Thiết kế băng thử công suất bánh xe chủ động (word + bản vẽ)

Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thưc hiện: Nguyễn Minh Trinh

MỤC LỤC:
LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………………………………….
CHƯƠNG 1: Ý NGHĨA ĐO CÔNG SUẤT BÁNH XE......................................................4
3. Nhiệm vụ, yêu cầu và nguyên lý hoạt động của băng thử con lăn....................................8
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CỤM CHI TIẾT..........................................18
CỦA BỆ THỬ................................................................18
1. Các số liệu ban đầu đặt ra cho bệ thử..............................................................................18
3. Cơ cấu gây tải..................................................................................................................33
4. Tính bền khung bệ...........................................................................................................43
5. Truyền dẫn khí nén..........................................................................................................45
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ......................................52
GIA CÔNG CHI TIẾT CƠ BẢN............................................52
1. Phân tích chức năng làm việc của chi tiết cần gia công...................................................52
Vật liệu chế tạo trục: thép 40X............................................................................................53
Quy mô sản xuất: đơn chiếc và hàng loạt nhỏ, ta chọn phôi dập........................................53
CHƯƠNG 1: Ý NGHĨA ĐO CÔNG SUẤT BÁNH XE......................................................4
3. Nhiệm vụ, yêu cầu và nguyên lý hoạt động của băng thử con lăn....................................8
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CỤM CHI TIẾT..........................................18
CỦA BỆ THỬ................................................................18
1. Các số liệu ban đầu đặt ra cho bệ thử..............................................................................18
3. Cơ cấu gây tải..................................................................................................................33
4. Tính bền khung bệ...........................................................................................................43
5. Truyền dẫn khí nén..........................................................................................................45
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ......................................52
GIA CÔNG CHI TIẾT CƠ BẢN............................................52
1. Phân tích chức năng làm việc của chi tiết cần gia công...................................................52
Vật liệu chế tạo trục: thép 40X............................................................................................53

1


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế băng thử công suất bánh xe chủ động

Quy mô sản xuất: đơn chiếc và hàng loạt nhỏ, ta chọn phôi dập........................................53

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày này với sự phát triển vượt bậc của khoa học và kỹ thuật, ngành công
nghiệp ôtô cũng có những bước chuyển mình mạnh mẽ và dần khẳng định vị thế vô
cùng quan trọng trong nền kinh tế của một quốc gia cũng như trên toàn thế giới. Với
một đất nước đang phát triển như chúng ta, vai trò của ngành công nghiệp ôtô là tối
quan trọng trong công cuộc xây dựng đất nước và phát triển kinh tế, quốc phòng …
góp phần vào việc khẳng định vị thế của Việt Nam trên trường quốc tế.
Hòa với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô trên thế giới, ngành công
nghiệp ôtô non trẻ của nước ta cũng đã có những bước chuyển mình mạnh mẽ, dần
khẳng định vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, nền quốc phòng toàn dân
… điều đó càng khẳng định ví trí trọng yếu của ngành công nghiệp ôtô.
Song hành với việc phát triển về quy mô, sản lượng ô tô cũng như việc áp
dụng khoa học kỹ thuật vào chế tạo và sản xuất ôtô thì việc cải tiến và cải thiện các

2


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thưc hiện: Nguyễn Minh Trinh

hệ thống trong ôtô cũng đóng vai trò hết sức quan trọng đối với sự phát triển công
nghiệp ôtô. Để thuận tiên trong việc chế tạo cũng như cải tiến các hệ thống trong
ôtô chúng ta cần tiến hành thử nghiệm , thí nghiệm ôtô để đánh giá, hoặc phát hiện
ra những ưu nhược điểm của các hệ thống trong ôtô nhằm cải tiến các cụm chi tiết
trong ôtô để hoàn thiện với mục đích nâng cao chất lượng và để đảm bảo sản xuất ra
những ôtô ngày càng có chất lượng cao.
Nhờ có quá trình thí nghiệm ôtô mà chúng ta có thể đánh giá chất lượng của
từng chi tiết, của từng cụm và toàn bộ tổng thành xe một cách tổng thể và từ đó có
cơ sở để cải tiến và hoàn thiện chúng, nhằm đảm bảo sản xuất được những ô tô
ngày càng có chất lượng cao.
Nắm bắt được vai trò quan trọng của việc thí nghiệm ôtô nói chung và vai trò
quan trọng trong việc tiến hành đo công suất phát ra trên bánh xe chủ động nên em
đươc giao để tài “ thiết kế bệ thử công suất bánh xe cho dòng ôtô tải hai cầu
chủ động “hiện đang thịnh hành trên thị trường việt nam. Ngoài ra bệ thử có thể
được dùng để đo công suất bánh xe con có thể được dùng để đo công suất trên bánh
xe chủ động đối với dòng xe tải, xe tải chuyên dùng và các ôtô chở người từ 10 chỗ
ngồi trở lên …
Với nội dung và yêu cầu của đề tài được giao, em đã nghiện cứu các phương
án đo công suất phát ra trên bánh xe chủ động, các phương án sử dụng các cụm cơ
cấu trong bệ thử, từ đó chọn ra phương án tiến hành nghiên cứu, thiết kế và chế tạo
bệ thử công suất bánh xe.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, em đã nỗ lực, cố gắng rất nhiều, nhưng
do kiến thức, kinh nghiệm và thời gian còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏi
những thiếu sót. Kinh mong sự góp ý, hướng dẫn của các thầy, các nhà chuyên môn
… để để tài, cũng như sự hiểu biết của em được nâng cao hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy Phạm
Hữu Nam và các thầy trong bộ môn Ôtô và xe chuyên dùng thuộc Viện Cơ Khí

