Luận văn Thiết kế hộp số truyền động cơ khí

Luận văn tốt nghiệp Đề tài: thiết kế hộp số truyền động cơ khí MỤC LỤC Trang CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ÔTÔ DU LỊCH Ở VIỆT NAM .............1 1.1. Giới thiệu chung về ôtô du lịch ở Việt Nam: ...........................................1 1.2. Các phương án bố trí động cơ trên ôtô du lịch: ........................................1 1.3. Giới thiệu chung về hệ thống truyền lực: .................................................3 1.4. Các cách bố trí hệ thống truyền lực. ........................................................3 CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỘP SỐ ÔTÔ DU LỊCH......................6 2.1. Giới thiệu chung về các loại hộp số đang được sử dụng hiện nay: ...........6 2.1.1. Đặc điểm chung của hộp số cơ khí có cấp:.........................................6 2.1.2. Đặc điểm cấu tạo của hộp số cơ khí có cấp: Hộp số cơ khí có cấp trên ôtô du lịch hiện nay thường có hai loại: Hộp số hai trục và hộp số ba trục. ..7 2.1.2.1. Hộp số ba trục: .............................................................................7 2.1.2.2. Hộp số hai trục: ..........................................................................16 2.2. Hộp số tự động: .....................................................................................19 2.2.1. Biến mô thuỷ lực: ............................................................................19 2.2.2.Hộp số hành tinh:..............................................................................21 CHƯƠNG 3 NHIỆM VỤ- YÊU CẦU- PHÂN LOẠi HỘP SỐ ........................25 3.1. Nhiệm vụ: .............................................................................................25 3.2. Phân loại: ..............................................................................................25 3.3. Yêu cầu đối với hộp số ôtô: ...................................................................26 Chương 4 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ SƠ ĐỒ ĐỘNG HỘP SỐ ..........................................................................................................................27 4.1. Chọn cách bố trí động cơ:......................................................................27 4.2. Chọn loại hộp số và sơ đồ động:............................................................28 4.2.1. Chọn loại hộp số:.............................................................................28 4.2.2. Lựa chọn sơ đồ động: ......................................................................28 4.2.3. Đường chạy số:................................................................................29 CHƯƠNG 5 KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT HỘP SỐ ................31 5.1. Kết cấu và tính toán các chi tiết hộp số:................................................31 5.1.1. Bánh răng: .......................................................................................31 5.1.1.2. Xác định số răng của bánh răng hộp số.......................................33 5.1.1.3. Tính bánh răng: ..........................................................................35 5.1.2.Trục hộp số:......................................................................................41 5.1.2.1. Chọn vật liệu chế tạo trục:..........................................................41 