Khoa cơ khí Động Lực Trờng Đại học SPKT Hng 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 không những thúc đẩy sự phát
triển mạnh mẽ các nghành khác phát triển mà nó còn là phơng tiện chính để liên kết các
vùng miền trên thế giới và trong nớc lại với nhau.
Trong thời gian học tập tại trờng em đợc các thầy các cô trực tiếp hớng dẫn tìm
hiểu về cấu tạo, những sự cải tiến không ngừng cũng nh các h hỏng của ôtô thờng gặp
phải.
Để có điều kiện hiểu hơn về cấu tạo cũng nh những nguyên lý làm việc thực thế
của ôtô. Trong thời gian vừa qua đợc sự chỉ đạo của các thầy cô trong khoa cơ khí động
lực và trực tiếp là thầy hớng dẫn. Em đã đợc giao đề tài thiết kế và tính toán cầu chủ
động loại đơn trên xe du lịch. Đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy: Vũ Xuân Trờng và
sự cố gắng của bản thân. Nay đề tài của em đã hoàn thành nhng do những hạn chế nhất
định nên không thể tránh đợc thiếu sót. Vậy em kính mong sự chỉ bảo của thầy cô để đề
tài này đợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô đã giúp em hoàn thành đề tài này.
Đại học s phạm kỹ thuật Hng Yên.
Ngày tháng năm 2011.
Sinh viên thực hiện.

Vũ Hồ Bắc
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
1
Khoa cơ khí Động Lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên.
Nhận xét của giáo viên hớng dẫn





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 (thờng 90
0
) đối với trục dọc của bánh xe.
1.1.2. Yêu cu.
- Phi có t s truyn ln, kích thc trng lng nh gn m bo khong
sáng gm xe, qua ó m bo tính nng thông qua ca xe.
- Phi có hiu sut truyn lc ln, l m vi c êm du v có bn lâu.
1.1.3. Phân loi.
Theo kt cu v v trí t ca cu ch ng m chia ra:
- Cu ch ng trc.
- Cu ch ng sau.
Theo s lng cp bánh truyn lc chính:
- Một cp bánh rng có t s truyn c nh.
- Hai cp bánh rng có t s truyn c nh.
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 mômen 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 u 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 lợng 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.

Các bán trục dùng để truyền mômen xoắn từ bộ vi sai đến các bánh xe chủ động.
Trên các loại bán trục không đợc giảm tải hoàn toàn còn đợc dùng để tiếp nhận các lực
từ mặt đờng tác dụng lên bánh xe chủ động .
1.4.2. Yêu cầu.
- Phải chịu đợc mômen lớn trong khoảng thời gian lâu dài.
- Bán trục phải có cân bằng động tốt.
- Đối với bán trục cầu dẫn hớng 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 thớc.
1.4.3. Phân loại.
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
4
Khoa cơ khí Động Lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên.
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 còn ổ tựa bên ngoài 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. Công dụng của vỏ cầu.
- Đỡ toàn bộ phần đợc 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 đờng lên.

- Tỷ số truyền của cụm hệ thống truyền lực:
+ Tỷ số truyền của truyền lực chính, i
0
= 7,6
+ Tỷ số truyền của hộp số cơ khí, i
1
= 6,4; i
2
= 3,09; i
3
= 1,69; i
4
= 1,0
- Hệ số bám của đờng,
max
= 0,8
- Hiệu suất truyền lực,
93,0
=
t

2 2. Thiết kế tính toán truyền lực chính.
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
6
Khoa cơ khí Động Lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên.
2.2.1. Xác định các thông số cơ bản của truyền lực chính.
a) Chọn tải trọng tính toán.
Đối với ôtô có công thức bánh xe 4x2 tải trọng tính toán xác định theo mômen cực
đại của động cơ khi xe chuyển động ở số truyền 1:

- trọng lợng phân lên cầu chủ động.
r
bx
bán kính tính toán của bánh xe.
i
c
- tỷ số truyền lực cạnh.
i
0
- tỷ số truyền lực chính.

max

- hệ số bám.

