Thiết kế môn học kết cấu tính toán

mở đầu.
Kết cấu và tính toán ôtô là môn học chuyên ngành của ngành
cơ khí ôtô. Môn học trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản nhất về các
chi tiết, cụm, tổng thành của ôtô. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật,
ôtô cũng phát triển ngày càng đa dạng và hiện đại hơn. Từ những kiến thức của
môn học, sinh viên có điều kiện nghiên cứu, tiếp thu và ứng dụng những công
nghệ tiên tiến của ngành ôtô.
Bài thiết kế môn học này nhằm hai mục đích:
-

Tìm hiểu sâu hơn một số kết cấu của ôtô.

-

Nó là điều kiện để kết thúc môn học.

Do kiến thức còn hạn hẹp, điều kiện thực tế còn ít nên bài làm của em
chắc chắn còn nhiều thiếu sót, kính mong các thầy giáo hớng dẫn giúp đỡ thêm.
Em xin chân thành cảm ơn
SV : Trần Đăng Khôi

Sv: Trần Đăng K
hôi

1

Lớp :CK ÔTÔ -K39



-

Bánh xe: 14,00 20.

-

Tỷ số truyền của hộp số, truyền lực chính: 6,17; 3,40; 1,79;

M

e max

= 47,5 / 1900( KGm) / n M .

1,0; 0,78; 6,85.

Sv: Trần Đăng K
hôi

2

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
phần 2.
giới thiệu chung về hệ thống truyền lực chính
kép thông qua.
Truyền lực chính kép thông qua là loại truyền lực chính sử dụng trên xe
ôtô có hai cầu sau chủ động. Sơ đồ nguyên lý nh hình vẽ. Truyền lực từ hộp số

2c = 2 c
1c 1 c
Tỷ số truyền giữa khâu 1 và khâu 2 là: i12 = c =
2 2 c
i12 ( 2 c ) = 1 c
1 i12 . 2 = (1 i12 ) c

Đây là bộ vi sai đối xứng nên tỷ số truyền giữa hai bánh răng bị động = -1.
2 + 1 = 2 c .

Khi hai cầu chuyển động cùng vận tốc thì 1 = 2 = c
Đối với mômen ta có: M c = M 1 + M 2 .
Với M c : Mômen tại nạng c.
M 1 ; M 2 : Mômen cho bánh răng 1 và 2.
Sv: Trần Đăng K
hôi

4

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
Đối với công suất :

N c N ms = N 1 + N 2 ;

Do N = f(M,w) ; ta có:
1 c
2

2
M1 =

Khi ma sát bằng 0 thì: M 1 + M 2 = M c
Khi mômen giữa các cầu không bằng nhau, vi sai có nhiệm vụ phân phối
mô men hợp lý để đảm bảo cho xe hoạt động bình thờng.
Trong khuôn khổ bài thiết kế môn học này, cùng với những kiến thức về
Chi tiết máy,Cơ học, Vật liệu học... em sẽ trình bày chi tiết phần tính toán thiết
kế truyền lực chính và vi sai đặt ở cầu sau.

Sv: Trần Đăng K
hôi

5

Lớp :CK ÔTÔ -K39


ThiÕt kÕ m«n häc kÕt cÊu tÝnh to¸n

Sv: TrÇn §¨ng K
h«i

6

Líp :CK ¤T¤ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
phần 3.

tx0 lim .K HL
ứng suất tiếp xúc cho phép: [ tx ] =
Mpa.
SH

-

ứng suất uốn cho phép: [ u ] =

u0lim .K FC .K FL
Mpa .
SF

Trong đó:

Sv: Trần Đăng K
hôi

7

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
tx0 lim : ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với chu kỳ cơ sở. Tra bảng (6-

2) ta có: tx0 lim =23.HRC = 23.60 = 1380Mpa.
S H : Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc; tra bảng (6-2) có S H = 1,2.
K HL : Hệ số tính đến tuổi rhọ của động cơ; K HL = 1.
[ tx ] =

mm. Trong đó:

K d : Hệ số phụ thuộc vật liệu và loại răng. Với loại răng côn xoắn,

vật liệu là thép, tra bảng (6-5) có: K d = 83,5Mpa1 / 3 .
K H : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng

vành răng bánh răng côn, phụ thuộc tỷ số truyền và loại răng.

