Đồ án tính toán thiết kế hộp số ô tô YA3-469 động cơ xăng Cao Thắng

Tài liệu đồ án thiết kế hộp số cho động cơ xăng chi tiết, bao gồm phương pháp tính toán tỷ số truyền, động học và độ bền các chi tiết máy.

• Tác giả: Phan Hữu Nhân
• Người hướng dẫn: Huỳnh Hải Đăng
• Trường học: Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng
• Chuyên ngành: Cơ khí động lực
• Đề tài: Tính toán thiết kế ô tô
• Loại tài liệu: Đồ án
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án thiết kế hộp số trên động cơ xăng

Đồ án thiết kế hộp số trên động cơ xăng là nhiệm vụ quan trọng trong lĩnh vực cơ khí ô tô, nhằm tối ưu hóa khả năng truyền lực và hiệu suất vận hành. Hộp số đóng vai trò chuyển đổi mô men xoắn và tốc độ quay từ động cơ đến bánh xe, phù hợp với điều kiện vận hành khác nhau. Thiết kế hộp số yêu cầu phân tích kỹ lưỡng các thông số kỹ thuật như tỉ số truyền, mô men xoắn, và tốc độ quay. Ngoài ra, việc lựa chọn vật liệu, kết cấu bánh răng, và phương pháp bôi trơn cũng ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ và hiệu suất của hộp số. Đồ án này thường được thực hiện dựa trên các thông số kỹ thuật của xe cụ thể, như xe YA3-469 trong trường hợp này, nhằm đảm bảo tính tương thích và hiệu quả hoạt động.

1.1. Chức năng và nguyên lý hoạt động của hộp số

Hộp số ô tô có chức năng chính là thay đổi tỉ số truyền giữa động cơ và bánh xe, giúp xe vận hành hiệu quả ở các điều kiện khác nhau. Nguyên lý hoạt động dựa trên sự ăn khớp của các bánh răng, tạo ra các tỉ số truyền khác nhau. Khi xe khởi động hoặc leo dốc, hộp số sử dụng tỉ số truyền thấp để tăng mô men xoắn. Ngược lại, khi xe chạy trên đường cao tốc, hộp số chuyển sang tỉ số truyền cao để tối ưu hóa tốc độ và tiết kiệm nhiên liệu. Ngoài ra, hộp số còn cung cấp chế độ lùi và chế độ trung gian (số mo) để thuận tiện trong quá trình vận hành.

1.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ xăng

Động cơ xăng 4 kỳ 4 xi lanh trong đồ án này có dung tích công tác 2,445 lít, tỉ số nén 6,7, và công suất cực đại 55,2 kW tại 4000 vòng/phút. Mô men xoắn cực đại đạt 17 kGm tại 2200–2500 vòng/phút. Những thông số này quyết định đến hiệu suất và khả năng truyền lực của hộp số. Động cơ xăng thường có tốc độ quay cao hơn so với động cơ diesel, do đó yêu cầu hộp số phải được thiết kế để xử lý các điều kiện vận hành khắc nghiệt. Việc lựa chọn tỉ số truyền phù hợp sẽ giúp động cơ hoạt động trong dải vòng tua máy tối ưu, từ đó nâng cao hiệu suất nhiên liệu và tuổi thọ động cơ.

II. Phân tích các vấn đề trong thiết kế hộp số động cơ xăng

Thiết kế hộp số động cơ xăng gặp phải nhiều thách thức kỹ thuật, bao gồm cân bằng giữa hiệu suất truyền lực và độ bền của các chi tiết. Một trong những vấn đề chính là lựa chọn tỉ số truyền phù hợp, đảm bảo xe vận hành êm ái ở cả tốc độ thấp và cao. Ngoài ra, việc phân bố lực lên các trục và ổ đỡ phải được tính toán chính xác để tránh quá tải và hư hỏng sớm. Vấn đề bôi trơn cũng rất quan trọng, vì hộp số hoạt động trong môi trường nhiệt độ và áp suất cao. Các lỗi thiết kế có thể dẫn đến tiếng ồn, rung động, hoặc thậm chí hỏng hóc toàn bộ hệ thống truyền lực. Do đó, việc sử dụng phần mềm mô phỏng và kiểm tra thực tế là cần thiết.