( )
)(5,2345)(09,239
6100,7
54.2.20.5,025,8.4900.8,0
1344 NmkgmM
tt
==
+

Từ điều kiện kéo và điều kiện bám ta chọn mômen xoắn tính toán là
1344
=
tt
M
(Nm)

o
20
535,0
1
=
=


- Chọn góc nghiêng trung bình đờng xoắn răng (

)
Theo bảng (3.5) chọn:
0
0
8,386.7525525
=+=+=
i

-Chọn
)(6,101
90,46cos
6.11
cos
.
0
1
1
1
mm
Zm

+=+=

- Chiều dài răng:

)(5,76255.3,0.3,0 mmLb
e
===
- Chiều dài đờng sinh trung bình:

)(75.2165,76.5,0255.5,0 mmbLL
em
===

- Môđun pháp tuyến trung bình:


cos)./.(
emsn
LLmm
=

)(29,7s38,8).255/75,216.(11
0
mmcom
n
==
- Đờng kính vòng tròn chia đáy lớn bánh bị động truyền lực chính Hipôit:

))(7,2297,19(1.1344).06,281,1(.).06,281,1(
3

. Chọn E=2,5(cm) = 25 (mm)
-Chiều rộng bánh răng lớn
chọn
)(46),(40
12
mmbmmb
==
- Góc nghiêng trung bình đờng xoắn răng bánh chủ động bộ :

0
201
5,4921/5,2.906,7.525/.90.525
=++=++
e
dEi

- Ta có hệ số tăng đờng kính bánh răng chủ động:
)4,13,1(
cos
cos
1
2
ữ==


K
Chọn K=1,3
0
2
0

Z
Z
arctg
Góc côn chia bánh lớn

000
1
0
2
5,825,79090
===

Đờng kính vòng chia :
-Với bánh côn nhỏ
)(35,67
5,49cos
6.29,7
cos
.
0
1
1
1
mm
Zm
d
n
===

-Với bánh côn lớn

e
===

-Với bánh lớn :
)(3,599
4,32cos
46.11
cos
.
0
2
2
2
mm
Zm
d
s
e
==

9,5
6,101
3,599
1
2
==
e
e
d
d


-Chiều cao chân răng mặt mút lớn :

)(865,711).535,025,01().(
**
1
mmmchh
saf
=+=+=


)(635,1911).535,025,01().(
2
mmmchh
saf
=++=++=


-Trong đó
*
a
h
=1

*
c
=0,25


=0,535

arctg
e
f
f

-Góc đỉnh răng :

0
21
4,4
==
fa

Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
9
Khoa cơ khí Động Lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên.

0
12
8,1
==
fa

-Xác định lực tác dụng lên bộ truyền lực chính .
-Sơ đồ lực tác dụng lên bộ truyền lực chính nh hình 2.2 :
- P : lực vòng
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
Bảng 2.1 .Thông số bộ truyền lực chính Hipôit

Hệ số dịch chỉnh
535,0
1
=

535,0
1
=

Góc nghiêng trung bình đ-
ờng xoắn răng
0
1
5,49
=

0
2
4,32
=

Số răng Z
1
=6 Z
2
=46
Bề rộng bánh răng
)(46
1
mmb

Đờng kính vòng chia trung
bình
)(24,77
1
mmd
=
)(6,305
2
mmd
=
Góc côn chia
0
1
5,7
=

0
2
5,82
=

Góc đầu răng
0
1
4,4
=
a

0
2

đáy lớn
)(865,7
1
mmh
f
=
)(635,19
2
mmh
a
=
10
Khoa c¬ khÝ §éng Lùc –Trêng §¹i häc SPKT – Hng Yªn.
- R : lùc híng t©m
- Q : lùc däc trôc
-Lùc vßng t¸c dông lªn b¸nh nhá : )(8,34
10.
2
24,77
1344
3
1
1
kN
r
M
P

β
+=
tg
P
Q

)(86,29)5,7cos.8,38sin5,7sin.20.(
8,38cos
8,34
0000
0
kNtg
=+=

)(86,29
1
kNQ
=⇒)cos.sinsin (
cos
22
1
2
δβδα
β
+=
tg
P

1
1
kNtgR
kNtgR
tg
P
R
ooo
o
oooo
o
ii
==
==
=


2.2.3 : Tính toán kiểm tra bền bánh răng truyền lực chính .
- Kiểm tra bền theo ứng suất uốn :