Sv: Trần Đăng K
hôi

8

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
K be :Hệ số chiều rộng vành răng. K be =

Tính tỷ số

b
= 0,25 ữ 0,3. Chọn K be =0,3.
Re

K be .i
0,3.1,7125
=
= 0.3022 . Từ đó tra bảng (6-2) ta chọn

(1 K be ).K be .i.[ tx ]

2

mm . Trong đó:

K R : Hệ số phụ thuộc vật liệu.
K R = 0,5 K d = 0,5.83,5 = 41,75 Mpa 1 / 3 .
Re = 41,75. 1,7125 2 + 1.3

1304183,75.1,1
= 120mm .
(1 0,3).0,3.1,7125.1150 2

3. Định số răng: Dựa vào d e1 , tra bảng (6-22) ta chọn:

Z 1 = 18;
Z 2 = 31.

4. Xác định góc nửa nón:
1 + 2 = 90 0
1 , 2 : Góc nửa nón của bánh răng chủ động và bánh răng bị động.
1 = arctg (1 / i ) = arctg (1 / 1,7125) = 30,28 0.
2 = 90 0 30,28 0 = 59,72 0.
Sv: Trần Đăng K
hôi

9

Lớp :CK ÔTÔ -K39

tx = Z M .Z H .Z .

2.T1 .K H . i 2 + 1
[ tx ] ; Trong đó:
b.i.d m21 .0,85

Z M : Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của cặp bánh răng ăn kớp. Tra

bảng (6-5) có: Z M = 274 Mpa1 / 3 .
Z H : Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc. Tra bảng(6-12) có:
Z H =1,42.
Z : hệ số trùng khớp của răng. Phụ thuộc vào hệ số trùng khớp dọc

và hệ số trùng khớp ngang. Theo công thức (6-36) :
Z = 1/ ;

= [1,88 3,2.(1 / Z 1 + 1 / Z 2 ) ]. cos m .
= 1,31.
Z = 0,874
K H : Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc. Theo công thức (6-39) có:
K H = K H .K H .K HV . Trong đó:
Sv: Trần Đăng K
hôi

10

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán

K F : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên vành

răng.Tra bảng (6-21) có: K F =1,15.
K F : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi

răng đồng thời ăn khớp. Tra bảng (6-14) có: K F =1,13.
K FV : Hể số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp.

Tính theo công thức: K FV = 1 + v F .b.d m1 / 2.T1 .K F .K F = 1.08.
K F = 1,15.1,13.1,08 = 1,4.
Y = 1 n / 140 = 0,714 :Hệ số kể đến độ nghiêng của răng.
Sv: Trần Đăng K
hôi

11

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán

Y = 1 / = 1 / 1,31 = 0,76 :Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng.
YF 1 , YF 2 : Hệ số dạng răng. Tra bảng (6-20) có: YF 1 = 4,08; YF 2 = 3,8 .


2.1304183,75.1,4.0,76.0,71.4,08
.
0,85.36.4,5.103
= 566,83Mpa < [ u ] = 645,16Mpa.


12

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
-

Góc nửa nón: 1 = 30,28 0 ; 2 = 59,72 0 .

-

Đờng kính chia ngoài:

d e1 = 121mm

d e 2 = d e1 .i1 = 208mm
d m1 = 103mm.

-

Đờng kính trung bình:

-

Môđun trung bình: mtm = 5,7 .

-

Môđun pháp trung bình: mnm = 4,5mm.


d ae1 = d e1 + 2.hae1 . cos 1 = 121 + 2.5,35. cos 30,28 0 = 130,24mm
d ae 2 = d e 2 + 2.hae 2 . cos 2 = 208 + 2.3,38. cos 59,72 0 = 211,4mm

-

Chiều cao chân răng ngoài:
h fe1 = he hae1 = 10 5,35 = 4,65mm
h fe 2 = he hae 2 = 10 3,38 = 6,62mm

-

Góc côn đỉnh răng: ai = i + ai .

