MỤC LỤC
MỤC LỤC.........................................................................................................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................................................................................5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TRÊN Ô TÔ.....................................................................................................6
I. Công dụng-yêu cầu-phân loại....................................................................................................................................6
II. Một số loại hộp số phổ biến hiện nay......................................................................................................................7
1. Hộp số thường (MT).................................................................................................................................................... 8
2. Hộp số tự động (AT)...................................................................................................................................................10
3. Hộp số ly hợp kép (DCT)............................................................................................................................................12
4. Hộp số vô cấp (CVT)..................................................................................................................................................14
4.1. Phân loại CVT..........................................................................................................................................................17
4.2. Cấu tao nguyên lý hoạt động HSVC sử dụng bộ truyền đai kim loại.......................................................................19
5. Lựa chọn phương án thiết kế..................................................................................................................................... 22
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI KIM LOẠI...............................................................................24
I. Xác định thông số cơ bản.........................................................................................................................................24
1. Xác định dải tí số truyền bộ truyền đai.......................................................................................................................24
2. Xác định kích thước bánh đai hộp số CVT.................................................................................................................25
2.1 Đường kính bánh đai................................................................................................................................................25
2.2 Tính chọn khoảng cách trục và chiều dài đai..........................................................................................................25
2.3 Vận tốc đai.............................................................................................................................................................. 26
2.4 Tính toán lực............................................................................................................................................................27
II. Tính trục.....................................................................................................................................................................30
1. Tính đường kính trục đai............................................................................................................................................30
2. Kiểm nghiệm bền trục.................................................................................................................................................30
2.1 Tính trục theo bền uốn..............................................................................................................................................32
2.2 Tính trục theo bền xoắn.......................................................................................................................................... 33
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN HÀNH TINH..................................................................................34
I. Xác định tỉ số truyền lực chính i0.............................................................................................................................34
II. Phương trình động lực học bộ truyền hành tinh cơ sở.......................................................................................35
III. Tính toán thiết kế bộ truyền hành tinh...................................................................................................................37
3.1 Chọn vật liệu............................................................................................................................................................. 38
3.2 Ứng suất tiếp xúc, ứng suất uốn cho phép...............................................................................................................38
3.3 Đường kính vòng lăn bánh răng mặt trời...................................................................................................................40
3.4 Kiểm tra điều kiện công nghệ của các bánh răng.....................................................................................................42
3.5 Thông số bộ truyền.....................................................................................................................................................42
IV. Tính bền bánh răng...................................................................................................................................................44
4.1 Sơ đồ lực...................................................................................................................................................................45
4.2 Tính bền uốn............................................................................................................................................................. 45
4.3 Tính bền tiếp xúc.......................................................................................................................................................47
V. Tính toán thiết kế Ly hợp - phanh............................................................................................................................48
5.1. Yêu cầu cơ bản của việc tính toán thiết kế ly hợp...................................................................................................48
5.2. Kết cấu chung của ly hợp khoá................................................................................................................................48
5.3. Phương pháp tính toán chung với các ly hợp – phanh............................................................................................49
5.3.1. Tính toán ly hợp....................................................................................................................................................49
CHƯƠNG IV: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN THUỶ LỰC................................................................................51
I. Đề xuất phương án.....................................................................................................................................................51
II. Tính toán kết cấu đề xuất.........................................................................................................................................53
CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC VÔ CẤP CÓ CVT BẰNG CÔNG CỤ MATLAB-SIMULINK....55
I. Mô hình mô phỏng.....................................................................................................................................................55
1. Giới thiệu về matlab-simulink......................................................................................................................................55
2. Mô hình mô phỏng......................................................................................................................................................56
2.1 Cơ sở xây dựng mô hình......................................................................................................................................... 56
2.2 Mô hình động cơ.......................................................................................................................................................59
2.3 Mô hình CVT.............................................................................................................................................................63
2.4 Mô hình TLC-thân xe- bánh xe................................................................................................................................ 67
2.5 Đề xuất bộ điều khiển mờ.........................................................................................................................................71
a. Đặt vấn đề...................................................................................................................................................................71
b. Đề xuất bộ điều khiển mờ..........................................................................................................................................73
II. Mô phỏng hệ thống..................................................................................................................................................76
CHƯƠNG VI: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT BÁNH ĐAI DI TRƯỢT............................88
I. Phân tích chức năng làm việc của chi tiết..............................................................................................................88
1.1 Yêu cầu kỹ thuật cơ bản..........................................................................................................................................88
1.2 Chọn dạng sản xuất.................................................................................................................................................88
1.3 Phương pháp chế tạo phôi......................................................................................................................................88
II. Thiết kế quy trình công nghệ..................................................................................................................................90
2.1 Xác định đường lối công nghệ................................................................................................................................ 90
2.2 Các nguyên công.....................................................................................................................................................90
2.3 Tính chế độ cắt cho các nguyên công.....................................................................................................................93
CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN............................................................................................................................................96
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................................................ 97
LỜI NÓI ĐẦU
Ô tô là một trong những phương tiện được sử dụng phổ biến trong mọi ngành, mọi lĩnh vực khác nhau. Nước ta cùng với sự đi lên của nền kinh tế quốc dân thì ôtô là phương tiện không thể thiếu, đáp ứng nhu cầu đi lại của nhân dân.