5.1.2.2. Kết cấu trục:...............................................................................41 5.1.2.3. Xác định phản lực tại gối và đường kính tại tiết diện nguy hiểm: ...............................................................................................................43 5.1.2.4. Tính độ cứng vững trục: .............................................................55 5.1.2.5. Tính toán sức bền trục: ...............................................................58 5.1.2.6. Kiểm tra ứng suất dập trên then hoa lắp hai bộ đồng tốc,lắp bánh răng của bộ truyền lực chính và moayơ ly hợp:.......................................59 5.1.2.7. Kiểm ta ứng suất dập của then bằng lắp bánh răng số lùi tại vị trí trục sơ cấp: .............................................................................................60 5.1.3. Tính toán ổ trục: ..............................................................................61 5.1.4.Tính toán ổ trượt:..............................................................................66 5.1.5. Bộ đồng tốc: ....................................................................................67 5.2. Vỏ hộp số: .............................................................................................68 5.3. Hướng dẫn sử dụng: ..............................................................................69 5.3.1. Quy trình tháo lắp hộp số:................................................................69 5.3.2. Quy trình bảo dưỡng:.......................................................................69 5.3.3. Các hư hỏng và cách khắc khắc phục: ..............................................70 5.4. Quy trình gia công trục:.........................................................................70 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................75 KẾT LUẬN .......................................................................................................76 Lời Nói Đầu Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Ngành cơ khí ôtô là một trong những ngành đang trong quá trình phát triển mạnh, với nhiều nhà máy sản xuất tiên tiến mọc lên. Ôtô ngày nay càng ngày càng được sử dụng rộng rãi trong thực tế đời sống vì nhưng tiện ích mà nó mang lại. Một trong những bộ phận không thể thiếu của ôtô và ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình điều khiển ôtô,đó là hộp số. Ngày nay, hộp số ôtô khá phong phú về chủng loại, về kết cấu công nghệ. Nhưng phổ biến nhất là hộp số truyền động cơ khí, các loại xe chất lượng cao còn được trang bị hộp số tự động.Tuy có một số nhược điểm so với hộp số tự động nhưng hộp số truyền động cơ khí vẫn có những ưu điểm và được sử dụng phổ biến trong các loại ôtô hiện nay. Trong quá trình học tập tại trường, qua các đợt thực tập trong lẫn ngoài truờng em đã lắm bắt được những kiến thức cơ bản về hộp số, từ kết cấu đến công nghệ chế tạo cơ bản… Trong đợt xét tốt nghiệp năm nay, với vinh dự được nhà trường giao đề tài về thiết kế hộp số truyền động cơ khí. Em đã cố gắng trình bày những vấn đề cơ bản nhất về hộp số, ứng dụng và tính toán các chi tiết của hộp số nhằm đưa hộp số thiết kế đạt tới điều kiện tối ưu nhất có thể. Được trình bày thành 6 chương sau: Chương 1: Giới thiệu chung về ôtô du lịch. Chương 2: Giới thiệu chung về hộp số ôtô du lịch ở Việt Nam Chương 3: Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hộp số. Chương 4: Lựa chọn phương án thiết kế và sơ đồ động hộp số. Chương 5: Kết cấu và tính toán các chi tiết hộp số. Trong quá trình làm công tác tốt nghiệp em đã được thầy hướng dẫn, cùng các thầy trong bộ môn, đã có những góp ý, hướng dẫn tận tình giúp em hoàn thành công tác tốt nghiệp. Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do tài liệu, năng lực có hạn nên chắc chắn đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý của các thầy cùng các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Quốc Hiệp đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành luận văn. Nha Trang 11/2006 Sinh viên thực hiện Ngô Như Vịnh CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ÔTÔ DU LỊCH Ở VIỆT NAM 1.1. Giới thiệu chung về ôtô du lịch ở Việt Nam: Tại Việt Nam hiện nay có rất nhiều loại ôtô du lịch do nhiều hãng của nhiều nước sản xuất, trong đó tính hiện đại, kết cấu, tính tiện nghi của từng loại cũng khác nhau. Song nhìn chung cấu tạo chung của xe du lịch đều được cấu thành từ 3 phần chính : Động cơ, hệ thống gầm và thân xe. - Động cơ: Là nguồn năng lượng cơ khí tạo công đẩy xe di chuyển. Ngày nay, động cơ lắp trên ôtô thường dùng là loại động cơ kiểu piston với nguồn nhiên liệu sử dụng là xăng hay diesel. Ôtô du lịch cỡ nhỏ sử dụng nhiên liệu xăng là phổ biến nhất, một số trang bị thêm động cơ điện. tuỳ theo tải trọng của từng loại xe mà người ta sử dụng động cơ hai kỳ hoặc động cơ 4 kỳ, ít hay nhiều piston, thông dụng nhất là động cơ 4 kỳ với 4 hay 6 piston. - Gầm bệ: Là tổng hợp các cơ cấu dùng để truyền mômen xoắn từ động cơ đến các bánh xe chủ động. Gầm bệ gồm 3 nhóm cơ cấu, hệ thống truyền lực, bộ phận vận hành, hệ thống điều khiển phương hướng chuyển động- điều khiển sự dừng khẩn cấp hoặc làm chậm dần tốc độ. .Hệ thống truyền lực: Dùng để truyền mômen xoắn từ động cơ đến các bánh xe chủ động, đồng thời cho phép thay đổi độ lớn và chiều hướng mômen xoắn, hệ thống này gồm các bộ phận sau: Ly hợp, hộp số, truyền động các đăng, bộ truyền lực chính, vi sai và bán trục. .Bộ phận vận hành: Là nơi lắp đặt tất cả các tổng thành của ôtô, đưa xe chuyển động trên đường gồm: Khung xe, dầm cầu, hệ thống đàn hồi, các bánh xe. . Hệ thống điều khiển phương hướng chuyển động- điều khiển sự dừng khẩn cấp hoặc làm chậm dần tốc độ: Gồm cơ cấu lái và cơ cấu phanh. - Thân xe: Là phần công tác hữu ích của ôtô, dùng để chở người lái và hành khách. 1.2. Các phương án bố trí động cơ trên ôtô du lịch: Ôtô du lịch thường có các kiểu bố trí động cơ như sau: Động cơ đặt đằng trước ngoài buồng lái. Động cơ đặt đằng trước trong buồng lái. Động cơ đặt đằng sau. Hình 1.1: Các phương án bố trí động cơ trên ôtô - Động cơ đặt đằng trước ngoài buồng lái: Phương án bố trí kiểu này được sử dụng rộng rãi trên ôtô du lịch hiện nay. Ưu điểm: Động cơ được chăm sóc dễ dàng hơn vì khoảng không gian rộng rãi, tăng khả năng cách nhiệt cách âm, đảm bảo độ ộn định khi quay vòng. Nhược điểm: Có hệ số phần trăm sử dụng chiều dài bé, tầm nhìn kém, không gian chứa hành khách nhỏ. . Hệ số sử dụng chiều dài được tính theo công thức: l = l L l: là chiều dài thùng chứa;L: chiều dài chung của xe. - Bố trí động cơ đằng trước trong buồng lái: Phương án bố trí này ngày nay được sử dụng nhiều trên ôtô du lịch 12 chỗ cỡ chung. Ưu điểm: Có hệ số sử dụng chiều dài lớn, thể tích buồng chứa lớn, tầm nhìn của người lái được nâng cao, nó khắc phục được nhược điểm của phương án trên. Nhược điểm: Phải dùng thiết bị cách nhiệt, cách âm, thể tích buồng lái bị thu hẹp, chăm sóc bảo dưỡng động cơ khó khăn, ngoài ra chiều cao trọng tâm lớn giảm tính ổn định của xe. - Bố trí động cơ đặt đằng sau: Ngày nay phương án này ít được sử dụng đối với ôtô du lịch. Ưu điểm: Thể tích buồng chứa lớn, không cần cách nhiệt cách âm, hệ thống truyền lực đơn giản vì không cần bộ truyền các đăng, hệ số sử dụng chiều dài tăng, vị trí ngồi của người lái tốt. Nhược điểm: Cơ cấu điều khiển ly hợp, hộp số phức tạp, do khoảng cách buồng lái đến động cơ quá lớn. 1.3. Giới thiệu chung về hệ thống truyền lực: Ôtô du lịch hiện nay dùng các loại hệ thống truyền lực sau: - Hệ thống truyền lực cơ khí, bao gồm ly hợp ma sát,hộp số, truyền động các đăng, truyền lực chính và vi sai. - Hệ thống truyền lực cơ khí thuỷ lực, bao gồm các truyền động cơ khí và hệ truyền thuỷ lực. Hai hệ truyền lực này được sử dụng nhiều nhất trên ôtô du lịch hiện nay. 1.4. Các cách bố trí hệ thống truyền lực. Hình 1.2: Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực. Hình 1.3: Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực. - Sơ đồ a: Động cơ, ly hợp, hộp số đặt hàng dọc phía trước xe, cầu chủ động đặt sau xe, trục các đăng nối giữa hộp số và cầu chủ động. Khoảng cách giữa hộp số đến cầu sau khá lớn nên trục các đăng phải dùng ổ treo. Sơ đồ này thông dụng nhất hiện nay. - Sơ đồ b: Động cơ, ly hợp, hộp số tạo thành một khối đặt đằng trước với cầu trước chủ động, bố trí kiểu này rất gọn dễ bố trí cho các bộ phận khác. Nhờ cấu trúc này mà trọng tâm xe nằm lệch hẳn về phía trước, do đó độ ổn định của ôtô rất cao khi có lực bên tác dụng, song không gian đầu xe rất chật hẹp. - Sơ đồ c: Động cơ, ly hợp, hộp số tạo thành một khối, cầu trước chủ động với động cơ nằm ngang do đó trọng lượng khối động lực lệch hẳn về phía trước đầu xe, giảm đáng kể độ nhạy cảm của ôtô với lực bên nhằm nâng cao khả năng ổn định của của ôtô. - Sơ đồ d: Động cơ ly hợp hộp số, cầu sau chủ động làm một khối gọn ở phía sau, cấu trúc này ít gặp với xe du lịch. - Sơ đồ e: Giống như sơ đồ d nhưng cụm động cơ đặt quay ngược . Cách bố trí giữa c và d phù hợp với việc tăng lực kéo của ôtô, đảm bảo khả năng tăng tốc tốt, hạ thấp chiều cao đầu xe phù hợp với việc tạo dáng khí động học cho ôtô cao tốc. - Sơ đồ f: Động cơ, ly hợp, đặt đằng trước, hộp số và cầu xe đặt phía sau, tạo thành một khối và nối với nhau bằng trục các đăng, bố trí kiểu này trọng lượng phân bố đều ở hai trục. - Sơ đồ g: Động cơ, ly hợp, hộp số đặt dọc phía đầu xe, cầu trước và cầu sau chủ động nối giữa hộp số với cầu trước và cầu sau là trục các đăng. Sơ đồ này thường gặp ở ôtô có tính việt giã cao. - Sơ đồ h: Động cơ, hộp số, ly hợp, cầu trước tạo thành một khối, nằm phía đầu xe, đáp ứng nhu cầu tăng trọng lượng lên cầu trước, cầu sau chủ động nối với hộp số bằng khớp ma sát. không có hộp phân phối, kết cấu đơn giản và xe có tính việt giã tốt, nhất là khi hoạt động trên đường trơn. Để đánh giá mức độ phức tạp của hệ thống truyền lực người ta dựa vào công thức bánh xe. Ngày nay, đối với ôtô du lịch thông dụng nhất là sử dụng công thức bánh xe 4x2 và 4x4 một cầu và hai cầu chủ động. CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỘP SỐ ÔTÔ DU LỊCH 2.1. Giới thiệu chung về các loại hộp số đang được sử dụng hiện nay: Trên các bộ phận tổng thành của ôtô thì hộp số là bộ phận rất quan trọng và không thể thiếu trong hệ thống tuyền  ựl c.Với tốc độ của động cơ cao thì không thể đảm bảo cho ôtô hoạt động được, để đảm bảo cho ôtô hoạt động bình thường, phù hợp với từng điều kiện đường xá cũng như yêu cầu chuyển hướng của ôtô, người ta chế tạo một bộ phận gọi là hộp số để đảm bảo các yêu cầu nói trên. Hiện nay, ôtô du lịch sử dụng nhiều loại hộp số khác nhau, mỗi loại có những tính năng riêng, có hai loại cơ bản là hộp số có cấp và hộp số vô cấp, đây là hai loại hộp số mà ôtô du lịch dùng phộ biến, hộp số cơ khí có cấp có ưu điểm kết cấu đơn giản giá thành rẻ, đảm bảo được các yêu cầu về tỷ số truyền, đáp ứng được yêu cầu sử dụng ôtô. Đối với ôtô du lịch người ta thường dùng hộp số 3 cấp hay 4 cấp. Tỷ số truyền cao nhất thường là số I với tỷ số truyền i= 1. Ngày nay, hộp số tự động ngày càng được sử dụng rộng rãi đối với ôtô du lịch tuy giá thành có cao, nhưng nó đáp ứng được các yêu cầu cao về kỹ thuật và sử dụng, so với hộp số thường, hộp số tự động có các ưu điểm sau: Giảm mệt mỏi cho người sử dụng vì không phải thao tác đóng ngắt ly hợp, chuyển số tự động, êm dịu, thích hợp với tình trạng mặt đường, tránh cho động cơ và hệ thống truyền lực không bị quá tải. Hộp số tự động thường bố trí với động cơ thành một khối liền. 2.1.1. Đặc điểm chung của hộp số cơ khí có cấp: - Tỷ số truyền của hộp số: Tỷ số truyền của hộp số có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của động cơ, do đó ảnh hưởng đến tính năng hoạt động của xe. Tuỳ theo tải trọng của xe cũng như khả năng vượt dốc mà số lượng số truyền phân phối ít hay nhiều. Nếu tăng số lượng số truyền sẽ làm tăng tốc độ trung bình của của ôtô.Tuy nhiên nếu tăng quá mức số lượng số truyền sẽ làm cho hộp số phức tạp, cồng kềnh, khối lượng hộp số tăng lên, phức tạp cho người điều khiển. Vì vậy với ôtô du lịch thường dùng từ 4 đến 5 số. theo công thức: i j max .G.rb 1 = M e max .i0 .i pc .ht - Xác định tỷ số truyền của hộp số:Với ôtô du lịch số I là số cao nhất, để khắc phục lực cản lớn nhất của mặt đường.Theo lý thuyết ôtô, tỷ số truyền được tính theo công thức: trong đó:  i1 = j max .G.rb M e max .i0 .i pc .ht j max : Hệ số cản tổng cộng lớn nhất của mặt đường. G: Trọng lượng toàn bộ của ôtô(kg). rb : Bán kính bánh xe có tính đến độ biến dạng của lốp( mm ). M e max : Mômen quay cực đại của động cơ(N m ). i0 : Tỷ số truyền của bộ truyền lực chính. i pc : Tỷ số truyền của hộp phân phối ở số truyền. ht : Hiệu suất của hệ thống truyền lực. - Tỷ số truyền của các số trung gian trong hộp số có thể chọn theo một trong hai phương pháp; Theo cấp số nhân và theo cấp số điều hoà. Hiện nay, đa số ôtô đều chọn tỷ số truyền của hộp số theo cấp số nhân. - Thông thường trong thiết kế ôtô du lịch nhằm mục đích nâng cao tính chất động lực học, nâng cao hiệu suất của hệ thống truyền lực, người ta thường chọn tỷ số truyền ở số cao nhất của hộp số nghĩa là ở số I, do đó công bội q như sau: q = n-1 ihI Trong trường hợp này, tỷ số truyền các số trung gian được tính theo công thức sau đây: ihII = n -1 ihI = n-1 ( n- 2) ( n-3) ihIII ihI ihk = n-1 ihI n: Số lượng số truyền. k: Số thứ tự của số nguyên  ( n- k ) 2.1.2. Đặc điểm cấu tạo của hộp số