀI TẬP LỚN NHÓM 2

(5) Kết thúc việc chuyển số:
Sau khi then của ống trượt gài số ăn khớp với rãnh then của vòng đồng
tốc, ống trượt tiếp tục dịch chuyển và ăn khớp với rãnh then của bánh răng
số. Khi đó, việc chuyển số sẽ kết thúc.

11


BÀI TẬP LỚN NHÓM 2

1.2.7: Cơ cấu đồng tốc kiểu 2,3 mặt côn
- Cấu tạo đồng tốc 3 mặt côn gồm: vịng đồng tốc ngồi, vịng giữa và vịng
trong.
- Hoạt động:
Khi khố chuyển số đẩy vịng ngồi và vịng giữa hình thành một mặt
cơn đơn, rồi vịng giữa và vịng trong trở thành một mặt cơn đơn. Ngồi ra,
vịng trong và bánh răng trở thành một phần mặt côn đơn, vì vậy cả ba mặt
cơn này tạo ra lực ma sát.
Do đó, khả năng triệt tiêu độ chênh lệch tốc độ quay giữa các bánh
răng sẽ lớn và quá trình đồng tốc sẽ diễn ra được êm.

- Cơ cấu ăn khớp đồng tốc kiểu hai mặt côn: về cơ bản cũng giống như cơ
cấu đồng tốc kiểu 3 mặt côn ngoại trừ là nó khơng tạo ra đồng tốc giữa vòng
trong và cụm bánh răng.

1.2.8: Cơ cấu đồng tốc kiểu khơng có khóa
Cơ cấu đồng tốc kiểu này có lị xo đóng vai trị của khóa chuyển số
12


BÀI TẬP LỚN NHĨM 2

Cấu tạo:
(1) Ống trượt: Có ba phần nhô ra được xoi bên trong ống moayơ để đẩy lị
xo khố trong q trình đồng tốc hố.
(2) Moay ơ đồng tốc: Chung quanh moayơ đồng tốc có 3 vấu để hãm chặt
vịng đồng tốc và lị xo khố
(3) Lị xo khố: có bốn vấu, một vấu để hãm chặt bản thân lò xo, còn ba
vấu kia giữ các khố chuyển số.
(4) Vịng đồng tốc: Có ba rãnh để gài các vấu của lị xo khố tại ba điểm
dọc theo chu vi của vòng. Một đoạn của rãnh xoi này được vát mép.

1.2.9: Cơ cấu chuyển số
Trục cần chuyển và chọn số được đặt ở các góc bên phải của các trục càng
chuyển số ở phía trên của vỏ hộp số. Người ta áp dụng cơ cấu tránh ăn khớp hai
số (kép) và cơ cấu tránh gài nhầm số lùi. Người ta cũng áp dụng cơ cấu khoá
chuyển số và cơ cấu khoá số lùi trên trục càng gạt số.
13


BÀI TẬP LỚN NHÓM 2

1.2.10: Cơ cấu tránh ăn khớp kép
(1) Nhiệm vụ:
Cơ cấu này để tránh khả năng gài hai số cùng một lúc. Khi đồng thời dịch
chuyển hai càng gạt số, chúng sẽ ăn khớp trong khi chọn và các bánh răng bị
gài hai số.
(2) Cấu tạo:
Một bu lơng được bố trí để ngăn khơng cho tấm khố càng gạt số quay làm cho
trục cần chuyển và chọn số chỉ trượt đi theo chiều được chọn.

14


BÀI TẬP LỚN NHÓM 2

(3) Hoạt động của cơ cấu tránh ăn khớp kép
Tấm khố càng gạt số ln ln cài vào hai trong số ba khe ở đầu càng gạt
số và khoá tất cả các càng gạt số, trừ bánh răng phải sử dụng.
Chẳng hạn như khi đặt cần chuyển số vào bánh răng số 1 hoặc số 2, tấm
khoá càng gạt số và cần chuyển số bên trong No.1 dịch chuyển sang bên phải
như trình bầy ở sơ đồ bên trái. Tấm khố càng gạt số ngăn khơng cho các đầu
càng gạt số 3/số 4 và số 5/số lùi dịch chuyển, do đó chỉ có đầu càng gạt số 1/số
2 có thể dịch chuyển.

15


BÀI TẬP LỚN NHÓM 2

1.2.11: Cơ cấu tránh gài nhầm số lùi

Nếu cài hộp số sang số lùi trong khi xe đang chạy, có thể làm vỡ ly hợp và
hộp số ngang kiểu thường và đồng thời khoá cứng các lốp xe, gây ra tình trạng rất
nguy hiểm. Do đó, người ta bố trí cơ cấu này để người lái buộc phải chuyển về vị
trí số khơng trước khi gài số lùi.

