Tinh toan thiet ke va toi uu thong so ket cau hop so co khi

1
MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN …………………………………………
1.1.Luận chứng kinh tế………………………
1.2. Ảnh hưởngcủa hộp số đến tính năngđộng lực học ô tô……
1.2.1. Ảnh hưởng của số lượng số truyền trong hộp số
1.2.2. Ảnh hưởng của tỷ số truyền của hộp số……………
1.3. Phân tích đặc điểm kết cấu hộp số………………………
1.3.1Hộp số có hai trục ………………………………
1.3.1Hộp số có ba trục ………………………………
1.4. Lựa chọn phương án thiết kế.………………………………
1.4.1 Lựa chọn sơ đồ hộp số thiết kế
1.4.2.Đường chạy số………………………………
1.5. Mục tiêu và nội dung nghiên………………………………
1.5.1. Mục tiêu……………………………………………
1.5.2 . Nội dung nghiên cứu………………………………
CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ CHẾ ĐỘ TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN
HỘP SỐ…………………………………………………………
2.1. Chế độ tải trọng tính toán ……………………………………
2.1.1 Xác định tải trọng tác dụng lên trục.…………………
2.1.2. Lực tác dụng lên các cặp bánh răng…………………
2.2. Thông số trụccác trục hộp số………………………………
CHƯƠNG III: TỐI ƯU HÓA KẾT CẤU TRỤC HỘP SỐ.……
3.1 Lựa chọn các tham số thiết kế………………………………


2
3.2 Xác định hàm mục tiêu.………………………………………
3.3 Điều kiện giới hạn……………………………………………
3.4. Xác định hàm tối ưu…………………………………………

3.5. Kết quả tối ưu……………………………………………….
KẾT LUẬN………………………………………………………………
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………….
PHỤC LỤC……………………………………………………………….


3
LỜI NÓI ĐẦU
Nướctađangtrongquátrìnhcôngnghiệphoáhiệnđại hoáđất nước.Ngành cơkhíôtôlà
mộttrongnhững

ngànhđangtrongquátrìnhpháttriểnmạnh,với

nhiềunhàmáysảnxuấttiêntiếnmọclên.Ôtôngàynaycàngngàycàngđượcsử
dụngrộngrãitrongthựctếđời
nhữngbộphậnkhôngthể

sốngvìnhưngtiệníchmànómanglại.Mộttrong
thiếucủaôtôvàảnhhưởngtrựctiếpđếnquátrìnhđiều

khiểnôtô,đólàhộpsố.Ngàynay,hộpsốôtôkháphongphúvềchủngloại,vềkết
cấucôngnghệ.Nhưngphổbiếnnhất

làhộpsốtruyềnđộngcơkhí,cácloạixe

chấtlượngcaocònđượctrangbịhộpsốtựđộng.Tuycómộtsốnhượcđiểmso
vớihộpsốtựđộngnhưnghộpsốtruyềnđộngcơkhívẫncónhữngưuđiểmvà
đượcsửdụngphổbiếntrongcácloạiôtôhiệnnay.Trongquátrìnhhọctậptại
trường,quacácđợtthựctậptronglẫnngoàitruờngemđãlắmbắtđượcnhững
kiếnthứccơbảnvềhộpsố,từkết cấuđếncôngnghệchếtạo cơbản…

Trongđợtxéttốtnghiệpnămnay,với vinhdựđượcbộ môn và thầy giáo hướng
dẫngiaođềtài“thiếtkếhộpsốcơkhí

và

tối

ưu

hóa

thông

số

kết

cấu”.Emđãcốgắngtrìnhbàynhữngvấnđềcơ
bảnnhấtvềhộpsố,ứngdụngvàtínhtoáncácchi

tiếtcủahộpsốnhằmđưahộp

sốthiếtkếđạttớiđiềukiệntốiưunhấtcóthể.
Đề tài đã giải quyết được các vẫn đề sau:
Tổng quan: Trình bày một số vấn đề về hộp số cơ khí và đưa ra được
phương án thiết kế.
Thiết kế hộp số: Tính toán thiết kế được các bộ truyền bánh răng và các
trục cả hộp số.
Mô phỏng 3D: Dùng phần mềm CATIA để mô phỏng 3D các bánh răng và
trục hộp số, từ đó đưa ra được mô hình 3D lắp ráp các bộ truyền bánh răng.

