Thiết kế hộp số xe buýt -1- MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ 3 1.1 Công dụng và yêu cầu của hộp số. 3 1.1.1 Công dụng của hộp số. 3 1.1.2 Yêu cầu của hộp số. 3 1.2 Phân loại hộp số 4 1.2.1 Theo phương pháp điều khiển. 4 1.2.1.1 Hộp số cơ khí ( điều khiển bằng tay). 4 1.2.1.2 Hộp số tự động. 4 1.2.1.3 Hộp số bán tự động. 4 1.2.2 Theo tính chất truyền momen. 4 1.2.2.1 Hộp số vô cấp. 5 1.2.2.2.Hộp số có cấp. 5 1.2.3 Theo số trục chứa các cặp bánh răng truyền số. 5 1.2.3.1 Hộp số hai trục. 5 1.2.3.2 Hộp số ba trục. 5 1.2.4 Dựa theo số cấp của hộp số. 6 1.2.4.1 Hộp số thường. 6 1.2.4.2 Hộp số nhiều cấp. 6 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU VÀ PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ. 7 2.1 Tính toán xác định các thông số yêu cầu ban đầu. 7 2.1.1 Xác định tỷ số truyền và số cấp của hộp số. 7 2.1.1.1 Tỷ số truyền tay số một của hộp số. 7 2.1.1.2 Số cấp của hộp số. 10 2.1.1.3 Tỷ số truyền các tay số trung gian. 10 Thiết kế hộp số xe buýt -2- 2.2 Phân tích các phương án thiết kế hộp số. 11 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ XE BUÝT. 16 3.1 Tính toán thiết kế các thông số cơ bản của trục và các cặp bánh răng hộp số. 16 3.1.1 Khoảng cách trục của hộp số. 16 3.1.2 Kích thước theo chiều trục cacte hộp số. 16 3.1.3 Tính toán số răng của các bánh răng hộp số. 17 3.1.3.1 Mô-duyn và góc nghiêng bánh răng hộp số. 17 3.1.3.2 Số răng của bánh răng hộp số. 17 3.1.3.3 Đường kính trục của hộp số. 22 3.1.3.4 Đường kính vòng chia và momen quán tính học của bánh răng hộp số. 24 3.2 Tính toán xác định các thông số cơ bản của bộ đồng tốc hộp số. 30 3.2.1 Chọn kiểu đồng tốc. 30 3.2.2 Momen quán tính khối lượng tổng cộng quy dẫn về trục ly hợp. 31 3.2.3Mômen ma sát yêu cầu của bộ đồng tốc, M ms : 34 3.2.4 Bán kính ma sát của bộ đồng tốc. 36 3.2.5 Chiều rộng của bề mặt vành ma sát của đồng tốc. 37 3.3 Tính toán kiểm tra các thông số cơ bản của đồng tốc. 38 3.3.1 Momen ma sát thực tế của đồng tốc. 38 3.3.2 Thời gian chuyển số thực tế của đồng tốc. 39 3.3.3 Công trượt của đôi bề mặt ma sát. 41 3.3.4 Công trượt riêng của đôi bề mặt côn ma sát của đồng tốc. 42 KẾT LUẬN 44 Tài Liệu Tham Khảo: 45 Thiết kế hộp số xe buýt -3- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ. 1.1 Công dụng và yêu cầu của hộp số. 1.1.1 Công dụng của hộp số. Hộp số dùng để thay đổi số vòng quay và momen 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 ôtô máy kéo mà tự bản thân ôtô máy kéo không đáp ứng được, và tận dụng tối đa công suất của động cơ. Ngoài ra, hộp số còn dùng để : - Tách lâu dài động cơ khỏi hệ thống truyền lực khi cần thiết, như khi khởi động động cơ, khi dừng xe cho động cơ chạy không tải, khi cho xe chạy theo quán tính… - Dẫn động 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. 