Do mức sống của con người ngày càng cao nên sự đòi hỏi về phương tiện và tiện nghi ngày càng khắt khe. Hiện nay ôtô được trang bị HTTL vô cấp có CVT đã xuất hiện ngày nhiều hơn và được rất nhiều hãng xe ứng dụng như Nissan, Ford, Audi... Đặc điểm của loại xe được trang bị HTTL có CVT là giúp người lái giảm bớt thao tác, xe chuyển số êm dịu,giảm tiêu hao nhiên liệu. Do đó việc nghiên cứu, tìm hiểu về HTTL có CVT trên ô tô là rất cần thiết và có ý nghĩa to lớn trong công tác học tập cũng như ứng dụng vào thực tiễn sau này.
Trong đồ án này được trình bày gồm các nội dung sau:
Chương I: Tìm hiểu chung về HTTL và CVT.
Chương II: Thiết kế tính toán bộ truyền đai.
Chương III: Thiết kế tính toán bộ truyền hành tinh.
Chương IV: Nghiên cứu đề xuất hệ thống điều khiển.
Chương V: Mô hình hoá và mô phỏng hệ thống trên máy tính.
Chương VI: Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết điển hình.
Chương VII: Kết Luận.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy: PGS.TS................... đã hết sức nhiệt tình và tâm huyết khi hướng dẫn chúng em hoàn thành tốt đồ án này. Đồng thời em bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến các thầy trong bộ môn ôtô và xe chuyên dụng và bạn bè trong lớp đóng góp những ý kiến hết sức quý báu để xây dựng tốt đồ án .
Dù đã rất cẩn thận khi thực hiện đồ án này, nhưng với trình độ và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên chắc chắn rằng sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và nhầm lẫn vì vậy em rất mong có sự chỉ bảo của các thầy để có thể hoàn thiện hơn đề tài của mình .
Hà nội, ngày ... tháng ... năm 20....
Sinh viên thực hiện
........................
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TRÊN ÔTÔ
I. Công dụng - yêu cầu - phân loại
1. Công dụng
Hộp số dùng để :
- Thay đổi tốc độ và mô men truyền (hay lực kéo) trên các bánh xe.
- Thay đổi chiều chuyển động của xe (tiến hoặc lùi).
- Ngắt động cơ lâu dài khỏi hệ thống truyền lực.
2. Yêu cầu
Hộp số cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
- Có dãy tỷ số truyền hợp lý, phân bố các khoảng thay đổi tỷ số truyền tối ưu, phù hợp với tính năng động lực học yêu cầu và tính kinh tế vận tải.
- Phải có hiệu suất truyền lực cao.
- Khi làm việc không gây tiếng ồn, chuyển số nhẹ nhàng, không phát sinh các tải trọng động khi làm việc.
3. Phân loại
Tùy theo theo yếu tố căn cứ để phân loại, hộp số được phân loại như sau:
* Theo đặc điểm thay đổi tỷ số truyền : Hộp số vô cấp và hộp số có cấp
- Hộp số vô cấp được dùng để tạo thành HTTL vô cấp, trong đó hộp số có tỷ số truyền biến đổi liên tục, trong khoảng tỷ số truyền (R) định sẵn, từ thấp đến cao và ngược lại. Trên ô tô bộ truyền vô cấp thường gặp: Biến mô men thủy lực, bộ truyền đai đặc biệt ...
- Hộp số có cấp ,tạo thành HTTL có cấp, được dùng phổ biến trên ô tô. Tỷ số truyền hộp số thay đổi với các giá trị cố định khác nhau do vậy còn được gọi bộ truyền gián đoạn. Mức độ gián đoạn phụ thuộc vào số lượng tỷ số truyền bên trong hộp số.
HTTL của ô tô có thể được tập hợp bởi các bộ truyền vô cấp và hộp số có cấp.
* Theo cấu trúc truyền lực giữa các bánh răng :
- Các bánh răng ăn khớp ngoài với các trục cố định: Hộp số thường.
- Kết hợp các bánh răng ăn khớp trong và ăn khớp ngoài có trục di động: Hộp số hành tinh .
II. Một số loại hộp số phổ biến hiện nay:
1. Hộp số thường (MT)
1.1 Phân loại hộp số thường được phân loại theo số trục của hộp số
- Hộp số 2 trục.
- Hộp số 3 trục.
1.2 Cấu tạo của hộp số thường (loại 3 trục)
. Các ống gài liên kết then hoa với trục và có các vấu răng ở 2 phía để ăn khớp với các bánh răng cần gài.
