tiểu luận cơ khí về bộ visai ô tô

Phần 1. Giới thiệu chung
1.1. Giới thiệu bộ vi sai
Bộ vi sai là một thiết bị dùng để chia mô men xoắn của động cơ thành hai đường,
cho phép hai bên bánh xe quay với hai tốc độ khác nhau. Chúng ta có thể tìm thấy bộ
vi sai ở tất cả các xe hơi và xe tải hiện đại, và đặc biệt ở các xe bốn bánh chủ động
hoàn toàn. Mỗi cầu chủ động của những xe này đều cần một bộ vi sai và đương nhiên
giữa bánh trước và bánh sau cũng cần vì khi vào cua, quãng đường mà bánh trước và
sau đi được cũng khác nhau.
Cơ cấu vi sai:
Hình 1. Bản vẽ cơ cấu vi sai
Bộ vi sai trên xe có ba nhiệm vụ chính sau:
- Truyền mô men của động cơ tới các bánh xe.
- Đóng vai trò là cơ cấu giảm tốc cuối cùng trước khi mô men xoắn truyền tới các
bánh xe.
- Truyền mô men tới bánh xe trong khi cho phép chúng quay với tốc độ khác nhau
.
chức năng ứng sử của hệ thống
+ Ưu điểm của cơ cấu:
Ưu điểm của vi sai thể hiện rất rõ, nhờ nó mà ta có thể di chuyên bằng xe linh
động trên các đoạn đường cong, dốc, nghiêng …
+ nhược điểm:
Khi xe chuyển động trên đường xấu, một bánh bám dính tốt còn một bánh nằm
trên vũng lầy, khi đó dù ta co ga tăng tốc, bánh xe quay nhanh thì xe vẫn nằm ì tại chỗ.
+ Phạm vi ứng dụng:
Bộ vi sai là cơ cấu không thể thiếu trong các loại xe 4 bánh, như oto, xe tải, nó
là phát minh quan trọng để tạo ra những chuyển động linh hoạt cho oto
1.2 Cấu tạo và quy trình tháo lắp cơ cấu vi sai trong mô hình hộp số visai otô tại
phòng thí nghiệm cơ khí động lực – Trung tâm thí nghiệm trường ĐHKTCN
- Bước 1: Rút thanh định tâm ra rồi tháo rời 2 bánh xe

Hình 2. Bánh xe

- Bước 2: Vặn ốc đinh vị 3 bánh răng nón trong cần c rồi tháo ra

a)

b)
Hình 3. a) Cặp bánh răng nón trong cần C
b) Ốc định vị
Bước 3: tháo cần c có gắn cứng bánh răng nón lớn ra khỏi khung và tháo các bộ phận
còn lại:

a) b)
Hình 4. a) Bánh răng nón lớn
b) Tay quay
c), Khung

c)
Từ các số liệu đo đạc được trong quá trình tháo lắp thực tế ta có bản vẽ của các chi
tiết:
Hình 5. Bản vẽ lắp
1.3 Ngyên lý hoạt động
Vi sai là cơ cấu với 1 đầu vao và cho ta 2 đâu ra. Nó thể hiện lợi ích rõ nhất khi
xe đi trên đường cong hoặc phải cua xe, khi đó với 1 momen truyền vào bánh răng đầu
vào thì 2 bánh xe quay với 2 tốc độ khác nhau
- Khi xe chạy trên đường thẳng thì mọi lực cản đều tác động lên cả 2 bánh xe, khi
đó bánh răng lớn gắn cứng trên cần c, bánh răng vi sai và bánh răng bán trục
đều quaynhư một khối liền để truyền lực dẫn động
- Khi xe chạy trên đường vòng, tốc độ 2 bánh khác nhau, khi đó bánh răng vi sai
phải quay cùng cần c sao cho tốc của 2 bánh răng bán trục khác nhau.
1.4 . một số loại vi sai:
- vi sai mở: là loại vi sai đơn gian nhất mà ta đang nghiên cứu. nó mang theo rất