3

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế băng thử công suất bánh xe chủ động

Động Lực trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho em hoàn thành
bản đồ án này.
Sinh viên
Nguyễn Minh Trinh

CHƯƠNG 1: Ý NGHĨA ĐO CÔNG SUẤT BÁNH XE
1. Ý nghĩa đo công suất bánh xe chủ động.
1.1 Phương trình chuyển động của xe:
Lực kéo tiếp tuyến là phản lực từ đất hoặc mặt đường tác dụng lên bánh xe
chủ động có chiều cùng chiều với chiều chuyển động của xe.
Lực kéo tiếp tuyến Pk được xác định như sau:
M
M ⋅i
P = k = e t ( I − 10[1])
k
rk
rb
Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động của ôtô được sử dụng để khắc
phục các lực cản chuyển động: lực cản dốc, lực cản không khí, lực quán tính.
Phương trình cân bằng lực kéo của ôtô:
Pk = Pf ± Pi + Pω ± Pj
Ở đây:
Pk : lực kéo tiếp tuyến phát ra ở các bánh xe chủ động
Pf : lực cản lăn

4

(IV – 9 [1])


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thưc hiện: Nguyễn Minh Trinh

Pω : lực cản không khí
Pj : lực cản quán tính
Lực cản lăn luôn có giá tị dương. Lực cản dốc có giá trị (+) khi ôtô chuyển
động lên dốc và có giá trị (-) khi ôtô chuyển động xuống dốc. Lực cản không khí có
giá trị (+) khi ôtô chuyển động không có gió hoặc gió ngược chiều, hoặc có gió
ngược chiều chuyển động với ôtô nhưng vận tốc của gió nhỏ hơn vận tốc của bản
thân ôtô. Lực cản quán tính có giá trị (+) khi ôtô chuyển động tăng tốc và có giá trị
(-) khi ôtô chuyển động giảm tốc.
Như vậy:
M e ⋅ it ⋅ηt
G
= f ⋅ G ⋅ cos α ± G ⋅ sin α + W ⋅ v 2 ± δ i ⋅ j (IV – 10[1])
rb
g
Ở đây:
M e : Mômen xoắn của động cơ.
rb : bán kính của bánh xe chủ động.
Đặt: Pψ = Pf ± Pi hay Pψ = fG cos α ± G sin α = G ⋅ ( f ⋅ cos α ± sin α )
Pψ = ψ ⋅ G
Ở đây: Pψ : lực cản tổng cộng của đường.

ψ : hệ số cản tổng cộng của đường.
Với: ψ = f ± i
Trong đó: i : đô dốc của mặt đường
j = tgα với α là góc dốc.
Trong công thức trên độ cản tổng cộng có giá trị (+) khi ô tô chuyển động
lên dốc, mặt đường nằm ngang ( α = 0 ) hoặc lên dốc, xuống dốc nhưng giá trị của
hệ số cản lăn vẫn lớn hơn giá trị của độ dốc I và hệ số cản tổng cộng có giá trị (-)
khí i > f

Khi ôtô chuyển động đều (ổn định), trên mặt đường nằm ngang ( i = 0, α = 0 )

thì phương trình cân bằng lực kéo được biểu thị như sau:
M e ⋅ it ⋅ η t
Pk = Pf + Pω hay

rb

= f ⋅ G + W ⋅ v2

1.2. Công suất kéo N k
Công suất của động cơ phát ra sau khi đã tiêu tốn đi một phần cho ma sát
trong hệ thống truyền lực, phần còn lại dùng để khắc phục lực cản lăn, lực cản
không khí, lực cản dốc, lực cản quán tính. Phương trình cân bằng giữa công suất
phát ra của động cơ và các dạng công suất cản kể trên được gọi là phương trình cân

5


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế băng thử công suất bánh xe chủ động

bằng công suất của ôtô khi chúng chuyển động. Phương trình cân bằng công suất
tổng quát:

N e = Ni +N f +Nω ± N i ± N j

(IV – 1[1])

Ở đây:
N e : công suất phát ra của động cơ.
N t : công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực.
N f : công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn.
N ω : công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí.
N i : công suất tiêu hao để thắng lực cản dốc.
N j : công suất tiêu hao để thắng lực cản quán tính.

