Bài tập tiểu luận tính toán kết cấu ôtô

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ
HỒ CHÍ MINH

™™™
Khoa: Động lực
Môn: Tính toán kết cấu ôtô

Đề tài: Bài tập tiểu luận tính toán kết cấu ôtô

GVHD: Trần Anh Sơn

TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013


I - CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN XE Ford Ranger XL 2.5MT

Động cơ diesel
Công suất cực đại của động cơ ứng với số vòng quay : Nemax = 108PS / 3500(v/p)
Momen xoắn cực đại của động cơ ứng với số vòng quay : Memax = 268 (N.m)/2000(v/p)
Vận tốc lớn nhất (km/h): Vmax = 144(km/h) =40 (m/s)
Cỡ lốp: 215/70R15
Trọng lượng không tải : 1629 (KG) 16290 (N)
Trọng lượng toàn bộ(toàn tải) : 2716 (kG) 27160 (N)
Kích thước
+Chiều dài tổng thể: 5170mm
+Chiều rộng tổng thể: 1723mm
+Chiều cao tổng thể: 1632mm
+Chiều dài cơ sở :2985mm
Hiệu suất :η = 0,93
Hệ số cản lăn: f = 0,2

Hệ số bám: φ = 0,8
Khả năng leo dốc của xe 32%
Góc lệch giữ 2 trục của các đăng α = 200
Chiều dài trục các đăng: lcđ = 1,5 (m)

1


1.TÍNH TOÁN HỘP SỐ
1.1 Chọn tỷ số truyền của hộp số

Từ kí hiệu lốp : 215/70R15
+Ta xác định:

r0 = 215.0, 7 +

15
.25, 4 = 341mm
2

rbx = λ. r0 = 0,95.341 = 323,95 mm = 0,32m
+Góc dốc :
*Từ khả năng leo dốc 32% nên ta có
α = arctan 0,32 = 170
*Hệ số cản tổng cộng:

+Số vòng quay nemax
nemax= λ.nN
*Do động cơ dieselλ = 1
=> nemax= 1.3500 = 3500 (vòng/phút)

+Tỷ số truyền của truyền lực chính.
i0 =

π .rbx .ne max
30.ihn .Vmax

ihn =0,75 ÷ 0,85 chọn ihn = 0,8
⇒

Theo điều kiện bám Pk

3,66
P

Cho hệ số bám =0,75

2


=4,33
+Theo điều kiện kéo:

4,63

=

ta chọn ih1 = 4,6

q=
+tỉ số truyền tay số 5

ih5=
+tỉ số truyền tay số 4
ih4=
+tỉ số truyền tay số 3
ih3=
+tỉ số truyền tay số 2
ih2=
+Do xe hộp số dọc ,có 1 số OD
⇒ ih4 = 1

1.2 Tính toán các chi tiết của hộp số
1.2.1 Bánh răng của hộp số

3


1.2.1.1Tính toán thiết kế tổng thể
+ Chọn khoảng cách giữa các trục
A = C. 3 M e max
C : Hệ số kinh nghiệm
C = 20-21đối với động cơ diesel → chọn C = 20
→ A=

(mm). Chọn A = 130

+ Môđuyn pháp tuyến của bánh răng
m = (0,032 ÷ 0,04)A
→ Chọn m = 0,032.A = 0,032.130 = 4,16
+Tỉ số truyền cặp bánh răng luôn ăn khớp (

Trong đó :
ma : modun pháp tuyến của cặp bánh răng luôn ăn khớp (ma=m)
βa :Góc nghiêng của răng của cặp bánh răng luôn ăn khớp
Xe tảiβ = 18 ÷ 26
Chọn : β= 25
Za : Số răng của bánh răng chủ động của cặp bánh răng luôn ăn khớp
Za=(16÷12) với ih1=6÷8
Chọn Za=16
Ta có :

+Tính lại khoảng cách giữa các trục A

+Modun pháp tuyến của bánh răng m=ma=0,032.128=4,1
+Tỉ số truyền của cặp bánh răng luôn ăn khớp

4


+Số răng của bánh răng bị động của cặp bánh răng luôn ăn khớp Za’
Za’=Za.ia=16.2,5=40
Chọn Za’= 40 răng