cơ khí có cấp: Hộp số cơ khí có cấp trên ôtô du lịch hiện nay thường có hai loại: Hộp số hai trục và hộp số ba trục. 2.1.2.1. Hộp số ba trục: Hộp số ba trục có các bộ phận chính sau đây: Bánh răng, trục sơ cấp, trục thứ cấp, trục số lùi. Cơ cấu điều khiển gồm có: Cơ cấu định vị trục trượt, khoá hãm, bộ đồng tốc, tay số, ổ đỡ vỏ hộp số. Hình 2.1: Kết cấu một loại hộp số ba trục, chỉ rõ cơ cấu sang số. Hình 2-1: kết cấu một loại hộp số hộp số. Hộp số này có các ưu điểm sau: - Khi cùng kích thước bên ngoài như nhau loại hộp số này cho ta tỷ số truyền lớn. Đặc điểm này rất quan trọng vì hiện nay động cơ cao tốc được dùng nhiều trên ôtô. Như thế nghĩa là nếu cần đảm bảo một tỷ số truyền như nhau thì loại hộp số này có kích thước bé, trọng lượng cũng bé hơn, do đó giảm được toàn bộ trọng lượng ôtô. - Trục sơ cấp và trục thứ cấp đặt đồng tâm cho nên có thể làm số truyền thẳng nghĩa là gài cứng trục sơ cấp và trục thứ cấp lại với nhau. Trong trường hợp này hiệu suất sẽ cao nhất, coi như bằng một, bởi vì truyền động không qua một cặp bánh răng nào cả. - Đối với ôtô rất quan trọng bởi vì thời gian làm việc của ôtô ở số truyền thẳng chiếm tỷ lệ cao 50 ¸ 80 %. - Trên các đoạn đường bằng phẳng có thể gài số truyền thẳng, do đó thời gian sử dụng các tay số trung gian sẽ ít, cho nên có thể làm bánh răng và ổ bi ở các tay số này với kích thước nhỏ. Nhược điểm: - Hộp số có số truyền thẳng có khuyết điểm là ổ bi đằng trước (theo chiều chuyển động của ôtô) của trục thứ cấp được đặt vào lỗ đằng sau của trục sơ cấp. Do điều kiện kết cấu của hộp số (kích thước trục sơ cấp, ổ bi này không thể làm to được, cho nên khi làm việc có lực tác dụng thì ổ bi này sẽ ở tình trạng căng thẳng). Trong hộp số các bánh răng có nhiêm vụ truyền động giữa các trục. Để truyền động được các bánh răng trên các trục phải ăn khớp với nhau. Bánh răng trong hộp số được lắp cố định trên trục bằng then bán nguyệt, then bằng (hoặc liền khối với trục), bánh răng lắp lồng không trên trục nhờ bạc lót. - Bánh răng: Hộp số ôtô du lịch bánh răng sử dụng là bánh răng nghiêng (có trường hợp sử dụng bánh răng thẳng ở số lùi). Bánh răng nghiêng có ưu điểm là ăn khớp êm giảm được tiếng ồn, nhưng cơ cấu điều khiển sẽ phức tạp hơn. Để đảm bảo chất lượng làm việc lâu dài của bánh răng, bánh răng thường chế tạo từ thép hợp kim, ví dụ thép 40X, 20X, 12XH4A…Một trong những yêu cầu đối với bánh răng là bề mặt tiếp xúc phải có sức chịu tải tốt, có độ cứng vững tốt, chịu được sự mài mòn, tránh chèn dập, đồng thời bánh răng phải có khả năng chịu uốn tốt. Nên sau khi gia công, bánh răng phải được nhiệt luyện để nâng cao sức bền mỏi (như tôi cao tần, thấm các bon…). - Trục hộp số: Trục hộp số có nhiệm vụ truyền mômen xoắn đến bánh xe chủ động. . Trục sơ cấp hộp số: Hình 2.2: Kết cấu các gối đỡ sau của trục sơ cấp hộp số. Trục sơ cấp hộp số thường chế tạo liền với bánh răng. Gối đỡ trước của trục đặt lên bánh đà và gối đỡ này không nhận lực chiều trục.Trục được định vị để khỏi dịch chuyển theo chiều trục bằng gối đỡ đằng sau nằm trong vỏ hộp số. Gối đỡ sau của trục sơ cấp thường là loại ổ bi hướng kính. Ổ bi này định vị ở vỏ hộp nhờ vòng hãm hở miệng đặt vào rãnh của vòng ngoài ổ bi (hình a) hoặc đặt vào rãnh của lỗ ở vỏ hộp (hình b), nhờ bạc tháo lắp được (hình c) và ít khi dùng ổ bi có gờ ở vòng ngoài (hình c). + Trục trung gian: Trục t