đồ án thiết kế môn học kết cấu và tính toán ô tô

Thiết kế môn học kết cấu tính toán

mở đầu.
Kết cấu và tính toán ôtô là môn học chuyên ngành của ngành
cơ khí ôtô. Môn học trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản nhất về các
chi tiết, cụm, tổng thành của ôtô. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật,
ôtô cũng phát triển ngày càng đa dạng và hiện đại hơn. Từ những kiến thức của
môn học, sinh viên có điều kiện nghiên cứu, tiếp thu và ứng dụng những công
nghệ tiên tiến của ngành ôtô.
Bài thiết kế môn học này nhằm hai mục đích:
-

Tìm hiểu sâu hơn một số kết cấu của ôtô.

-

Nó là điều kiện để kết thúc môn học.

Do kiến thức còn hạn hẹp, điều kiện thực tế còn ít nên bài làm của em
chắc chắn còn nhiều thiếu sót, kính mong các thầy giáo hớng dẫn giúp đỡ thêm.
Em xin chân thành cảm ơn
SV : Trần Đăng Khôi

Sv: Trần Đăng K
hôi

1

Lớp :CK ÔTÔ -K39

Thiết kế môn học kết cấu tính toán
phần 1.
giới thiệu đề tài.

Thiết kế truyền lực chính và vi sai dạng kép thông qua của ôtô với các số
liệu sau.
-

Loại xe: Tải.

-

Tải trọng tác dụng lên cầu trớc: Ga1 = 3800KG.

-

Tải trọng tác dụng lên cầu sau: Ga2 = 9225KG.

-

Loạ động cơ : Xăng.

-

Mômen cực đại:

-

Công suất cực đại: N e max = 180 / 3200(ml ) / n N .

-

Bánh xe: 14,00 20.

-

Tỷ số truyền của hộp số, truyền lực chính: 6,17; 3,40; 1,79;

M

e max

= 47,5 / 1900( KGm) / n M .

1,0; 0,78; 6,85.

Sv: Trần Đăng K
hôi

2

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
phần 2.
giới thiệu chung về hệ thống truyền lực chính
kép thông qua.
Truyền lực chính kép thông qua là loại truyền lực chính sử dụng trên xe
ôtô có hai cầu sau chủ động. Sơ đồ nguyên lý nh hình vẽ. Truyền lực từ hộp số

đến chỉ dùng một trục các đăng. Mômen đợc phân chia cho cầu giữa và cầu sau
nhờ bộ vi sai giữa hai cầu. Giữa cầu trớc và cầu sau có thêm một trục các đăng.
Truyền động đến các bánh xe của một cầu thông qua các bộ vi sai bánh xe.
nguyên lý của truyền lực chính kép thông qua.
Mômen từ hộp số qua các đăng truyền đến bộ vi sai giữa hai cầu. Bộ vi
sai giữa hai cầu có nhiệm vụ chia mômen thành hai phần: một phần cho truyền
lực chính cầu giữa, một phần cho truyền lực chính cầu sau. Truyền lực chính mỗi
cầu đều có hai cặp bánh răng: Một cặp bánh răng côn để biến chuyển động quay
quanh trục dọc thành chuyển động quay quanh trục ngang đồng thời tăng một
phần tỷ số truyền; Một cặp bánh răng trụ để tăng tỷ số truyền và dẫn động vi sai
giữa hai bánh xe. Trục các đăng nối cầu giữa với cầu sau đảm bảo cho truyền lực
bình thờng khi hai cầu có dao động tơng đối. Từ những phân tích trên ta thấy vi
sai là một cơ cấu rất quan trọng của truyền lực chính kép thông qua. Sau đây ta
sẽ phân tích nguyên lý của vi sai. Dựa theo sơ đồ cơ cấu vi sai giữa hai cầu.

Sv: Trần Đăng K
hôi

3

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán

Nạng chữ thập c quay với vận tốc c ; kéo theo các bánh răng hành tinh
3;
bánh răng 1 quay với vận tốc 1 ; ống răng 2 quay với vận tốc 2 . Vận tốc
tơng đối của bánh răng 1,2 so với cần c là:
1c = 1 c

2c = 2 c
1c 1 c
Tỷ số truyền giữa khâu 1 và khâu 2 là: i12 = c =
2 2 c
i12 ( 2 c ) = 1 c
1 i12 . 2 = (1 i12 ) c

Đây là bộ vi sai đối xứng nên tỷ số truyền giữa hai bánh răng bị động = -1.
2 + 1 = 2 c .

