[123doc] - do-an-mon-hoc-tinh-toan-thiet-ke-cau-chu-dong

Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
Lời nói đầu
Trong giai đoạn hiện nay nghành giao thông vận tải là một lĩnh vực hết sức
quan trọng trong nền kinh tế và cuộc sống của chúng ta. Nó khơng những thúc đẩy sự
phát triển mạnh mẽ các nghành khác phát triển mà nó cịn là phương tiện chính để
liên kết các vùng miền trên thế giới và trong nước lại với nhau.
Trong thời gian học tập tại trường em được các thầy các cô trực tiếp hướng dẫn
tìm hiểu về cấu tạo, những sự cải tiến khơng ngừng cũng như các hư hỏng của ôtô
thường gặp phải.
Để có điều kiện hiểu hơn về cấu tạo cũng như những nguyên lý làm việc thực
thế của ôtô. Trong thời gian vừa qua được sự chỉ đạo của các thầy cơ trong khoa cơ
khí động lực và trực tiếp là thầy hướng dẫn. Em đã được giao đề tài thiết kế và tính
tốn cầu chủ động loại đơn trên xe ô tô tải . Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Vũ
Xuân Trường
và sự cố gắng của bản thân. Nay đề tài của em đã hoàn thành nhưng do những
hạn chế nhất định nên không thể tránh được thiếu sót. Vậy em kính mong sự chỉ bảo
của thầy cơ để đề tài này được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cơ đã giúp em hồn thành đề tài này.
Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng n
Ngày

tháng

năm 2011

Sinh viên thực hiện.

Lê Thành Long

Đồ án mơn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động

1
1


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………
……………….......................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................

...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................

Đồ án môn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

2
2


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
PHẦN I: MÔ TẢ KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CẦU CHỦ ĐỘNG
1.1 Cầu chủ động.
1.1.1. Cơng dụng.
- Đỡ tồn bộ trọng lượng của các bộ phận đặt trên ôtô.
- Biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của ôtô nhờ
các bộ phận đặt trên cầu chủ động.
- Thay đổi tỷ số truyền nhằm mục đích tăng mômen xoắn qua cơ cấu phân chia
truyền tới bánh xe chu động nào đó (thường 900) đối với trục dọc của bánh xe.
1.1.2. Yêu cầu.
- Phải có tỷ số truyền đủ lớn, kích thước trọng lượng nhỏ gọn đảm bảo khoảng
sáng gầm xe, qua đó đảm bảo tính năng thơng qua của xe.
- Phải có hiệu suất truyền lực lớn, làm việc êm dịu và có độ bền lâu.
1.1.3. Phân loại.
Theo kết cấu cấu và vị trí đặt của cầu chủ động mà chia ra:
- Cầu chủ động trước.
- Cầu chủ động sau.
Theo số lượng cặp bánh truyền lực chính:

- Một cặp bánh răng có tỷ số truyền cố định.
- Hai cặp bánh răng có tỷ số truyền cố định.
1.2. Truyền lực chính.
1.2.1. Những yêu cầu cơ bản và phân loại.
Truyền lực chính (TLC) là cơ cấu biến đổi mơmen trong HTTL và nằm giữa các
bánh xe chủ động của ôtô.
Đảm bảo đặc tính động lực học và tính kinh tế nhiên liệu tối ưu cho ôtô với các
tỷ số truyền đã chọn.
- Có hiệu suất cao, làm việc êm dịu và không ồn.
- Đảm bảo khoảng sáng gầm xe đủ lớn.
- Đảm bảo độ cứng vững của vỏ, của ổ và của trục.
Theo số lượng bánh răng TLC Có 2 dạng: truyền lực đơn (một cặp bánh răng) và
truyền lực kép (2 cặp bánh răng).
Trong truyền lực đơn phân loại theo dạng bánh răng:
- TLC bánh răng côn.
- TLC dạng hypoit.
- TLC bánh răng trụ.
Đồ án mơn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