2.1. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hộp số ô tô

Hộp số ô tô phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật như khả năng chịu tải, độ bền mỏi, và hiệu suất truyền lực. Tỉ số truyền phải được lựa chọn sao cho động cơ hoạt động trong dải vòng tua máy tối ưu, tránh tình trạng quá tải hoặc thiếu tải. Độ chính xác trong chế tạo bánh răng và trục cũng ảnh hưởng đến độ ồn và độ rung của hộp số. Ngoài ra, hộp số cần có khả năng chống ăn mòn và chịu được điều kiện môi trường khắc nghiệt. Các tiêu chuẩn an toàn và độ tin cậy cũng phải được đảm bảo, đặc biệt trong các ứng dụng công nghiệp và vận tải.

2.2. Những khó khăn trong tính toán thiết kế

Tính toán thiết kế hộp số đòi hỏi sự chính xác cao trong việc xác định các thông số như số răng của bánh răng, góc nghiêng răng, và khoảng cách trục. Việc lựa chọn mô đun bánh răng phải cân nhắc giữa khả năng chịu tải và kích thước tổng thể. Ngoài ra, việc tính toán lực tác dụng lên trục và ổ đỡ phải xem xét đến các điều kiện vận hành khác nhau, bao gồm cả trường hợp xe chạy trên đường gồ ghề. Các sai sót trong tính toán có thể dẫn đến hỏng hóc sớm hoặc giảm tuổi thọ của hộp số. Do đó, việc sử dụng các phương pháp tính toán tiên tiến và phần mềm mô phỏng là rất cần thiết.

III. Phương pháp thiết kế hộp số động cơ xăng hiệu quả

Phương pháp thiết kế hộp số động cơ xăng hiệu quả bắt đầu từ việc lựa chọn tỉ số truyền phù hợp, dựa trên các thông số kỹ thuật của động cơ và xe. Sau đó, tiến hành tính toán số răng của bánh răng, góc nghiêng răng, và khoảng cách trục sao cho đảm bảo độ chính xác và độ bền. Việc sử dụng phần mềm CAD/CAM giúp tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu sai sót. Các bước tiếp theo bao gồm tính toán lực tác dụng lên trục, lựa chọn vật liệu, và thiết kế hệ thống bôi trơn. Cuối cùng, tiến hành kiểm tra và thử nghiệm để đảm bảo hộp số hoạt động ổn định trong mọi điều kiện vận hành.

3.1. Lựa chọn tỉ số truyền tối ưu

Tỉ số truyền tối ưu được xác định dựa trên phân tích quỹ đạo hoạt động của động cơ và yêu cầu vận hành của xe. Tỉ số truyền thấp phù hợp cho khởi động và leo dốc, trong khi tỉ số truyền cao giúp tối ưu hóa tốc độ và tiết kiệm nhiên liệu. Việc lựa chọn tỉ số truyền phải cân nhắc giữa khả năng chịu tải của động cơ và hiệu suất truyền lực. Các phương pháp tính toán hiện đại, như sử dụng phần mềm mô phỏng, giúp xác định tỉ số truyền tối ưu một cách chính xác. Ngoài ra, việc thử nghiệm thực tế cũng rất quan trọng để xác nhận hiệu quả của thiết kế.

3.2. Tính toán và lựa chọn bánh răng

Bánh răng là chi tiết quan trọng trong hộp số, quyết định đến khả năng truyền lực và tuổi thọ của hệ thống. Việc lựa chọn mô đun bánh răng phải cân nhắc giữa khả năng chịu tải và kích thước tổng thể. Số răng của bánh răng được tính toán dựa trên tỉ số truyền và điều kiện vận hành. Góc nghiêng răng cũng ảnh hưởng đến độ ồn và độ bền của bánh răng. Ngoài ra, vật liệu chế tạo bánh răng phải đảm bảo độ cứng, độ bền mỏi, và khả năng chống ăn mòn. Các phương pháp gia công tiên tiến, như gia công CNC, giúp nâng cao độ chính xác và chất lượng của bánh răng.

IV. Kết luận và ứng dụng trong thực tế của đồ án thiết kế

Đồ án thiết kế hộp số trên động cơ xăng cung cấp giải pháp kỹ thuật toàn diện, từ phân tích yêu cầu đến phương pháp thiết kế và kiểm tra. Kết quả đạt được là một hệ thống truyền lực hiệu quả, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn. Ứng dụng của đồ án này không chỉ giới hạn trong lĩnh vực ô tô mà còn mở rộng sang các ngành công nghiệp khác, như máy móc nông nghiệp và thiết bị công nghiệp. Việc áp dụng các phương pháp thiết kế tiên tiến giúp nâng cao hiệu suất, giảm chi phí sản xuất, và tăng tuổi thọ của sản phẩm. Ngoài ra, đồ án cũng góp phần đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao trong lĩnh vực cơ khí ô tô.