Trong phương trình trên, công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống
truyền lực N t và công suất tiêu hao cho lực cản lăn luôn có giá trị dương, còn khi
chuyển động lên dốc thì công suất tiêu hao cho lực cản dốc N i có giá trị âm. Công
suất tiêu hao do lực cản quán tính N j có giá trị dương khi ôtô chuyển động tăng tốc
và ngược lại. Công suất tiêu hao cho lực cản không khí Nω có giá trị dương khi ôtô
chuyển động không có gió và có gió ngược chiều hoặc cùng chiều với ôtô nhưng có
vận tốc nhỏ hơn vận tốc của ôtô.
Phương trình (IV – 1[1]) cũng có thể biểu thị sự cân bằng công suất tại
bánh xe chủ động của ôtô như sau:
N k = N e − N t = N f + Nω ± N i ± N j

( IV − 2[1] )

1.3. Ý nghĩa của công suất kéo N k
Tận dụng khả năng kéo của xe
2. Chọn phương án đo công suất bánh xe.
2.1. Đo công suất bánh xe chủ động trên đường
- Phương pháp đo:
S1

Hình 1: Phương pháp đo công suất bánh xea trên đường dốc với một góc dốc
Chọn một đoạn đường phẳng mặt đường bêtông hay asfan – bêtông, có góc
dốc đều (khoảng 6 0 ÷ 12 0 (như hình vẽ) ). Cắm các cọc mốc tại điểm bắt đầu lên dốc
S
0

và điểm kết thúc quãng đường đo, cho ôtô chuyển động không tải.

6


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thưc hiện: Nguyễn Minh Trinh

Trên đoạn đường thẳng S 0 , lái xe cho tăng tốc độ. Tại điểm bắt đầu dốc tốc
độ đạt bằng khoảng 1 2 tốc độ v max của xe.
Tại cọc mốc đầu tiên leo dốc, dùng đồng hồ bấm giây để xác định thời gian
bắt đầu tính. Trong đoạn S1 lái xe thử nghiệm tăng lượng cung cấp nhiên liệu, và
giữ cho ô tô chuyển động với vận tốc v1 không đổi trong suốt cả đoạn đường S1 .
Thí nghiệm kết thúc khi bánh xe lăn hết đoạn đường đã vạch dấu sẵn. Tại chỗ
kết thúc S1 , bấm đồng hồ xác định thời gian khắc phục hết đoạn đường S1 . Thí
nghiệm được xác định sau tối thiểu 3 lần và lấy giá trị trung bình của các lần đo.

Khi thử nghiệm không thay đổi vị trí gài số trong hộp số. Thời gian đo được
trên các đoạn đường với giá trị vận tốc ở đầu đoạn đương S1 , giúp ta xây dựng đồ
thị đánh giá công suất động cơ.
Trong điều kiện có thể, dùng đoạn đường có nhiều chỗ dốc khác nhau.
S3

S2
S1

a2

a3

a1

Hình 2: Phương pháp đo công suất bánh xe trên đường với các góc dốc khác
nhau. S0
Trên hình vẽ dùng ba đoạn đường có đọ dốc khác nhau và nhỏ dần (
α 1 > α 2 > α 3 ), có thể các giá trị vận tốc ở đầu mỗi đoạn đường khác nhau (
v1 < v 2 < v 3 ), đo được với thời gian khác nhau tương ứng với các tốc độ xác định

khác nhau. Kết quả thu được sẽ nhanh hơn. Sau đó xây dựng đồ thị đánh giá công
suất bánh xe chủ động.
Trong đồ thị cần có các giá trị chuẩn của xe để đánh giá chất lượng:
+ Xe mới còn đảm bảo 100% công suất.
+ Xe cũ đã hết thời hạn sử dụng (vẫn đảm bào 75% công suất).
Ưu – nhược điểm của phương án đo công suất bánh xe chủ động trên đường:
- Ưu điểm:
Khả năng thực tiễn cao khi thiếu phương tiện đo.
- Nhược điểm:

Kết quả đo không chính xác (sai số khá lớn) do:
+ Khó chọn đường.
+ Đòi hỏi người lái phải có nhiều kinh nghiệm.