4
Tối ưu hóa thông số kết cấu của hộp số: Đi vào tối ưu hóa các bánh răng và
trục hộ số
Trong quá trình làm đồ ántốtnghiệp em đã được thầy hướng dẫn,cùng các thầy
trong bộ môn,hướngdẫn tận tình, giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp.Mặc dù
đã rất cố gắngnhưng do tài liệu,năng lực có hạn nên chắc chắnđồ án không
thểtránhkhỏi những thiếu sót.Em rất mong được sự góp ý của các
thầy,cùngcácbạnđểđồ ánđượchoànthiệnhơn.Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn
thầy giáoNguyễn Quang Cường và thầy giáo Nguyễn Thành Công cùng các
thầy cô giáo trong bộ môn đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, tạo điều kiện tốt nhất
cho em để hoàn thành đồ án này.
Hà Nội / 2014
Sinh viên thực hiện
Phạm Văn Quang


5
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Luận chứng kinh tế.
Ở các nước công nghiệp phát triển, công nghiệp ô tô là ngành kinh tế mũi
nhọn. Trong khi đó thực trạng ngành công nghiệp ô tô nước ta đang gặp phải
nhiều khó khăn, các doanh nghiệp ô tô lớn của đất nước vẫn chủ yếu là nhập linh
kiện từ các nước về và tiến hành lắp ráp.
Do vậy muốn ngành công nghiệp ô tô nước ta phát triển thì phải từng bước
nội địa hóa các linh kiện. Từ đó có thể thúc đẩy các ngành công nghiệp cơ khí
phụ trợ trong nước phát triển. Việc sản suất ra các linh kiện, trước tiên để phục vụ
nhu cầu sửa chữa, tiếp đó là phục vụ cho việc lắp ráp ô tô mới.
Để có thể chế tạo được các phụ tùng có thể lắp lẫn được trên các xe ô tô hiện

nay, nhiệm vụ đặt ra là phải có đội ngũ cán bộ kĩ sư ô tô am hiểu về công nghệ
chế tạo và tính toán thiết kế các tổng thành phù hợp để sử dụng cho từng loại xe
cụ thể.
Việc thiết kế, chế tạo hộp số có vai trò hết sức quan trọng trong công cuộc
công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Nó thúc đẩy ngành công nghiệp phụ trợ
cho ngành công nghiệp ô tô nước ta có thể có bước tiến vững chắc, chủ động
được nguồn cung cấp linh kiện. Từ đó sẽ đi đến việc xây dựng các nhà máy sản
xuất và lắp ráp ô tô mang thương hiệu Việt Nam.
Với mục tiêu đề gia của đất nước là phấn đấu đến năm 2020 Việt Nam cơ bản
trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại, Chiến lược phát triển Kinh tế Xã hội của đất nước giai đoạn 2011-2020 đã xác định rõ: Phát triển mạnh công
nghiệp theo hướng hiện đại, nâng cao chất lượng và sức cạnh tranh. Theo đó: ưu
tiên phát triển các sản phẩm có khả năng tham gia mạng sản xuất và chuỗi giá trị
toàn cầu thuộc các ngành công nghiệp công nghệ cao, công nghiệp cơ khí... Phát
triển mạnh công nghiệp hỗ trợ.Vì vậy việc thiết kế chế tạo hộp số, có tầm quan


6
trọng trong việc phát triển mạnh các ngành công nghiệp phụ trợ cho phát triển
ngành công nghiệp ô tô trong tương lai.
1.2. Ảnh hưởngcủa hộp số đến tính năngđộng lực học ô tô
1.2.1. Ảnh hưởng của số lượng số truyền trong hộp số
Nhằm mục đích làm rõ ảnh hưởng của số lượng số truyền trong hộp số
đến tính chất động lwucj học ô tô, chúng ta nghiên cứu so sánh đặc tính động lực
học của hai loại ô tô, có tính động lực học tương tự nhau nhưng ô tô thứ nhất với
3 số truyền chính, ô tô thứ hai có 4 số truyền chính (hình...) và đều có tỷ số
truyền ở tay số I và số cuối bằng nhau

Hình 1-1: Đặc tính động lực học ô tô
Qua hai đồ thị ta thấy: nếu hai ô tô cùng chuyển động trên cùng một loại
đường có hệ số cản tổng cộng như nhau là

tô có hộp số 3 cấp là

vm'' ax

ψ2

, thì vận tốc lớn nhất có được ở ô

sẽ nhỏ hơn vận tốc lớn nhất của ô tô có hộp số 4 cấp là


7

vm' ax

. Nếu chung ta cũng cho ô tô chuyển động trên loại đường có hệ số cản tổng

cộng

ψ1 >ψ 2

thì ta cũng nhận được vận tốc lớn nhất của ô tô với hộp số 3 cấp sẽ

nhỏ hơn tốc độ lớn nhất của ô tô với hộp số 4 cấp

vm' ax

.