4.1. Đánh giá hiệu quả của thiết kế hộp số

Hiệu quả của thiết kế hộp số được đánh giá thông qua các thông số kỹ thuật, như tỉ số truyền, mô men xoắn, và tốc độ quay. Việc so sánh giữa các thông số tính toán và kết quả thử nghiệm giúp xác định độ chính xác của thiết kế. Ngoài ra, đánh giá hiệu quả còn bao gồm khả năng chịu tải, độ bền mỏi, và khả năng chống ăn mòn của các chi tiết. Các phương pháp thử nghiệm tiên tiến, như mô phỏng phần tử hữu hạn, giúp phát hiện sớm các lỗi thiết kế. Kết quả đánh giá là cơ sở để cải tiến và tối ưu hóa thiết kế trong tương lai.

4.2. Triển vọng ứng dụng trong ngành công nghiệp

Triển vọng ứng dụng của đồ án thiết kế hộp số trong ngành công nghiệp ô tô rất rộng lớn, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu vận chuyển ngày càng tăng. Việc áp dụng các phương pháp thiết kế tiên tiến giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất, và tăng cường khả năng cạnh tranh. Ngoài ra, đồ án cũng có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực khác, như máy móc nông nghiệp, thiết bị công nghiệp, và hệ thống truyền động trong công nghiệp. Sự phát triển của công nghệ 4.0 và trí tuệ nhân tạo sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho việc cải tiến và tối ưu hóa thiết kế hộp số trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

l TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ---***--- ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Ô TÔ Giáo viên hướng dẫn: Huỳnh Hải Đăng Sinh viên thực hiện: Phan Hữu Nhân Đỗ Duy Pha Nguyễn Trọng Huy Lớp: CĐ OTO 20B Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 LỜI NÓI ĐẦU Trong quá trình phát triển nền kinh tế quốc dân và phục vụ đời sống xã hội, việc vận chuyển hàng hoá, hành khách có vai trò to lớn. Với việc vận chuyển bằng ô tô có khả năng đáp ứng tốt hơn về nhiều mặt so với các phương tiện vận chuyển khác do đặc tính đơn giản, an toàn, cơ động. Trong các loại hình vận chuyển thì vận chuyển bằng ô tô là loại hình thích hợp nhất khi vận chuyển trên các loại đường ngắn và trung bình. Ô tô có thể đến được nhiều vùng, nhiều khu vực địa điểm mà các phương tiện vận chuyển khác khó có thể thực hiện được.

Nó có thể đưa đón khách tận nhà, giao hàng tận nơi, đưa hàng đến tận chân công trình.mà giá cước phù hợp với nhu cầu của nhân dân. Ngày nay do nhu cầu vận chuyển hàng hoá, hành khách tăng nhanh, mật độ vận chuyển lớn. Đồng thời cùng với sự mở rộng và phát triển đô thị ngày càng tăng nhanh thì vận chuyển bằng ô tô lại càng có ưu thế. ở các nước công nghiệp phát triển, công nghiệp ô tô là ngành kinh tế mũi nhọn.

Trong khi đó ở nước ta ngành công nghiệp ô tô mới chỉ dừng lại ở mức khai thác, sử dụng, sửa chữa và bảo dữơng. Những năm 1985 trở về trước các ô tô hoạt động ở Việt Nam đều là ô tô nhập ngoại với nhiều chủng loại do nhiều công ty ở các nước sản xuất. Từ những năm đầu thập kỷ 90 chúng ta thực hiện việc liên doanh, liên kết với các công ty nước ngoài. Nên ở Việt Nam hiện nay đã có 14 liên doanh đã và đang hoạt động như: TOYOTA, MERCEDES - BENZ VMC, DEAWOO, MITSUBISHI, NISSAN, FORD.Ngoài ra còn kể đến một số hãng trong nước như:Trường Hải, MêKông, Vinasuki, Công ty ô tô 1-5 , Công ty ô tô 3-2 … Tại những liên doanh này ô tô được lắp ráp trên các dây chuyền công nghệ hiện đại.

Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đã chuyển sang một giai đoạn mới. Để hoàn thành được bản Đồ án này ngoài sự nỗ lực của bản thân không thể không kể đến sự chỉ bảo tận tình của thầy cô giáo trong bộ môn và nhà trường. Đặc biệt là sự hướng dẫn của quý thầy cô. THÔNG SỐ XE YA3-469 Các thông số cơ bản Xe YA3-469 - Trọng tải, kg 600 kg và 2 người hoặc 700 kg và 1 người - Khối lượng cho phép của rơ móc 850 kg - Khối lượng cuả bản thân, kg 1650 kg - Phân bố lên cầu trước 890 kg - Phân bố lên cầu sau 760 kg - Trọng lượng toàn tải (kể cả người) 2450 kg - Phân bố cầu trước 1020 kg - Phân bố cầu sau 1430 kg - Khoảng sáng gầm xe dưới trục trước và 300 mm sau - Bán kính quay vòng theo vết bánh xe 6,5 m trước, phía ngoài - Tốc độ cực đại 100 km/h - Quảng đường phanh cực đại 70 km/h 53 m - Tiêu hao nhiên liệu khi 30 km/h, 1 10,6 lít/100 km - Động cơ Động cơ xăng 4 kì 4 xi lanh - Đường kính xi lanh 92 mm - Hành trình pít tông 92 mm - Dung tích công tác 2,445 lít - Tỉ số nén 6,7 - Thứ tự làm việc 1–2–3–4 - Công suất cực đại 55,2 kw khi 4000 vòng/phút - Mô men xoắn cực đại 17 kGm khi 2200 – 2500 vg/ph - Caburato K-129B - Thiết bị điện 12V - Acquy 6CT-60 - Chia điện P132 - Biến áp đánh lửa B5-A - Nến đánh lửa CH302-A - Máy phát T250-Ei - Rơ le điều chỉnh PP350 - Máy khởi động CT230-B2 - Li hợp Ma sát 1 đĩa khô - Hộp số 4 cấp đồng tốc cho số 3 và 4 - Hộp phân phối 2 cấp - Truyền động chính Bánh răng côn xoắn; giảm tốc có bánh răng trụ ăn khớp trong - Tỉ số truyền của hộp số I: 3,13; II: 2,17; III: 1,44; IV: 1; Lùi: 5,22 - Hộp phân phối 1 và 1,94 - Cặp bánh răng truyền lực chính 2,77 - Giảm tốc bánh xe 1,94 - Tỉ số truyền chung của hộp truyền lực 5,38 chính - Cơ cấu lái Trục vít gồm có 2 lãnh con lăn, tỉ số truyền 20,3 - Hệ thống treo trước và sau Trên hai nhíp dọc giảm chấn thủy lực tác dụng 2 chiều - Phanh công tác Phanh tang trống lên các bánh xe có dẫn động thủy lực - Phanh dừng Phanh lên trục chủ động có dẫn động cơ khí - Số bánh xe 4 bánh - Kích thước lốp 8,4 – 15 - Áp suất hơi trong bánh trước 1,7 kG/cm2 - Áp suất hơi trong bánh sau 1,9 kg/cm2 - Dung tích thùng nhiên liệu 2 x 39 - Hệ thống làm mát Nước - Hệ thống bôi trơn Dầu động cơ - Khối lượng Kg + Động cơ có cả ly hợp và thiết bị 172 + Hộp số 33 + Hộp phân phối 37 + Trục các đăng 15 + Cầu trước 140 + Cầu sau 121 + Bệ xe 112 + Thùng xe 475 + Bánh xe có lắp lốp 38 + Két nước 12 B.

PHẦN TÍNH TOÁN PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ 1. Công dụng: Hộp số ôtô thực hiện các nhiệm vụ sau: - Thay đổi lực kéo tiếp tuyến và số vòng quay của bánh xe chủ động để phù hợp với lực cản của đường và vận tốc của ôtô theo nhu cầu sử dụng. - Thực hiện chuyển động lùi cho ôtô. - Có thể ngắt dòng truyền lực trong thời gian dài khi động cơ vẫn làm việc.

Phân loại: Tuỳ theo những yếu tố căn cứ để phân loại, hộp số được chia ra: - Theo trạng thái của trục hộp số trong quá trình làm việc: + Hộp số có trục cố định. + Hộp số có trục di động (hộp số hành tinh). - Theo số trục của hộp số (không kể trục số lùi): + Hộp số hai trục. + Hộp số ba trục.

- Theo số cấp (không kể số lùi): + Hộp số 2 cấp. + Hộp số 3 cấp. + Hộp số 4 cấp, - Theo cơ cấu gài số: + Bằng bánh răng di trượt. + Bằng bộ đồng tốc.