Khi hai cầu chuyển động cùng vận tốc thì 1 = 2 = c
Đối với mômen ta có: M c = M 1 + M 2 .
Với M c : Mômen tại nạng c.
M 1 ; M 2 : Mômen cho bánh răng 1 và 2.
Sv: Trần Đăng K
hôi

4

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
Đối với công suất :

N c N ms = N 1 + N 2 ;

Do N = f(M,w) ; ta có:
1 c
2

2
M 1 ( 2 ) = ( c 2 ) M c M ms . 1
1
2
2
M
M1 = c
.M c ms
1 2
2
M 1 . 1 + ( M c M 1 ) 2 = M c .c M ms .

1 i12 . 2 = (1 i12 ) c
1
c 2 = c
i12
Từ phơng trình :
(1 i12 )( c 1 )
1 2 =
i12

Thay vào phơng trình mômen; với điều kiện i12 = 1. ta có:
M c M ms

2
2
M
Mms
M2 = c +
2

2
M1 =

Khi ma sát bằng 0 thì: M 1 + M 2 = M c
Khi mômen giữa các cầu không bằng nhau, vi sai có nhiệm vụ phân phối
mô men hợp lý để đảm bảo cho xe hoạt động bình thờng.
Trong khuôn khổ bài thiết kế môn học này, cùng với những kiến thức về
Chi tiết máy,Cơ học, Vật liệu học... em sẽ trình bày chi tiết phần tính toán thiết
kế truyền lực chính và vi sai đặt ở cầu sau.

Sv: Trần Đăng K
hôi

5

Lớp :CK ÔTÔ -K39


ThiÕt kÕ m«n häc kÕt cÊu tÝnh to¸n

Sv: TrÇn §¨ng K
h«i

6

Líp :CK ¤T¤ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
phần 3.

thiết kế truyền lực chính.
I. Phân chia tỷ số truyền.
Tryền lực chính kép có hai cặp bánh răng ăn khớp . Một cặp bánh răng
côn truyền lực từ các đăng ,một cặp bánh răng trụ để tăng tỷ số truyền từ trục
truyền lực chính vào vi sai.
Tỷ số truyền đợc phân nh sau:
-

Cấp I: Tỷ số truyền của cặp bánh răng côn: i1 = 1,7125

-

Cấp II: Tỷ số truyền của cặp bánh răng trụ: i2 = 4

II. Chọn vật liệu.
Truyền lực chính làm việc trong điều kiện rất khó khăn, đòi hỏi các bánh
răng, các trục chịu lực, chịu ma sát rất lớn. Do vậy vật liệu chế tạo phải là các
loại thép có cơ tính cao.
Đồng thời do yêu cầu đồng nhất trong thiết kế và chế tạo, ta chọn vật
liệu chế tạo bánh răng và vật liệu chế tạo trục nh nhau.
Chọn vật liệu là thép hợp kim có kí hiệu: 25 - thấm các bon, cơ tính
nh sau:
b = 1150 Mpa.
ch = 950 Mpa
HRC = 60

Theo công thức (6.1) sách Tính toán thiết kế hệ dẫn độg cơ khí Trịnh
Chất Lê văn Uyển ta tính ứng suất cho vật liệu nh sau :
-

tx0 lim .K HL
ứng suất tiếp xúc cho phép: [ tx ] =
Mpa.
SH

-

ứng suất uốn cho phép: [ u ] =

u0lim .K FC .K FL
Mpa .
SF

Trong đó:

Sv: Trần Đăng K
hôi

7

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
tx0 lim : ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với chu kỳ cơ sở. Tra bảng (6-

2) ta có: tx0 lim =23.HRC = 23.60 = 1380Mpa.
S H : Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc; tra bảng (6-2) có S H = 1,2.
K HL : Hệ số tính đến tuổi rhọ của động cơ; K HL = 1.
[ tx ] =

1380.1
= 1150 Mpa
1,2

u0lim : ứng suất uốn cho phép ứng với chu kỳ cơ sở. Tra bảng (6-2) ta

có: u0lim = 1000Mpa.
K FC : Hệ số xét đến ảnh hởng đặt tải. Do đặt tải một bên nên K FC = 1.
S F : Hệ số an toàn khi tính về uốn; tra bảng (6-2) có S F = 1,55.