7


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế băng thử công suất bánh xe chủ động

+ Cần xe mới đảm bảo 100% công suất để so sánh.
2.2. Phương án đo công suất bánh xe chủ động trên bệ thử.
- Bệ thử công suất bánh xe gồm có 2 loại là: Tấm trượt và con lăn
Loại tấm trượt hiện nay không dùng vì nó đòi hỏi diện tích lớn và phải có
quãng đường để ôtô chạy vào bệ thử.
Bệ thử con lăn hiện nay được dùng nhiều, nó có ưu điểm:
+ Chiếm diện tích bé
+ Chế độ thử ổn định
+ Có thể tiến hành thử ở bất cứ thời điểm nào vì bệ thử được đặt trong phòng
thí nghiệm.
- Phương pháp thực hiện:
Trước khi thực hiện cần hoàn chỉnh mọi điều kiện làm việc của xe.
Kiểm tra các thiết bị đo và các cơ cấu điều khiển.
Cho xe lên bệ thử, các bánh xe chủ động nằm trên con lăn, chèn và khóa
cứng thân xe đảm bào xe không bị rời khỏi bệ khi thử
Gài số và gia tốc động cơ đến trạng thái ung cấp nhiên liệu lớn nhất.
Tăng dần phụ tải đến vị trí phụ tải lớn nhất
Xác định các giá trị lực kéo tiếp tuyến F và vận tốc tại bánh xe tương ứng
với vận tốc v

Ghi các giá trị này, chọn giá trị Fmax và tốc độ v tương ứng, xác định công
suất của bánh xe chủ động.
Xây dựng đường đặc tính của công suất bánh xe chủ động
Nhận xét: phương pháp này cho kết quả chính xác hơn (có khả năng thuận lợi
trong quá trình đo).
Dùng để đo công suất của bánh xe chủ động trên xe con và xe ô tô tải nhẹ và
vừa. Nhưng đối với các ô tô tải lớn và rất lớn thì ít được dùng vì giá thánh thiết bị
rất đắt.
3. Nhiệm vụ, yêu cầu và nguyên lý hoạt động của băng thử con lăn
3.1. Nhiệm vụ và yêu cầu:
a. Nhiệm vụ:
Xác định công suất của bánh xe chủ động.

8


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thưc hiện: Nguyễn Minh Trinh

b. Yêu cầu:
Bệ thử có thể đo được công suất lớn nhất: 400kW
Bệ thử có thể dùng để đo công suất trên:
• Xe tải, xe tải chuyên dùng…
• Các xe đo trên bệ thử phải thỏa mãi:
Bán kính thiết kế: 310mm ≤ r ≤ 645mm
Khoảng cách tâm giữa hai cầu chủ động là: 1170mm ÷1525mm (đối với các
xe hai cầu chủ động).
3.2. Lựa chọn phương án đo công suất bánh xe
Để đo công suất bánh xe có hai phương án đo, đó là:

+ Đo trong phòng thí nghiệm
+ Đo trên đường
Bệ thử công suất bánh xe gồm có hai loại là: loại tấm trượt và loại con lăn.
Loại tấm trượt hiện nay không dùng vì nó đòi hỏi diện tích lớn và phải có
quãng đường để ôtô chạy vào bệ thử.
Bệ thử con lăn hiện nay được dùng nhiều, nó có ưu điểm:
+ Chiếm diện tích bé
+ Chế độ thử ổn định
+ Có thể tiến hành thử ở bất cứ thời điểm nào vì bệ thử được đặt trong
phòng thí nghiệm.
3.3. Nguyên lý làm việc của bệ thử con lăn
3.3.1. Sơ đồ nguyên lý:

9


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế băng thử công suất bánh xe chủ động

ω1

α

β

ω2

Hình 3: sơ đồ nguyên lý cảu bệ thử công suất con lăn
3.3.2. Nguyên lý làm việc của bệ thử con lăn:

Bánh xe chủ động quay, do ma sát làm quay các con lăn.
Đặt mômen hãm lên trục con lăn, tại trục con lăn sẽ sinh ra một mômen
phản lực làm xuất hiện phản lực tại vị trí tiếp xúc giữa bánh xe chủ động và con
lăn.
Tại trạng thái cân bằng, nếu bỏ qua lực cản lăn giữa bánh xe chủ động và
các con lăn thì phản lực đo được chính bằng lực kéo tiếp tuyến sinh ra giữa bánh
xe chủ động và các con lăn.
Nếu tiếp tục tăng mômen hãm lên trục con lăn, phản lực tăng cho đến khi
phản lực sinh ra có giá trị bằng với lực bám được sinh ra tại vị trí tiếp xúc giữa
con lăn và bánh xe chủ động, lúc này sẽ xảy ra hiện tượng trượt, bánh xe chủ
động quay trơn trên các con lăn, con lăn bị hãm cứng.
Nếu ta vẫn tiếp tục tăng mômen hãm, phản lực sinh ra vượt quá giá trị của
lực bám, con lăn vẫn bị hãm cứng, lúc này có hai trường hợp xảy ra:
+ Nếu lực kéo tiếp tuyến nhỏ hơn lực bám của bánh xe thì bánh xe sẽ
dừng lại không chuyển động.
+ Nếu lực kéo tiếp tuyến lớn hơn lực bám thì xảy ra hiện tượng trượt,
bánh xe quay trơn trên các con lăn.
4. Thiết lập công thức tính công suất bánh xe

10


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thưc hiện: Nguyễn Minh Trinh

4.1. Thiết lập công thức tính lực bám.
a. Trường hợp 1: bánh xe chủ động tiếp xúc với cả con lăn chủ động và con
lăn bị động (hình 3).
Theo sơ đồ động học, ta có:

l = ( Rcl + Rb ) ×(sin α + sin β )
h = ( Rcl + Rb ) ×(cos β − cosα )
Với

l : là khoảng cách giữa tâm của hai con lăn.
h : độ lệch tâm của con lăn bị động với con lăn chủ động.