3
3


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng n.
TLC dạng trục vít.
1.3. Vi sai.
1.3.1. Cơng dụng.
Bộ vi sai có nhiệm vụ làm cho các bánh xe chủ động có quay với các vận tốc
khác nhau trong các trường hợp ơtơ quay vịng hoặc ơtơ chuyển động trên đường gồ

ghề không bằng phẳng.
1.3.2. Yêu cầu của cụm vi sai.
- Phân phối mômen xoắn giữa các bánh xe hay giữa các trục theo tỷ lệ đảm bảo
sử dụng trọng lượng bám tối đa ở các bánh xe.
- Kích thước vi sai phải nhỏ gọn.
- Hiệu suất truyền động cao.
1.3.3. Phân loại.
Theo công dụng chia ra:
- Vi sai giữa các bánh xe.
- Vi sai giữa các cầu.
- Vi sai giữa các truyền lực cạnh.
Theo kết cấu chia ra:
- Vi sai dạng bánh răng nón.
- Vi sai dạng bánh răng trụ.
- Vi sai tăng ma sát.
Theo đặc tính phân phối mơmen xoắn:
- Vi sai đối xứng.
- Vi sai không đối xứng.
1.4. Bán trục.
1.4.1. Công dụng.
Các bán trục dùng để truyền mômen xoắn từ bộ vi sai đến các bánh xe chủ động.
Trên các loại bán trục khơng được giảm tải hồn tồn cịn được dùng để tiếp nhận các
lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động .
1.4.2. Yêu cầu.
- Phải chịu được mômen lớn trong khoảng thời gian lâu dài.
- Bán trục phải có cân bằng động tốt.
- Đối với bán trục cầu dẫn hướng chủ động phải đảm bảo tính đồng tốc cho các
đoạn trục của bán trục.
- Đảm bảo độ chính xác về hình dáng hình học và kích thước.
-

Đồ án mơn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

4
4


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
1.4.3. Phân loại.
Đối với ôtô theo kết cấu các ổ tựa chia ra:
- Bán trục chịu tải hoàn toàn, ổ tựa đặt bên trong và bên ngoài đặt trực tiếp lên nửa
trục.
- Bán trục giảm tải 1/2: ổ trục bên trong đặt trên vỏ vi sai còn ở bên ngoài đặt trực
tiếp lên nửa trục.
- Bán trục giảm tải 3/4: ổ tựa ở bên trong đặt lên vỏ vi sai cịn ổ tựa bên ngồi đặt
trên dầm cầu và moayơ ở bánh xe không đặt trực tiếp lên trục.
- Bán trục giảm tải hoàn toàn: ổ tựa ở bên trong đặt trên vỏ bộ vi sai còn ổ tựa bên
ngoài gồm 2 ổ bi đặt trên dầm cầu và moayơ ở bánh xe không đặt trực tiếp lên
trục.
1.4. Vỏ cầu.
1.4.1. Cơng dụng của vỏ cầu.
- Đỡ tồn bộ phần được treo tác dụng lên cầu.
- Bao kín và bảo vệ cho bộ truyền lực chính, vi sai và các bán trục để nó có thể
hoạt động tốt và lâu dài.
- Tiếp nhận và truyền các lực từ trên khung xe xuống và các lực từ mặt đường
lên.
1.4.2. Yêu cầu đối với vỏ cầu.
- Vỏ cầu phải đủ cứng vững để chịu được trọng lượng của xe.
- Phải đảm bảo độ kín để bảo vệ các kết cấu bên trong.

- Có kích thước và khối lượng nhỏ gọn để giảm tải trọng xe và tăng khoảng sáng
gầm xe.

Đồ án môn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

5
5


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
PHẦN 2: THIẾT KẾ CẦU CHỦ ĐỘNG TRÊN ÔTÔ
2.1. Những số liệu ban đầu.
2.1.1. Nhiệm vụ đồ án thiết kế cầu chủ động.
Đồ án môn học thiết kế cầu chủ động ơtơ thực hiện: thiết kế và tính tốn cầu chủ
động xe khách 29 chỗ ngồi.
Cầu chủ động bao gồm: truyền lực chính; vi sai; bán trục; dầm cầu.
Trong phần này thiết kế và tính tốn truyền lự chính; vi sai; bán trục; dầm cầu.
2.1.2. Các thông số cho trước
Các thơng số cho trước khi thiết kế, tính tốn cầu chủ động gồm:
- Trọng lượng tồn bộ của ơtơ : G= 8550(kg)
- Trọng lượng phân bố lên cầu chủ động : G2= 5130 (kg)
M emax = 410

- Mômen cực đại của động cơ :
(Nm) với nemax =2100v/p)
- Tỷ số truyền của cụm hệ thống truyền lực:
+ Tỷ số truyền của truyền lực chính : i0= 7,62
+ Tỷ số truyền của hộp số cơ khí : i1= 7,51 i2= 4,4; i3= 2,49;... i5= 1,0
- Hệ số bám của đường : φmax= 0,8

-

Kích thước lốp (B-d) : 11 – 20

2..2. Thiết kế tính tốn truyền lực chính.
2.2.1. Xác định các thơng số cơ bản của truyền lực chính.
a) Chọn tải trọng tính tốn.
Đối với ơtơ có cơng thức bánh xe 4x2 tải trọng tính tốn xác định theo mơmen cực
đại của động cơ khi xe chuyển động ở số truyền 1:
M tt = M emax .ih1 = 410.7,51 ≈ 3079( Nm)

Nhưng giá trị mơmen Mtt này cịn bị hạn chế bởi mômen bám:
M e max .ih1 ≤ M tt ≤

Với:

ϕ max .Gϕ 2 .rbx
ic .i0

Gϕ 2

- trọng lượng phân lên cầu chủ động.
rbx – bán kính tính tốn của bánh xe.
ic- tỷ số truyền lực cạnh.
i0- tỷ số truyền lực chính.