[ ]
u
n
u
ymb
p

=
8,0
Với: y- hệ số dạng răng đợc xác định theo hệ số răng tơng đơng Z

Z
Z


Vậy tra bảng (3-18) (TKCTM) ta có:
517,0;392,0
21
==
yy

[ ]
u

- ứng suất uốn cho phép,
[ ]
u



( )
900700
ữ
(MN/m
2
))(57,217
517,0.10.29,7.10.40.85,0
10.8,34




+=
)
11
.(
sin.cos.
.
.418,0
21
Với: r
itđ
- bánh răng tơng đơng, i=1;2. và

cos.cos
2
tb
itd
r
r
=
[ ]
tx

- ứng suất tiếp xúc cho phép,
[ ]
tx

= (

)/(6,1193)
10.4,1927
1
10.13,64
1
.(
20sin.20cos.10.46
10.15,2.10.86,29
418,0
2
1
2
1
2
33003
53
1
mMNmMN
mMN
txtx
tx
ữ=<=
=+=




Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
12

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 đờng kính trục :
- áp dụng :
44,5949,53210).109().109(
3
3
max1
ữ=ữ=ữ
e
Md
Chọn
)(56
1
mmd
=
b)Tính chính xác đờng kính và định kết cấu trục :
Phân tích kết cấu trục :
Khoảng cách giữa hai gối đỡ :

)(312
35011,311
18,016,0
56
18,016,0
mmL
d
L
=

1
2
1
mm
B
b
L
=++=++=

Mômen uốn tác dụng lên ổ bi số 1:
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
13
Khoa cơ khí Động Lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên.

).(85,151357,56742,1403
).(57,567047,010.46,1210.
2
24,77
.10.86,29047.0.
2
.
).(42,1403047,0.10.86,29047.0.
22
333
1
1
1
3
1

==
+=
Đờng kính trục tại tiết diện nguy hiểm :

[ ]
( )
)(56)(5410.87,53
10.85.1,0
37,1941
.1,0
3
3
6
3
mmdmmm
M
d
sb
td
=<====


Vậy đờng kính trục tại ổ đỡ đầu tiên là 56mm.
2.2.4.2.Tính ổ đỡ trục bánh răng chủ động :
Hệ số làm việc của ổ bi đỡ chặn ( ổ đũa côn)

3,035,0
hnQC
=


2.3. Tính toán vi sai :
2.3.1 Tính toán kích thớc bộ vi sai đối xứng :
Chọn số bánh răng hành tinh q = 4
Chọn số răng của bánh răng bán trục :
22
==
b
ZZ
răng
Chọn số răng của bánh răng hành tinh :
11
=
h
Z
răng
Tính góc côn chia của cặp bánh răng :
Góc côn chia của bánh răng hành tinh :
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
14
Khoa cơ khí Động Lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên.

0
2
1
1
56,26
22
11
====

2
mmd
e
chọn
)(240
2
mmd
e
=
Chiều dài đờng sinh côn chia :

)(2,1352211.11.5,0 5,0
222
2
2
10
mmZZmL
s
=+=+=
Môđun pháp tuyến sơ bộ của bánh răng vi sai

[ ]
yLqz
Mk
m
u
o
n
.).1.(
).1.(3

h s dng rng, y=0,392 (tra bng 3-18 sỏch TKCTM)

[ ]
u

- ng sut un cho phép,
[ ]
u

=550 MN/m
2
b- chiu d i r ng bán trc v bánh r ng h nh tinh;

56,402,135.3,0.3,0
0
===
Lb
(mm)


- h s kích thc,
7,0
2,135
56,40
11
0
===
L
b


M
(N.m)
+ Gía tr
tt
M
b hn ch bi iu kin bám:
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
ST
T
Thông số Kí
hiệu
Đơn
vị
Công thức tính
Kết quả
Bánh răng
hành tinh
1
Z
Bán
răng
bán
trục
2
Z
1 Bánh răng hành tinh q 4
2 Số răng
Z
11 22

0
.
L
L
mm
m
sn
=
14 14
6 Nửa góc côn chia

độ
56,26
1
=

44,63
2
=

7 Hệ số dich chỉnh

mm 0,23 0,23
8 Chiều dài đờng sinh
0
L
mm 135,2 135,2
9 đờng kính vòng chia
đáy lớn
e

