TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

1

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Xu hướng hiện nay ở việt nam số lượng ôtô - máy kéo ngày càng được sử dụng
càng nhiều.Ôtô - máy kéo đóng một vai trò quan trọng trong sự nghiệp CNHHĐH ở nước ta.Để hoà nhập với xu hướng phát triển chung của đất nước và thế
giới thì trong ngành ôtô nói riêng phải không ngừng tăng số lượng về xe mà
còn phải chú trọng cải tiến nâng cao mẫu mã chất lượng để tăng hiệu quả sử
dụng và tính năng an toàn cho xe.Trên cơ sở đó em được giao đề tài Tính toán
thiết kế hộp số 3 trục xe ôtô con.
Với kiến thức có hạn do vậy trong quá trình làm TKMH sẽ không tránh
khỏi những sai xót. Em rất mong được sự sự chỉ bảo tận tình của các thầy trong
Bộ môn Cơ khí ôtô trường ĐH Giao Thông Vận Tải. Em xin chân thành cảm ơn
thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Bang đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ
án môn học này!
Sinh viện:
Sinh viên :

Lớp : ô tô K14b-TX


TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

2

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang


GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang

CHƯƠNG I: CHỌN SƠ ĐỒ CỦA HỘP SỐ
Chọn loại hộp số 3 trục, có trục sơ cấp và thứ cấp đồng tâm , 4 cấp ( 4 số
tiến và 1 số lùi ) và có số 4 là số truyền thẳng .
Các bánh răng luôn ăn khớp là các bánh răng trụ răng nghiêng . Dùng
bánh răng trụ răng nghiêng có ưu điểm là giảm được tiếng ồn và lực va đập
nhưng cũng có những phiền phức như phải dùng kèm với bộ đồng tốc, do đó
kích thước hộp số sẽ tăng lên , mặt khác khi sang số phải khắc phục mômen
quán tính lớn làm cho răng hoặc mặt ma sát của bộ đồng tốc phải chịu tải
trọng động .
Ta có :
Số 1,2 và số lùi được gài bằng khớp then hoa
Số 3;4 được gài bằng bộ đồng tốc
Các bánh răng trên trục trung gian được chế tạo rời và lắp chặt trên trục
trung gian
Sơ đồ động của hộp số được trình bầy như trên hình vẽ :

Sinh viên :

Lớp : ô tô K14b-TX


TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

4

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang


Sinh viên :

Lớp : ô tô K14b-TX


TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

i = i .i
.r
t

0

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang

5

hi
bx

:Bán kính bánh xe

r
r = λ. r

Ta có:
bx

b


max

1467,8
170

M ,M ϕ
t

i

h2

= 2,3

max

giá trị nào nhỏ hơn sẽ được chọn để

i

h3

= 1,49

i

h4

= 1,0


− 16 = 39,0386 Làm tròn: Za = 39
Z a '=
- Za =
3,5
mn
Tỉ số truyền của cặp bánh răng luôn ăn khớp là:
Za ' = 39 = 2,44
ia =
Za 16
2. Tỉ số truyền của các cặp bánh răng được gài số:
Ta có: ihi = ia .i gi
Với

Sinh viên :

i

gi

là tỉ số truyền của cặp bánh răng được gài.

Lớp : ô tô K14b-TX


TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

i

-Tay số 1:


=

1,49
= 0,65
2,44

a

a

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang

6

3. Số răng của các bánh răng dẫn động gài số ở trục trung gian:
2A
2.102,5.
=
= 21,78 ,
-Số 1: Zg1 =
mn (1 + ig1) 3,5(1 + 1,69)
-Số 2:

Z

=

-Số 3:

Z

,
65
)
m n ig 3
= 22
= 27
g2
= 34
g3

Z
Z
Z

g1

4.Số răng của các bánh răng bị động trên trục thứ cấp:

Z

gi

' = Z gi .i gi

-Số 1:
-Số 2:
-Số 3:

' = Zg1 .ig1 = 1,69.22 = 37,18 Làm tròn Z' g1 = 37
' = Zg 2 .ig 2 = 1,08.27 = 29,16 Làm tròn Z g 2 = 29