-

Góc côn chân răng: fi = i fi .

Trong đó : ai , fi : Góc đầu răng và góc chân răng.

Sv: Trần Đăng K
hôi

13

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
a1 = arctg (


) = arctg (

6,62
) = 3,16 0.
120



a1 = 1 + a1 = 30,28 + 2,55 = 32,830.
a 2 = 2 + a 2 = 59,72 + 1,6 = 61,32 0.
f 1 = 1 f 1 = 30,28 2,22 = 28,06 0.
f 2 = 2 f 2 = 59,72 3,16 = 56,56 0.

IV.Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ, răng nghiêng.
1. Xác định khoảng cách trục.
Theo công thức (6-15) có:
a w = K a .(i + 1).3

M T .K H

[ tx ] 2 .i. ba

mm . Trong đó:

M T = M eM .i1 .i01 . ck / 2 = 475000.6,17.1,7125.0,89 / 2 = 2233414,6Mpa. : Mômen

xoắn tại trục lắp bánh răng chủ động.
K a : Hệ số xét đến loại vật liệu làm bánh răng.Tra bảng (6-5) có:
K a = 43 Mpa 1 / 3 .

2.232. cos16
= 22.
4.(4 + 1)
Z 2 = Z 1 .i = 22.4 = 88.
Z1 =



Tính lại góc nghiêng:

cos =

Z 1 .m.(i + 1) 22.4.(4 + 1)
=
= 0,945
2.a w
2.232

= 18,5 0

Tính chiều rộng vành răng: bw = a w. ba = 232.0,36 = 83,5mm.
m.Z1
4.22
=
= 92,8mm.
cos cos18,5 0
Tính đờng kính vòng chia:
m.Z 2
4.88
d2 =


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
Z =

4
.
3

= 1,88 3,2(
Z =

1
1
+ ) = 1,7.
Z1 Z 2

4 1,7
= 0,876.
3

K H : Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc. Theo công thức (6-39) có:
K H = K H .K H .K HV . Trong đó:
K H : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng

vành răng. Tra bảng (6-21) có: K H = 1,07.
K H : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi bánh

răng đồng thời ăn khớp.Tra bảng (6-14) có: K H = 1,05.
K HV : Hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp,trị


hôi

16

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
bw = 83,5 : Chiều rộng vành răng.

d w1 = 92,8mm : Đờng kính vòng lăn bánh răng chủ động.

m = 4mm: Môđun răng.
K F : Hệ số tải trọng khi tính về uốn.
K F = K F .K F .K FV . Với:
K F : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên vành

răng.Tra bảng (6-21) có: K F =1,16.
K F : Hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi

răng đồng thời ăn khớp. Tra bảng (6-14) có: K F =1,22.
K FV : Hể số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp.

Tính theo công thức: K FV = 1 + v F .b.d m1 / 2.T1 .K F .K F = 1.08.
K F = 1,16.1,22.1,08 = 1,53.
Y = 1
Y =

0
18,5 0

-

Chiều rộng vành răng: bw = 83,5mm

-

Góc nghiêng của răng: = 18,5 0 .

-

Số răng:

Sv: Trần Đăng K
hôi

Z 1 = 22;
Z 2 = 88.
17

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
-

Tỷ số truyền: i= 4.

-

m.Z1

công nghệ.
1.

Chọn vật liệu chế tạo.

Ta chọn vật liệu chế tạo trục giống vật liệu chế tạo bánh răng.
Chọn vật liệu là thép hợp kim có kí hiệu: 25 - thấm các bon, cơ
tính nh sau:
b = 1150 Mpa.
ch = 950 Mpa
HRC = 60

2.

Tính sơ bộ đờng kính trục.