1.1.2 Yêu cầu của hộp số. - Có dãy tỉ số truyền phù hợp nhằm đảm bảo tốt tính năng động lực và tính năng kinh tế nhiên liệu cần thiết. - Khi gài số không sinh ra các lực va đập lên các răng nói riêng và hệ thống truyền lực nói chung. - Hộp số phải có vị trí trung gian để có thể ngắt truyền động khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian dài, phải có cơ cấu chống gài hai số cùng lúc để đảm bảo an toàn cho hộp số không bị gãy vỡ. - Hộp số phải có số lùi để cho phép xe chuyển động lùi, đồng thời phải có cơ cấu an toàn chống gài số lùi ngẩu nhiên. - Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, bề vững. - Hiệu suất cao, kích thước khối lượng nhỏ, giá thành rẻ. Thiết kế hộp số xe buýt -4- 1.2 Phân loại hộp số. 1.2.1 Theo phương pháp điều khiển. Chia ra các loại: Điều khiển bằng tay, điều khiển tự động và bán tự động 1.2.1.1 Hộp số cơ khí ( điều khiển bằng tay). Là hộp số điều khiển hoàn toàn bằng kết cấu cơ khí, dựa trên tỉ số truyền khác nhau của các cặp bánh răng ăn khớp. + Ưu điểm: kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, giá thành thấp, dễ bảo dưỡng, sửa chữa, hiệu suất cao. + Nhược điểm: cồng kềnh, mất nhiều thời gian để chuyển số, điều khiển nặng nhọc, khó tạo cảm giác êm dịu khi chuyển số. 1.2.1.2 Hộp số tự động. Là hộp số mà nhờ các tính chất bên trong của kết cấu, sự thay đổi tỷ số truyền được thực hiện tùy động tùy theo điều kiện đường xá. + Ưu điểm: có thể tự động chuyển đổi số, thích nghi với các loại đường, điều khiển dễ dàng, tải trọng động nhỏ, tuổi thọ chi tiết cao. + Nhược điểm: kết cấu phức tạp, giá thành cao, khó sửa chữa. 1.2.1.3 Hộp số bán tự động. Là hộp số có cấp do người lái thực hiện chuyển số, tuy nhiên việc chuyển số được thực hiện không phải bằng sức lực của người lái mà sử dụng các cơ cấu trợ lực, các hộp số loại này làm việc với ly hợp tự động. + Ưu điểm: đơn giản về kết cấu, giảm bớt các thao tác cho người lái. + Nhược điểm: tăng giá thành, khó khăn trong việc bảo dưỡng sửa chữa. 1.2.2 Theo tính chất truyền momen. Có thể chia hộp số thành hai loại: hộp số vô cấp và hộp số có cấp Thiết kế hộp số xe buýt -5- 1.2.2.1 Hộp số vô cấp. Kiểu hộp số vô cấp có momen truyền qua hộp số biến đổi liên tục, cho phép thay đổi liên tục trong một giới hạn nào đó giá trị tỉ số truyền và momen xoắn truyền đến bánh xe chủ động. + Ưu điểm: Động cơ và hệ thống truyền lực ít bị quá tải, ôtô sẽ có tính năng thông qua cao, momen xoắn truyền đến các bánh xe chủ động liên tục và êm dịu do đó tăng tuổi thọ các chi tiết trong hộp số. + Nhược điểm:Kết cấu phức tạp, đắt tiền, chế tạo phức tạp, hiệu suất truyền lực nhỏ hơn truyền lực có cấp, tăng tiêu hao nhiên liệu khi ô tô hoạt động ở tốc độ thấp. 1.2.2.2.Hộp số có cấp. Kiểu hộp số có cấp gồm một số cấp hữu hạn ( từ 3÷20 cấp). Ứng với mỗi cấp có một giá trị momen và do đó tốc độ truyền qua hộp số là không đổi. + Ưu điểm:Tính năng động lực cũng như tính năng kinh tế nhiên liệu tăng, kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, đảm bảo tỷ số truyền cần thiết đáp ứng được các điều kiện sử dụng của xe. + Nhược điểm:Phải thường xuyên thực hiên các thao tác chuyển số để phù hợp với sức cản của đường. 