Đồ án Tính toán Thiết kế Hộp số Xe tải - SVTH: Trần Văn Kiên (ĐH Bách Khoa Đà Nẵng)

Tải toàn văn đồ án Hộp số xe tải ĐH Bách Khoa Đà Nẵng. Tài liệu trình bày chi tiết các bước tính toán, thiết kế bánh răng, bộ đồng tốc ô tô.

• Tác giả: Trần Văn Kiên
• Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Đông
• Chuyên ngành: Cơ khí động lực
• Đề tài: Tính toán thiết kế hộp số ô tô
• Loại tài liệu: Đồ án môn học
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đồ Án Hộp Số Xe Tải

Đồ án hộp số xe tải là một công trình học thuật quan trọng trong lĩnh vực cơ khí giao thông. Hộp số ô tô đóng vai trò thiết yếu trong việc thay đổi số vòng quay và mômen của động cơ truyền đến các bánh xe chủ động, phù hợp với các điều kiện làm việc luôn thay đổi của phương tiện. Đồ án thiết kế hộp số giúp sinh viên hiểu sâu rộng về cấu trúc, nguyên lý hoạt động và các yêu cầu kỹ thuật cụ thể. Thông qua việc tính toán chi tiết các thông số, học sinh có cơ hội áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tiễn thiết kế công nghiệp. Đây là nền tảng kiến thức vững chắc cho sự phát triển sự nghiệp trong ngành ô tô hiện đại.

1.1. Công Dụng Của Hộp Số Ô Tô

Hộp số ô tô có nhiều công dụng quan trọng trong hệ thống truyền lực của xe tải. Nó thay đổi chiều quay của trục để xe có thể chạy lùi một cách an toàn. Hộp số cũng dùng để ngắt truyền động giữa động cơ và bánh xe khi cần thiết, chẳng hạn khi khởi động hoặc cho xe chạy theo quán tính. Ngoài ra, hộp số xe tải còn dẫn động các bộ phận công tác trên xe chuyên dùng như xe tự đổ hay cần cẩu, đảm bảo hiệu suất làm việc tối ưu.

1.2. Yêu Cầu Kỹ Thuật Cơ Bản

Hộp số xe tải phải thỏa mãn các yêu cầu đặc trưng để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả. Cần có tỷ số truyền và số lượng cấp thích hợp để đảm bảo chất lượng động lực và tiết kiệm nhiên liệu. Thiết kế hộp số phải đảm bảo hoạt động êm dịu, chuyển số nhẹ nhàng không va đập. Kết cấu phải đơn giản, tin cậy, bền vững với hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn và giá thành kinh tế.

II. Tính Toán Xác Định Các Thông Số Ban Đầu

Tính toán thiết kế hộp số bắt đầu từ việc xác định các thông số ban đầu dựa trên yêu cầu kỹ thuật của xe tải cụ thể. Quá trình này bao gồm tính toán tỷ số truyền của các cấp, số cấp của hộp số, và tỷ số truyền trung gian. Việc lựa chọn phương án thiết kế và sơ đồ động học hộp số là bước quan trọng quyết định hiệu suất toàn bộ hệ thống. Đồ án hộp số xe tải yêu cầu tính toán chi tiết để đảm bảo xe vận hành hiệu quả, an toàn và đạt yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế.

2.1. Tính Tỷ Số Truyền Cấp Thấp Nhất

Tỷ số truyền của cấp thấp nhất được xác định dựa trên khả năng leo dốc và khả năng tăng tốc của xe. Tính toán chi tiết này đòi hỏi phải xem xét lực kéo tối đa, trọng lượng xe tải, và điều kiện đường bộ. Công thức tính liên quan đến động lực học xe, thông số hộp số, và đặc tính động cơ. Việc xác định chính xác tỷ số truyền đảm bảo xe có khả năng vượt qua địa hình khó khăn hiệu quả.