1.3 Nguyên lý hoạt động
- Vị trí tay số 1: Khi gạt cần 1 sang bên trái, lúc này, mômen truyền từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng luôn ăn khớp za-za’, trục trung gian, cặp bánh răng số 1 rồi đi ra trục thứ cấp.
- Vị trí tay số 2: Gạt cần 2 sang bên phải, mômen truyền từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng sô 2 rồi đến trục thứ cấp.
- Vị trí tay số 3: Gạt cần 2 sang bên trái, mômen từ trục sơ cấp truyền qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng số 3 rồi tới trục thứ cấp.
2. Hộp số tự động (AT)
Hiện nay có rất nhiều hộp số tự động, chúng được cấu tạo theo một vài cách khác nhau nhưng các chức năng cơ bản và nguyên lý hoạt động của chúng là giống nhau.
- Hộp số cơ cấu hành tinh Wilson (nối tiếp, song song).
- Hộp số cơ cấu hành tinh Simpson.
- Hộp số cơ cấu hành tinh ravigneaux.
3. Hộp số ly hợp kép (DCT)
Người đã sáng tạo ra hệ thống ly hợp kép là một kỹ sư ôtô người Pháp tên là Adolphe Kegresse được biết đến nhiều nhất trong vai trò người đã phát triển loại xe half-track (với bánh lốp đằng trước và bánh xích phía sau), giúp chiếc xe có thể vượt qua nhiều loại địa hình phức tạp. Năm 1939, Kegresse đã có những ý tưởng đầu tiên về hệ thống hộp số trang bị ly hợp kép. Nhưng không may là tình hình tài chính bất lợi đã ngăn cản kế hoạch phát triển xa hơn của dự án này.
Tuy nhiên hệ thống ly hợp kép chỉ được hạn chế lắp đặt trong các mẫu xe đua và hệ thống này chỉ được thương mại hóa khi Volkswagen là hang tiên phong trong việc sản xuất đại trà hộp số ly hợp kép. Hiện nay những chiếc xe trang bị công nghệ DCT được bán chủ yếu ở thị trường Châu Âu với các hang sản xuất lớn như: Volkswagen, Audi, Porsche…
4. Hộp số vô cấp CVT (continuously variable transmission)
Không giống như những hộp số tự động truyển thống, hộp số vô cấp CVT không có các cặp bánh răng ăn khớp để tạo tỷ số truyền. Điều này có nghĩa là nó không có sự ăn khớp giữa các bánh răng. Loại CVT thông thường nhất hoạt động trên một hệ thống bánh đai và dây đai truyền cho phép một sự thay đổi vô cấp và liên tục giữa giới hạn thấp nhất và cao nhất mà không có sự tách biệt riêng rẽ các vị trí số.
Khi một bánh đai tăng bán kính của nó và cái khác giảm bán kính để giữ cho dây đai luôn bám chặt vào giữa hai khối hình nón, chúng sẽ tạo ra vô số các tỷ số truyền từ mức thấp nhất cho đến cao nhất. Về mặt nguyên lý, hộp số CVT hoạt động với vô số cấp độ có thể chạy ở bất cứ thời điểm nào, đối với bất cứ loại động cơ và tốc độ xe nào của xe.
Điều đặc biệt là CVT vẫn có chế độ sang số bằng tay. Bộ điều khiển có thể ra lệnh cho dây đai chuyển lên vị trí khác một cách đột ngột, không theo kiểu tuần tự. Tuy nhiên, các hãng vẫn khuyến cáo khả năng tiết kiệm xăng chỉ tốt ở kiểu tự động.
4.1 Phân loại hộp số CVT
Phân loại hộp số vô cấp (HSVC) dùng cho ô tô được chia theo phương pháp biến đổi năng lượng truyền :
- Dạng Thuỷ Tĩnh.
- Dạng thuỷ động BMM.
- Dạng cơ khí như các bộ truyền đai cao su, đai kim loại,bánh ma sát.
- Dạng truyền động điện.
- Dạng kết hợp BMM với bộ truyền đai,truyên động kết hợp cơ khí thuỷ lực.
4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động HSVC sử dụng bộ truyền đai kim loại
Hệ thống bao gồm: hộp số, tryền lực chính lắp chung trong một vỏ, bắt liền với động cơ. Cụm hộp số được tập hợp bởi: Cơ cấu hành tinh (chỉ có tác dụng đảo chuyển chuyển động tạo số truyền lùi) và 2 li hợp khoá K1, K2 và bộ truyền đai kim loai. Bộ truyền đai vô cấp cho phép biến đổi tốc độ vô cấp và tự động điều khiển.
Dây đai kim loại tiết diện hình thang có răng và các phần tử làm việc ở trạng thái chịu nén ban đầu. Hiệu suất truyền lực lớn nhất bằng 95%. Cấu tạo dây gồm nhiều phần tử kim loại nằm trên 2 vòng thép, mỗi vòng gồm nhiều lớp thép lò xo lá ép chặt lại với nhau.