Như vậy, tăng số lượng số truyền trong hộp số sẽ dẫn đến việc tăng tốc độ
trung bình của ô tô. Tuy nhiên nếu tăng quá mức số lượng số truyền của hộp số
sẽ làm cho hộp số phức tạp, cồng kềnh, khối lượng của hộp số tăng lên làm phức
tạp cho người điều khiển. Vì vậy, đối với ô tô con, hộp số thông thường không
vượt quá 4-5 cấp. CÒn đối với ô tôtải và ô tô khách thì không vượt qua 5-6 cấp.
1.2.2. Ảnh hưởng của tỷ số truyền của hộp số
Hộp số được đặt trong hệ thống truyền lực của ô tô nhằm đảm bảo khả năng
khắc phục lực cản của mặt đường luôn thay đổi. Ta cần tiến hành xác định tỷ số
truyền của từng sso trong hộp số.
(1). Xác định tỷ số truyền ở tay số I của hộp số
Tỷ số truyền ở tay số I cần phải chọn sao cho lực kéo tiếp tuyến phát ra ở các
bánh xe chủ động của ô tô có thể khắc phục được lực cản tổng cộng lớn nhất của
mặt đường. Từ phương trình cân bằng lực kéo khi ô tô chuyển động ổn định ta
có:

Pk max ≥ ψ max .G + W .v 2

(1.1)

Trong đó: G- trọng lượng toàn bộ ô tô, N
W – Diện tích cản gió
V – vận tốc của ô tô, m/s


8
Khi ô tô chuyển dộng ở tay số I thì tốc độ của chúng rất chậm, do đó ta bỏ
qua lực cản của không khí. Như vậy:
M e max .i0 .ih1.i pc .ηt
rbx

≥ ψ max .G ⇒ ih1 ≥

ψ max .G.rbx
M e max .i0 .i pc .ηt

Hay

(1.2)
Trong đó: Ih1 – tỷ số truyển hộp số tay số I.
Memax – Mô men xoắn lớn nhất của động cơ, N.m
I0 – tỷ số truyền lực chính
ipc – tỷ số truyền của hộp số phụ ở số cao
rbx – bán kính động lực học bánh xe, m

ηt

- hiệu suất truyền lực của hệ thống truyền lực.

Mặt khác lực kéo tiếp tuyến lớn nhất phát ra ở các bánh xe chủ động P kmax
bị hạn chế bới điều kiện bám, cho nên:
Pk max ≤ m.Gϕ .ϕ ⇒

M e max .i0 .ih1.i pc .ηt
rbx

≤ m.Gϕ .ϕ
(1.3)

Trong đó: m – hệ số

Gϕ

ϕ

- trọng lượng bám của ô tô, N

- hệ số bám của bánh xe với mặt đường

Theo điều kiện bám thì tỷ số truyền ở số I được chọn:
ih1 ≤

m.Gϕ .ϕ .rbx
M e max .i0 .i pc .ηt

(1.4)


9
Như vậy khi chọn tỷ số truyền hộp số tay số I thỏa mãn theo biểu thức 2, kiểm
chứng theo điều kiện 4, nếu điều kiện 4 không được thỏa mãn thì tính lại trọng
lượng phân bố lên cầu chủ động, tức là thiết kế lại bố trí chung của ô tô.
(2) Xác định tỷ số truyền của các số trung gian trong hộp số
Tỷ số truyền của các số trung gian trong hộp số có thể được lựa chọn theo
một trong hai phương pháp sau:
a) Chọn hệ thống tỷ số truyền của các số trung gian theo cấp số nhân.
Cấp số nhân được dùng rộng rãi để chọn hệ thốn tỷ số truyền của hộp số ô tô.
Dựa trên cơ sở sử dụng công suất trung bình của động cơ khi làm việc ở
chế độ toàn tải là không thay đổi trong quá trình gia tốc ô tô.
Ở tất cả các số truyền thì khoảng biến thiên số vòng quay của động cơ từ

ne'

đến

ne''

là không đổi.