Đồ án mơn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

6

6


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
ϕ max

- hệ số bám.

⇒ 1344 ≤ M tt ≤

0,8.5130.(11 + 0,5.20 ).25,4.10 −3
= 2189 ,1( Nm)
7,62

Từ điều kiện kéo và điều kiện bám ta chọn mơmen xoắn tính tốn là
b) Chọn các thơng số kích thước cơ bản của bộ truyền lực chính :
Chọn mơđun mặt mút lớn ms=11(Theo hình 3.5 :Quan hệ giữa

L0

M tt = 3079

(Nm)

,ms

M tt

-

Với mơmen tính tốn
_ HD TKTT OTO-MAY KEO)
Chọn số răng của truyền lực chính:
Theo bảng (3.5) ta chọn số răng của TLC là: Z1=6; Z2=44
Với: Z1- là số răng của bánh răng quả dứa.
Z2- số răng của bánh răng mặt trời.
ξ

α

Chọn hệ số dịch chỉnh răng ( ) và góc ăn khớp ( ).
ξ1 = 0,535

Theo bảng (3.2) chọn:

α = 20 o

β

- Chọn góc nghiêng trung bình đường xoắn răng ( )
β = 25 + 5 i0 = 25 + 5 7.62 = 38,7 0

Theo bảng (3.5) chọn:
d e1 =

m s .Z 1
11.6
=
= 101,6( mm)
cos β1 cos 46,90 0

-Chọn
Chọn chiều xoắn của bánh răng côn chủ động ngược với chiều quay của bánh
răng để đảm bảo lực dọc trục tác dụng lên bánh răng chủ động hướng từ đáy nhỏ
lên đáy lớn khi xe chạy tiến ( tránh kẹt răng)
Nhìn từ đầu máy khi xe chạy tiến thì bánh răng chủ động quay phải ( thuận chiều
kim đồng hồ ) nên ta chọn chiều xoắn của bánh răng nón chủ động là chiều trái
như hình 2.1 :

Đồ án mơn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

7
7


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.

Hình 2.1 : Chiều xoắn của bánh răng chủ động
-Tính chiều dài đường sinh
Le = 0,5.ms . Z12 + Z 22 = 0,5.11. 6 2 + 442 ≈ 244(mm)
-

Chiều dài răng:
b = 0,3.Le = 0,3.244 = 73,2(mm)

-

Chiều dài đường sinh trung bình:
Lm = Le − 0,5.b = 244 − 0,5.73,2 = 207,4(mm)

-

Mơđun pháp tuyến trung bình:
mn = ms .( Lm / Le ). cos β
⇒ mn = 11.( 207,4 / 244).cos38,70 = 7,29(mm)

- Đường kính vịng trịn chia đáy lớn bánh bị động truyền lực chính Hipơit:
d e 2 = (1,81 ÷ 2,06).3 M tt .ic = (1,81 ÷ 2,06).3 2201.1 = (23,54 ÷ 26,5)( cm)

Chọn :
Trong đó

d e 2 = 25(cm)

M tt = 3079

(Nm)

ic = 1

là tỷ số truyền của truyền lực cạnh
-Độ dịch trục E của bánh răng nhỏ :
E ≤ 0,125.d e 2 = 0,125.25 = 3,125(cm)

. Chọn E=2(cm) = 30 (mm)

-Chiều rộng bánh răng lớn
b2 = 40(mm), b1 = 46(mm)

chọn
- Góc nghiêng trung bình đường xoắn răng bánh chủ động bộ :
β1 ≈ 25 + 5. i0 + 90.E / d e 2 = 25 + 5. 7,62 + 90.3 / 25 = 49,5 0