K FL : Hệ số tuổi thọ xét đến thời hạn phục vụ; K FL = 1.
[ u ] =

1000
= 645,16 Mpa .
1,55

III. Thiết kế bộ truyền bánh răng côn xoắn.
1.Định đờng kính chia ngoài bánh răng côn chủ động.
Theo công thức(6-52b) Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí -Trịnh
Chất, Lê văn Uyển; ta có:
d e1 = K d .3

T1 .K H

(1 K be ).K be .i.[ tx ]

2

mm. Trong đó:

K d : Hệ số phụ thuộc vật liệu và loại răng. Với loại răng côn xoắn,

vật liệu là thép, tra bảng (6-5) có: K d = 83,5Mpa1 / 3 .
K H : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng

vành răng bánh răng côn, phụ thuộc tỷ số truyền và loại răng.

Sv: Trần Đăng K
hôi

8

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
K be :Hệ số chiều rộng vành răng. K be =

Tính tỷ số

b
= 0,25 ữ 0,3. Chọn K be =0,3.
Re

K be .i
0,3.1,7125
=
= 0.3022 . Từ đó tra bảng (6-2) ta chọn

2 K be
2 0,3
K H =1,10.

i: tỷ số truyền của bộ truyền; i= 1,7125.
T1 =

M eM .i1 . ck 475000.6,17.0,89
=
= 1304183,75 N .mm . Là mômen sinh ra
2
2

trên trục chủ động.
i1 : tỷ số truyền của hộp số ở tay số I. i1 = 6,17.

CK : Hiệu suất cơ khí. CK = 0,89.
d e1 = 83,5.3

1304183,75.1,1
= 120,65mm .
(1 0,3).0,3.1,7125.1150 2

Lấy d e1 = 121mm.
2. Xác định chiều dài côn ngoài.
Theo công thức (6-52a):
Re = K R . i 2 + 1.3

T1 .K H

(1 K be ).K be .i.[ tx ]

2

mm . Trong đó:

K R : Hệ số phụ thuộc vật liệu.
K R = 0,5 K d = 0,5.83,5 = 41,75 Mpa 1 / 3 .
Re = 41,75. 1,7125 2 + 1.3

1304183,75.1,1
= 120mm .
(1 0,3).0,3.1,7125.1150 2

3. Định số răng: Dựa vào d e1 , tra bảng (6-22) ta chọn:

Z 1 = 18;
Z 2 = 31.

4. Xác định góc nửa nón:
1 + 2 = 90 0
1 , 2 : Góc nửa nón của bánh răng chủ động và bánh răng bị động.
1 = arctg (1 / i ) = arctg (1 / 1,7125) = 30,28 0.
2 = 90 0 30,28 0 = 59,72 0.
Sv: Trần Đăng K
hôi

9

Lớp :CK ÔTÔ -K39

Thiết kế môn học kết cấu tính toán
5. Tính đờng kính trung bình và môđun trung bình.
-

Đờng kính trung bình:
d m1 = (1 0,5 K be )d e1 = (1 0,5.0,3).121 = 103mm.

-

Môđun trung bình:
mtm = d m1 / Z 1 = 103 / 18 = 5,7 mm.

-

Chọn góc nghiêng của răng: m = 40 0 .

-

Môđun pháp trung bình: Theo công thức (6-57):
mnm = mtm . cos m = 5,7. cos 40 0 = 4,6667.

Lấy mnm = 4,5mm .
6. Tính chiều rộng vành răng.
b = K be .Re = 0,3.120 = 36mm .

7. Kiểm nghiệm bánh răng về độ bền tiếp xúc.
ứng suất tiếp xúc sinh ra trên bề mặt răng của bộ truyền phải nhỏ hơn
một giá trị ứng suất cho phép. Theo công thức (6-58):

tx = Z M .Z H .Z .

2.T1 .K H . i 2 + 1
[ tx ] ; Trong đó:
b.i.d m21 .0,85

Z M : Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của cặp bánh răng ăn kớp. Tra

bảng (6-5) có: Z M = 274 Mpa1 / 3 .
Z H : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc. Tra bảng(6-12) có:
Z H =1,42.
Z : hệ số trùng khớp của răng. Phụ thuộc vào hệ số trùng khớp dọc

và hệ số trùng khớp ngang. Theo công thức (6-36) :
Z = 1/ ;

= [1,88 3,2.(1 / Z 1 + 1 / Z 2 ) ]. cos m .
= 1,31.
Z = 0,874
K H : Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc. Theo công thức (6-39) có:
K H = K H .K H .K HV . Trong đó:
Sv: Trần Đăng K
hôi

10

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán

K H : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng

vành răng. Tra bảng (6-21) có: K H = 1,1.
K H : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi bánh

răng đồng thời ăn khớp.Tra bảng (6-14) có: K H = 1,05.
K HV : Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp,trị

số của nó phụ thuộc vào cấp chính xác và vận tốc vòng. Chọn cấp chính xác 8;
tra bảng (P.2.3) có: K HV = 1,05.
K H = 1,1.1,05.1,05 = 1.21.
tx = 274.1,42.0,874.