Với: 0 < α , β <

π
2

Phương trình cân bằng theo các phương X , Y , ta có:

ΣX = H1 ×sin α − P 1×cos α − H 2 ×sin β − P2 ×cos β = 0
ΣY = H1 ×cos α + P 1×sin α + H 2 ×cos β − P2 ×sin β − Gb = 0
Trong đó:

H1, H 2 : Phản lực pháp tuyến của con lăn chủ động và bị động tác dụng
lên bánh xe.

P1, P2 : lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động .
Gb :

tải trọng tác dụng lên bánh xe chủ động.

Điều kiện bám:

P1max ≤ H1 ⋅ ϕ be

P2 max ≤ H 2 ⋅ ϕ be

Xét trường hợp xảy ra bám:

P1max = H1 ⋅ ϕ be
P2 max = H 2 ⋅ ϕ be

Khi đó, thay ngược lại phương trình cân bằng động lực ta thu được các
kết quả sau:

11


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế băng thử công suất bánh xe chủ động

H1 =
H2 =

Gb ×(sin β + ϕbe ×cos β )

2
(1 + ϕbe
) ×sin(α + β )
Gb ×(sin α − ϕbe ×cos α )
2
(1 + ϕbe
) ×sin(α + β )

Điều kiện bám ổn định khi thử H 1 , H 2 ≥ 0

⇒ sin α − ϕbe ×cos α ≥ 0 ⇔ tgα ≥ ϕbe
Các bệ thử chế tạo hiên nay thường có hệ số bám giữa con lăn và bánh xe ϕbe ≥ 0,6
Suy ra:

⇒ α ≥ 310
Pk max ≤ Pϕ max = H max ×ϕbe
H ≤ H1

Do đó lực bám lớn nhất là:
 (sin β + ϕ ×cos β )
be
Pϕ max = H1 ×ϕbe = Gb ×ϕbe ×
 1 + ϕ 2 ×sin ( α + β )
be


(

)


÷
÷
÷


Lực bám cực đại đo trên bệ thử có thể viết dưới dạng:

Pk max = K ⋅ϕbe ⋅ Gbx với K =

( sin ( β ) + ϕbe ×cos ( β ) )

( 1 + ϕbe2 ) ×sin ( α + β )

b. Trường hợp 2: Bánh xe chủ động chỉ tiếp xúc với con lăn chủ động

12


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thưc hiện: Nguyễn Minh Trinh

γ

Hình 4: sơ đồ tiếp xúc giữa bánh xe chủ động với chỉ con lăn chủ động.
Bỏ qua lực cản lăn. Khi đó: H 3 = Gb 2 ⋅ cos γ với

00 ≤ γ ≤ 900 ⇒ cos γ max = 1

Vậy:

Pϕ = Gb 2 ⋅ cos γ ⋅ ϕ be
* Thiết lập công thức tính công suất ở bánh xe trên bệ thử:
Các thông số đo được trực tiếp trên bệ thử:
Số vòng quay của trục con lăn (chính là số vòng quay của con lăn)

(vg / ph) .

Lực đặt trên trục con lăn của băng thử ( Fcl ) , coi mất mát năng lượng
cho sự lăn bánh xe giữa con lăn chủ động và con lăn bị động (bỏ qua lực cản
lăn).
Công suất bánh xe ( N bx ) được xác định thông qua vận tốc của bánh xe

(vbx ) và lực kéo tiếp tuyến ( Fk ) theo công thức sau:
N bx = Fk ⋅ vbx
Vận tốc của bánh xe chủ động được xác định như sau:

13


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế băng thử công suất bánh xe chủ động

⇒ vbx =

2π ×rbx ×nbx
60

(m / s)

Trong đó:

ncl : số vòng quay của con lăn chủ động (vg / ph) .
nbx : số vòng quay của bánh xe chủ động (vg / ph)

Fk : lực kéo tiếp tuyến (N )
Từ đó ta dễ dàng xác định được công suất của bánh xe:

2π ×rbx ×nbx
Nbx = Fk ×vbx = Fk ×
60
2π ×ncl ×rcl
= Fk ×
60
4.2. Nguyên lý hoạt động của bệ thử thiết kế
4.2.1. Sơ đồ nguyên lý
Trong đó:
1: Bộ phận gây tải
3: Mối ghép bánh răng
5: Đai
7: Khung gầm

2:
4:
6:
8:

Cảm biến lực
Con lăn
Ổ lăn
Cảm biến tốc độ

9: Bánh xe chủ động
7
8
6

1
2
9

5

Hình 5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động cảu bệ thử thiết kế
4.2.2. Nguyên lý hoạt động
3