Tỉ số truyền đai thay đổi vô cấp từ 0.4 tới 2.5, khoảng động học xấp xỉ bằng 6 (tương ứng với hộp số có cấp sáu số truyền ). Trục chủ động nối với động cơ qua cơ cấu hành tinh. Trục bị động truyền mô men tới bộ truyền lực chính kép có tỉ số truyền tổng i0=7.5.
Trong hộp số có bộ điều khiển chuyển số bằng thủy lực điện từ nhằm thay đổi tự động tỉ số truyền của bộ truyền đai theo mức độ điều khiển tốc độ động cơ và điều kiện chuyển động của ô tô. Trên vỏ hộp số bố trí các van thủy lực, được điều khiển bằng cơ khí và áp lực thủy lực. Cần chọn số có các vị trí như P-R-N-D.
5. Lựa chọn phương án:
5.1 Phương án một:
- Động cơ đặt dọc, hộp số đặt dọc, cầu sau chủ động.
5.2 Phương án hai:
Động cơ đặt ngang, hộp số đặt ngang, cầu trước chủ động.
* Kết luận :
Từ hai phương án trên, với mục tiêu thiết kế hộp số vô cấp cho xe du lịch 4 chỗ ngồi và tận dụng được các ưu điểm ta chọn phương án hai: động cơ động cơ đặt ngang, hộp số đặt ngang, cầu trước chủ động.
CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN ĐAI KIM LOẠI
I. Xác định các thông số cơ bản
1. Xác định dải tỉ số truyền bộ truyền đai.
- Theo kinh nghiệm bộ truyền đai thay đổi vô cấp từ 0,40 đến 2,5. Khoảng động học xấp xỉ bằng 5,85 tương ứng với hộp số có cấp sáu số truyền.
- Dựa vào bộ truyền xe tham khảo chọn dải tỉ số truyền như sau:
ithấp = 0,48 => icao =2,1
- Chọn hệ số masat k = 0,12.
2. Xác định kích thước bánh đai hộp số CVT:
- Kích thước hộp số phụ thuộc vào đường kính các bánh đai và chiều dài khoảng cách hai tâm bánh đai.
- Để xác định yêu cầu trên, ta cần phải tính toán các tham số sau:
2.1. Đường kính bánh đai:
- Ta chọn đường kính bánh đai nhỏ là:
D1 = 80 [mm]; và bánh đai lớn là D2 vì thế :
Chọn vật liệu làm bánh đai :
Chọn theo các tiêu chí:
+ Vật liệu có hệ số masat ổn định trong điều kiện làm việc của bánh đai CVT.
+ Vật liệu có độ biến dạng tế vi ổn định trên bề mặt masat làm việc.
+ Vật liệu có độ bền về nhiệt, ứng suất, chịu được tải trọng thay đổi theo chu kỳ biến thiên ( tải trọng động).
2.3. Xác định vận tốc đai :
b. Vận tốc đai ở tỉ số truyền thấp :
- Xét lúc động cơ làm việc ở chế độ Momen xoắn cực đại : 150 (Nm).
- Tại vận tốc động cơ là : n= 3800 (vg/ ph).
- Khi đó ta có vận tốc dây đai ở tỉ số truyền thấp : Vđai =17 (m/s).
b. Vận tốc đai ở tỉ số truyền cao :
- Xét lúc động cơ làm việc ở chế độ Momen xoắn cực đại : 150 (Nm).
- Tại vận tốc động cơ là : n= 3800 (vg/ ph).
- Vận tốc quay của bánh đai chủ động là : 3800 (vg/ ph).
II. Tính bền trục
1. Tính đường kính trục đai:
Để đảm bảo trục đủ bền và đủ lớn để lắp đường dầu ta chọn các đoạn trục như sau:
D = 40(mm)
d1 = 30 (mm)
d2= 15 (mm)
2. Kiểm nghiệm bền trục:
Ta có sơ đồ lực:
- Các lực ép do xillanh thủy lực triệt tiêu. Chỉ còn lực vòng có hợp lực là Fy gây uấn trục.
- Gọi các lực đặt lên các ổ O1 và O2 lần lượt là :
Fx1, Fy1, Fz1 và Fx2, Fy2, Fz2 khi đó ta có hệ:
Fz1=Fz2= 0
Fx1 = Fx
Fy1.L1 + Fy.L2 =0
Fy2.L1 + Fy.(L1-L2) =0
=> Fy1= -3686 (N)
=> Fy2= -1229 (N)
Dấu âm chứng tỏ lực có chiều ngược lại.
2.1 Tính trục theo độ bền uốn
Vậy ta có : eu = 120,8 (MPa) <[eu] =360 (MPa)
* Kết luận: trục đủ bền uấn.