).(

+=
chmh
asf
16,2 11,2
14 Góc đầu răng độ
0
1
1
L
h
arctg
f
a
=

0
2
2
L
h
arctg
f
a
=

3,4 8,1
15 Góc chân răng độ
1221

tt
=
Lực vòng tác dụng lên bánh răng hành tinh :

)(8,3893
10.
2
70
.4
56,908.6,0
.
.6,0
3
1
N
rq
M
P
tt
vs
===

Lực dọc trục Q :

)(7,63456,26sin.20.8,3893sin
00
NtgtgPQ
vsvs
===


ữ
2000) (MN/m
2
)
y- h s dng rng, tra bng 3-18 (TKCTM) y
1
=0,338; y
2
=0,392
m
tb
- môđun pháp tuyến trung bình,

)(55,2
2,135
)56,40.5,02,135.(3
).5,0.(3
0
0
mm
L
bL
m
tb
=

=

=
Z = 11 là số răng








+=
21
11
.
cos.sin.
.
.418,0
tdtd
tx
rrb
EP


Trong đó P =
vs
P
= 3893,3 (N)
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
17
Khoa cơ khí Động Lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên.
E: Môđun đàn hồi của vật liệu, lấy E = 2,15.10
5


)/(4,1874
10.5,156
1
10.15,39
1
.
20cos.20sin.10.56,40
10.10.15,2.3,3893
.418,0
2
33003
65
mMN
tx
=








+=




Vậy thoả mãn .

sin
2
00
3
1
3
Ntgtg
qr
M
Q
tt
c
===



tt
M
= 908,56 N.m
.q = 4
.
3
3
10.154

=
r
m

)(6,65)11.2,0.(270).2,0.(2

.ứng suất chèn dập :
)/(104
)(
.4.2
2
2
1
2
2
mMN
rr
Q
n
d
ữ

=


Trong đó q = 4

)(2,54156,26cos.20
4.10.154.2
56,908
cos
2
00
3
1
3

22
6
mMN
d
=

=



)/(104
2
mMN
d
ữ<

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

111
1
ldrq
M
tt
d
=

Trong đó q = 4

3




[ ]
)(50)(67,3
2
1
2
1
mMNmMN
dd
=<=

vậy thoả mãn .
ứng suất chèn dập
2d

sinh ra giữa trục chữ thập và vỏ vi sai:
212
2
ldrq
M
tt
d
=

(l
2
: chiều dày bệ đỡ trục chữ thập trên vỏ vi sai)
Ta chọn l

19
Khoa cơ khí Động Lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên.
Mômen tính toán đợc xác định theo điều kiện bám và kéo :

2,20489,2004
38,0.7,0.
2
10.1540
2
2,01
.93,0.125,5.124,4.170

22
1

max
2
1
max








+



phản lực thẳng đứng tác dụng từ đờng lên bánh xe trái, phải

21
,YY
phản lực ngang của mặt đờng tác dụng lên bánh xe trái, phải

k
P
lực kéo tiếp tuyến

2
m
là hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau .

22
,Gm
là lực thẳng đứng tác dụng lên cầu sau

k
m
2
là hệ số phân bố tải trọng lên cầu sau khi ôtô chịu lực kéo tiếp tuyến cực đại

267,0
38,0.10.1540.3,2
1.125,5.124,4.1701
2


2.4.1.1 Xác định phản lực tiếp tuyến lên bánh xe
Trờng hợp truyền lực kéo cực đại

0
)(6,4727
38,0.2
125,5.124,4.170
)(2056
2
10.1540.267,0
2
.
21
22
21
=
===
===
Y
NPp
N
Gm
ZZ
kk
k
Trờng hợp truyền lực phanh cực đại :
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
20


Khi ôtô trợt ngang hoàn toàn :

)(6,5866.
4,8
1.1.2
1.
2
10.1540
2
1.
2
)(3,9533.
4,8
1.1.2
1.
2
10.1540
2
1.
2
2
2
2
1
N
B
h
G
z


+=








+=


Trong đó
0
)(2,117336,5866.2.
)(6,190663,9533.2.
22
11
==
===
===
kp
y
y
ZZ
NZY
NZY