4

14


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thưc hiện: Nguyễn Minh Trinh

Công suất của bánh xe chủ động được đo thông qua hai đại lượng mômen
chủ động M k và vận tốc quay của bánh xe nbx (lực kéo tiếp tuyến Fk và vận tốc
bánh xe vbx )
Trong quá trình thử, bánh xe chủ động của xe được đặt giữa con lăn chủ
động và con lăn đỡ. Bánh xe chủ động quay làm quay các con lăn, con lăn chủ
dộng quay dẫn dộng làm quay trục của bộ phận gây tải.
Bộ phận gây tải tạo ra mômen cản để cản chuyển động của các con lăn
chủ động, và sinh ra các chế độ tải và chế độ tốc độ khác nhau trong khi thử. Coi
mất mát năng lượng cho sự lăn bánh xe giữa các con lăn chủ động và bị động là
không đáng kể thì lực kéo tiếp tuyến ( Fk ) sinh ra giữa bánh xe chủ động và các
con lăn chính bằng phản lực sinh ra khi bộ phận gây tải làm việc.

Từ đó ta dễ dàng tính được công suất của bánh xe chủ động thông qua 2
thông số đó được đó là: vận tốc bánh xe chủ động ( vbx ) và lực kéo tiếp tuyến ( Fk
) thông qua công thức:

N = Fk ⋅ vbx

4.2.3. Xác định công thức tính công suất ở bánh xe trên băng thử
a. Công thức xác định lực bám:
Để thuận tiên cho việc xác định công suất của xe tải hai cầu chủ động ở
h3

đây ta thiết kế băng thử với các con lăn đặt đồng tâm.
h4

Sơ đồ tính toán:

O2

O1
P1

W1

Gb2

Gb1

W

O11

H1

H2

H3
h1

P2

P3
O12
h6
h2

h5

15

O21


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế băng thử công suất bánh xe chủ động

Hình 6: sơ đồ tính toán của bệ thử thiết kế
l 0 : khoảng cách giữa hai cầu chủ động.
L1 ; L2 : lần lượt là khoảng cách giữa tâm của con lăn chủ động với con lăn
bị động và khoảng cách tâm giữa hai con lăn chủ động.

Phương trình cân bằng:
ΣX = H1 ⋅ sin α − P1 ⋅ cos α − H 2 ⋅ sin α − P2 ⋅ cos α − H 3 ⋅ sin γ − P3 ⋅ cos γ = 0 (1)

( 2)
m( O1 ) = 0 ⇔ H 3 ⋅ h2 = P3 ⋅ h1 + Gb 2 ⋅ l0
m ( O ) = 0 ⇔ H ⋅ h + P ⋅ h + H ⋅ h − P ⋅ h − G ⋅ l = 0
( 3)
2
1 5
1 6
2
4
2
3
b1 0


h2 = l0 ⋅ cos α
h3 = l0 ⋅ sin α − Rb
Trong đó: 
và 
h1 = l0 ⋅ sin γ + Rb
h4 = l0 ⋅ cos α
h5 = l0 ⋅ cos α

h6 = l0 ⋅ sin α − Rb
P
≤ H ⋅ϕ
1
be

 1 max
Xét điều kiện xảy ra bám:  P2 max ≤ H 2 ⋅ ϕbe

 P3 max ≤ H 3 ⋅ ϕbe
Thay các giá trị vào phương trình trên ta thu được kết quả sau:

16


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thưc hiện: Nguyễn Minh Trinh



Gb 2 ⋅ l 0
H 3 =


R 

l 0 cos γ − ϕ be  sin γ + b 

l 0 




sin α + ϕ be ⋅ cos γ
 H 1 = Gb1 ⋅ l 0 ⋅

ϕ ⋅R 

2

sin 2α ⋅  l 0 + ϕ be
+ be b 

cos α 


 H = Gb1 ⋅ l 0 ⋅ ( sin α − ϕ be ⋅ cos γ )
 2
ϕ ⋅R 

2
sin 2α ⋅  l 0 + ϕ be
+ be b 

cos α 


• Điều kiện bám ổn định khi thử: H1 ; H 2 ; H 3 ≥ 0
 Pk1max ≤ Pϕ1max = H1 ⋅ ϕbe

 Pk 3 max ≤ Pϕ 3 max = H 3 ⋅ ϕbe

Ta có:

Vậy lực bám tại riêng từng cầu chủ động:
Pϕ1 = H1 ⋅ ϕbe = Gb1 ⋅ l0 ⋅ ϕbe ⋅

Và

Pϕ 3 = H 3 ⋅ ϕ be =

sin α − ϕbe ⋅ cos γ
ϕ ⋅R 

2
sin 2α ⋅  l0 + ϕbe
+ be 0 
cos 


Gbe ⋅ ϕ be
R 

cos γ − ϕ be ⋅  sin γ + b 
b 


4.2.4. Công suất bánh xe

Gọi ηck và ηt lần lượt là hiệu suất cơ khí của cụm con lăn và hiệu suất của
bộ phận gây tải.
Khi đó:
Fk ⋅ rcl ⋅ η ck = M h