+Tỷ số truyền của cặp bánh răng được gài igi

cặp bánh răng thứ nhất được gài :

Tương tự ta tính lần lượt cho các cặp bánh răng còn lại 2, 3, 4, 5 là
ig2=1,2 : ig3=0,78 : ig4=0,4 : ig5=0,33
+Số răng của các bánh răng trên trục trung gian và thứ cấp

Cặp bánh răng thứ nhất
chọn Z1=20răng
Z1’ =20.1,84=36,8 chọn Z1’= 37 răng
Cặp bánh răng thứ 2
chọn Z2=26 răng
Z2’ =26.1,2 = 31,2 chọn Z2’= 31 răng
Cặp bánh răng thứ 3
chọn Z3= 32 răng
Z3’=32.0,78= 24,96 chọn Z3’= 25 răng
Cặp bánh răng thứ 4

5


chọn Z4=41 răng
Z4’=41.0,4=16 chọn Z4’=16 răng
Cặp bánh răng thứ 5
chọn Z5=43 răng
Z5’=43.0,33=14,2 chọn Z5’=14

1.2.1.2 /Tính toán kiểm tra bánh răng
+Lực vòng P tác dụng lên răng

1.2.2Trục của hộp số
+ Chọn sơ bộ kích thước của trục
Đối với trục sơ cấp
(mm)
+Đối với trục trung gian
Đối với xe tải ta chọn

6


d2 ≈ 0,45.A = 0,45.120 = 54 (mm)
Mà :

d2
d2
= 0,16 ÷ 0,18 → Chọn
= 0,18
l2
l2

Chiều dài trục trung gian
(mm)

+Đối với trục thứ cấp
d3 ≈ 0,45.A = 0,45.128 = 57,6 (mm)
Mà :

d3
d3
= 0,18 ÷ 0,21 → Chọn
= 0,21
l3
l3

Chiều dài trục thứ cấp
(mm)
Khi khởi hành xe tại chỗ công trượt lớn hơn cả )vì lúc đó ω a = 0 nên hiệu số ωe - ωa là

lớn nhất. Động cơ càng cao tốc, công trượt càng lớn.
Trong tính toán có thể lấy tốc độ góc động cơ ω e bằng tốc độ góc ứng với momen cực
đại (ωe = ωM) và tính toán kiểm tra công trượt riêng ứng với chế độ khởi hành xe tại chỗ
(ωa = 0 ).

2.TÍNH TOÁN LY HỢP
2.1 Xác định các thông số cơ bản của ly hợp
Moment ma sát yêu cầu của li hợp Mms
Ly hợp có khả năng truyền hết moment xoắn lớn nhất của động cơ
Mms=
Trong đó:
+ Mms:moment ma sát yêu cầu của li hợp N.m

7


+ : hệ số dự trữ của li hợp ( xe tải không romoc =1,6-2,25 chọn

)

Bán kính ngoài và bán kính trong của tấm ma sát
Bán kính ngoài R2

Trong đó
D2: đường kính ngoài tấm ma sát
C: hệ số kinh nghiệm ( xe tải làm việc trong điều kiện nặng nhọc C=1,9)
R2= =
Bán kính trong của đĩa ma sát:
R1 = (0,53 – 0,75) R2 ta chọn R1 = 0,6.R2
thay số ta được: R1 = 0,75.18,76 = 14,07

Bán kính ma sát trung bình được xác định theo công thức:
Rtb =

=16,43

Xác định lực ép lên đĩa ma sát:
Ta có thể viết lại phương trình Mms=

= µ.P.Rtb.p

Trong đó:
µ: là hệ số ma sát của ly hợp (µ = 0,25 ÷ 0,35. Chọn µ = 0,3).
p: là số đôi bề mặt ma sát. Đối với xe 1 đĩa ly hợp thì p = 2
P: là lực ép lên các đĩa ma sát.
Rtb: là bán kính ma sát trung bình.
(N) =6,1168(KN)
Chiều dày đĩa ma sát
chiều dày của đĩa ma sát

4÷5(mm) Vậy ta chọn:

8


Tính áp lực tạo ra trên mặt ma sát
Áp lực tạo ra trên vành khăn ma sát được tính theo công thức sau:
m2< 250

m2

Thỏa yêu cầu điều kiện bền.
Trong đó:

P: là lực ép của cơ cấu (KN) .
S: là diện tích vành khăn ma sát (m2)

2.2 Công trượt riêng của ly hợp

Do có hai quá trình đóng ly hợp khác nhau : Đóng ly hợp nhanh và đóng ly hợp từ tư
̀,bởi vậy sẽ có hai phương pháp khác nhau để xác định công trượt, trong bài này ta chỉ
tính theo phương pháp hai đó là quá trình đóng ly hợp từ từ.

a) Mô men quán tính qui dẫn Ja (kg.m2)
 G + Gm
Ja =  a
g


 r 2bx
.δ t
÷.
2
 ( ih .i p .i0 )

Trong đó :
Ga –Trọng lượng toàn bộ của ô tô , G = 27160(N)
Gm– Trọng lượng toàn bộ của rơ móc , Gm = 0 (N)
g – Gia tốc trọng trường , g = 10 (m/s2)
rbx–Bán kính làm việc của bánh xe chủ động , rbx= 0,32 (m)
ih – Tỷ số truyền của hộp số . Tính công trượt cho số 1 ih=4,6

ip – Tỷ số truyền số phụ . Không có hộp số phụ ip= 1
i0 – Tỷ số truyền của truyền lực chính ,i0 = 3,66
δt – Hệ số tính đến các khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực, trong
tính toán δt = 1,05 ÷ 1,06 , chọn δt = 1,05
(kg/m2)

9


b) Mô men cản chuyển động qui dẫn Ma (N.m)
Ma= [(Ga+Gm).Ψ +Pω].

rbx
it .ηt

Trong đó :
Ψ – Hệ số cản tổng cộng của đường , Ψ = 0,02
Pω – Lực cản không khí . Khi khởi hành xePω = 0
it

– Tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực (it = ih1.ip.i0)

ηt –Hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực . Xe tải ηt = 0,93
⇒

(N.m)

- Thời gian t1 và t2 được tính
t1 =

Ma
k

k : Hệ số tỉ lệ , đặc trưng cho nhịp độ tăng mô men của đĩa ly hợp

khi đóng ly hợp .

k = 150 ÷ 750 (Nm/s) với xe tải .Chọn k = 500 (Nm/s)
⇒

Và
t2 =

A
k

mà :A =

2.J a . ( ωm − ωa )

ωm – Tốc độ góc động cơ khi đóng ly hợp
⇒

(rad/s)

ωa – Tốc độ góc trục ly hợp . Tính toán cho lúc khởi hành xeωa = 0
⇒ A = =16,4

10

⇒t2

⇒ t0

=

34

=

- Công trượt toàn bộ L của ly hợp
2
t 2  1
L = L1 + L 2 = M a . ( ωm − ωa ) .  1 + .t2 ÷+ J a . ( ωm − ωa )
2 3  2

(J)
c) Công trượt riêng của ly hợp
L0 =

L
≤ [ L0 ]
S. p

[L0] : Công trượt riêng cho phép . Xe có trọng tải đến 50KN
[L0] = 150000 ÷ 250000(J/

)

S : Diện tích bề mặt ma sát dĩa bị động
S=
p=2 số đôi bề mặt ma sát.

⇒

L0

Như vậy ly hợp thiết kế đạt yêu cầu về tuổi thọ
d) Tính toán nhiệt độ của ly hợp
Nhiệt độ tăng lên của chi tiết tiếp xúc trực tiếp với tấm ma sát trong thời gian ly hợp bi
trượt

Trong đó
T – Nhiệt độ tăng lên của chi tiết (0K)
θ – Hệ số xác định phần công trượt dùng để nung nóng chi tiết cần tính, θ được tính
như sau:

11


θ=

1
– Đối với đĩa ép (n – số lượng đĩa bị động)
2n

θ=

1

– Đối với đĩa chủ động trung gian
n

L – Công trượt sinh ra toàn bộ khi đóng ly hợp (J)
c – Nhiệt dung riêng của các chi tiết bị nung nóng, đối với thép và gang
c ≈ 500J/kg.độ
m – Khối lượng của chi tiết bị nung nóng (kg)
Mỗi lần khởi hành ôtô tại chỗ trong điều kiện sử dụng ở đường phố T không được vượt
qua 100K
Ta có:
θ=

1
1
= với n = 1 đĩa bị động
2n 2

Δ T ≤ 100
⇔ 100 ≥

θ .L
c.m

⇒m ≥

⇒
T ≤ [T ]

3. TÍNH TOÁN CÁC ĐĂNG
3.1Kiểm tra số vòng quay nguy hiểm (nt)

12


Ta có số vòng quay cực đại nmaxcủa trục các đăng ứng với tốc độ lớn nhất của xe:
nmax =

ne max
(vòng/phút)
ihn .i p

Ở đây :
nemax – số vòng quay cực đại của động cơ(v/p)
ihn – số truyền cao nhất của hộp số chính(≤1)
ip – Tỉ số truyền cao nhất của hộp số phụ
Mà nemax = λ.nN.
Động cơ dieselcó λ = 1

⇒ nemax= 1.3500 = 3500 (vòng/phút)
⇒

(vòng/phút)

Số vòng quay nguy hiểm nt của trục
nt = (1,2 ÷ 2). nmax(vòng phút)
Ta chọn nt = 1,2. nmax = 1,2.3977,3 = 4772,6(vòng phút)
Trục các đăng đặt tự do trong các điểm tựa và trục rỗng nên:

13

Bề dày thành rỗng

, chọn

Đối với trục rỗng đặt tự do trong các gối tựa:

với d = D - 2 ,
thay d = D - 2

-

chọn l = 1,5 m

vào phương trình trên ta được phương trình bậc 2 với D

.D + (

=0

Giải ra ta được D = 0,1056 (m) và D = -0,1006 (m)
Chọn D = 0,1056 (m) = 10,56 (cm)
d = D - 2 = 0,1056 – 2.0,0025 = 0,1006(mm)
3.2 Tính toán kiểm tra trục các đăng
- Mômen xoắn cực đại của trục 2 được tính theo công thức:
M 2 max =

M e max .ih1.i p1
M1
=

cosα
cosα

Trong đó:
Memax – Mômen xoắn động cực đại của cơ
ih1 – Tỷ số truyền ở tay số 1
ip1 – Tỷ số truyền của hộp số phụ, ip1 = 1
-Loại truyền moment xoắn từ hộp số đén các cầu chủ động có góc α từ 15 đến 20 0
α – Góc lệch giữ 2 trục, chọnα = 200
- Ứng suất xoắn cực đại của trục các đăng
τ=

M 2max
WX

Mà
Trong đó:
D – Đường kính trục các đăng

14


δ – B ề dày trục rỗng δ = 1,85 ÷ 2,5 (mm) ta chọn δ = 2,5

Vậy ứng suất xoắn cực đại của trục các đăng
(MN/m2)

Nhận xét: ta thấy với [ τ ] = 100 ÷ 300 (MN/m2) nên trục cácđăng làm việc đảm bảo an
toàn.
- Giá trị góc xoắn θ của trục các đăng

θ=

180 M e max .ih1.i p1.l
.
π G.J X .cosα

Trong đó:
Memax – Mômen xoắn động cực đại của cơ
ih1 – Tỷ số truyền ở tay số 1
ip1 – Tỷ số truyền của hộp số phụ, ip1 = 1
α – Góc lệch giữ 2 trục, α = 200
l – Chiều dài trục các đăng, l = 1,5 (m)
Jx – Mômen quán tính của tiết diện khi xoắn.
G – Mô đuyn đán hồi khi xoắn
G = 80 GN/m2 = 80.105 kG/cm2 = 8.109 N/m2
Mômen quán tính của tiết diện khi xoắn:

Vậy giá trị góc xoắn θ của trục các đăng là:

15


(độ)
Nhận xét: ta thấy θ ≤ [ θ ] với [ θ ] = 30 ÷ 90 nên trục các đăng làm việc đảm bảo an
toàn.

16