nhiều ưu điểm, dễ chế tạo, nhưng nó cũng có nhiều nhược điểm như đã phân
tích ở trên
- Vi sai khoá locking: Bộ vi sai khoá rất hữu ích trong trường hợp chiếc xe của
bạn chạy trên đường rất xấu. Kết cấu của nó cũng giống với loại vi sai mở
nhưng được kết hợp thêm cơ cấu thuỷ lực, khí nén hoặc điện để khoá các bánh
răng đầu ra lại với nhau. Cơ cấu vi sai này được điều khiển đóng mở chủ yếu
bằng công tắc và khi nó hoạt động các bánh xe đều quay với cùng một tốc độ
như nhau.
- Vi sai Torsen: là một thiết bị cơ khí hoàn toàn, nó không được điều khiển bằng
điện tử, không có ly hợp và cũng không có tý chút thuỷ lực nào.
Vi sai Torsen (kết hợp từ “torque” và “sensing”, có nghĩa là cảm biến mô
men) làm việc như một bộ vi sai mở khi giá trị mô men của mỗi bánh xe là cân
bằng. Thế nhưng ngay sau khi một bánh xe nào đó mất lực bám, sự khác nhau
về mô men dẫn đến các bánh răng trong bộ vi sai Torsen kết nối với nhau. Việc
thiết kế các bánh răng trong bộ vi sai sẽ quyết định đến tỷ số chênh lệch mô
men. Ví dụ, nếu một bộ vi sai Torsen đặc biệt được thiết kế với tỷ số chênh lệch
5:1, nó sẽ có khả năng cung cấp mô men xoắn cho bánh xe có lực bám tốt lớn
gấp 5 lần bánh xe bị trượt.
1.5 . Sửa chữa và bảo dưỡng
Bộ truyền động vi sai trong ôtô của bạn đóng vai trò rất quan trọng trong những
khúc cua ngoặt trên đường phố. Một chi tiết cơ khí "thông minh" được các nhà sản
xuất đúc kết kinh nghiệm trong hàng chục năm để đưa ra một giải pháp tối ưu nhất cho
chiếc ôtô của bạn giữ được thế cân bằng khi rẽ vào nhưng ngã ba ngã tư lắt léo. Để
chăm sóc cho chi tiết tinh vi này, bạn nên quan tâm đến mức độ và chất lượng dầu cho
những bánh răng nhỏ bé trong bộ phận này
Trước khi nghĩ đến việc thay dầu cho bộ vi sai, ta phải biết chiếc xe mình có cầu
trước hay cầu sau. Để phân biệt ta có thể nhìn máy và gầm xe. Nếu xe có bộ cản sốc ở
bên cạnh máy và ở sát bánh trước xe có một ống đệm cao su thì xe của bạn là xe cầu
trước. Ngược lại, ở trước máy bộ tản nhiệt và mộ hộp kim loại tròn ở phần giữa trục
cuối 2 bánh thì xe của bạn có cầu sau.

Hình 6. Bộ cản sốc
Sau khi định vị được bộ vi sai, muốn thay được dầu, bạn phải kích xe lên đủ
tầm rồi mới tìm chốt dầu, từ từ vặn ngược chiều kim đồng hồ mở nó ra. Chú ý, chỉ
đứng bên dưới gầm xe khi sử dụng loại kích dành cho ôtô.
Dầu trong bộ vi sai khi đủ thường mấp mé dưới lỗ chốt dầu, ta có thể kiểm tra
bằng tay. Nếu kiểm tra dầu thấy thường thấp hơn bình thường, xung quanh hộ vi sai
ẩm nhớt, có thể hộp vi sai đang bị rò rỉ.
Hình 7. Cơ cấu vi sai trong thực tế
Ngoài ra còn có thể kiểm tra chất lượng dầu qua mùi của nó. Dầu nhớt khi qua sử
dụng thường có mùi trứng thối (mùi của hợp chất sulfur). Khi còn mùi đó nghĩa là dầu
của bạn vẫn còn sử dụng được, còn không bạn nên thay dầu ngày tức khắc.
Để thay dầu ta phải có máy bơm dầu chuyên dụng. Và nên nhớ phải thay đúng
loại dầu dùng cho bộ vi sai. Khi thấy dầu bắt đầu rỉ ra khỏi lỗ dầu nghĩa là bạn đã bơm
đủ lượng cần thiết.
Công việc cuối cùng là vặn chốt dầu và lau chùi sạch sẽ xung quanh.
Phần 2. Tính toán
2.1. Phân tích động học cơ cấu
2.1.1. Dựng lược đồ cơ cấu
Hình 8. Dựng sơ đồ tính toán
+)Ta có
1 2 3
12 1 2
2 3 1
1 2
c
c
c
c
z z
i

z z
ω ω
ω ω ω
ω ω
−
= = − = − ⇒ + =
−
+)Khi xe chạy thẳng
1 2 c
ω ω ω
= =
+)Khi xe chạy vòng vận tốc dài bánh 1, bánh 2 khác nhau nhưng thỏa mãn
1 2
1
2
bxe bxe
r r
R
R r r
ω ω
ω
ω
= => =
⇒
1
2
1
c
R
r