Hình1-2: Đồ thị sang số của ô tô có hộp số 3 cấp bố trí theo cấp số nhân.


10
Giả thiết rằng, trong khi chuyển số thì ô tô không bị ngắt dòng công suất,
do đó không mất mát vận tốc, nghĩa là thời gian chuyển số xem như bằng không.
Nói cách khác, khi gia tốc ô tô và chuyển số từ số thấp lên số cao thì vận tốc
cuối cùng của số thấp bằng vận tốc đầu tiên của số cao tiếp theo (hình 1-2),
nghĩa là:

v1'' = v2' v2'' = v3'
vn'' −1 = vn'
;
; ...
(1.5)
Vận tốc cuối cùng của ô tô ở các số truyền khác nhau được tính theo công
thức:
vn'' −1 =
Số thứ n-1:

2.π .ne'' .rbx
60.i0 .ih ( n−1) .i pc

(m/s)

(1.6)

Tốc độ đầu tiên khi gia tốc ở các số truyền khác nhau được tính theo công
thức:
vn' =

2.π .ne' .rbx
60.i0 .ihn .i pc

Số thứ n:

(m/s)

(1.7)

Kết hợp các biểu thức (1.5), (1.6), (1.7) ta được:
ne'' ne'
=
ih1 ih 2

;

ne'' ne'
=
ih 2 ih 3

ne''

; ...;

ih ( n−1)

=

ne'
ih ( n−1) ne''
ih1 ih 2
⇒
=
= ...
= ' =q
ihn
ih 2 ih3
ihn
ne

Ở đây: v’, v” – vận tốc ô tô tương ứng với số vòng quay
khuỷu động cơ;
n – số lượng số truyền của hộp số.

ne'

và

(1.8)

ne''

của trục


11

ih 2 =

Từ công thức (8) ta có:
ih 2 =

hay

i
ih1
i
ihn = h ( n−1)
ih 3 = h 2
q
q
q
;
;...;

i
ih1
i
ihn = ( n1−1)
ih 3 = h12
q
q

q
;
;...;

(1.9)

Từ công thức (9), ta có công bội của cấp số nhân là:
q = n−1

ih1
ihn

(1.10)

Thông thường trong thiết kế ô tô nhằm mục đích nâng cao tính chất động
lực học ô tô, nâng cao hiệu suất của hệ thống truyền lực, thường chọn tỷ số
truyền ở số cao nhất của hộp số là số truyền thẳng, ihn = 1, do đó ta có:
q = n−1 ih1

(1.11)

Do đó tỷ số truyền của các số trung gian được xác định như sau:
i = n−1 i ( n−2)
h1
 h2

n −3
ih 3 = n−1 ih( 1 )

...


( n−k )
ihk = n−1 ih1

(1.12)

Trong đó: k – số thứ tự của số truyền
Qua các biểu thức (1.7), (1.10), (1.11), (1.12)ta có nhận xét rằng:
+ Ô tô thông thường hay sử dụng ở số cao của hộp số, nhưng ở khu vực này
thì số lượng số truyền ít so với số lương số truyền có được ở số thấp, đây là một


12
nhược diểm khi chọn hệ thống tỷ số truyền cho các số trung gian theo cấp số
nhân.
+ Đối với hộp số có cấp thì số lượng số truyền bị hạn chế như đã tình bày
khi chọn số lượng số truyền của hộp số, do đó sẽ hạn chế khả năng tăng vận tốc
trung bình của ô tô và hệ số sử dụng tải tọng của động cơ.
+ Nếu công bội của cấp số q = 1 thì số cấp sẽ tăng lên vô ạn và vận tốc
trung bìn sẽ tăng cũng như hệ số sử dụng tải trọng động cơ sẽ tăng.
b) Chọn hệ thống tỷ số truyền của các số trung gian theo cấp số điều hòa.
Nhằm mục đích khắc phục nhược điểm của hệ thống tỷ sô truyền chọn
theo cấp số nhân là khu vực số cao thì số lượng số truyền ít, người ta có thể chọn
hệ thống tỷ số truyền sao cho khoảng tốc độ giữa các tỷ số truyền là như nhau
(hình 1-3), nghĩa là:
v2 = v1 = v3 − v2 = ... = vn − v( n−1) = const

(1.13)