.chọn sơ bộ đờng kính trục tại vị trí lắp ổ lăn là : d = 45 ( mm )
.chọn khoảng cách từ tâm bánh xe tới tâm ổ đỡ đầu tiên là : 135mm = 0,135 m
.ứng suất uốn đầu trục tại tiết diện lắp ổ đỡ đầu trục :

)/(8,10558524,4096.
045,0.1,0
135,0
.
.1,0.1,0
22
3
22
max
33
22
max
mMN
ZP
d
b
d
MM
u
bxk
zpk
u
=+=
+=
+
=


)/(4,100)/(24,33811119
045,0.2,0
6,15563,964
22
3
22
mMNmN
==
+
=


(thoả mãn)
2.4.2.2 : Chế độ lực phanh cực đại :
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
21
Khoa cơ khí Động Lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên.
. ứng suất uốn :
)/(750)/(8,1057,01.
045,0.2,0
135,0.76,0.10.1540
1.
.2,0

222
3
2
max

br
B
h
d
G
u
bxy
yg
u
=








+=









+=


ba
R +
+
=

Trong đó Z và X là phản lực thẳng đứng và lực dọc xác định .
.b = 0,135 m
.a = 0,66 m là khoảng cách giữa 2 ổ bi
Xác định phản lực R khi phanh :
)(8,172087,01.
66,0
)135,066,0.(76,0.10.1540
'
1.
).(.
'
2
2
max
22
NR
a
bamG
R
p
=+
+
=
+
+

10.1540
.
1.
2
1
2
'
1
2
'
1
'
1
2
'
1
NR
a
r
a
b
B
h
G
R
NR
a
r
a
b









=
=






+






+=







x
kmax bx
kmax
n
M = P .l
M = Z .l
đ
bxp
l
b
x
k
M
p
M
P
p
P
k
G
2
0.5G
2
0.5G
2
Z
bxt
bxt
Z
a

2

- Dầm cầu chịu uốn trong mặt phẳng ngang: M
n
= P
kmax
.l
- Dầm cầu chịu xoắn: M
x
= P
kmax
.r
bx
- Mô men tổng hợp tại mặt cắt nguy hiểm của dầm cầu ở tâm lắp nhíp:

222
xnd
MMMM
++=

Trong đó l là khoảng cách từ moayơ bánh xe đến điểm đặt nhíp, ta chọn:
l = 300 (mm) = 0,3(m)

Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
23
Khoa cơ khí Động Lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên.

Mômen tổng hợp uốn và xoắn tác dụng lên cầu là:

222
xnd
MMMM
++=

=
20777,155612297,616
222
=++
(Nm)
ứng suất tổng hợp là:
3350000
10.62,0
2077
3
===




W
M

(N/m
2
)

( )

)(12297,0.3,0.76,0.
2
10.1540

2
.
max2
2
max
Nmlm
G
lPM
ppn
====

Mô men xoắn (đoạn từ vị trí đặt mâm phanh đến tâm bắt nhíp)
)(6,155638.0.7,0.76,0.
2
10.1540

2
.
max2
2
max
Nmrm
G
rpM
bxpbxpx
====

(thoả mãn)
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
24
bxt
Z
2
0.5G
2
0.5G
2
G
l
l
Z
bxp
bxp
Z
đ
M
đ
M
I
M
I
I II
II
Khoa cơ khí Động Lực Trờng Đại học SPKT Hng Yên.
2.5.3 Chế độ lực ngang đại
Sơ đồ lực tác dụng lên dầm cầu chủ động ở chế độ lực ngang cực đại.







+=



- Mô men uốn tổng hợp tại mặt cắt (II-II):
).(6,6482)38,0.13,0.(
4,8
1.1.2
1.
2
10.1540
).(
2
1.
2
2
mNrl
B
h
G
M
bxy
gy
=+

M
u
===




<
[ ]
( )
2
75 mMN
=

(thoả mãn)
4.3.4 Chế độ lực thẳng đứng cực đại (hình 4.4)
- Phản lực thẳng đứng của đờng:
dbx
k
G
Z .
2
2
max
=
- Mô men uốn trong mặt phẳng thẳng đứng:
Đồ án môn học
Tính toán, thiết kế cầu chủ động
25