⋅η

t

Với: Fk : lực kéo tiếp tuyến (N )
rcl : bán kính con lăn ( mm )
M h : mômen hãm được tạo bởi bộ phận gây tải

17


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế băng thử công suất bánh xe chủ động

Và ta có: M h = P ⋅ l
với: P : lực đo được tại cảm biến lực
l : chiều dài cánh tay đòn của cảm biến lực (là khoảng cách từ tâm
bộ phận gây tải tới cảm biến lực)
Do đó:

Fk =

P ⋅ l ⋅ηt
rcl ⋅ ncl ⋅ηck

Lại có:

v =

2π ⋅ rcl ⋅ lcl
( m / s)

60

bx

Vậy công suất bánh xe ( N bx ) được xác định như sau:
N bx =

2π ⋅n cl ⋅P ⋅ l ηt
⋅
60
ηck

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CỤM CHI TIẾT
CỦA BỆ THỬ
1. Các số liệu ban đầu đặt ra cho bệ thử
Các xe được thống kế theo các số liệu sau:
+ Công suất cực đại
+ Mômen xoắn lớn nhất
+ Chiều dài cơ sở
+ Ký hiệu lốp
+ Trọng lượng phân bố lên các cầu
Các số liệu cần thiết được rút ra:
+ Công suất lớn nhất: 290kW (2200vg/ph)

18


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thưc hiện: Nguyễn Minh Trinh

+ Mômen xoắn lớn nhất: 1000Nm (1400vg/ph)
+ Vận tốc lớn nhất: 4150vg/ph (61kW)
+ Bán kính làm việc: 330mm ≤ Rlv ≤ 570mm
+ Bề rộng bánh xe: 152,4mm ≤ B ≤ 355,6mm ⇒ Btb = 254mm
+ Khối lượng đặt lên các cầu chủ động lớn nhất, vậy ta chọn thông số đầu
vào là: 9075kg ≈ 10000kg
Bảng 1: Thống kê số liệu xe

19


Đồ án tốt nghiệp

Loại xe

Thiết kế băng thử công suất bánh xe chủ động

Mác xe

Công suất cực đại

Mômen xoắn lớn

ứng với số vòng

nhất ứng với số

quay Hp(vg/ph)

vòng quay Nm/

Chiều dài cơ sở

Trọng lượng phân bố
lên cầu(kg)

(vg/ph)
Trước

CĐ

780

760

8,4-15

377,6

9,00-20

451,2

UAZ

469b

75/4000

170/2400

Zil

Zil 130

150/3200

410/2000

3800

2120

2180

410/(1800÷ 2000)

3350(1250)

2800

3660

Xe 3 cầu
UAZ

31512

75/4000

170/(2200÷ 2500)

2380

720

880

8,4-15

377,6

MAZ

5335

180/2100

680/1500

3950

3425

3300

12-20

522,5

KAMAZ

5320

3850

3320

3760

260-508

476,85

YAZ

3151

2380

900

780

215-380

378,7

Huyndai

11 tấn

290/2200

1000/1400

7025

11-20

498,7

Huyndai

8 tấn

188/2900

525/1400

5700

10-20

475

Hino FM-FL

FL 1JTUA

191/2900

548/1500

4980(1300)

1920

4460

10x20x16PR

475

Hino FM-FL

FM 1JNUA

191/2900

548/1500

4130

2005

4660

10x20x16PR

475

Hino FG

FG 1JJUB

154/2900

554/1500

4280

1295

3020

10x20x14PR

475

Hino FG

FG 1JPUB

154/2900

554/1500

5530

1325

3090

10x20x14PR

475

Hino FC

FC 3JEUA

121/2900

451/1500

4320

870

2010

8,25x16x14PR

412,75

Hino FC

FC 3JLUA

121/2900

451/1500

4990

920

2120

8,25x16x14PR

412,75

Kia

1,25 tấn

61/4150

175/2400

2585

540

1250

6-14

330

1,25tấn

61/4150

175/2400

2585

540

1250

6-14

330

K2700II
Kia

20


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thưc hiện: Nguyễn Minh Trinh

K2700II

mui bạt

Mitsubishi

1,5 LW

78/3500

256/1800

600

1420

7 – 16 – 10PR

381

3,5 WIDE

78/3500

256/1800

650

1515

7 – 16 –12PR

381

4,5 GREAT

85/3200

259/1800

720

1660

7,5 –16-14PR

381

1,5 tấn

48/3200

166,6/2000 ÷ 2200

2800

665

1560

6,5 – 16

368,3

3,45 tấn

70/3100

245/2000 ÷ 2200

3165

1530

3570

8,25 – 20

463,55

4225

4350

9075

14 – 20

570

Canter

Mitsubishi
Canter
Mitsubishi
Canter
Trường Hải
tải Thaco

Trường Hải
Ben Thaco
URAL

4320

21


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế băng thử công suất bánh xe chủ động