ω
ω
=
+

2
2
1
c
R
R
r
r
ω
ω
=
+
2.1.2. Tính bậc tự do, xếp loại cơ cấu
+) Bậc tự do của cơ cấu:
Trong không gian, bậc tự do của cơ cấu có công thức tính như sau:
5 4
w 6 (5 )n p p= − +
- Số khâu động : n=4
- Số khớp loại 5:
5
p
=4
- Số khớp loại 4:
4
p

=2
- số ràng buộc trùng
0
R
=0
w 6.4 (5.4 2) 2
= − + =
=>> Vậy cơ cấu ta đang nghiên cứu có 2 bậc tự do
2.2. Tính thiết kế cặp bánh răng côn trong cần C bằng inventor

Hình 9. Chọn số răng 2 bánh, modul,bề rộng bánh lớn
Hình10. Chọn thông số cho bánh 1 và chọn vật liệu
Hình 11.Chọn factors(các yếu tố)
Hình 12.Chọn độ chính xác
Sau khi chọn đầy đủ thông số ta chon calculate tính thử thấy thông số thỏa mãn
yêu cầu làm việc ta nhấn vào results và inventor cho kết quả như sau:
Project Info
Guide
Unit Corrections Guide - User
Type of Load Calculation - Torque calculation for the specified power and speed
Type of Strength Calculation - Check Calculation
Method of Strength Calculation - ISO 6336:1996
Common Parameters
Gear Ratio i 1.3333 ul
Tangential Module m
et
3.000 mm
Helix Angle β 0.0000 deg
Tangential Pressure Angle α
t

25.0000 deg
Shaft Angle Σ 90.0000 deg
Normal Pressure Angle at End α
ne
25.0000 deg
Contact Ratio ε 1.4436 ul
Limit Deviation of Axis Parallelity f
x
0.0070 mm
Limit Deviation of Axis Parallelity f
y
0.0035 mm
Virtual Gear Ratio i
v
1.778 ul
Equivalent Center Distance a
v
62.604 mm
Virtual Center Distance a
n
62.604 mm
Pitch Cone Radius R
e
37.500 mm
Pitch Cone Radius in Middle Plane R
m
30.050 mm
Gears
Gear 1 Gear 2
Type of model Component Component

Number of Teeth z 15 ul 20 ul
Unit Correction x 0.0000 ul -0.0000 ul
Tangential Displacement x
t
0.0000 ul -0.0000 ul
Pitch Diameter at End d
e
45.000 mm 60.000 mm
Pitch Diameter in Middle Plane d
m
36.060 mm 48.080 mm
Outside Diameter at End d
ae
49.800 mm 63.600 mm
Outside Diameter at Small End d
ai
30.013 mm 38.330 mm
Root Diameter at End d
fe
39.240 mm 55.680 mm
Vertex Distance A
e
28.200 mm 20.100 mm
Vertex Distance at Small End A
i
16.995 mm 12.114 mm
Pitch Cone Angle δ 36.8699 deg 53.1301 deg
Outside Cone Angle δ
a
41.4438 deg 57.7040 deg

Root Cone Angle δ
f
31.3863 deg 47.6465 deg
Facewidth b 14.900 mm
Facewidth Ratio b
r
0.3973 ul
Addendum a* 1.0000 ul 1.0000 ul
Clearance c* 0.2000 ul 0.2000 ul
Root Fillet r
f
* 0.3000 ul 0.3000 ul
Whole Depth of Tooth h
e
6.600 mm 6.600 mm
Tooth Thickness at End s
e
4.712 mm 4.712 mm
Chordal Thickness t
c
3.871 mm 3.871 mm
Chordal Addendum a
c
2.098 mm 2.098 mm
Limit Deviation of Helix Angle F
β
0.0070 mm 0.0070 mm
Limit Circumferential Run-out F
r
0.0120 mm 0.0120 mm