Trong truyền lực chính kép có 2 trục là: Trục chủ động mang bánh
răng côn truyền chuyển động từ cácđăng xuống và trục bị động mang hai bánh
răng ăn khớp với bánh răng côn và bánh răng trụ.
Đờng kính sơ bộ của trục: Theo công thức (10-9) có:
dk = 3
Sv: Trần Đăng K
hôi

Tk
mm.
0,2.[ ]

; Trong đó:
18

Chọn d 2 = 85mm .
3.

Tính gần đúng trục.

Do trục bị động chịu tải lớn hơn trục chủ động nên ta chỉ cần tính gần
đúng và tính chính xác cho trục bị động.
a.Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ:
-

Chọn khoảng cách giữa bề mặt ổ lăn và bề mặt bánh răng là:
k1 =10mm.

-

Sv: Trần Đăng K
hôi

Chon chiều rộng trung bình của ổ lăn là: b0 = 40mm .

19

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
l3
l2
l1



2.1304183,75
= 25324 N .
103

20

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
Q1 =

P1
.(tg . sin 1 + sin m . cos 1 ).
cos m

Q1 =

25324
.(tg 20 0. sin 30,28 0 + sin 40 0. cos 30,28 0 ) = 24413,4 N .
0
cos 40

Lực hớng kính:

-

R1 =


-

Lực hớng kính: R2 = P2 .

-

Với tw = arccos(

tg tw
.
cos

a. cos t
) : Góc ăn khớp.
aw

a = 0,5.m.( Z 1 + Z 2 ) = 0,5.4.(22 + 88) = 220.
tg
tg 20 0
t = arctg (
) = arctg (
) = 210
0
cos
cos18,5

Sv: Trần Đăng K
hôi

21


YA =

l 3 .R1 l1 .R2 201,5.24423,3 71,75.26806,4
=
l2
163,5

Y A = 18323,6 N .
Sv: Trần Đăng K
hôi

22

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
Phơng trình cân bằng lực theo phơng Y:

Y = 0 Y

B

R2 Y A + R1 = 0.

YB = R2 + Y A R1 = 24413,3 + 18323,6 26806,4.
YB = 15730,5 N .

-

cho từng dạng mômen đó.
Theo phơng Y:
Đoạn BC:

M

yBC

= YB .z1 = 0 khi z1 = 0.

Khi z1 = l1 = 71,75mm. ;

M

yBC

= 15730,5.71,75 = 1128677,7 N .mm

Đoạn CA: M yCA = YB .l1 R2 .( z 2 l1 ).
Khi:
z 2 = 0; M yCA = YB .l1 + R2 .l1 = 1128677,7 + 26806,4.71,75 = 3052037 N .mm.
z 2 = l 2 l 2 ; M yCA = YB .l1 R2 (l 2 2.l1 ).
M yCA = 1128677,7 26806,7.(163,5 2.71,75) = 592543,7 N .mm

Đoạn DA: M yDA = R1 .z 3 = 0. ; Khi z 3 = 0.
z 3 = l 3 l 2 ; M yDA = R1 .(l 3 l 2 );
M yDA = 24413,3.(201,5 163,5) = 92770,5 N .mm.

Mômen uốn theo trục X: Tơng tự nh khi tính theo trục Y, ta có:
Sv: Trần Đăng K


M td
: Trong đó:
0,1.[ ]

24

Lớp :CK ÔTÔ -K39


Thiết kế môn học kết cấu tính toán
2

M td = M u2 + 0,75.M x ;
M u = M ux2 + M uy2 = 4969354,8 2 + 3052037 2 = 5831759 N .mm
M x = 2233414,6 N .mm.
M td = 5831759 2 + 0,75.2233414,6 2 = 5144145N .mm.

[ ] : ứng suất cho phép của thép; tra bảng có : [ ] = 60Mpa.
d 3

5144145
= 85,7mm ;
0,1.60

Chọn d = 86 mm.
e.Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi.
Tại các tiết diện chịu ứng suất uốn và ứng suất xoắn, hệ số an toàn về
mỏi s phải thoả mãn điều kiện:
s=

m , m :ứng suất uốn và ứng suất xoắn trung bình..

Sv: Trần Đăng K
hôi

25

Lớp :CK ÔTÔ -K39