+ Bằng phanh và ly hợp (đối với hộp số thuỷ cơ). 1 - Theo phương pháp điều khiển: + Điều khiển bằng tay. + Điều khiển tự động. + Điều khiển bán tự động.

Yêu cầu: Hộp số cần đảm bảo các yêu cầu sau: - Có tỉ số truyền thích hợp để bảo đảm chất lượng động lực học và tính kinh tế nhiên liệu của ôtô. - Có khả năng trích công suất ra ngoài để dẫn động các thiết bị phụ. - Điều khiển sang số đơn giản, nhẹ nhàng. - Hiệu suất truyền động cao.

- Kết cấu đơn giản, dễ chăm sóc bảo dưỡng. PHẦN 2: TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN HỘP SỐ 1. Chọn tỷ số truyền cho hộp số: Tỉ số truyền của hộp số ô tô được xác định bằng tính toán lực kéo ở các tay số. Tỉ số truyền lực được xác định theo công thức:  Trong đó: G: là trọng lượng toàn bộ của xe (N) : là bán tính bánh xe có tính đến sự biến dạng của lốp (m) : là hệ số cản chuyển động lớn nhất : là tỉ số truyền lực chính : là hiệu suất của hệ thống truyền lực 2 Bán kính bánh xe có tính đến sự biến dạng của lốp rbx được tính theo công thức: (mm)  Trong đó: là hế số kể đến sự biến dạng của lộp.

(Lốp áp suất thấp = 0,930 – 0,935; Lốp áp suất cao = (0,945 – 0,95) : bán kính thiết kế (mm) B: bề rộng của lốp (inch) : đường kính vành bánh xe (inch) Tỷ số truyền của truyền lực chính được xác định:  Trong đó: : hệ số vòng quay của động cơ  Đối với xe du lịch: = 30 40  Đối với xe tải: = 40 50 Chọn Hiệu suất của hệ thống truyền lực thường được tính bằng kinh nghiệm. Hộp số có 5 cấp với số IV là số truyền thẳng và số V là số truyền tăng thì: 3 Số truyền cao nhất của hộp số nên làm số truyền thẳng hay số truyền tăng là tùy thuộc vào thời gian sử dụng. Nên chọn số truyền làm việc nhiều nhất để làm số truyền thẳng để giảm tiêu hao khi truyền lực và tăng tuổi thọ của hộp số. Chọn sơ đồ động cơ học của hộp số  Sơ đồ động học của hộp số ba trục Sơ đồ cấu tạo của hộp số ba trục được thể hiện trên hình 3.

Trục sơ cấp 1 và trục thứ cấp 2 được bố trí đồng trục với nhau. Ngoài vỏ hộp số không thể hiện ở đây, các bộ phận chính của hộp số bao gồm: Trục sơ cấp 1, trục thứ cấp 2 và trục trung gian 3, các bánh răng Z1, Z2, Z3, Z4, Z' 1, Z' 2, Z ' 3, Z' 4, ống gài 4 và 5. Bánh răng Z4 được chế tạo liền với trục sơ cấp. Các bánh răng trên trục thứ cấp Z1, Z2, Z3 được quay trơn trên trục.

Còn các bánh răng trên trục trung gian Z' 1, Z' 2, Z' 3, Z' 4 được cố định trên trục. Các ống gài 4 và 5 liên kết then hoa với trục và có các vấu răng ở hai phía để ăn khớp với các bánh răng cần gài. Hình 1: sơ đồ động học của hộp số ba trục a. Sơ đồ cấu tạo của hộp số ba trục 4 cấp số b.

Dòng truyền mô men 4 3. Chọn các thông số kết cấu cơ bản của hộp số 3.1 Chọn khoảng cách giữa các trục (A): Khoảng cách trục liên quan đến kích thước và trọng lượng của hộp số. Khi khoảng cách càng tăng thì trọng lượng hộp số càng lớn, đồng thời vận tốc vòng, tiếng ồn, tải trọng động tang và quá trình gài số càng trở nên phức tạp hơn. Vì vậy, khi chọn khoảng cách trục A chỉ nên giới hạn từ 160 mm trở lại.

Đối với xe tải (A 160 mm),đối với xe du lịch (A = 60 80 mm). Khoảng cách trục A có thể được xác định theo công thức kinh nghiệm sau: (mm)  Trong đó: : Mô men xoắn cực đại của động cơ (Nm) : Hệ số kinh nghiệm + Đối với xe du lịch: + Đối với xe tải dung động cơ xăng: + Đối với xe tải dung động cơ diesel: 3.