2.2 Tính trục theo bền xoắn
Khi đó ứng suất uốn xoắn tổng hợp là: et = 125,5 (MPa) <[et] =360 (MPa)
* Kết luận: trục đủ bền.
CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN HÀNH TINH
I. Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính i0
Tỷ số truyền của truyền lực chính i0 được xác định từ điều kiện đảm bảo cho ôtô đạt được vận tốc cực đại ở tay số cao nhất của hộp số cơ khí khi xe chở đầy tải.
i0 : Tỷ số truyền của tryền lực chính.
ih : Tỷ số truyền của hộp số ở tay số cao nhất. Với phương án đã chọn thì tỷ số truyền cao nhất ứng với tay số OD có tỷ số truyền bằng 0,48.
nv : Số vòng quay của động cơ khi ôtô đạt vận tốc lớn nhất : nv = 6000 (vg/ph)
vmax : Vận tốc cực đại của xe vmax = 176 (km/h)
r0 : Bán kính thiết kế của bánh xe: r0= 307,5(mm)
B : Là bề rộng của lốp.
d : Đường kính của vành lăng bánh xe
( Với xe tham khảo, có kí hiệu của lốp là : 195/60R15). Chọn λ = 0,935.
Với các số liệu trên ta có :
rb = 0,935.307,5= 287,5(mm) =0,287 (m)
Thay các giá trị vào công thức (3.1) ta có : i0 = 7,4
II. Phương trình động lực học của bộ truyền hành tinh cơ sở.
M : Bánh răng mặt trời.
T : Bánh răng hành tinh.
C : Cần dẫn.f
B : Bánh răng bao.
Vì các cặp bánh răng bánh (Z1 -Z2 ;Z2 -Z3 ;Z3 -Z4 ) là các cặp bánh răng ăn khớp trên một mặt phẳng nên các vecster.
Vậy tỉ số truyền không phụ thuộc vào bánh răng hành tinh. Khi đó ta tính được bánh răng mặt trời và bánh răng bao chỉ cần chọn bánh răng mặt trời sao cho đủ điêu kiện bền và điều khiên ăn khớp là thỏa mãn.
III. Tính toán thiết kế truyền động bánh răng
Tuy nhiên với bánh răng nghiêng thì sinh ra lực dọc trục, nếu lực dọc trục lớn thì dẫn đến các ổ bi sẽ lớn, kết cấu trục lớn. Để giảm lực chiều trục ta nên bố trí đối xứng để các lực dọc trục sinh ra sẽ tự triệt tiêu. Chọn góc nghiêng β nhỏ. Góc nghiêng β được chọn như sau :
Đối với ôtô con β = 30 - 45 độ.
Đối với ôtô tải β = 20 - 30 độ.
Với xe thiết kế ta chọn góc nghiêng β = 35 độ.
3.1. Chọn vật liệu:
Thống nhất theo quan điểm xe có thể sử dụng được sau nhiều lần đại tu, sửa chửa, thay thế và tiện cho việc sản suất hàng loạt vì vậy ta chọn vật liệu chế tạo bánh răng là như nhau. Tuy nhiên các bánh răng có cùng một môđun nên khi các bánh răng ăn khớp các bánh răng lớn sẽ chịu tải ít hơn, vì vậy mà khi bánh răng bé phải thay thế đại tu thì bánh răng lớn vẫn còn dùng được. Ta chọn là thép hợp kim 40GrNi,
3.2 Xác định ứng suất tiếp súc - ứng suất uốn cho phép:
[σH ] = σHolim.KHL/ SH (3.10.[4])
[σF ] = σFolim.KFL.KFC/ SF (3.11.[4])
Ta chọn SH = 1,2
SF = 1,55
σHolim =23HRC, ΣFolim =750
Chọn độ rắn bánh răng nhỏ HRC1 =60, bánh răng lớn HRC2 =58
σHolim1 =23HRC =23.63 =1449 , ΣFolim1 =750
σHolim1 =23HRC =23.62 =1426 , ΣFolim1 =750
- Thời gian sử dụng của ôtô bằng quãng đường hiữa 2 kỳ đại tu chia cho vận tốc trung bình : tΣ = 500 giờ
Thay các giá trị vào công thức 3.14 ta có : ntb = 2717 (vg/ph)
Thay các giá trị vào công thức (3.13) ta có :
NHE= NFE= 60.3.2717.5000 =24,45.108
Ta có NHE1 > NHO1 do đó KHL1 =1,tương tự có KHL2 =1
Vậy [σH ]1 = σHolim1.KHL/ SH = 1449.1/1,2 =1208 Mpa
[σH ]2 = σHolim2.KHL/ SH = 1426.1/1,2 =1206 Mpa
[σH ] = ([σH ]1 +[σH ]2 )/2 =( 1208 +1206)/2 =1207 Mpa <1,25[σH ]2
Và [σF ]1 = σFolim1.KFL.KFC/ SF =750.1.1/1.55= 483 MPa
[σF ]2 = σFolim2.KFL.KFC/ SF =750.1.1/1,55=483 MPa
3.3 Tính đường kính vòng lăn của bánh răng mặt trời
Thay các giá trị đã tính ở trên vào công thức (3.15) ta có : dω1 =37,5 (mm)
Lấy tròn giá trị: dω1 = 45 (mm)
Từ đó ta có :
Chiều rộng vành răng :
bω1 = ψbd . d ω1 = 0,4.45=18 (mm)
Môđun chọn trong dãy tiêu chuẩn m=1,5
Số răng bánh răng mặt trời :
Z1 = 24,3(răng ) (3.16. [4])
Quy tròn ta lấy Z1 = 24 răng
Số răng bánh răng bao Z4 :
3.4 Kiểm tra điều kiện công nghệ của các bánh răng
Bánh răng trong hộp số hành tinh thường dùng là răng trụ răng nghiêng do có ưu điểm về độ ồn nhỏ và độ bền cao. Số răng nhỏ nhất cho phép của bánh răng mặt trời là 14, bánh răng hành tinh là 10. Khi số răng của bánh hành tinh càng nhỏ thì tốc đọ quay càng cao, tốc độ lớn nhất của bánh răng hành tinh không vượt quá 7000 vg/ph.