2.1304183,75.1,21. 1,7125 2 + 1
= 1136 Mpa .
36.1,7125.103 2.0,85

Vậy tx < [ tx ] , bộ truyền đạt yêu cầu về độ bền tiếp xúc.
8. Kiểm nghiệm bánh răng về độ bền uốn.
Để đả bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng
không đợc vợt quá một gia trị ứng suất cho phép. Theo công thức (6-65) có:
u1 =

2.T1 .K F .Y .Y .YF 1
0,85.b.mnm .d m1

[ u ] . Trong đó:

K F : Hệ số tải trọng khi tính về uốn.
K F = K F .K F .K FV . Với:

K F : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên vành

răng.Tra bảng (6-21) có: K F =1,15.
K F : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi

răng đồng thời ăn khớp. Tra bảng (6-14) có: K F =1,13.
K FV : Hể số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp.

Tính theo công thức: K FV = 1 + v F .b.d m1 / 2.T1 .K F .K F = 1.08.
K F = 1,15.1,13.1,08 = 1,4.
Y = 1 n / 140 = 0,714 :Hệ số kể đến độ nghiêng của răng.
Sv: Trần Đăng K
hôi

11

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán

Y = 1 / = 1 / 1,31 = 0,76 :Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng.
YF 1 , YF 2 : Hệ số dạng răng. Tra bảng (6-20) có: YF 1 = 4,08; YF 2 = 3,8 .


2.1304183,75.1,4.0,76.0,71.4,08
.
0,85.36.4,5.103
= 566,83Mpa < [ u ] = 645,16Mpa.

u1 =
u1

Vậy cặp bánh răng dủ điều kiện bền uốn.

Từ những tính toán trên ta có các thông số cơ bản của bộ truyền bánh
răng côn xoắn nh sau:
-

Chiều dài côn ngoài: Re = 120mm .

-

Chiều rộng vành răng: b = 36mm.

-

Tỷ số truyền: i1 = 1,72 .

-

Số răng: Z 1 = 18; Z 2 = 31.

-

Góc nghiêng của răng: m 40 0 .

Sv: Trần Đăng K
hôi

12

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
-

Góc nửa nón: 1 = 30,28 0 ; 2 = 59,72 0 .

-

Đờng kính chia ngoài:

d e1 = 121mm

d e 2 = d e1 .i1 = 208mm
d m1 = 103mm.

-

Đờng kính trung bình:

-

Môđun trung bình: mtm = 5,7 .

-

Môđun pháp trung bình: mnm = 4,5mm.

-

Chiều cao răng ngoài: he = 2. cos m .mtm + 0,2.mtm = 10mm .

-

Chiều cao đầu răng ngoài:

d m 2 = 177 mm.

hae1 = (cos m + x n1 . cos m ).mtm ;
x n1 = 2(1 1 / i 2 )

cos 3 m
= 0,2
Z1

hae1 = 5,35mm;
hae 2 = 2. cos m .mtm hae1 = 3,38mm

-

Đờng

kính

đỉnh

ngoài:

d ae1 = d e1 + 2.hae1 . cos 1 = 121 + 2.5,35. cos 30,28 0 = 130,24mm
d ae 2 = d e 2 + 2.hae 2 . cos 2 = 208 + 2.3,38. cos 59,72 0 = 211,4mm

-

Chiều cao chân răng ngoài:
h fe1 = he hae1 = 10 5,35 = 4,65mm
h fe 2 = he hae 2 = 10 3,38 = 6,62mm

-

Góc côn đỉnh răng: ai = i + ai .

-

Góc côn chân răng: fi = i fi .

Trong đó : ai , fi : Góc đầu răng và góc chân răng.