Đồ án mơn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

8
8


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng n.
K=

- Ta có hệ số tăng đường kính bánh răng chủ động:

cos β 2
= (1,3 ÷ 1,4)
cos β1

⇒ cos β 2 = 1,3. cos 49,5 0 = 0,844 ⇒ β 2 = 32,4 0

Chọn K=1,3
Góc cơn chia :
Góc cơn chia bánh nhỏ
δ 1 = arctg (

Z1
1
1

) = arctg ( ) = arctg (
)
Z2
i0
7.62

δ 1 = 7 ,6 0

Góc cơn chia bánh lớn
δ 2 = 90 0 − δ 1 = 90 0 − 7,6 0 = 82 ,4 0

Đường kính vịng chia :
d1 =

mn .Z 1
7,29.6
=
= 67,35(mm)
cos β 1 cos 49,5 0

d2 =

mn .Z 2
7,29.46
=
= 379,89 (mm)
cos β 2 cos 32,4 0

-Với bánh cơn nhỏ

-Với bánh cơn lớn
Đường kính vòng chia đáy lớn :
d e1 =

-Với bánh nhỏ :

m s .Z 1
11.6
=
= 101,6(mm)
cos β1 cos 49,50 0

d e2 =

-Với bánh lớn :
d e 2 573,24
=
= 5,6
d e1 101,6
i0 =

ms .Z 2
11.44
=
≈ 573,24(mm)
cos β 2 cos 32,4 0

vì có hệ số tăng đường kính của bánh răng chủ động

Z 2 d e2

=
.k
Z 1 d e1

-Chiều cao đầu răng mặt đáy lớn :
ha1 = (ha* + ξ ).m s = (1 + 0,535).11 = 16,88 (mm)
ha 2 = (ha* − ξ ).m s = (1 − 0,535).11 = 5,11(mm)

Đồ án môn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

9
9


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
-Chiều cao chân răng mặt mút lớn :
h f 1 = (ha* + c * − ξ ).m s = (1 + 0,25 − 0,535).11 = 7,865 (mm)
h f 2 = (ha• + c • + ξ ).m s = (1 + 0,25 + 0,535).11 = 19,635(mm)

-Trong đó

ha*

c*

=1
=0,25

ξ

=0,535
-Góc chân răng
θ f 1 = arctg (

hf1

θ f 2 = arctg (

Le

) = arctg (

hf 2
Le

7,865
) = 1,85 0
244

) = arctg (

19,635
) = 4,6 0
244

-Góc đỉnh răng :
θ a1 = θ f 2 = 4,4 0
θ a 2 = θ f 1 = 1,8 0

Đồ án mơn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

10
10


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng n.
Bảng 2.1 .Thơng số bộ truyền lực chính Hipơit

Bánh răng
Thông số

Chủ động

Bị động

Chiều dài đường sinh

Le = 244(mm)

Le = 244(mm)

Chiều dài đường sinh
trung bình

Lm = 207,4(mm)

Lm = 207,4(mm)

α tb = 20 0

α tb = 20 0

ξ1 = 0,535

ξ1 = 0,535

Góc nghiêng trung bình
đường xoắn răng
Số răng

β1 = 49,5 0

β 2 = 32,4 0

Z1=6

Z2=44

Bề rộng bánh răng

b1 = 46(mm)

b2 = 40(mm)

Độ dịch trục E
Môđun pháp mặt mút lớn
Môđun pháp trung bình

E = 30(mm)
ms=11

E = 30(mm)
ms=11

mn = 7,29( mm)

mn = 7,29( mm)

Đường kính vịng chia
mặt mút lớn
Đường kính vịng chia
trung bình
Góc côn chia

d e1 = 101,6(mm)

d e 2 = 573,2(mm)

d 1 = 67,35(mm)

d 2 = 379,89 (mm)

δ 1 = 7,6 0

δ 2 = 82 ,4 0

Góc đầu răng

θ a1 = 4,6 0

θ a 2 = 1,85 0

Góc chân răng

θ f 1 = 1,85 0

θ f 2 = 4,6 0

Chiều cao đầu răng mặt
đáy lớn
Chiều cao chân răng mặt
đáy lớn

h f 1 = 7,865 (mm)

ha 2 = 19,635( mm)

h f 1 = 7,865 (mm)

ha 2 = 19,635( mm)

α tb

Góc ăn khớp
Hệ số dịch chỉnh

-Xác định lực tác dụng lên bộ truyền lực chính .
Đồ án mơn học

Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

11
11


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
-Sơ đồ lực tác dụng lên bộ truyền lực chính như hình 2.2 :
- P : lực vịng
- R : lực hướng tâm
- Q : lực dọc trục
-Lực vòng tác dụng lên bánh nhỏ :
P1 =

-

M tt
3079
=
= 91,43(kN )
rtb1 67,35 −3
.10
2

Lực vòng tác dụng lên bánh lớn :
P2 = P1

cos β 2
cos β1

= 91,43.