2.2. Xác Định Số Cấp Và Tỷ Số Trung Gian

Số cấp của hộp số thường dao động từ 3 đến 6 tùy theo loại và công dụng của xe tải. Tỷ số truyền trung gian được tính toán để tạo sự liên kết hợp lý giữa các cấp, đảm bảo sự chuyển tiếp mượt mà. Tính toán chi tiết dựa trên đặc tính động cơ và yêu cầu vận hành. Phương án thiết kế hộp số được lựa chọn để tối ưu hóa hiệu suất nhiên liệu và động lực của xe tải.

III. Thiết Kế Các Thông Số Cơ Bản Của Hộp Số

Thiết kế chi tiết hộp số xe tải đòi hỏi tính toán kích thước cơ bản của trục, bánh răng, và các thành phần khác. Khoảng cách trục hộp số được xác định dựa trên tỷ số truyền và khả năng chứa tải. Kích thước trục phải đủ mạnh để chịu được mômen lực và các tải trọng động. Việc tính toán số răng của các bánh răng phải thỏa mãn điều kiện chế tạo và hiệu suất cao. Đường kính vòng chia và mômen quán tính của bánh răng được tính toán chi tiết để đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực của hộp số.

3.1. Tính Toán Kích Thước Trục Và Bánh Răng

Tính toán chi tiết kích thước trục hộp số dựa trên lý thuyết sức bền vật liệu và điều kiện tải trọng. Đường kính trục phải đủ lớn để chịu được mômen xoắn từ động cơ mà không bị biến dạng vĩnh viễn. Số răng của bánh răng được chọn sao cho tỷ số truyền chính xác và độ bền cao. Hệ số an toàn được áp dụng để đảm bảo hộp số hoạt động tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt.

3.2. Thiết Kế Bộ Đồng Tốc

Bộ đồng tốc hộp số là cơ cấu quan trọng giúp nâng cao hiệu suất làm việc. Tính toán chi tiết bao gồm lựa chọn loại đồng tốc, mômen ma sát yêu cầu, và bán kính ma sát. Mômen quán tính quy dẫn về trục li hợp cần được tính toán chính xác. Chiều rộng vành ma sát và góc nghiêng bề mặt hãm được thiết kế để đảm bảo hiệu suất chuyển số mượt mà và tính bền vững của hộp số xe tải.

IV. Mô Tả Chi Tiết Kết Cấu Và Cơ Cấu Điều Khiển

Mô tả chi tiết kết cấu hộp số xe tải bao gồm tất cả các thành phần chính và phụ trợ. Sơ đồ động học hộp số thể hiện rõ ràng mối quan hệ giữa các trục, bánh răng, và cơ cấu truyền động. Cơ cấu điều khiển hộp số bao gồm các tay gài, thanh chuyển số, và hệ thống định vị khóa hãm. Cơ cấu tránh gài ngẫu nhiên số lùi được thiết kế để bảo vệ an toàn khi vận hành. Việc tính toán chi tiết mỗi thành phần đảm bảo hộp số xe tải hoạt động an toàn, hiệu quả và đạt tuổi thọ thiết kế.

4.1. Cơ Cấu Điều Khiển Và Định Vị

Cơ cấu điều khiển hộp số gồm các tay gài được vận hành bằng tay để chuyển đổi các cấp. Hệ thống định vị đảm bảo mỗi cấp được gài chính xác tại vị trí của nó. Cơ cấu khóa hãm ngăn chặn việc gài nhầm lẫn giữa các cấp. Ống gài số chứa các thanh chuyển số được thiết kế để chuyển động mượt mà. Đồ án thiết kế chi tiết này đảm bảo hộp số dễ điều khiển, an toàn khi sử dụng.