Sv: Trần Đăng K
hôi

13

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
a1 = arctg (

hae1
5,35
) = arctg (
) = 2,55 0.
Re
120

a 2 = arctg (

hae 2
3,38
) = arctg (
) = 1,6 0.
Re
120

f 1 = arctg (
f 1 = arctg (

h fe1
Re
h fe 2
Re

) = arctg (

4,65
) = 2,22 0.
120

) = arctg (

6,62
) = 3,16 0.
120



a1 = 1 + a1 = 30,28 + 2,55 = 32,830.
a 2 = 2 + a 2 = 59,72 + 1,6 = 61,32 0.
f 1 = 1 f 1 = 30,28 2,22 = 28,06 0.
f 2 = 2 f 2 = 59,72 3,16 = 56,56 0.

IV.Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ, răng nghiêng.
1. Xác định khoảng cách trục.
Theo công thức (6-15) có:
a w = K a .(i + 1).3

M T .K H

[ tx ] 2 .i. ba

mm . Trong đó:

M T = M eM .i1 .i01 . ck / 2 = 475000.6,17.1,7125.0,89 / 2 = 2233414,6Mpa. : Mômen

xoắn tại trục lắp bánh răng chủ động.
K a : Hệ số xét đến loại vật liệu làm bánh răng.Tra bảng (6-5) có:
K a = 43 Mpa 1 / 3 .

ba : Hệ số chiều rộng vành răng.Chọn ba = 0,36.
K H : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng

vành răngkhi tính về tiếp xúc. Tra bảng (6-7) có: K H = 1,07.
i : tỷ số truyền cặp bánh răng; i= 4.
a w = 43.(4 + 1).3
Sv: Trần Đăng K
hôi

2233414,6.1,07
= 232mm .
1150 2.4.0,36
14

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
2. Định môđun pháp.
Theo công thức kinh nghiệm: m= (0,01... 0,02)aw.
Chọn m= 4mm.
3. Định số răng.
Theo công thức (6-31) có: Z 1 =

2.a w . cos
.
m(i + 1)

: Góc nghiêng của răng; Sơ bộ chọn = 16 0 .

2.232. cos16
= 22.
4.(4 + 1)
Z 2 = Z 1 .i = 22.4 = 88.
Z1 =



Tính lại góc nghiêng:

cos =

Z 1 .m.(i + 1) 22.4.(4 + 1)
=
= 0,945
2.a w
2.232

= 18,5 0

Tính chiều rộng vành răng: bw = a w. ba = 232.0,36 = 83,5mm.
m.Z1
4.22
=
= 92,8mm.
cos cos18,5 0
Tính đờng kính vòng chia:
m.Z 2
4.88
d2 =

=
= 371,2mm.
cos cos18,5 0
d1 =

4. Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc.
ứng suất tiếp xúc sinh ra trên bề mặt răng của bộ truyền phải nhỏ hơn
một giá trị ứng suất cho phép. Theo công thức (6-33):
tx = Z M .Z H .Z .

2.M T .K H .(i + 1)
[ tx ] . Trong đó:
bw .i.d w1 1

Z M : Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của cặp bánh răng ăn kớp. Tra

bảng (6-5) có: Z M = 274 Mpa1 / 3 .
Z H : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc. Tra bảng(6-12) có:
Z H =1,5.
Z : hệ số trùng khớp của răng. Phụ thuộc vào hệ số trùng khớp dọc

và hệ số trùng khớp ngang. Theo công thức (6-36) :

Sv: Trần Đăng K
hôi

15

Lớp :CK ÔTÔ -K39

Thiết kế môn học kết cấu tính toán
Z =

4
.
3

= 1,88 3,2(
Z =

1
1
+ ) = 1,7.
Z1 Z 2

4 1,7
= 0,876.
3

K H : Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc. Theo công thức (6-39) có:
K H = K H .K H .K HV . Trong đó:
K H : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng

vành răng. Tra bảng (6-21) có: K H = 1,07.
K H : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi bánh

răng đồng thời ăn khớp.Tra bảng (6-14) có: K H = 1,05.
K HV : Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp,trị

số của nó phụ thuộc vào cấp chính xác và vận tốc vòng. Chọn cấp chính xác 8;
tra bảng (P.2.3) có: K HV = 1,05.
K H = 1,07.1,05.1,05 = 1.2.
M T = 2233414,6 N .mm : Mômen trên trục chủ động.
bw = 83,5 : Chiều rộng vành răng.

i= 4: Tỷ số truyền.


tx = 274.1,5.0,876.

2.2233414,6.1,2.(4 + 1)
= 1099Mpa.
83,5.4.92,8 2

tx < [ tx ] = 1150Mpa.