16


BÀI TẬP LỚN NHĨM 2

1.2.12: Cơ cấu khóa chuyển số
Có ba rãnh xoi trên mỗi trục càng gạt số, và lị xo đẩy viên bi khố vào rãnh
khi chuyển số. Điều này không những ngăn chặn hộp số bị nhảy số mà cịn làm
cho người lái có cảm giác rõ rệt hơn đối với việc chuyển số.

1.2.13: Ống trượt gài số
Để tránh không bị nhảy số, người ta vát côn then hoa giữa ống trượt và bánh
răng số để tạo thành một cạnh vát và làm cải thiện sự ăn khớp giữa ống trượt và
bánh răng số.
Với cùng mục đích này, người ta vát côn các bánh răng đầu vào, trung gian
và số lùi một chút.
(1) Khi lực dẫn động được truyền từ bánh răng vào ống trượt: Các then
trên bánh răng ăn khớp với tất cả các rãnh then hoa của ống trượt.
(2) Khi lực dẫn động được truyền từ ống trượt vào một bánh răng
(trong khi phanh bằng động cơ): Một số ít hơn then bánh răng sẽ ăn khớp với
17


BÀI TẬP LỚN NHÓM 2

ống trượt. Điều này làm tăng áp lực ăn khớp của ống trượt và bánh răng, do đó
tránh cho hộp số khơng nhảy số.

1.2.14: Cơ cấu khóa số lùi
Có một rãnh ở mặt trên của càng gạt số lùi, một lị xo đẩy viên bi khố vào
rãnh này. Khi hộp số không được cài số lùi, rãnh này ngăn không cho bánh răng
trung gian số lùi dịch chuyển. Ngoài ra, khi hộp số được chuyển sang số lùi, nó
cịn báo cho người lái biết các bánh răng đã vào khớp hoàn toàn.

18


BÀI TẬP LỚN NHÓM 2

1.2.15: Cơ cấu dẫn động hộp số
Loại điều khiển trực tiếp: loại này lắp cần chuyển số trục tiếp trên hộp số,
thường được dùng ở các xe FR vì thao tác nhanh, dễ bố tri.
Loại điều khiển gián tiếp: loại này liên kết cần chuyển số với hộp số bằng
dây cáp hoặc thanh dẫn động. Loại này thường dùng ở các xe FF có đặc điểm là ít
rung động và có thể dễ dàng thiết kế vị trí cần chuyển số.
1.2.16: Hộp số phụ
Hộp số phụ để tăng thêm tỷ số truyền cho HTTL, tăng them lực kéo ở bánh
xe chủ động nhằm khắc phục lực cản lớn của mặt đường.
Hộp số phụ được đặt tách rịi với hộp số chính, tỷ số truyền giảm của hộp
số phụ từ 1,4 đến 2,7, đối với tỷ số truyền tăng từ 0,7 đến 0,9.

19


BÀI TẬP LỚN NHÓM 2

1.2.17: Hộp phân phối:
Dùng để phân phối mơ men quay truyền từ hộp số chính đến các cầu chủ
động. Ngồi ra cịn có nhiệm vụ tăng them lực kéo cho bánh xe chủ động.
Hộp phân phối được dùng trên xe có nhiều cầu chủ động và được đặt tách
với hộp số chính.

20


BÀI TẬP LỚN NHĨM 2

CHƯƠNG 2: TÍNH - LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1: Tính tốn thiết kế hộp số
2.1.1: Tính tỷ số truyền hộp số
Trong trường hợp hộp số có trục sơ cấp và thứ cấp đồng trục thì ở tay số
truyền cuối cùng tay số 5 người ta chọn ih5 = 1 (số truyền thẳng).
Tỷ số truyền ở tay số 1 được tính theo điều kiện cản và điều kiện bám của xe:
- Theo điều kiện cản: ih1 
- Theo điều kiện bám: ih1 

 max .G.rb

M e max .i0 .i fc .t

m.G ..rb
M e max .i0 .i fc .t

+ G: trọng lượng tồn bộ của ơ tơ:
G = 95250 (N)

+  max : hệ số cản lớn nhất.
 max  f  tg  0, 02  tg160  0,31

+ G : trọng lượng của ô tô phân bố lên cầu chủ động
G =68800 (N)

+  : hệ số bám của bánh xe chủ động với mặt đường.
Chọn

 = 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
21