4.2. Các Thành Phần Phụ Trợ Và Bảo Vệ

Cơ cấu tránh gài ngẫu nhiên số lùi là thiết bị bảo vệ quan trọng trên xe tải. Nó ngăn chặn việc gài số lùi khi xe đang chuyển động tiến, tránh tình trạng nguy hiểm. Các te hộp số được thiết kế để bảo vệ các bánh răng và trục khỏi bụi và chất bẩn. Tính toán chi tiết các chi tiết này đảm bảo hộp số xe tải bền vững, an toàn và tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ Ô TÔ 1. Công dụng của hộp số ôtô Hộp số là thiết bị dùng để thay đổi số vòng quay và mômen của động cơ truyền đến các bánh xe chủ động (cả về trị số và hướng), cho phù hợp với điều kiện làm việc luôn luôn thay đổi của ô tô mà tự bản thân động cơ không thể tự đáp ứng được. Ngoài ra hộp số còn dùng để: - Thay đổi chiều quay của trục bị động so với trục chủ động để xe có thể chạy lùi. - Dẫn dộng các bộ phận công tác trên các xe chuyên dùng như xe có tời kéo, xe tự đổ, cần cẩu…và các thiết bị khác.

- Ngắt truyền động lâu dài giữa động cơ và các bánh xe chủ động khi cần thiết như: Khi cho xe đứng yên trong thời gian dài mà không cần phải tắt máy, khi khởi động, cho xe chạy xuống dốc, chạy theo quán tính,. Yêu cầu của hộp số Để đảm bảo các công dụng trên, ngoài các yêu cầu chung về sức bền và kết cấu gọn nhẹ thì hộp số phải thỏa mãn các yêu cầu đặc trưng sau: - Có tỷ số truyền và số lượng tay số thích hợp, đảm bảo được chất lượng động lực và tính kinh tế nhiên liệu cần thiết cho ô tô - Khi làm việc êm dịu, chuyển số nhẹ nhàng thuận tiện, không va đập. - Phải có vị trí trung gian (số “0”) để có thể ngắt truyền động của động cơ khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian lâu dài. - Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, bền vững - Hiệu suất cao, kích thước khối lượng nhỏ, giá thành rẻ 1.

Phân loại Với các yêu cầu nêu trên, tùy theo tính chất truyền mômen cũng như sơ đồ động học, hiện nay hộp số cơ khí ôtô có thể phân loại như sau: -2- Tính toán thiết kế hộp số ô tô - Theo phương pháp điều khiển chia ra các loại: Điều khiển bằng tay, điều khiển tự động và bán tự động. - Theo số cấp (Chỉ tính số tiến) phân ra các loại: 3,4,5 và nhiều cấp. - Theo số lượng phần tử điều khiển cần thiết để gài một số truyền, phân ra: Một, hai hay ba phần tử điều khiển. Số lượng phần tử điều khiển lớn hơn một thường dùng trong hộp số nhiều cấp.

- Theo số lượng dòng lực, phân ra: Một, hai hay ba dòng. Tăng số lượng dòng lực làm phức tạp kết cấu. Tuy vậy cho phép giảm tải trọng tác dụng lên các bánh răng, trục và ổ trục cũng như kích thước của chúng. Một số loại hộp số thường dùng 1.

Hộp số ba trục (hộp số đồng tâm) Trên ôtô hiện nay sử dụng nhiều các loại hộp số có trục cố định, điều khiển bằng tay. Loại hộp số này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, hiệu suất cao (0,96 ÷ 0,98), kích thước và trọng lượng nhỏ. Kết cấu hộp số đồng trục thường có ít nhất 3 trục chuyển động, có trục sơ cấp và trục thứ cấp lắp đồng trục, ngoài ra còn có thêm trục trung gian. Trục trung gian có thể có một hoặc hai hoặc ba trục bố trí xung quanh trục sơ cấp và thứ cấp nhằm tăng độ cứng vững cho trục thứ cấp duy trì sự ăn khớp tốt nhất cho các cặp bánh răng lắp trên trục.