Tương ứng với vận tốc ở các số truyền khác nhau tại số vòng quay

ne''

của

động cơ (hình 1-3), ta có:
2.π .ne'' .rbx
2.π .ne'' .rbx
2.π .ne'' .rbx
2.π .ne'' .rbx
''
''
''
v
=
v =
v2 =
v =
( n −1)
60.i0 .ih( n−1) .i pc n 60.i0 .ihn .i pc
60.i0 .ih1.i pc
60.i0 .ih 2 .i pc
;
;...;
;
(1.14)
''
1

Như vậy ta có:

1 1
1
1
1
1
− = −
= ... = −
=a
ih 2 ih1 ih3 ih 2
ihn ih( n −1)

Ở đây: a- hằng số điều hòa

(1.15)


13
n- số lượng số truyền của hộp số

Hình 1-3: Đồ thị sang số của ô tô khi tỷ số truyền bố trí theo cấp số điều hòa
Từ công thức (15), ta xác định được tỷ số truyền của các số trung gian
trong hộp số khi biết tỷ số truyền ở tay số I là ih1 và hằng số điều hòa a.
ih1
1 1
−
=
a
⇒
i
=

h
2
i
i
1 + a.ih1
 h 2 h1
1
ih1
1
−
=
a
⇒
i
=
h3
i
1 + 2.a.ih1
 h 3 ih 2
...

ih1
 1 − 1 =a⇒i =
hn
 ihn i
1 + ( n − 1) .a.ih1
h( n −1)


(1.16)

Nếu số truyền cuối cùng của hộp số là số truyền thẳng ihn = 1 thì ta có:
1
1
1
−
= a ⇒1−
=a
ihn ih( n−1)
ih( n−1)


14

1=
Và:

ih1
ih1 − 1
⇒a=
1 + ( n − 1) .a.ih1
( n − 1) .a.ih1

(1.17)

Hằng số điều hòa a phụ thuộc vào tỷ số truyền ở tay số I i h1 của hộp số và
số lượng số truyền. Khi xác định được hằng số điều hòa a, ta xác định tỷ số
truyền của các tay só trung gian trong hộp số bằng cách kết hợp biểu thức (1.16),
(1.17) ta có:


( n − 1) .ih1
i
=
 h2
( n − 2 ) + ih1


( n − 1) .ih1
ih 3 =
( n − 3) + 2.ih1

...


( n − 1) .ih1
ih( n−1) =
1 + ( n − 2 ) .ih1


(1.18)

Đồ thị chuyển số của ô tô khi tỷ số truyền của hộp số phân bố theo cấp số
điều hòa được biểu thị trên hình....Khác với cấp số nhân, đối với cấp số diều hòa,
khi chuyển từ số này sang số khác thì số vòng quay nhỏ của động cơ không phải
là một trị số cố dịnh, mà ở các sô truyền càng cao thì số vòng quay nhỏ càng lớn:

nen' > ... > ne' 2 > ne' 1
Do đó ở só truyền càng cao, động cơ làm việc càng gần trị số công suất lớn
nhất và thời gian tăng tốc càng ngắn.
1.3.Phân tích đặc điểm kết cấu hộp số thông dụng trên ô tô.

Trên ô tô hiện nay dùng 2 loại hộp số cơ bản là hộp số 2 trục và hộp số 3 trục .
Tùy theo từng loại xe và yêu cầu sử dụng mà có số lượng tay số khác nhau:
1.3.1. Hộp số có 2 trục.


15
Hộp số hai trục là kiểu hộp số thông dụng, được sử dụng chủ yếu trên các xe con
có động cơ đặt trước và cầu trước chủ động, gồm một trục sơ cấp gắn các bánh
răng chủ động, trục thứ cấp gắn các bánh răng bị động.
Đặc điểm của loại hộp số này là tất cả các số truyền đều chỉ truyền qua một cặp
bánh răng ăn khớp, tuy nhiên ở một số trường hợp số truyền cao nhất có
thể qua nhiều cặp bánh răng ăn khớp.