Tính số răng của bộ hành tinh trước.
Chọn số răng bánh răng hành tinh là: Z2 = Z3 =12 (răng)
IV. Tính bền bánh răng
4.1 Sơ đồ lực tác dụng lên các bánh răng trên hộp số
Sơ đồ lực tác dụng lên các bánh răng khi xe ở số 1
+ Lực vòng
Ta có : P3 = P1 = P2 = P4 = 1707 (N)
+ Lực hướng tâm
Vậy Ri =887,3 (N)
+ Lực dọc trục
Ta có công thức tính tổng quát :
Qi = Pi.tg β (3.25)
Trong đó :
Pi : Lực vòng tác dụng lên bánh răng thứ i.
Vậy Qi = Pi.tgβ = 1707. tg35 =1195,25(N)
4.3 Kiểm nghiệm bánh răng theo sức bền tiếp xúc
Khi kiểm tra bánh răng theo sức bền tiếp xúc ta chỉ cần kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc cho bánh răng Z2 của bộ hành tinh trước.
Theo tiêu chuẩn TCVN thì bánh răng không dịch chỉnh α = 200
Đối với cặp bánh răng ăn khớp ngoài thì lấy dấu “+“.
Đối với cặp bánh răng ăn khớp trong thì lấy dấu “-“.
Thay tất cả các giá trị vừa tìm được ta thay vào công thức ta có : σtx = 1039,7 (MPa )
So sánh giá trị ứng suất tiếp xúc của bánh răng Z3 với giá trị ứng suất tiếp xúc cho phép : σtx = 1039,7 (MPa ) < [σtx]= (1000 - 2500) (MPa ) .
Vì vậy bánh rang Z3 thoả mãn điều kiện bền theo ứng suất tiếp xúc.
V. Tính toán thiết kế ly hợp - phanh
5.1. Yêu cầu cơ bản của việc tính toán thiết kế ly hợp
Phải truyền được mômen lớn của động cơ phát ra mà không bị trượt trong bất kì điều kiện sử dụng nào .
Đóng ly hợp phải từ từ, êm dịu, mở ly hợp phải dứt khoát, nhanh chóng khi ôtô chuyển số.
Các bề mặt ma sát phải thoát nhiệt tốt.
Kết cấu nhỏ gọn để giảm lực quán tính .
Dễ thay thế, chăm sóc, bảo dưỡng .
5.3. Phương pháp tính toán chung với các ly hợp - phanh
5.3.1. Tính toán ly hợp
Mômen ma sát của ly hợp được xác định theo công thức :
MS = β . Mc
Mặt khác mômen ma sát của ly hợp còn có thể được viết :
MS = β .MC = μ. P.Rc . Z
Tỷ số α =RB/ RH được chọn theo kinh nghiệm như sau :
α = 0,68 - 0,82
P : Lực ép lên các đĩa
P = p.S
* Kết luận : Qua bảng trên ta thấy các giá trị của MS > MC điều đó có nghĩa là hệ số dự trữ của ly hợp β < 1. Vì vậy mômen truyền được qua tất cả các ly hợp và hệ thống phanh đủ điều kiện làm việc.
CHƯƠNG IV
ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC
I. Phương án đề xuất điều khiển:
- Bánh đai bao gồm 2 phần:
+ Phần cố định trên trục và phần có thế trượt dọc trục.
+Trên phần di động ta bố trí hệ thống xillanh thủy lực .