1.2.3 Theo số trục chứa các cặp bánh răng truyền số. Có thể chia hộp số thành hai loại:Hộp số hai trục và hộp số ba trục. 1.2.3.1 Hộp số hai trục. Hộp số hai trục có trục sơ cấp lắp bánh răng chủ động và trục thứ cấp lắp bánh răng bị động của các số truyền tương ứng. Hộp số hai trục không tạo được số truyền thẳng do muốn tạo ra một tỷ số truyền phải qua một cặp bánh răng. 1.2.3.2 Hộp số ba trục. Thiết kế hộp số xe buýt -6- Hộp số ba trục có trục sơ cấp và thứ cấp lắp đồng trục với nhau, ngoài ra còn có thêm trục trung gian nhằm tăng độ cứng cho trục thứ cấp và duy trì sự ăn khớp tốt nhất giữa các căp bánh răng. 1.2.4 Dựa theo số cấp của hộp số. Chia hộp số thành hai loại: hộp số thường và hộp số nhiều cấp. 1.2.4.1 Hộp số thường. Kiểu hộp số thường số có số cấp nhỏ hơn hoặc bằng 6. + Ưu điểm: Giảm số lần gài, đơn giản cơ cấu điều khiển, giảm được khối lượng của hộp số do đó góp phần giảm tự trọng của ôtô. + Nhược điểm:Số cấp nhỏ làm giảm tính năng động lực và tính kinh tế nhiên liệu của ô tô. 1.2.4.2 Hộp số nhiều cấp. Đối với ôtô tải lớn thường xuyên hoạt động trong điều kiện nặng nhọc, nhiều loại đường khác nhau thì số cấp của nó có thể lên tới 8 đến 20 cấp. Hộp số nhiều cấp được tạo thành bằng cách thêm vào trước 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 hay tăng tốc. + Ưu điểm : Tính năng động lực học và tính kinh tế nhiên liệu tăng, tăng khả năng tải, giúp ôtô làm việc được trong điều kiện nặng nhọc. + Nhược điểm:Kết cấu phức tạp, hộp số cồng kềnh, cơ cấu điều khiển phức tạp. Ngoài ra dựa vào kết cấu của hộp phụ có thể chia ra: hộp số nhiều cấp với hộp số phụ kiều bánh răng thường,hộp số nhiều cấp với hộp số phụ kiều bánh răng hành tinh. Dựa vào vị trí bố trí hộp số phụ có thể chia ra: hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí phía trước, hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí phía sau. Thiết kế hộp số xe buýt -7- CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU VÀ PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ. 2.1 Tính toán xác định các thông số yêu cầu ban đầu. 2.1.1 Xác định tỷ số truyền và số cấp của hộp số. Tỷ số truyền và số cấp của hộp số phải đảm bảo cho xe có chất lượng động học và tính kinh tế nhiên liệu tốt. Điều khiển hộp số dễ dàng, thuận tiện. 2.1.1.1 Tỷ số truyền tay số một của hộp số. Giá trị tỷ số truyền ở tay số một của hộp số được xác định theo điều kiện kéo như sau: Theo [1] te bx h iM rG i   0max max 1  (2.1) Trong đó: G a : trọng lượng toàn bộ của xe. Theo đề G a = 12000.9,81=117720 [N] Ψ max : hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường. Theo đề Ψ max = 0,24 r bx : bán kính làm việc của bánh xe chủ động. Theo đề r bx = 0,45 [m]. M emax : Momen quay cực đại của động cơ. Theo đề M emax = 425 [N.m]. Hiệu suất của hệ thống truyền lực. Theo [6], Xe thiết kế là xe buýt có η t = 0,82÷0,85, chọn η t = 0,85 Thiết kế hộp số xe buýt -8- i 0 : là tỷ số truyền của truyền lực chính. Giá trị tỷ số truyền của truyền lực chính i 0 cùng với tỷ số truyền cao nhất của hộp số i hn được xác định theo tốc độ chuyển động lớn nhất của xe v max [m/s] ứng với tốc độ góc lớn nhất của động cơ ω emax [rad/s]. Theo [1] ta có. max max 0 . . ahn bxe vi r i   (2.2) Trong đó: i hn : tỷ số truyền cao nhất của hộp số, thường chọni hn =1(do truyền thẳng) ω emax : tốc độ góc lớn nhất của động cơ, được xác định theo loại động cơ và chủng loại xe như sau. Theo [5], Xe thiết kế là xe buýt, động cơ xăng ω emax =(1÷1,25).