Hình1- 4: Hộp số 2 trục 4 tay số với số lùi bố trí phía sau


16

Hình 1-5 : Hộp số 2 trục với số lùi bố trí giữa bộ đồng tốc
Hộp số này có ưu điểm là:
Có hiệu suất cao, bởi vì ở tất cả các số truyền làm việc sự ăn khớp chỉ qua
một cặp bánh răng.
Có thể tăng nhiều độ cứng vững và độ bền của các chi tiết, bởi vì trong hộp
số này không có cụm nào bị nào bị hạn chế bởi điều kiện kích thước.
Nhược điểm cơ bản của hộp số hai trục là:
1.3.2. Hộp số 3 trục.
Hộp số 3 trục, có trục sơ cấp và trục trung gian đồng tâm, số truyền cuối là
số truyền thẳng, có cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp với nhau. Các bánh răng trên
trục trung gian lắp chặt và luôn quay.
Hộp số 3 trục được sử dụng phổ biến trên các loại xe từ tải trọng nhỏ đến

tải trọng lớn và rất lớn. Trên ô tô con sử dụng hộp số này thường có 3,4,5 số; với
xe tải, xe khách số lượng tay số có thể 4-6; các xe tải có tải trọng lớn đến rất lớn
số lượng tay số truyền có thể là 10-12 số. Tăng số truyền làm tăng trọng lượng
hộp số, kết cấu và điều khiển phức tạp.


17

Hình 1-6: Hộp số 3 trục 4 tay số

Hình 1-7 : Hộp số 3 trục 6 tay số
Ưu điểm nổi bật của sơ đồ hộp số 3 trục là cho phép tạo ra số truyền thẳng
(không qua cặp bánh răng truyền động nào) nên hiệu suất cao nhất (có thể coi như
bằng một nếu như bỏ qua các tổn thất khác). Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với
hộp số ôtô vì phần lớn thời gian làm việc của hộp số là số truyền thẳng (chiếm tỷ


18
lệ đến 50-80%), cho phép nâng cao hiệu suất truyền của hộp số và do đó giảm
tiêu hao nhiên liệu và tăng tuổi thọ chung cho hộp số. Vì vậy hộp số kiểu này
được sử dụng phổ biến trên hầu hết các loại ôtô.
Tuy vậy, hộp số kiểu này có nhược điểm là trục thứ cấp phải bố trí gối lên
trục sơ cấp thông qua ổ bi đặt bên trong phần rỗng của đầu ra trục sơ cấp. Do bị
khống chế bởi điều kiện kết cấu (kích thước ngoài đầu trục có bánh răng chủ
động truyền mômen xuống cho trục trung gian) nên ổ bi này có thể không được
chọn theo tiêu chuẩn tính toán ổ bi mà phải tính toán thiết kế riêng. Điều này có
thể làm cho ổ bi này dễ bị tình trạng quá tải. Tuy nhiên, nhờ đặc điểm nổi bật là
có khả năng truyền thẳng như đã nêu ở trên, nên thực tế ô bi này có thời gian làm
việc không nhiều, ít ảnh hưởng đến tuổi thọ của ổ bi.
1.4. Lựa chọn phương án thiết kế.

Hiện nay có rất nhiều loại hộp số cơ khí với số trục và số lượng tay số khác
nhau. Để thuận lợi cho việc nghiên cứu, tìm hiểu kết cấu và thông số kích thước
đề tài chọn loại hộp số 2 trục trên cơ sở xe Toyota corolla 1.4 có sẵn ở phòng mô
hình của bộ môn Cơ khí Ô tô- Trường Đại học GTVT làm đối tượng nghiên cứu.
1.4.1. Sơ đồ hộp số thiết kế.


19

Hình 1-8: Sơ đồ tính toán số răng của bánh răng hộp số 2 trục
I- trục sơ cấp; II –trục thứ cấp; z1,z2,z3,z4- số răng của các bánh răng trên
trục sơ cấp;- số răng của bánh răng trên trục thứ cấp
Hộp số này có ưu điểm là:
Có hiệu suất cao, bởi vì ở tất cả các số truyền làm việc sự ăn khớp chỉ qua
một cặp bánh răng.
Có thể tăng nhiều độ cứng vững và độ bền của các chi tiết, bởi vì trong hộp
số này không có cụm nào bị nào bị hạn chế bởi điều kiện kích thước.
1.4.2.Đường chạy số:
+SốI:Dùng tay điều khiển cần gạtđẩy bộ đồng tốcIsang bên trái,lúc
này xe chạy ở sốI,đường truyền momen như sau:
A => BĐT1 =>Z1 =>Z’1 => B
+SốII:Dùng tay điều khiển cần gạtđẩy bộ đồng tốcIsang bên phải lúc này xechạy ở
sốII,đường truyền moomen như sau:


20
A => BĐT1 =>Z2 =>Z’2 => B
+SốIII: Dùng tay điều khiển cần gạtđẩy bộ đồng tốcIIsang bên trái lúc này
xechạy ở sốIII,đường truyền moomen như sau:
A => BĐT2 =>Z3 =>Z’3 => B

+SốIV:Dùng tay điều khiển cần gạtđẩy bộ đồng tốcIIsang bên phải lúc này
xechạy ở sốIV,đường truyền moomen như sau:
A => BĐT2 =>Z4 =>Z’4 => B
+Số lùi:Dùng tay điều khiển cần gạtđẩy bánh răng số 6 di trượt sang bên phải,
Lúc này mô moomen được truyền đếntrục thứ cấpthong qua bánh
răngtrunggian.
+Số không:Khi hai bộ đồng tốc ở vị trí trung gian,cần gạt số lùi ở vị trí
trunggian,các khóa hãm và định vịgiữ trục gài số ở vị trí trung gian,đảm bảo
dừng xean toàn khi động cơ đang hoạt động.
1.4.3. Thông số của xe tham khảo
Trong nội dung tính toán thiết kế hộp số, luận văn tập trung nghiên cứu phương
pháp thiết kế các bánh răng của hộp số. Làm cơ sở để tính toán bài toán tối ưu
băng răng của hộp số. Xe cơ sở là loại xe Toyota Corolla 1.4 97 hpvới thông số
kỹ thuật cho bài toán thiết kế như bảng (2-1)
Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của xe thiết kế
STT
1
2
3
4

Thông số kỹ thuật
Tải trọng toàn bộ
Mômen cực đại của động cơ
Công suất lớn nhất của động cơ
Kí hiệu bánh xe

Ký hiệu
G
Memax

Nemax
b-d

Giá trị
1275
130
71,4
195 – 15

5

Tỉ số truyền của truyền lực chính

i0

4,06

Đơn vị
KG
N.m
kW


21
1.5. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu.
1.5.1. Mục tiêu.
Ứng dụng công nghệ thông tin vào trong thiết kế hộp số nhằm nâng cao chất
lượng của hộ số và giảm được trọng lượng, kích thước hộp số bằng phương pháp
tối ưu. Sau khi thiết kế xong hộp số đi vào tối ưu hóa bánh răng và trục của hộp
số.

1.5.2. Nội dung nghiên cứu.
Tên đề tài: Thiết kế hộp số cơ khí và tối ưu hóa thông số kết cấu
Nội dung của nhóm nghiên cứu.
- Tổng quan về hộp số.
- Thiết kế hộp số cơ khí 2 trục.
- Mô phỏng 3D hộp số.
- Tối ưu hóa băng răng.
- Tối ưu hóa trục hộp số.
Nhiệm vụ riêng: Tìm hiểu về hộp số, xác định chế độ tải trọng tính toán và
đi tới tối ưu trục hộp số.


22
CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN HỘP SỐ.
Việc tính toán tải trọng tác dụng lên hộp số đã được nhóm đè tài tính toán
trong phần thiết kế hộp số cơ khí. Để thuận tiện cho việc theo dõi và phục vụ cho
việc tối ưu hóa chương sau. Ở đây tác giả chủ yếu đưa ra các kết quả tính toán.
2.1. Xác định tỉ số truyền của các tay số.
Tỉ số truyền của các tay số trong hộp số ta được xác định trình xác định theo điều
hòa. Với hộp số 4 cấp ta có các tỉ số truyền ứng với các tay số như sau:
+ Số 1: i1 = 3,55.
+ Số 2: i2 = 1,92.
+ Số 3: i3 = 1,32.
+ Số 4: i4 = 1.
Ta có il = (1,2-1,3)i1 =>il =1,2.3,55 =4,26.
2.2. Xác định các thông số hình học cơ bản của bánh răng.
Việc xác định các thông số hình học của từng cặp bánh răng được tính toán
và lập thành các bảng, nhằm thuận tiện cho quá trình tính bền các bánh răng và
thiết lập các bản vẽ của hộp số.

h

23

Dc

d

Dd

d'

α=
20
°

A

D'c

D' d

Hình 2-1: Các thông số của bộ truyền bánh răng trụ
Bảng 2-1 :Thông số của cặp bánh răng trụ răng nghiêng luôn ăn khớp số1
không dịch chỉnh.
Stt