Vậy cặp bánh răng đạt yêu cầu về độ bền tiếp xúc.
5. Kiểm nghiệm bánh răng về độ bền uốn.
Để đả bảo độ bền uốn cho răng, ứng suất uốn sinh ra tại chân răng
không đợc vợt quá một gia trị ứng suất cho phép. Theo công thức (6-43) có:
u =

2.M T .K F .Y .Y .YF 1
bw .d w1 .m

[ u ] . Trong đó:

M T = 2233414,6 N .mm : Mômen trên trục chủ động.
Sv: Trần Đăng K

hôi

16

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
bw = 83,5 : Chiều rộng vành răng.

d w1 = 92,8mm : Đờng kính vòng lăn bánh răng chủ động.

m = 4mm: Môđun răng.
K F : Hệ số tải trọng khi tính về uốn.
K F = K F .K F .K FV . Với:
K F : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên vành

răng.Tra bảng (6-21) có: K F =1,16.
K F : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi

răng đồng thời ăn khớp. Tra bảng (6-14) có: K F =1,22.
K FV : Hể số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp.

Tính theo công thức: K FV = 1 + v F .b.d m1 / 2.T1 .K F .K F = 1.08.
K F = 1,16.1,22.1,08 = 1,53.
Y = 1
Y =

0
18,5 0

=
1

= 0,868 : Hệ số kể đến độ nghiêng của răng.
140 0
140 0

1
1
=
= 0,588 : Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng.
1,7

YF 1 , YF 2 : Hệ số dạng răng. Tra bảng (6-20) có: YF 1 = 4,08; YF 2 = 3,8 .
2.2233414,6.1,53.0,588.0,866.4,08
= 529 Mpa.
83,5.92,8.4
u < [ u ] = 645,16Mpa.
u =

Vậy cặp bánh răng đảm bảo độ bền uốn.
6. Các thông số cơ bản của cặp bánh răng nghiêng:
-

Khoảng cách trục: a w = 232mm .

-

Môđun: m= 4mm.

-

Chiều rộng vành răng: bw = 83,5mm

-

Góc nghiêng của răng: = 18,5 0 .

-

Số răng:

Sv: Trần Đăng K
hôi

Z 1 = 22;
Z 2 = 88.
17

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
-

Tỷ số truyền: i= 4.

-

m.Z1

4.22
=
= 92,8mm.
cos cos18,5 0
Đờng kính vòng chia:
m.Z 2
4.88
d2 =
=
= 371,2mm.
cos cos18,5 0

-

Đờng kính đỉnh răng:

-

Đờng kính đáy răng:

d1 =

d a1 = d1 + 2.m = 92,8 + 2.4 = 100,8mm.
d a 2 = d 2 + 2.m = 371,2 + 2.4 = 379,2mm.
d f 1 = d1 2,5.m = 92,8 2,5.4 = 82,8mm.
d f 2 = d 2 2,5.m = 371,2 2,5.4 = 361,2mm.

V. Thiết kế trục.
Trục trong truyền lực chính chịu tải rất lớn. Nó có nhiệm vụ mang bánh
răng và truyền mômen. Để hệ thống làm việc tốt, trục cần đảm bảo các yêu cầu

công nghệ.
1.

Chọn vật liệu chế tạo.

Ta chọn vật liệu chế tạo trục giống vật liệu chế tạo bánh răng.
Chọn vật liệu là thép hợp kim có kí hiệu: 25 - thấm các bon, cơ
tính nh sau:
b = 1150 Mpa.
ch = 950 Mpa
HRC = 60

2.

Tính sơ bộ đờng kính trục.

Trong truyền lực chính kép có 2 trục là: Trục chủ động mang bánh
răng côn truyền chuyển động từ cácđăng xuống và trục bị động mang hai bánh
răng ăn khớp với bánh răng côn và bánh răng trụ.
Đờng kính sơ bộ của trục: Theo công thức (10-9) có:
dk = 3
Sv: Trần Đăng K
hôi

Tk
mm.
0,2.[ ]

; Trong đó:
18

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
Tk : Mômen xoắn ở trục thứ k.

[ ] : ứng suất xoắn cho phép. Với thép hợp kim : [ ] = 12 ữ 20 .
Chọn [ ] = 17Mpa.
Trục chủ động: T1 = 1304183,75 N .mm.

-

d1 = 3

1304183,75
= 73,5mm.
0,2.17

Chọn d 1 = 75mm.
-

Trục bị động:
T2 = 2233414,6 N .mm.
d2 = 3

2233414,6
= 82,74mm
0,2.17

Chọn d 2 = 85mm .
3.