ω N Chọn ω emax =1 để tận dụng hết công suất động cơ. Với ω N : là tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ. ]/[94,397 60 3800 2 60 2 srad n N N     Với n N : số vòng quay của động cơ ứng với công suất cưc đại. Theo đề n N = 3800[v/ph]. v max : Tốc độ tịnh tiến lớn nhất của xe. Theo đề v max =110 [km/h] ]/[56,30 3600 1000.110 sm Thay các thông số đã tính ở trên vào công thức (2.2) ta được: Thiết kế hộp số xe buýt -9- vi r i ahn bxe 859,5 56,30.1 45,0.94,397.1 . . max max 0   Tiếp tục thay các thông số đã tính ở trên vào công thức (2.1) ta được: 007,6= 85,0.859,5.425 45,0.117720.24,0 = 0max max 1 te bx h iM rG i    Kiểm tra điều kiện bám: Theo [4] ta có: te bx h iM rG i    0max 1  Trong đó: G φ : là trọng lượng bám của xe [N]. G φ =G cđ m cđ G cđ : Là trọng lượng phân bố lên cầu chủ động. Đối với xe buýt, thường dùng cầu sau chủ động, động cơ đặt phía sau do đó trọng lượng phân bố lên cầu chủ động: G cđ = 70%.G a m cđ : là hệ số phân bố lại tải trọng lên cầu chủ động. Theo [1], m cđ = (1,2÷1,35), chọn m cđ =1,3. φ : hệ số bám giữa lốp với mặt đường. Theo [5], Xe buýt thường xuyên hoạt động trên đường nhựa hoặc bê tông có hệ số bám φ =(0,7÷0,8), chọnφ = 0,75.  082,17= 859,5.85,0.425 3,1.45,0.117720.7,0.75,0 = 0max 1 te bx h iM rG i     i h1 = 6,007 < 17,082 Do đó thỏa mãn điều kiện bám. Thiết kế hộp số xe buýt -10- 2.1.1.2 Số cấp của hộp số. Theo [1], Số cấp của hộp số được xác định theo công thức: 1 )ln( )ln()ln( 1    q ii n hnh Trong đó: n: số cấp của hộp số. i h1 : tỷ số truyền ở tay số 1 của hộp số. Kết quả tínhi h1 = 6,007 i hn : tỷ số truyền tay số cao nhất (i hn =1). q: công bội của dãy tỷ số truyền, q được chọn theo kinh nghiệm. Theo [3], Đối với xe buýt sử dụng động cơ xăng, hộp số thường. q=1,5÷1,7 , chọn q = 1,6. Thay các thông số vào công thức trên ta được: 815,41 )6,1log( )1log()007,6log( 1 )log( )log()log( 1      q ii n hnh Chọn số nguyên n*=5. Vậy số cấp của hộp số n=5. 2.1.1.3 Tỷ số truyền các tay số trung gian. Đối với xe buýt, thường xuyên làm việc với các số truyền trung gian và thấp, nên các số truyền trung gian được xác định theo cấp số nhân với công bội q*. Theo [1] ta có: 566,1 1 007,6 15 1 1      n hn h i i q Theo [1], Tỷ số truyền trung gian thứ k(k=2÷4) của hộp số xác định theo công thức: [...]... 7,208 -15- Thiết kế hộp số xe buýt CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ XE BUÝT 3.1 Tính toán thiết kế các thông số cơ bản của trục và các cặp bánh răng hộp số 3.1.1 Khoảng cách trục của hộp số Theo [5], Khoảng cách trục A của hộp số có thể xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau: A  k a 3 M e max ih1 Trong đó: ka: hệ số kinh nghiệm, có giá trị nằm trong khoảng sau: Theo [5], Đối với xe buýt: ka=... trong đó các bánh răng số 1 và số lùi đều không luôn luôn ăn khớp trên xe buýt thiết kế Sơ Đồ Động Hộp Số Lựa Chọn: -14- Thiết kế hộp số xe buýt 5 4 Za Z 3' Z 4' Z 2' 2 1 3 L Z 1' III I Z L1 Z2 II Z a' Z4 Z1 Z3 Z L1' Z L2 Hình 2-3: Sơ đồ động hộp số ba trục, 5 cấp, với bánh răng số 1 và số lùi không luôn luôn ăn khớp  Một số đặc điểm của hộp số lựa chọn: + Các tay số cao đều sử dụng cặp bánh răng nghiêng... số cấp của hộp số là 5 số như đã tính toán ta tiến hành phân tích lựa chọn một loại hộp số trong đó có 5 số tiến và 1 số lùi