+ Để thay đổi tỉ số truyền khi đó hệ thống thủy lực cung cấp đường dầu có áp ép 2 nửa bánh đai của bánh đai chủ động lại làm khoảng cách giữa chúng nhỏ lại và đồng thời làm tăng khoảng cách 2 bánh đai bị động. Hai điều này xảy ra đồng thời và ngược lại làm cho tỉ số truyền thay đổi một cách liên tục trong dải hoạt dộng của bộ truyền đai.
II. Tính toán kết cấu đề xuất:
- Dựa vào thông số kêt cấu chọn:
d4= 70(mm)
d3= 180(mm)
P =10,7 bar
+ Dựa vào áp suất cần điều khiển chọn:
- Bơm dầu trợ lực điều khiển bánh đai là bơm bánh răng ăn khớp ngoài .
- Có áp suất p= 15 bar.
- Bơm được đẫn động trực tiếp từ trục động cơ.
- Thông qua các van điều khiển mà dầu được cấp tới các xillanh điều khiển các bánh đai làm việc .
CHƯƠNG V
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CÓ CVT BẰNG CÔNG CỤ MATLAB_SIMULINK
I. Mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực trong Matlab_Simulink
1. Giới thiệu Matlab_Simulink
Matlab là một môi trường tính toán số và lập trình, được thiết kế bởi công ty Mathworks. Matlab cho phép tính toán số với ma trận, xây dựng các đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin ,thực hiện các chương trình đồng thời còn có tính tương thích với các chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác. Với các tính năng trên Matlab cho phép mô phỏng tính toán, thực nghiệm nhiều mô hình trong thực tế và kỹ thuật đặc biệt là trong thư viện Simulink.
2. Mô hình mô phỏng
2.1 Cơ sở xây dựng mô hình
Từ phương trình cân bằng công suất của ô tô:
Ne= Nt + Nf + Nω ± Ni ± Nj (5.1.[1])
Phương trình biểu thị công suất tại bánh xe chủ động:
Nk= Ne-Nt = Nf + Nω ± Ni ± Nj (5.2. [1])
Từ phương trình này có phương trình cân bằng lực kéo của ô tô:
Fk= Ff + Fω ± Fi ± Fj (5.3)
Fk : lực kéo tiếp tuyến phát ra ở bánh xe chủ động.
Ff : lực cản lăn.
Fω : lực cản không khí.
Fi : lực cản dốc.
Fj : lực cản quán tính.
Trên cở sở đó mô hình được xây dựng:
- Có hai tín hiệu đầu vào : độ mở bướm ga và góc dốc.
- Khối động cơ nhận tín hiệu độ mở bướm ga cho tín hiệu ra khối CVT.
- Khối thân xe nhận tín hiệu từ khối CVT và tín hiệu cản từ tín hiệu góc dốc.
- Khối điều khiển CVT nhận tín hiệu độ mở bướm ga,tín hiệu từ khối thân xe để điều khiển khối CVT.
2.2 Mô hình động cơ
Phương trình trên trục động cơ
Me - Mc-cvt =Idc.dωe/dt (5.5)
Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích
ge=Gnl/Ne (g/kWh) (5.7)
Ở đây ta cần quan tâm thêm một thông số rất quan trọng đó là suất tiêu hao nhiên liệu riêng có ích của động cơ đốt trong ge. Giá trị này sẽ được đưa vào mô hình giống như Me dưới dạng bảng tham chiếu. Suất tiêu thụ nhiên liệu riêng của động cơ được coi như là hàm của mô men và tốc độ vòng quay trục động cơ ge=f(Me,ne). Như vậy có nghĩa khi động cơ phát ra giá trị mô men Me ở tốc độ vòng quay ne bảng tham chiếu sẽ cho ta một giá trị ge. Dưới đây là bảng giá trị ge theo Me và ne
2.3 Mô hình CVT
Khối CVT nhận 3 tín hiệu đầu vào là tốc độ trục động cơ ne được truyền từ khối động cơ tới, tín hiệu bán kính Rp từ bộ điều khiển truyền tới và mô men cản truyền tới trục bánh đai bị động. Ba tín hiệu ra bao gồm tỷ số truyền icv t của bộ truyền đai, tốc độ quay của trục bánh đai bị động truyền tới khối truyền lực chính và Mc-cvt truyền tới trục của động cơ.
Khối CVT thực chất là một bộ truyền động đai kim loại, các thông số của bộ truyền đai được lấy từ phần tính toán với các kết quả như sau:
Chiều dài đai : l = 783.71 mm
Bán kính làm việc của bánh đai : Rmin=40mm ,Rmax=84 mm
Tỷ số truyền của bộ truyền đai : imin=0.48 ; imax = 2.1
2.5 Đề suất mô hình bộ điều khiển mờ
a. Đặt vấn đề
Với mỗi loại động cơ sẽ có một đặc tính riêng (hình 5.12) và nó cho thấy suất tiêu thụ nhiên liệu riêng của động cơ là thay đổi trong phạm vi rộng trong miền làm việc của động cơ. Và tồn tại một tập hợp các điểm làm việc tối ưu của ĐC (H 5.12). Ứng với giá trị công suất của động cơ phát ra sẽ ứng với một giá trị ne gọi là tốc độ tối ưu hay mong muốn đạt được, khi động cơ làm việc ở chế độ này thì xuất tiêu hao nhiên liệu riêng của động cơ là nhỏ nhất.