Tên gọi

Ký hiệu

Bánh răng nhỏ| bánh răng
nghiêng

1

Tỉ số truyền

i1

i1= 3,55

2
3
4
5

Mô đun pháp tuyến
Bước pháp tuyến
Góc nghiêng bánh răng
Hướng răng

mn
tn
β

mn = 2,5
tn= π. mn = 7,85
β = 330

24

6

Mô đun mặt đầu

ms

ms= 2,98

7

Bước mặt đầu

ts

8

Đường kính vòng chia

d

ts= π. ms = 9,36
d1 = ms. Z1 = 32,78(mm)
d1’ = ms. Z1’ = 116,22 (mm)

9

Đường kính vòng đỉnh răng

Dd

10

Đường kính vòng chân răng

Dc

11
12
13
14

Chiều cao răng
Khoảng cách trục
Chiều rộng vành răng
Góc ăn khớp

h
A
B
α

Dd1=d1+2.mn = 37,78 (mm)
Dd1’=d1’+2.mn = 121,22 (mm)
Dc1 = d1-2,5.mn = 26,53(mm)
Dc1’=d1’-2,5.mn=109,97(mm)
h = 2,25. mn = 5,625 (mm)

A = 72 (mm)
B = 12,7(mm)
α = α0 = 200

Bảng 2-2 :Thông số của cặp bánh răng trụ răng nghiêng luôn ăn khớp số2
không dịch chỉnh.
Stt

Tên gọi

Ký hiệu

Bánh răng nhỏ| bánh răng
nghiêng

1

Tỉ số truyền

i2

i2=1,92

2
3
4
5

Mô đun pháp tuyến
Bước pháp tuyến

Góc nghiêng bánh răng
Hướng răng

mn
tn
β

mn = 2,5
tn= π. mn = 7,85
β = 330

6

Mô đun mặt đầu

ms

ms= 2,98

7

Bước mặt đầu

ts

8

Đường kính vòng chia

d

ts= π. ms = 9,36
d2 = ms. Z2 = 50,66(mm)
d2’ = ms. Z2’ = 98,34 (mm)

9

Đường kính vòng đỉnh răng

Dd

10

Đường kính vòng chân răng

Dc

11

Chiều cao răng

h

Dd1=d2+2.mn = 55,66 (mm)
Dd1’=d2’+2.mn = 103,34(mm)
Dc1 = d2-2,5.mn = 44,41(mm)
Dc1’=d2’-2,5.mn=90,09(mm)
h = 2,25. mn = 5,625 (mm)

25
12
13
14

Khoảng cách trục
Chiều rộng vành răng
Góc ăn khớp

A
B
α

A = 72 (mm)
B = 12,6(mm)
α = α0 = 200

Bảng 2-3 :Thông số của cặp bánh răng trụ răng nghiêng luôn ăn khớp số3
không dịch chỉnh.
Stt

Tên gọi

Ký hiệu

Bánh răng nhỏ| bánh răng
nghiêng

1

Tỉ số truyền

i3

i3=1,32

2
3
4
5

Mô đun pháp tuyến
Bước pháp tuyến
Góc nghiêng bánh răng
Hướng răng

mn
tn
β

mn = 2,5
tn= π. mn = 7,85
β = 330

6

Mô đun mặt đầu

ms

ms= 2,98

7

Bước mặt đầu

ts

8

Đường kính vòng chia

d

9

Đường kính vòng đỉnh răng

Dd

10

Đường kính vòng chân răng

Dc

11
12
13
14

Chiều cao răng
Khoảng cách trục
Chiều rộng vành răng
Góc ăn khớp

h
A
B
α

ts= π. ms = 9,36
d3 = ms. Z3 = 62,58(mm)
d3’ = ms. Z3’ = 83,44 (mm)
Dd3=d3+2.mn = 67,58 (mm)
Dd3’=d3’+2.mn = 88,44 (mm)
Dc3 = d3-2,5.mn = 56,33(mm)
Dc3’=d3’-2,5.mn=77,19(mm)
h = 2,25. mn = 5,625 (mm)
A = 72 (mm)
B = 12,8(mm)
α = α0 = 200

Bảng 2-4 Thông số của cặp bánh răng trụ răng nghiêng luôn ăn khớp số4
không dịch chỉnh.
Stt

Tên gọi

Ký hiệu

Bánh răng nhỏ| bánh răng
nghiêng

1

Tỉ số truyền

i1

i1=1

2

Mô đun pháp tuyến

mn

mn = 2,5