cos 32,4 0
= 118,86 (kN )
cos 49,5 0

- Lực dọc trục :
Q1 =

=

P1
.( tg α . sin δ 1 + sin β 1 . cos δ 1 )
cos β1

91,43
.( tg 20 0.sin 7,6 0 + sin 49,5 0. cos 7,6 0 ) = 75,85 (kN )
cos 49,5 0
⇒ Q1 = 75,85 (kN )

Đồ án mơn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động

12
12


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
Q2 =

=

P1
.( tg α . sin δ 2 + sin β 2 . cos δ 2 )
cos β 1
91,43
.( tg 20 0. sin 82 ,4 0 + sin 32.4 0. cos 82 ,4 0 ) = 43,44(kN )
0
cos 49.5

⇒ Q2 = 43,44(kN )

-Lực hướng tâm:
91,43
.( tg 20 o. cos 7,6 o − sin 49,5 o. cos 7, o ) = −39,55(kN )
o
cos 49,5
91,42
R2 =
.( tg 20 o. sin 82 ,4 o − sin 32,4 o. cos 82 ,4 0 ) = 29,17(kN )
cos 49,5 o
R1 =

2.2.3 : Tính tốn kiểm tra bền bánh răng truyền lực chính .
- Kiểm tra bền theo ứng suất uốn :
p
≤ [σ u ]
0,85 .b.mn . y

σu =

Với: y- hệ số dạng răng được xác định theo hệ số răng tương đương Ztđ
Z1td =

Z1
6
=
≈ 22,09
3
0
cos δ 1 . cos β1 cos 7,5 . cos 3 49,5 o

Z 2td =

Z2
44
=
≈ 552,72
3
o
cos δ 2 . cos β 2 cos 82 ,5 . cos 3 32,4 o

Vậy tra bảng (3-18) (TKCTM) ta có:

[σ u ]

- ứng suất uốn cho phép,

y1 = 0,392; y 2 = 0,517

[σ u ] ≤ ( 700 ÷ 900)

(MN/m2)

⇒ σ 1u =

91,43.10 3
= 367,6( MN m 2 )
−3
−3
0,85 .73,2.10 .7,29.10 .0,392

⇒ σ 2u =

91,43.10 3
= 278,7( MN m 2 )
−3
−3
0,85 .73,2.10 .7,29.10 .0,517

Vậy thoả mãn.
- Kiểm tra bánh răng theo ứng suất tiếp xúc:

Đồ án mơn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

13
13

Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
σ tx = 0,418.

p.E
1
1
.(
+
) ≤ [σ tx ]
b. cos α . sin α r1td r2td

ritd =

Với: ritđ- bánh răng tương đương, i=1;2.

[σ tx ]

- ứng suất tiếp xúc cho phép,

E = 2,15 .

và
=(

1500 ÷ 2500

) (MN/m2)

là mơđun đàn hồi của vật liệu

67,35
= 55,78(mm)
2. cos 38,7 0. cos 7,6 0
379,89
=
= 2421,36(mm)
2
2. cos 32,4 o. cos 82 ,4 o

r1td =
r2td

10 5 ( MN / m 2 )

[σ tx ]

rtb
cos β . cos δ
2

2

⇒ σ 1tx = 0,418

91,43.10 −3.2,15.10 5
1
1
.(
+
) = 1383,5( MN / m 2 )

−3
0
0
−3
−3
76,5.10 . cos 20 . sin 20 55,78.10
2421,36.10

⇒ σ 1tx = 1577,48( MN / m 2 ) < [σ 1tx ] = 1500 ÷ 2500( MN / m 2 )
⇒ σ 2tx = 0,418

84 ,97.10 −3.2,15.10 5
1
1
.(
+
) = 1577,48( MN / m 2 )
−3
0
0
−3
−3
76,5.10 . cos 20 . sin 20 55,78.10
2421,36.10

⇒ σ 21tx = 1577,48( MN / m 2 ) < [σ 1tx ] = 1500 ÷ 2500( MN / m 2 )

Vậy điều kiện tiếp xúc thoả mãn .
2.2.4. Tính trục ổ đỡ trục bộ truyền lực chính
2.2.4.1 . Tính trục của bộ truyền lực chính :

a) Chọn sơ bộ đường kính trục :
d1 ≈ (9 ÷ 10).3 M e max = (9 ÷ 10).3 410 = 66,48 ÷ 74,28

- áp dụng :
d1 = 70(mm)

Chọn
b)Tính chính xác đường kính và định kết cấu trục :
Phân tích kết cấu trục :
Khoảng cách giữa hai gối đỡ :
d
70
=
= 437,5 ÷ 388,9
0,16 ÷ 0,18 0,16 ÷ 0,18
L = 365(mm)
L=

Đồ án mơn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

14
14


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.