Limit Deviation of Axial Pitch f
pt
0.0055 mm 0.0055 mm
Limit Deviation of Basic Pitch f
pb
0.0050 mm 0.0050 mm
Equivalent Number of Teeth z
v
18.750 ul 33.333 ul
Equivalent Pitch Diameter d
v
45.075 mm 80.133 mm
Equivalent Outside Diameter d
va
49.883 mm 84.941 mm
Equivalent Base Circle Diameter d
vb
40.852 mm 72.625 mm
Unit Correction without Tapering x
z
0.2037 ul -0.4897 ul
Unit Correction without Undercut x
p
-0.6476 ul -1.9500 ul
Unit Correction Allowed Undercut x
d
-0.8188 ul -2.1211 ul
Addendum Truncation k 0.0000 ul 0.0000 ul
Unit Outside Tooth Thickness s
a

0.5029 ul 0.5571 ul

Loads
Gear 1 Gear 2
Power P 0.500 kW 0.490 kW
Speed n 500.00 rpm 375.00 rpm
Torque T 9.549 N m 12.478 N m
Efficiency η 0.980 ul
Tangential Force F
t
529.634 N
Normal Force F
n
584.386 N
Radial Force (direction 1) F
r1
197.578 N 148.183 N
Radial Force (direction 2) F
r2
197.578 N 148.183 N
Axial Force (direction 1) F
a1
148.183 N 197.578 N
Axial Force (direction 2) F
a2
148.183 N 197.578 N
Circumferential Speed v 0.944 mps
Resonance Speed n
E1
50955.914 rpm

Material
Gear 1 Gear 2
30CrV9 30CrV9
Ultimate Tensile Strength S
u
800 MPa 800 MPa
Yield Strength S
y
600 MPa 600 MPa
Modulus of Elasticity E 206000 MPa 206000 MPa
Poisson's Ratio μ 0.300 ul 0.300 ul
Bending Fatigue Limit σ
Flim
705.0 MPa 705.0 MPa
Contact Fatigue Limit σ
Hlim
1180.0 MPa 1180.0 MPa
Hardness in Tooth Core JHV 210 ul 210 ul
Hardness in Tooth Side VHV 800 ul 800 ul
Base Number of Load Cycles in Bending N
Flim
3000000 ul 3000000 ul
Base Number of Load Cycles in Contact N
Hlim
100000000 ul 100000000 ul
W?hler Curve Exponent for Bending q
F
9.0 ul 9.0 ul
W?hler Curve Exponent for Contact q
H

10.0 ul 10.0 ul
Type of Treatment type 8 ul 8 ul
Strength Calculation
Factors of Additional Load
Application Factor K
A
1.000 ul
Dynamic Factor K
Hv
1.011 ul 1.011 ul
Face Load Factor K
Hβ
1.546 ul 1.357 ul
Transverse Load Factor K
Hα
1.000 ul 1.000 ul
One-time Overloading Factor K
AS
1.000 ul
Factors for Contact
Elasticity Factor Z
E
189.812 ul
Zone Factor Z
H
2.285 ul
Contact Ratio Factor Z
ε
0.923 ul
Bevel Gear Factor Z

k
0.850 ul
Single Pair Tooth Contact Factor Z
B
1.066 ul 1.000 ul
Life Factor Z
N
1.000 ul 1.000 ul
Lubricant Factor Z
L
0.965 ul
Roughness Factor Z
R
1.000 ul
Speed Factor Z
v
0.951 ul
Helix Angle Factor Z
β
1.000 ul
Size Factor Z
X
1.000 ul 1.000 ul
Factors for Bending
Form Factor Y
Fa
2.426 ul 2.108 ul
Stress Correction Factor Y
Sa
1.669 ul 1.794 ul

Teeth with Grinding Notches Factor Y
Sag
1.000 ul 1.000 ul
Helix Angle Factor Y
β
1.000 ul
Contact Ratio Factor Y
ε
0.770 ul
Bevel Gear Factor Y
k
1.000 ul
Alternating Load Factor Y
A
1.000 ul 1.000 ul
Production Technology Factor Y
T
1.000 ul 1.000 ul
Life Factor Y
N
1.000 ul 1.000 ul
Notch Sensitivity Factor Y
δ
1.271 ul 1.281 ul
Size Factor Y
X
1.000 ul 1.000 ul
Tooth Root Surface Factor Y
R
1.000 ul

Results
Factor of Safety from Pitting S
H
1.923 ul 2.051 ul
Factor of Safety from Tooth Breakage S
F
14.181 ul 15.304 ul
Static Safety in Contact S
Hst
4.263 ul 4.546 ul
Static Safety in Bending S
Fst
17.858 ul 19.107 ul
Check Calculation Positive