Z ' = 37 = 1,68
Z 22
Z ' = 29 = 1,07
-Số 2: i =
Z 27
Z ' = 22 = 0,65
-Số 3: i =
Z 34
-Số 1: ig1 =

g1

g1

g2

g2

g2

g3

g3

g3

xác định số răng trục số lùi ta chọn theo điều kiênj không cắt chân răng thì
Z L ≥ 13 .Ta chọn Zl1= 16; Zl2 = 13
6. Xác định lại tỉ số truyền của hộp số:
-Số 1: ih1 = ia .ig1 = 2,44.1,68 = 4,1

2 cos β
mn ( Zg 3 + Zg 3 ' ) = 104.29 [mm]
-Cặp gài số 3:
A3 =
2 cos β
Chọn Ac = A1 = A3 = 102.43[mm] khi đó có sự sai lệch giữa khoảng cách
các trục, ta chọn giải pháp dịch chỉnh góc các bánh răng của các cặp luôn ăn
khớp và cặp gài số 2.
2.5 Tính toán dịch chỉnh góc bánh răng:
1. Xác định hệ số dịch chuyển các trục:

λ0 =
A

Với

c

A −A
A
c

= 102.43 ⇒ λ0 =

102,43 − 102,5
= −0,00063
102,5

2. Tổng số dịch chỉnh tương đối ξ 0 và góc α :



. ξ 1 :Hệ số dịch chỉnh phân cho bánh răng

Z
. ξ : Hệ số dịch chỉnh phân cho bánh răng Z
ξ
Với cặp bánh răng gài số 1: ξ = ξ = = −0.0093
t

1

2

2

1

2

t

1

2

2

4. Kiểm tra ξ 1 và ξ 2 :
-Số răng tương đương :


Z

td

=

Z

cos β

3

Ta có:

= 34.95

= 26.5

= 0.3873
Lớp : ô tô K14b-TX


TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang

8

-Hệ số dịch chỉnh tổng cộng:
+Bánh răng luôn ăn khớp: ξt = 0,5.ξ0 ( Z1 + Z1 ' ) = −0.0186

10.33
10.7
Đường kính vòng chia

D

Đường kính vòng đỉnh
Đường kính vòng đáy
Chiều cao răng
Chiều rộng vành răng
Khoảng cách trục
Góc ăn khớp

D
D

d
c

H
B
A

α

n

77

:

Tên gọi

KH

Cặp luôn ăn khớp
Bánh nhỏ : Bánh lớn

Tỉ số truyền

i
m
t
α
t
A

2.44

Cặp gài số 3
Bánh nhỏ : Bánh
lớn
0.65

3.5

3.66

10.99

11.49




'

Lớp : ô tô K14b-TX


TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

ξ

t

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang

9

≠ 0)

Hệ số thay đổi khoảng
cách trục
Tổng hệ số dịch chỉnh

λ

0

Độ dịch chỉnh ngược


1

2

0

0

-0.00063

0

-0.0166

0

-0.0083

0

-0.0083

0

0.05

58.56
142.74

: 124.44

3.6

:

75.08

:

71.3

28

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN SỨC BỀN HỘP SỐ
3.1 Chế độ tải trọng để tính toán hộp số:
1. Mômen truyền đến các trục hộp số
Bảng IV:
Tên Từ động cơ truyền đến
gọi
Công thức[kN.m] Giá trị
Trục
sơ cấp M s = M e
0,17
Trục
trung
gian
Trục
thứ
cấp
Số 1
Số 2

max

max

bx

0.36

bx

0.87

0 h1

tg

Mϕ

ϕ .G . r
ii

Giá trị

ϕ .G . r
ii
ϕ

max

max


bx

1.46

0

Lớp : ô tô K14b-TX


TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang

10

i : tỉ số truyền TLC - i = 4,3
. φ : hệ số bám lớn nhất - φ = 0,7
. Gφ : trọng lượng bám ô tô - Gφ = 1345KG

Trong đó: .

0

0

max

max


345
998
1370
676
689
275
378

597,7
2375
1194
655

3.2 Tính sức bền bánh răng:
1. Tính sức bền uốn:

u

=

KK KK K
b.π. m .y. K
d

ms

c

ntb


=1,1 ÷ 1,3

. k gc : Hệ số tính đến ứng suất tập trung ở các góc lượn của răng do gia
công gây nên -

k

gc

=1,0

. k β : Hệ số tính đến độ trùng khớp chiều trục với sức bền của răng [ tra
theo đồ thị]

Sinh viên :

Lớp : ô tô K14b-TX


TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

σ
σ
Từ đó ta tính được :
σ
σ

ua

= 315[ KG / cm 2 ]