Hình 2.3.Sơ đồ kết cấu trục bánh răng chủ động
Chọn sơ bộ kích thước ổ đỡ trục :
⇒

Từ đường kính d = 70 mm chọn ổ đũa cơn ký hiệu 7313 có dxBxD là
70x33x140 (mm) (theo bảng P2.11 trang 261_tính tốn hệ dẫn động cơ khí tập
1_NXBGD 2001)
L1

là khoảng cách từ tâm gối đỡ 1 đến đường kính vịng chia trung bình của
bánh răng nhỏ .
b
B
73,2
33
L1 = . cos δ 1 + + 10 =
. cos 7,6 0 + + 10 = 62,77(mm)
2
2
2
2

Mômen uốn tác dụng lên ổ bi số 1:

Đồ án mơn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

15
15


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
M u = M x2 + M y2

M x = P1 .0,062 = 91,43.10 3.0,062 = 4052,3( N .m)
M y = Q1 .

d1
67,35 −3
− R1 .0.062 = 75,85 .10 3.
.10 − 39,55.10 3 0,062 = 102( N .m)
2
2

M u = 4052,3 2 + 102 2 = 4053( N .m)

Mômen tổng cộng :
M td = M u2 + M z2 .0.75
M z = M tt = 3076( N .m)
M td = 40532 + 3079 2.0.75 = 4851( N .m)

Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm :
d =3

M td
4851`
=3
= 65.8.10 −3 ( m ) = 64,1(mm) < d sb = 70(mm)
6
0,2.[σ ]
0,2.85 .10

Vậy đường kính trục tại ổ đỡ đầu tiên là 70mm.
2.2.4.2.Tính ổ đỡ trục bánh răng chủ động :

Hệ số làm việc của ổ bi đỡ chặn ( ổ đũa côn)
C = Q.h 0,3

Q = Q1 = 75,85 .10 3 ( N )

n là số vịng quay tính tốn của trục khi vận tốc ơtơ =50 km/h
h là tổng thời gian làm việc của ổ bi
h=

S
Vtb

Trong đó

Vtb

=50 km/h
S=50.000 km là khoảng thời gian giữa 2 lần đại tu xe .

50000
= 1000
50
⇒ C = 75,85 .10 3.1000 0,3 = 602( KN )
h=

Tra bảng P2.11-trang 262 _tính tốn hệ dẫn động cơ khí : chọn ổ đũa cơn kí
hiệu 7613 ổ đường kính d = 70mm
2.3. Tính tốn vi sai :
2.3.1 Tính tốn kích thước bộ vi sai đối xứng :
Đồ án mơn học

Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

16
16


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
Chọn số bánh răng hành tinh q = 4
Chọn số răng của bánh răng bán trục :

Z = Z b = 22
Z h = 11

Chọn số răng của bánh răng hành tinh :
Tính góc cơn chia của cặp bánh răng :
Góc cơn chia của bánh răng hành tinh :
δ h = δ 1 = arctg

răng

răng

Z1
11
= arctg
= 26,56 0
Z2
22

Góc cơn chia của bánh răng trục :

δ b = δ 2 = 90 0 − 26,56 0 = 63,440

Đường kính vịng chia đáy lớn bánh răng bán trục :
d e 2 = 0,4.D2

Trong đó

D2

= 573,2 MM là đường kính vịng chia đáy lớn bánh răng vành chậu

d e 2 = 0,4.573,2 = 229,28(mm) ⇒

chọn

d e 2 = 230(mm)

Chiều dài đường sinh côn chia :
L0 = 0,5.m s . Z 12 + Z 22 = 0,5.11. 112 + 22 2 = 135,2( mm)

Môđun pháp tuyến sơ bộ của bánh răng vi sai
mn =

Trong đó

3.(1 + kσ ).M o
[σ u ].z.q.L0 .(1 − λ3 ).π . y

kσ = 0,2

là hệ số khoá vi sai đối với bánh răng côn đối xứng .