2. Tính bền cụm con lăn
2.1. Tính bền con lăn
2.1.1. Chọn sơ bộ các thông số của con lăn
Nhiệm vụ của con lăn: tiếp nhận trực tiếp mômen xoắn từ bánh xe chủ
động tới và tiếp nhận chuyển động của xe để truyền tới bộ phận gây tải nhằm
mục đích xác định công suất phát ra từ bánh xe chủ động.
Để đảm bảo điều kiện bánh xe không bị trượt trên bệ thử con lăn thì tỷ số
giữa bán kính con lăn và bánh xe phải thỏa mãn điều kiện:
 Rcl
 R ≥ 0,35

⇒ Dcl ≥ 399mm
 bx
330mm ≤ R ≤ 570mm
bx


Kết hợp với các số liệu đã thống kê được từ các xe và mục đích khi chế tạo
băng thử ta chọn sơ bộ các thông số của con lăn

D = 450mm
l = 965mm
Khoảng cách con lăn chủ động và bị động : 760mm
Vật liệu chế tạo: thép ⇒ [σ ] = 70MN / m 2
Khi đó chiều dày (δ ) thường được chọn theo vật liệu chế tạo con lăn [5] :
Thép: δ ≥ 0,001×D + 3(mm)

⇒ δ ≥ 3,452mm
Chọn: δ = 5mm
2.1.2. Kiểm nghiệm bền

22


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thưc hiện: Nguyễn Minh Trinh

Thông số ban đầu: trọng lượng cầu chủ động lớn nhất G max = 100000 N ,
1
tải trọng lớn nhất tác động lên con lăn là: F = Gbx max = ⋅ Pmax = 50000 N

2
Với kích thước đã chọn ta tiến hành tình bền cho con lăn: coi con lăn như
một trụ rỗng có bề dày δ , từ đó ta xây dựng sơ đồ tính toán như sau:
Biểu đồ mômen

Y0
0

a/2

50000N Y
a/2 1
(a=965mm)

25000N

1

Q

25000N

M
1206250Nmm
Từ biểu đồ mômen: Qmax = 25000 N , M max = 1206250 Nmm
Tiết diện F =

π ⋅ D2 π ⋅ (D − δ )2 π  2
−
= ⋅  D − ( D − δ ) 2 

4
4

4 

Khi đó ứng suất tiếp lớn nhất: τ =

Qmax
4 ⋅ Qmax
=
F
π ⋅ (D 2 − ( D − δ ) 2 )

Thay các giá trị D, δ vào công thức trên ta thu được kết quả:

τ = 7.133N / mm 2 = 7,133MN / m 2

23


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế băng thử công suất bánh xe chủ động

Mômen chống uốn:
3

[

π ⋅D

Wu =
⋅ 1−α 4
32

]

với α =

d
, trong đó d = D − δ là
D

đường kính trong của con lăn
⇒ ứng suất pháp:

σ=

M u max
=
Wu

32 ⋅ M max
  d 4 
π ⋅ D ⋅ 1 −   
  D  
3

Thay các giá trị vào công thức trên ta thu được kết quả: σ = 30,85 N / mm 2
⇒ σ td = σ 2 + 3 ⋅ τ 2 = 30.85 2 + 3 ⋅ 7,1333 = 33,232 N / mm 2 ≈ 33MN / m 2
⇒ σ ≈ 33,232MN / m 2 ≤ [σ ] = 70MN / m 2 đủ bền.

Vậy các thông số cơ bản của con lăn: D = 450mm ; l = 965mm ; δ = 5mm
2.2. Tính và chọn trục
Nhiệm vụ: tiếp nhận và truyền mômen xoắn từ con lăn cũng như bộ phận
gây tải, dùng để đỡ chi tiết quay là con lăn.
Thông số: mômen xoắn lớn nhất: T = 1000 Nm(1400vg / ph)
2.2.1. Chọn vật liệu chế tạo trục là thép 40X có: σ b = 1000MPa
Ứng suất xoắn cho phép: [ τ ] = 12.....20 MPa
2.2.2. Xác định sơ bộ đường kính trục: d

d=3

T
= 62,996mm
0,2 ×[ τ ]

⇒ Chọn sơ bộ: d = 65mm

24


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên thưc hiện: Nguyễn Minh Trinh

2.2.3. Xác định đường kính trục
Gbx= Fy12

12

10 Fy10

13
11 Fy11

1206,25Nm

1000Nm

Hình 7: sơ đồ tính trục và biểu đồ mômen
Dựa vào biểu đồ mômen ta xác định đường kính d j đối với tiết diện thứ j
(theo công thức 10.16[ 4] và 10.17[ 4] )
M tdj = M 2j + 0,75T j2

25