1 1
( + )
b'.sin α . cos α r r '

= 0,418 cos β

. β : Góc nghiêng của răng
. P : Lực vòng [MN]
. E : Môđun đàn hồi - Đối với thép : E = 2 ÷ 2,2.10 6 [daN/cm 2 ]
. b' : Chiều dài tiếp xúc của răng [m]
. α : Góc ăn khớp
Ta có :
b

0,02

+ b' = cos β = 0,889 = 0,043 [m]
+ Sin20  = 0,34
+ Cos20  = 0,93

d

100
= 50[mm] = 0,05[m]
2
2
200
+ r '1 = d '1 =
= 100[mm] = 0,1[ m]
2

2

2

=

150
2

= 75[mm] = 0,075[m]

195
= 97,5[mm] = 0,0975[m]
2
2
105
+ r '3 = d '3 =
= 52,5[mm] = 0,0525[m]
2
2
80
+ r a = d a = = 40[mm] = 0,04[m]
2
2
220
+ r 'a = d 'a =
= 110[mm] = 0,11[m]
2
2


) = 185,3[ MN / m 2 ]
2.0,043.0,34.0,93 0,07 0,075

Sinh viên :

Lớp : ô tô K14b-TX


TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

12

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang

655.10 −6.2.10 5
1
1
σ 1 = 0,418.0,889 2.0,043.0,34.0,93 ( 0,0875 + 0,0525 ) = 144[MN / m 2 ]

σ 1 = 0,418.0,889

597,7.10 −6.2.10 5 1
1
(
+
) = 145,6[ MN / m 2 ]
2.0,043.0,34.0,93 0,04 0,11

Như vậy các giá trị của σ tx đều nhỏ thua [σ ]tx =1000 ÷ 2500[MN/m 2 ]
3.3 Tính toán trục hộp số.

d 3 =0,45A=0,45.66,4 = 29,88[mm]

d
l

3

3

=0,18 ⇒ l 3 =230[mm]

.A : Khoảng các trục
. l 2 , d 2 : Đường kính và chiều dài trục trung gian
. l 3 , d 3 : Đường kính và chiều dài trục thứ cấp.
2. Tính trục về sức bền :

Ta có sơ chịu lực của các trục trên
a: Trục sơ cấp:
Sinh viên :

Lớp : ô tô K14b-TX


TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang

13

-Tính phản lực tại các gối :


= 2273[ mm]

r1
r2

a

⇒

a

a1

p
p
p
p

a1
a2

= 19246[mm]
= 913[ mm]
= 7729[mm]

-Tính trục theo độ bền uốn :

M


]

- Tính trục theo xoắn :

τ

x

T
T
=
= 17,35 < [τ x ] = 20 ÷ 35[ N / mm 2 ]
W x 0,2.d 3

=

-Tính trục theo xoắn và uốn tổng hợp :

σ

σ + τ = 59,8 + 17,35
⇒ σ < [σ ] = 80[ N / mm ]
th

2

=

2



=

p

3

.372 = 227. p
−

a2
a2

p
p

a3

=

R

⇒
3

p
p
p
p



2

2

y

u

u

2

u

3

u

u

u

- Tính trục theo xoắn :

τ

x

=

Lớp : ô tô K14b-TX


TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

p
p
p
p

r4
r4
a4
a4

p

p −p
.394 = 372. p − 227 p
− p =R +R
.394 = 372. R + 227 R
−

r5

=

a

3

3

a4

= 5198[ mm]
= 3378[mm]
= 10766[ mm]
= 3567[mm]

-Tính trục theo độ bền uốn :
Tại tiết diện nguy hiểm xác định theo công thức :

M

2

2

M + M = 1829681[mm]
M = M = 58 < [σ ] = 60[ N / mm
σ =W
0,1 d
u

=

x

y


-Tính trục theo xoắn và uốn tổng hợp :

σ

th

=

σ

2
u

+ τ x = 63,15 ⇒ σ th < [σ th ] = 80[ N / mm 2 ]
2

3. Tính trục theo cứng vững :
.f_Độ võng
. δ _Góc xoay
. δ 12 = δ 1 +δ 2
a: Độ võng của trục:

- Trục sơ cấp trong mặt phẳng XOZ:
( Ra1 + Ra 2 ).b12 .(a1 + b1 ) Q1 .r01 .b1 (2.a1 + 3.b1 )
f1 =
−
3EJ
6 EJ
2
(6816 + 7729).30 .(30 + 224) 7909.40.538