Z = Z b = 22

răng

M o = M emax .ih1 .i pt .io .η tl ⇒ M o = 310.7,1.7,46.0,93 = 15270( Nm)

Hệ số dạng răng, y=0,392 (tra bảng 3-18 sách TKCTM)

[σ u ]

[σ u ]

- Ứng suất uốn cho phép,
=550 MN/m2
b- chiều dài răng bán trục và bánh răng hành tinh;
b = 0,3.L0 = 0,3.135,2 = 40,56

Đồ án mơn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động

(mm)
17
17


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
λ

λ = 1−

- hệ số kích thước,

⇒ mn =

b
40,56
= 1−
= 0,7
L0
135,2

3.(1 + 0,2).15270
= 0,0032(m) = 3,22(mm)
550.10 .22.4.135,2.10 −3.(1 − 0,7 3 ).3,14.0,392
6

Đồ án mơn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

18
18


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng n.

ST
T

Thơng số

Kí
hiệu

Đơn
vị

Cơng thức tính

Kết quả
Bánh răng Bán
hành tinh
răng
bán
Z1
trục
Z2

1
2

Bánh răng hành tinh
Số răng

Z

3

Tỉ số truyền

i

4

Mơđun pháp vịng
ngồi

ms

5

Mơđun pháp trung
bình

mn

mm

6

Nửa góc côn chia

δ

độ

δ 1 = 26,56

7

Hệ số dich chỉnh

ξ

mm

0,23

0,23

8

Chiều dài đường sinh

L0

mm

135,2

135,2

9

đường kính vịng chia
đáy lớn
Góc ăn khớp

de

mm

121

242

α

độ

20

20

đường kính vong chia
trung bình
Chiều cao đầu răng
đáy lớn

d

mm

176

352

13,5

8,5

16,2

11,2

3,4

8,1

10
11
12

13
14

Chiều cao chân răng
đáy lớn
Góc đầu răng

q

i=

mm

mm

ms =

Z2
Z1
L0

22

2

2

11

11

16

16

0,5. Z12 + Z 22

mn = m s .

Lm
L0

d = m n .Z
ha = ms .( ha* ± ξ )

δ 2 = 63,44

ha = 1; c = 0,25

mm
độ

h f = ms .( ha + c ± ξ )

θ a1 = arctg

θ a 2 = arctg

Đồ án mơn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

4
11

hf1
L0
hf 2
L0

19
19


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
15

Góc chân răng

độ

θ f 1 = θ a 2 ;θ f 2 = θ a1

8,1

3,4

2.3.2 Tính tốn bền cho bộ vi sai
2.3.2.1. Chọn chế độ tải trọng tính tốn :
. Mômen lớn nhất từ động cơ truyền đến bán trục :
M tt = 0,5.M emax .(1 + kσ ).ih1 .io

M tt = 0,5.310.(1 + 0,2).7,1.7,46 = 9851,7

+ Giá trị

M tt

(N.m)

bị hạn chế bởi điều kiện bám:

0,5.ϕ max .G2 .rbx 0,5.0,8.451300(11 + 10 ).25,4.10 −2
M tt ≤
=
= 10937,16
ic

1

⇒

(N.m)

M tt = 10937,16( Nm)

Vậy
Lực vòng tác dụng lên bánh răng hành tinh :
Pvs =

0,6.M tt 0,6.9851,7
=
= 16,792( kN )
176 −3
q.r1
4.
.10
2

Lực dọc trục Q :
Qvs = Pvs .tg α . sin δ = 16,792.tg 20 0.sin 26,56 0 = 2,73(kN )

Lực hướng kính :
Rvs = Pvs .tg α = 16,792.tg 20 0 = 6,1(kN )

2.3.2.2 Tính bền bánh răng vi sai theo ứng suất uốn :
σu =

ứng suất uốn :
Với:

19,1.10 6.K .N
≤ [σ u ]
0,85 . y.mtb .z.n.b

[σ u ]

[σ u ]

÷

- Ứng suất uốn cho phép,
=(1000 2000) (MN/m2)
y- hệ số dạng răng, tra bảng 3-18 (TKCTM) y1=0,338; y2=0,392
mtb- môđun pháp tuyến trung bình,
mtb =

3.( L0 − 0,5.b) 3.(135,2 − 0,5.40,56)
=
= 2,55( mm)
L0
135,2

Đồ án mơn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

20
20

Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
Z = 11 là số răng
K- hệ số tải trọng
Xác định K: Với các bánh răng có độ cứng HB<350 và làm việc với tải trọng
không đổi nên KH=1. Tra bảng 3-13 (TLCTM) tìm được hệ số tải trọng động,
Kđ=1,5
VẬy hệ số tải trọng: K=1.1,5=1,5
N- Công suẤt cỦa bỘ truyỀn, chỌn N= 70 mãlực ở 4000 v/p
b- ChiỀu dài răng
+ Ứng suất uốn tại chân răng bánh nhỏ.
σ u1 =

19,1.10 6.1,5.70.0,76.10 −6
= 1165,7 MN m 2
0,85 .0,338.2,55.10 −3.11.4000.40,56.10 −3

(

)

(thoả mãn)
2.3.2.3 : Tính bền bánh răng vi sai theo ứng suất uốn tiếp xúc :
σ tx = 0,418.