* Ưu điểm: + Có số truyền thẳng, bằng cách nối trực tiếp trục sơ cấp và trục thứ cấp. Khi làm việc ở số truyền thẳng, các bánh răng, ổ trục và trục trung gian hầu như được giảm tải hoàn hoàn toàn nên giảm được mài mòn, tiếng ồn và mất mát công suất nên đạt được hiệu suất cao nhất. Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với hộp số ôtô vì phần lớn thời gian làm việc của hộp số là số truyền thẳng (chiếm tỷ lệ từ 50% ÷ 80%). Vì vậy hộp số kiểu này được sử dụng nhiều trên các loại xe ôtô (từ xe du lịch cho đến xe khách và xe tải).

-3- Tính toán thiết kế hộp số ô tô + Các số truyền khác, mômen truyền qua hai cặp bánh răng, do đó có thể tạo được tỷ số truyền lớn (7÷ 9) với kích thước khá nhỏ gọn. Nhờ đó giảm được trọng lượng toàn bộ của ôtô. * Nhược điểm: +Hiệu suất giảm ở các tay số trung gian. +Ổ bi gối đỡ trước trục thứ cấp, do bố trí trong lỗ ở phần bánh răng công xôn của trục sơ cấp nên làm việc căng thẳng vì kích thước bị hạn chế bởi điều kiện kết cấu.1- Sơ đồ động hộp số ba trục.

I: Trục sơ cấp; II: Trục trung gian; III: Trục thứ cấp IV: Trục số lùi; A,B: Bộ đồng tốc; SL: Vị trí gài số lùi 1, 2, 3, 4: Vị trí gài cấp số 1, cấp số 2, cấp số3, cấp số 4 của hộp số 1. Hộp số hai trục Loại hộp số hai trục là kiểu hộp số thông dụng của truyền động hộp số cơ khí gồm một trục sơ cấp gắn các bánh răng chủ động và một trục thứ cấp gắn các bánh răng bị động của các cấp số truyền tương ứng. Loại hộp số này không thể tạo ra được số truyền thẳng như hộp số nhiều trục mặc dù tỷ số truyền của một cấp số nào đó bằng một, vì phải thông qua cặp bánh răng ăn khớp. -4- Tính toán thiết kế hộp số ô tô Kiểu hộp số này phù hợp với hệ thống truyền lực có cầu chủ động bố trí cùng phía trên động cơ (cụm động cơ, ly hợp, hộp số bố trí ngay trên cầu chủ động).

Chiều chuyển động là ngược nhau, truyền động được dẫn ra trục thứ cấp có chiều ngược với chiều truyền động dẫn vào đối với trục sơ cấp. * Ưu điểm: + Kết cấu đơn giản, làm việc êm dịu và có hiệt suất cao ở các tay số trung gian + Dễ bố trí và đơn giản được kết cấu, hệ thống truyền lực khi xe đặt động cơ gần cầu chủ động. * Nhược Điểm: + Không có số truyền thẳng, vì thế các bánh răng ổ trục không được giảm tải ở số truyền cao-làm tăng mài mòn và tiếng ồn. + Giá trị tỷ số truyền tay số thấp bị hạn chế (ih1<4÷4,5 ).

Với đặc điểm đó, nó thường được sử dụng trên các ô tô du lịch và thể thao có động cơ bố trí cạnh cầu chủ động hoặc trên máy kéo có hộp số bố trí chung trong cùng một vỏ với truyền lực chính.2- Sơ đồ động hộp số hai trục. I: Trục sơ cấp của hộp số; II: Trục thứ cấp của hộp số; 1: Số cấp số 1 của hộp số; 2: Số cấp số 2 của hộp số; 3: Số cấp số 3 của hộp số; 4: Số cấp số 4 của hộp số; L: Số cấp số lùi của hộp số; -5- Tính toán thiết kế hộp số ô tô 1. Hộp số nhiều cấp Hộp số nhiều cấp được tạo thành bằng cách ghép thêm vào phía trước hay phía sau hộp số cơ sở (hộp số chính loại 3 trục) một hộp giảm tốc gọi là hộp số phụ. Hộp số phụ thường có một số truyền thẳng và một số truyền giảm hoặc tăng.