- Trục thứ cấp trong mặt phẳng XOZ

f2 =

R3 .b32 .a32
Q .a .b (b − a3 ).r03
− 3 3 3 3
3( a3 + b3 ) EJ
3(a 3 + b3 ) EJ

7517.145 2.227 2 8157,3.145.227.82.97,5
−
3.372.2.104.10 7
3.372.2.104.2.10 7
⇒ f 2 = 0,0258[mm]
⇒ f2 =

- Trục thứ cấp trong mặt phẳng XOY :
f2 '=

P3 .b32 .a32
Q .a .b (b − a3 ).r03
− 3 3 3 3
3(a 3 + b3 ) EJ
3(a3 + b3 ) EJ

18793.145 2.227 2 8157,3.145.227.82.97,5
−
3.372.2.104.10 7

−
6 EJ
3EJ
(6793 + 19246).30.(90 + 448)
7909.314
⇒γ =
−
6
1
6.2.214.10
3.2.214.10 6
⇒ γ = 0,0075[ rad ]

γ

1

'=

1

- Trục thứ cấp trong mặt phẳng XOZ:

γ

2

=

R3 .b3 .a3 .(b3 − a3 ) Q3 .(a 32 − b3 .a3 + b32 )

16

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang

P3 .b3 .a3 .(b3 − a3 ) Q3 .(a32 − b3 .a3 + b32 )
−
3( a3 + b3 ) EJ
3(a3 + b3 ) EJ
18793.224.145.82
8157,3.38721
−
7
3.372.2.214.10
3.372.2.214.10 7
' = 0,0082[rad ]

⇒ γ '=
2

⇒γ

2

Góc xoay tổng cộng :

γ

∑

=

⇒ α = 0,94

Từ đó ta có :

M

tb

= 0,94.9,6 = 9,024[ kG.m]

Tính toán khả năng làm việc của ổ :
Ta có : C = Rtd .K1 .K d .K t .(nt .ht ) 0,3
Sinh viên :

Lớp : ô tô K14b-TX


TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang

17

. K1 : Hệ số tính đến vòng nào của ổ bi quay _ K1 =1,35
. K d : Hệ số tính đến tảI trọng động K d =1,5
. K t : Hệ số tính đến ảnh hưởng của chế độ nhiệt _ K t =1
V .i .i

tb h 0
. nt : Số vòng quay tính toán _ nt = 0,377.r


= 0,1 / 0,01;α 2 = 1 / 0,2;α 3 = 3 / 1,4;α 4 = 10 / 7,8

= 80 / 87,3
5

-

1

= 16018[v / p], n2 = 36890[v / p]; n3 = 70382[v / p]

4

= 24270[v / p]; n5 = 127658[v / p ]

n
n
β = 0,65; β = 1,51; β
β = 1 β = 5,26

-Hệ số vòng quay : β i =
1

4

i

t


GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang

-Thép 35XMA với bánh răng chịu tải trọng nhỏ, độ cứng có thể đạt 55
HRC
-Thép 18XTT với bánh răng chịu tải trọng lớn ; độ cứng có thể đạt 64
HRC
2: Vật liệu chế tạo trục : Thép 40X tôi cao tần với độ sâu 1,5 – 5 [mm]
3: Vật liệu chế tạo vỏ hộp số :
- Gang C γ .21-40 và C γ .24-44

KẾT LUẬN:
Đồ án này đã hoàn thành được các nhiệm vụ tính toán và thiết kế đề ra
dựa trên các thông số của đề bài.
Giải quyết được mục đích chính của Đồ án TKMH là thiết kế hộp số
trên cơ sở tính toán tối ưu động lực học của xe, nhằm đưa ra được hộp số có
kết cấu và tính công nghệ phù hợp. Nghĩa là vừa đảm bảo được những yêu cầu
cần thiết của hộp số, phù hợp với điều kiện vận hành vừa đảm bảo được tính
tối ưu trong kết cấu nhằm giảm được khối lượng công việc trong gia công chế
tạo.
Bên cạnh quá trình tính toán đồ án TKMH còn đưa ra các bản vẽ nhằm
minh họa một cách sinh động cho quá trình thiết kế và tính toán hộp số.
Sinh viên :

Lớp : ô tô K14b-TX


TKMH Kết cấu và tính toán ô tô

19



GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Bang

Lớp : ô tô K14b-TX