Phương án 1 : Sử dụng hộp số hai trục, 5 cấp Hình 2-1: Sơ đồ hộp số hai trục, 5 cấp -11- Thiết kế hộp số xe buýt - Ưu điểm: + Kết cấu đơn giản, làm việc êm dịu và có hiệu suất cao ở các tay số trung gian + Dễ bố trí và đơn giản đươc kết cấu hệ thống truyền lực khi xe đặt động... làm đồng đều tốc độ giữa bộ đồng tốc và bánh răng gài số, [s] Đối với ôtô buýt: - Ở số cao: tc = 0,3 ÷ 0,8 [s] - Ở số thấp: tc = 1 ÷ 1,5 [s] Chọn thời gian chuyển số cho số cao (số 4 và số 5) - Từ số thấp lên số cao: tc = 0,8 [s] - Từ số cao về số thấp: tc = 0,7 [s] Chọn thời gian chuyển số cho số thấp (số 2 và số 3) - Từ số thấp lên số cao: tc = 1,5 [s] - Từ số cao về số thấp: tc = 1 [s] Thay vào công... lùi ) + Góc nghiêng : Theo [5], Xe buýt có β =( 180÷300) Chọn β=250cho các số truyền cao Số 1 và số lùi ( răng thẳng,β =00) 3.1.3.2 Số răng của bánh răng hộp số Đối với hộp số ba trục đồng trục, các số truyền đều phải qua hai cặp bánh răng, trong đó có một cặp bánh răng được dùng chung cho tất cả các số -17- Thiết kế hộp số xe buýt truyền(trừ số truyền thẳng )gọi là cặp bánh răng luôn ăn khớp Nghĩa là... 3,1 ia : tỷ số truyền của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp -18- Thiết kế hộp số xe buýt ih1 : tỷ số truyền số một của hộp số ig1 : tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số 1 Từ đó suy ra tỷ số truyền của các cặp bánh răng gài số cho các số truyền khác : igk= Trong đó : ihk ; với k= (2 ÷ n-1) ia ihk : tỷ số truyền thứ k bất kỳ của hộp số( trừ số truyền thẳng) igk : tỷ số truyền cặp bánh răng gài số thứ k bất.. .Thiết kế hộp số xe buýt ihk  i q h1  k 1 Thay các thông số vào công thức trên ta được: Tỷ số truyền ở tay số 2 của hộp số: ih 2  i q h1  21   6,007  3,836 1,566 21 Tỷ số truyền ở tay số 3 của hộp số: ih 3  ih1 q 31  6,007  2,449 1,566 31 Tỷ số truyền ở tay số 4 của hộp số: ih 4  i q h1  41   6,007  1,564 1,566 41 2.2 Phân tích các phương án thiết kế hộp số Với số. .. ih4=1,564  Số răng của cặp bánh răng số lùi: Z Z1' ' 1 z Z L2 Z L1 l z Z1 Z1 z ' L1 Z z Z L2 z5 Z Z L1 z ' L1 z3 Hình 3-1: Sơ đồ bố trí số lùi trên xe buýt thiết kế Z’1: bánh răng bị động số 1; Z1 : bánh răng chủ động số 1; ZL1 : bánh răng dẫn động trục số lùi; Z’L1: bánh răng bị động của trục số lùi; ZL2: bánh răng chủ động số lùi Ta có tỷ số truyền của số lùi : ihL=ia.igL  Tỷ số truyền gài số lùi:... đến bộ đồng tốc của hộp số ứng với số truyền vừa nhả số (để tiến hành gài số thứ ik) ωeo : Tốc độ của động cơ khi bắt đầu chuyển số [rad/s] Giá trị này được xác định theo bảng kinh nghiệm Theo [5], Bảng B2-1, Xe thiết kế là xe Buýt thì: -34- Thiết kế hộp số xe buýt - Khi chuyển từ số thấp lên số cao ta chọn: ωeo = 0,7.ωN = 0,7.3,1416.3800/30= 278,555 [rad/s] - Khi chuyển từ số cao về số thấp ta chọn:... 3,719 Ta lại có: i gL  Z ' L1 Z '1  Z L1 Z L 2 igL= igL1.igL2 => igL1= igL / igL2 = 3,719 / 3,1 = 1,19 Trong đó: igL2= ig1 = 3,1 -21- Thiết kế hộp số xe buýt igL2 : tỷ số truyền của cặp bánh răng Z’1 và ZL2 igL1 : tỷ số truyền của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp của số lùi igL: tỷ số truyền của các cặp bánh răng gài số lùi Z’1: số răng của bánh răng gài số 1 và số lùi ZL2 : số răng của cặp bánh răng