Hộp số phụ đặt phía trước hộp số chính Nó chỉ có một cặp bánh răng để tạo số thấp, còn số cao là số truyền thẳng nối trực tiếp trục vào của hộp số phụ với trục sơ cấp của hộp số chính. Tỷ số truyền thấp của hộp số phụ này không lớn, có tác dụng chủ yếu là chia nhỏ dãy tỷ số truyền của hộp số chính nên còn gọi là hộp số chia.3- Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí trước 1p, 2p: Vị trí gài cấp số 1, cấp số 2 của số phụ ; 1, 2, 3, 4, 5, L: Vị trí gài cấp số 1, số 2, số 3, số 4, số 5, số lùi của hộp số Zap: Cặp bánh răng dẫn động trục trung gian từ hộp số phụ; Zac: Cặp bánh răng dẫn động trục trung gian từ hộp số chính; Ip: Trục sơ cấp hộp số phu; I: Trục sơ cấp hộp số chính (thứ cấp hộp số phụ); II: Trục trung gian; III: Trục thứ cấp hộp số chính; -6- Tính toán thiết kế hộp số ô tô - Ưu điểm: + Kết cấu đơn giản, đảm bảo tính thống nhất hoá cao cho hộp số chính. + Hiệu suất tương tự như hộp số chính khi gài số thấp ở hộp số phụ. - Nhược điểm: + Yêu cầu khoảng cách trục hộp số lớn hơn, do mômen trên trục ra của hộp số chính lớn.4- Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí phía trước kiểu hành tinh.

I- Trục sơ cấp của hộp số chính; II- Trục trung gian; III- Trục thứ cấp của hộp số chính (chính là trục sơ cấp của hộp số phụ hành tinh ); IIIp- Trục thứ cấp của hộp số phụ hành tinh được nối với cần C của cơ cấu hành tinh; 1, 2, 3, 4, 5, L- Vị trí gài cấp số 1, số 2, số 3, số 4, số 5, số lùi của hộp số. Hộp số phụ đặt phía sau hộp số chính Thường là loại có trục cố định với hai cặp bánh răng hành tinh. Có một số truyền thẳng và một số truyền giảm với tỷ số truyền khá lớn (khoảng số truyền lớn hơn của hộp số chính) nên gọi là hộp giảm tốc. -7- Tính toán thiết kế hộp số ô tô - Ưu điểm: + Giảm khoảng cách trục và tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hộp số chính.

- Nhược điểm: + Giảm tính thống nhất hoá của hộp số chính. + Hiệu suất giảm khi gài số truyền thấp.5- Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ kiểu hành tinh I- Trục sơ cấp của hộp số chính; II- Trục trung gian; III- Trục thứ cấp của hộp số chính (chính là trục sơ cấp của hộp số phụ hành tinh ); IIIp- Trục thứ cấp của hộp số phụ hành tinh được nối với cần C của cơ cấu hành tinh; 1, 2, 3, 4, 5, L- Vị trí gài cấp số 1, số 2, số 3, số 4, số 5, số lùi của hộp số. Cơ cấu điều khiển Cơ cấu điều khiển có nhiệm vụ truyền lực tác động của lái xe đến ống gài số, hay bánh răng di trượt, hoặc bộ đồng tốc để dịch chuyển chúng vào vị trí gài số hoặc vị trí trung gian. Phần lớn cơ cấu điều khiển số trên ôtô là hệ thống đòn điều khiển đơn -8- Tính toán thiết kế hộp số ô tô giản.

Chúng gắn trực tiếp lên nắp hộp số bằng khớp cầu. Khớp cầu cho phép điều khiển số với 6 vị trí gài số. Khi hộp số có vị trí xa buồng lái như khi buồng lái đặt ngay trên động cơ hoặc động cơ bố trí ở đuôi xe thì đòn điều khiển vẫn bố trí bên cạnh lái xe.