 1
P.E
1
.

+
b. sin α . cos α  rtd1 rtd 2





Pvs

Trong đó P =
= 16792 (N)
E: Môđun đàn hồi của vật liệu, lấy E = 2,15.105 (N/m2)
rtd1 =

r1
121
=
= 67,6(mm)
cos δ 2. cos 26,56 0

rtd 2 =

r2
242
=
= 270,6(mm)
cos δ 2. cos 63,440

⇒ σ tx = 0,418.

16792.2,15.10 5.10 −6
1
1


.
+
 = 945,9( MN / m 2 )
−3
0
0
−3
−3
40,56.10 . sin 20 . cos 20  67,6.10
230.10 

Vậy thoả mãn .
2.3.2.4 Tính ứng suất chèn dập của mặt đáy bánh răng hành tinh và vỏ vi sai :
Sơ đồ tính tốn :

Đồ án mơn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

21
21


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng n.

Hình 2.4 . Sơ đồ tính tốn ứng suất chèn dập của bánh răng vi sai

. ứng suất chèn dập dưới tác dụng của lực
σd =

Qc

2.4.Qc
≤ 4 ÷ 10( MN / m 2 )
2
2
π (d 2 − d1 )

Qc =

trong đó

M tt
9851,7
.tg α . sin δ 1 =
tg 20 0.sin 26,56 0 = 1138( N )
−3
2.r3 .q
2.176.10 .4

M tt

= 9851,7 N.m
.q = 4
.

r3 = 176.10 −3

m

d 2 = d e1 − 2.( 0,2.ms ) = 121 − 2.( 0,2.11) = 116,6(mm)
d1

σd =

là đường kinh chốt bánh răng hành tinh

d1 = 25(mm)

2.4.1138
= 0,23 ≤ 4 ÷ 10( MN / m 2 )
3,14.(116,6 2 − 25 2 )

2.3.2.5: Tính ứng suất chèn dập của mặt đáy bánh răng bán trục :
σd =

.ứng suất chèn dập :
Trong đó q = 4
Qn =
r1

2.4.Qn
≤ 4 ÷ 10( MN / m 2 )
π (r22 − r12 )

M tt
9851,7

.tg α . cos δ 1 =
tg 20 0. cos 26,56 0 = 2277( N )
−3
2.r3 .q
2.176.10 .4

là bán kính vịng chia trung bình của bán răng bán trục

Đồ án mơn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

22
22


Khoa cơ khí Động Lực –Trường Đại học SPKT – Hưng Yên.
352
= 176
2

r1 =
r2

chọn = 180(mm)

σd =

2.4.2277.10 −6
= 1,45( MN / m 2 )
2

2
3,14.( 0,18 − 0,176 )

⇒ σ d < 4 ÷ 10( MN / m 2 )

vậy đủ bền .
2.3.2.6 : Tính chất bánh răng hành tinh
σ d1 =

M tt
q.r1 .d1 .l1

Trong đó q = 4
r1 =

1,76 −3
.10
2

d1 = 25(mm)

m;
l1: được xác định theo chiều rộng bánh răng b
l1 = b. cos δ = 40,56. cos 26,56 0 = 36,2(mm)
⇒ σ d1 =

9851,6
= 30,925.10 6 ( N m 2 )
176 −3
4.

.10 .25.10 −3.36,2.10 −3.
2

σ d 1 = 30,925( MN m 2 ) < [σ d 1 ] = 50( MN m 2 )

Ứng suất chèn dập
σ d2 =

σ d2

vậy thoả mãn .

sinh ra giữa trục chữ thập và vỏ vi sai:

M tt
q.r2 .d1 .l 2

(l2: chiều dày bệ đỡ trục chữ thập trên vỏ vi sai)
Ta chọn l2=20 (mm)
σ cd 2 =

Thay các giá trị vào ta có:

9851,7
= 27,36.10 6 ( N m 2 )
−3
−3
4.0,18.25.10 .20.10

σ d 2 = 27,36( MN m 2 ) < [σ d ] = 50( MN m 2 )

(thoả mãn)
Như vậy độ bền chèn dập giữa trục chữ thập và bệ đỡ vỏ vi sai được đảm bảo.

Đồ án mơn học
Tính tốn, thiết kế cầu chủ động

23
23