Tính gần đúng trục.

Do trục bị động chịu tải lớn hơn trục chủ động nên ta chỉ cần tính gần
đúng và tính chính xác cho trục bị động.
a.Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ:
-

Chọn khoảng cách giữa bề mặt ổ lăn và bề mặt bánh răng là:
k1 =10mm.

-

Sv: Trần Đăng K
hôi

Chon chiều rộng trung bình của ổ lăn là: b0 = 40mm .

19

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
l3
l2
l1

Từ hình vẽ, ta tính đợc các khoảng cách sau:
l1 = 0,5.(b0 + b2 ) + k1 = 0,5.( 40 + 83,5) + 10 = 71,75mm.
l 2 = b0 + 2.k1 + b2 = 40 + 2.10 + 83,5 = 163,5mm.
l 3 = l 2 + 0,5(b0 + b1 ) = 163,5 + 0,5(40 + 36) = 201,5mm.

b.Tính lực tác dụng lên trục:
Lực tác dụng lên trục thông qua các cặp bánh răng. Sau đây ta sẽ
phân tích lực tác dụng lên các cặp bánh răng:
-

Tại cặp bánh răng côn xoắn: Giả thiết điểm đặt lực là điểm trên đ-

ờng bán kính trung bình. Hợp lực tác dụng lên bánh răng có thể phân tích thành
ba thành phần: Lực vòng P, lực dọc trục Q và lực hớng kính R. Ba lực này có
quan hệ hình học với nhau là các góc nửa nón của bánh răng và góc xoắn của
răng. Theo công thức (6-3),(6-4) sách Kết cấu tính toán ôtô - Trờng Đại học GTVT. Ta có:
2.T

-

1
Lực vòng: P1 = d =
m1

-

Lực dọc trục:

Sv: Trần Đăng K
hôi

2.1304183,75
= 25324 N .
103

20

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
Q1 =

P1
.(tg . sin 1 + sin m . cos 1 ).
cos m

Q1 =

25324
.(tg 20 0. sin 30,28 0 + sin 40 0. cos 30,28 0 ) = 24413,4 N .
0
cos 40

Lực hớng kính:

-

R1 =

P1
(tg . cos 1 sin m . cos 1 ).
cos m

R1 =

25324
.(tg 20 0. cos 30,28 0 sin 40 0. cos 30,28 0 ) = 24413,3 N .
cos 40 0

Tại cặp bánh răng trụ, răng nghiêng: Trên cặp bánh răng trụ, răng

nghiêng cũng có ba thành phần lực tác dụng là: Lực vòng P, lực dọc trục Q và
lực hớng kính R. Ta có:
2.M

2.2233414,6
= 48134 N .
92,8

-

2
Lực vòng: P2 = d =
w1

-

Lực dọc trục: Q2 = P2 .tg = 48134tg18,5 0 = 16105,4 N

-

Lực hớng kính: R2 = P2 .

-

Với tw = arccos(

tg tw
.
cos

a. cos t
) : Góc ăn khớp.
aw

a = 0,5.m.( Z 1 + Z 2 ) = 0,5.4.(22 + 88) = 220.
tg
tg 20 0
t = arctg (
) = arctg (
) = 210
0
cos
cos18,5

Sv: Trần Đăng K
hôi

21

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán

220. cos 210
a tw = arccos(
) = 27,7 0.
232
tg 27,7 0
R2 = 48134.
= 26806,4 N .
cos18,5 0

c. Tính phản lực lên các ổ bi.
Coi trục nh một dầm thuần tuý, các lực đặt vào giữa bánh răng, các ổ
bi coi nh các gối đỡ. Ta tính phản lực lên gối bằng ng trình cân bằng mômen và
phơng trình cân bằng lực.
Chọn hệ tạo độ : OXYZ nh hình vẽ ta có:

M

YB

= 0.

l1 .R2 + l 2 .Y A l 3 .R1 = 0.

Theo phơng Y:

YA =

l 3 .R1 l1 .R2 201,5.24423,3 71,75.26806,4
=
l2
163,5

Y A = 18323,6 N .
Sv: Trần Đăng K
hôi

22

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
Phơng trình cân bằng lực theo phơng Y:

Y = 0 Y

B

R2 Y A + R1 = 0.

YB = R2 + Y A R1 = 24413,3 + 18323,6 26806,4.
YB = 15730,5 N .

-

Tính phản lực theo phơng X:

Phơng trình cân bằng mômen theo phơng X tại B:

M

BX

XA =

= 0; l1 .P2 l 2 . X A + l 3 .P1 = 0.
l1 .P2 + l 3 .P1 71,75.48134 + 201,5.25324
=
= 52332,7 N .
l2
163,5

Phơng trính cân bằng lực theo phơng X:

X =0 X

B

P2 + X A P1 = 0.

X B = P1 + P2 X A = 25324 + 48134 52332,7 = 21125,3.

d.Vẽ biểu đồ mômen.
Trục bị động chịu cả mômen uốn và mômen xoắn, ta sẽ lần lợt vẽ biểu đồ

cho từng dạng mômen đó.
Theo phơng Y:
Đoạn BC:

M

yBC

= YB .z1 = 0 khi z1 = 0.

Khi z1 = l1 = 71,75mm. ;

M

yBC

= 15730,5.71,75 = 1128677,7 N .mm

Đoạn CA: M yCA = YB .l1 R2 .( z 2 l1 ).
Khi:
z 2 = 0; M yCA = YB .l1 + R2 .l1 = 1128677,7 + 26806,4.71,75 = 3052037 N .mm.
z 2 = l 2 l 2 ; M yCA = YB .l1 R2 (l 2 2.l1 ).
M yCA = 1128677,7 26806,7.(163,5 2.71,75) = 592543,7 N .mm

Đoạn DA: M yDA = R1 .z 3 = 0. ; Khi z 3 = 0.
z 3 = l 3 l 2 ; M yDA = R1 .(l 3 l 2 );
M yDA = 24413,3.(201,5 163,5) = 92770,5 N .mm.

Mômen uốn theo trục X: Tơng tự nh khi tính theo trục Y, ta có:
Sv: Trần Đăng K

hôi

23

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán

Đoạn BC: M xBC = X B .l1 = 21125,3.71,75 = 1515740,3N .mm.
Đoạn CA: M xCA = X B .l1 P2 .( z 2 l1 ) .
Khi :
z 2 = 0 : M xCA = X B .l1 + p 2 .l1 = 1515740,3 + 48134.71,75 = 4969354,8 N .mm.
z 2 = l 2 l1 : M xCA = X B .l1 P2 .(l 2 2.l1 ).
M xCA = 1515740,3 48134.20 = 553060,3 N .mm.

Đoạn DA; M xDA = P1 .(l3 l 2 ) = 25324(201,5 163,5) = 962312 N .mm.
Mômen xoắn trên trục chỉ có ở trong khoảng giữa hai trục. Giá trị của
nó chính bằng mômen trên trục.
M X = T2 = 2233414,6 N .mm .

Từ đó ta vẽ đợc biểu đồ mômen:

Từ biểu đồ mômen, ta thấy mặt cắt nguy hiểm là tiết diện lắp bánh răng
trụ. Do vậy, cần kiểm tra lại tiết diện trục tại mặt cắt này.
Theo công thức:
d

Sv: Trần Đăng K
hôi

M td
: Trong đó:
0,1.[ ]

24

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
2

M td = M u2 + 0,75.M x ;
M u = M ux2 + M uy2 = 4969354,8 2 + 3052037 2 = 5831759 N .mm
M x = 2233414,6 N .mm.
M td = 5831759 2 + 0,75.2233414,6 2 = 5144145N .mm.

[ ] : ứng suất cho phép của thép; tra bảng có : [ ] = 60Mpa.
d 3

5144145
= 85,7mm ;
0,1.60

Chọn d = 86 mm.
e.Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi.
Tại các tiết diện chịu ứng suất uốn và ứng suất xoắn, hệ số an toàn về
mỏi s phải thoả mãn điều kiện:
s=

s .s
s2 + s2

[ s] .

[ s ] = 1,5 ữ 2,5 : Hệ số an toàn phải đạt đợc.
s : Hệ số an toàn khi xét riêng về uốn.
s =

1
k
. a + . m


.

s : Hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất xoắn.
s =

1
k
a + . m .


1 , 1 : Giới hạn mỏi uốn và mỏi xoẳn trong chu kỳ đối xứng.
1 = 0,4. b = 0,4.1150 = 460Mpa..
1 = 0,25. b = 0,25.1150 = 287,5Mpa.
a , a : Biên độ ứng suất uốn và ứng suất xoắn trong tiết diện.

m , m :ứng suất uốn và ứng suất xoắn trung bình..

Sv: Trần Đăng K
hôi

25

Lớp :CK ÔTÔ -K39