Mặt khác khi xe đang hoạt động ổn định ở một chế độ nào đó giả sử điểm làm việc của động cơ là A (Hình 5.13) do điều kiện thay đổi, chẳng hạn cần tăng công suất động cơ và khi dần ổn định ở trạng thái mới thì điểm làm việc của động cơ sẽ chuyển ngẫu nhiên từ A về một trong các điểm B1, B2, B3, trên cùng một đường cong công suất. Nhưng ta thấy tại mỗi điểm B1 ,B2 , B3 động cơ sẽ có một suất tiêu thụ nhiên liệu riêng ge là rất khác nhau và nhỏ nhất tại B2.
b. Đề xuất bộ điều khiển mờ
Khối điều khiển sẽ nhận 5 tín hiệu đầu vào và cho ra 2 tín hiệu ra. 5 tín hiệu đầu vào gồm sai lệch tốc độ của ô tô so với giá trị yêu cầu, tốc độ biến thiên sai lệch đó, độ mở bướm ga, tốc độ động cơ đốt trong và tốc độ động cơ đốt trong tối ưu. Hai tín hiệu ra gồm tìn hiệu hiệu chỉnh mức tải động cơ đốt trong và độ hiệu chỉnh bán kình làm việc R bánh đai chủ động (bán kính làm việc bánh đai bị động sẽ thay đổi theo)
* Thành phần I:
Thành phần thứ nhất của bộ điều khiển sẽ nhận các tín hiệu đầu vào gồm có:
- Độ sai lệch giữa vận tốc người lái yêu cầu với vận tốc thực tế của ô tô (km/h).
- Tốc độ biến thiên sai lệch đó.
- Tốc độ động cơ ne
* Thành Phần II: thành phần điều khiển tối ưu
Thành phần thứ II của bộ điều khiển sẽ nhận các tín hiệu đầu vào gồm có:
- Độ sai lệch giữa tốc độ tối ưu với vận tốc thực tế của của động cơ (rad/s).
- Tốc độ biến thiên sai lệch đó .
- Tốc độ động cơ ne
Gía trị nopt là tốc độ động cơ mong muốn đạt được ứng vói mỗi giá trị công suất động cơ phát ra. Do vậy ta lập bảng tham chiếu giá trị nopt theo công suất của động cơ.
2. Mô phỏng hệ thống
* Mô phỏng hệ thống với xe du lịch cỡ nhỏ, công suất cực đaị của động cơ 83kw. Động cơ đặt trước cầu trước chủ động
* Quá trình mô phỏng bắt đầu khi ô tô hoạt động ổn định ở một chế độ nào đó dưới tác động của bộ điều khiển. Sau đó điều kiện làm việc thay đổi và dần chuyển về làm việc tại điểm cân bằng mới. Ta sẽ tiến hành khảo sát trong 2 trường hợp sau:
- Ô tô đang hoạt động với tốc độ ổn định V.
- Ô tô đang chạy trên đường bằng với tốc độ không đổi lên dốc.
Tất cả các kết quả mô phỏng được thực hiện trong các điều kiện sau:
- Khối lượng m của xe không thay đổi m=1200 kg.
- Trên cùng một loại đường, điều kiện thời tiết.
- Không xét đến quá trình phanh xe, bỏ qua sự trượt của li hợp.
a. Trường hợp 1:
Ta tiến hành mô phỏng với thời gian mô phỏng là 100s. Khi xe đang chạy ổn định ở tốc độ 100 km/h (trước đó thành phần điều khiển tối ưu chưa hoạt động ) tại thời điểm 120s ta cho thành phần điều khiển tối ưu hoạt động. Các tín hiệu được lấy ra theo dõi gồm có :
- Vận tốc ô tô V tính theo km/h.
- Độ chênh lệch tốc độ thực tế của trục động cơ ne và tốc độ tối ưu ứng với công suất của động cơ (vòng/phút).
- Mức tiêu hao nhiên liệu động cơ.
* Nhận xét :
Với trường hợp này ta nhận thấy. Trước thời điểm 120s vận tốc của ô tô là ổn định với tốc độ V=100 km/h. Khi đó động cơ làm việc tại điểm cân bằng A(ne,Me) theo kết quả trên thì tốc độ động cơ ne ổn định ở giá trị 3450vòng/phút và mô men Me phát ra trên trục động cơ là 65Nm. vậy A(3450,65) (Hình 5.20).
b. Trường hợp 2 :
-Mô phỏng xe tăng tốc tới vận tốc V=55 km/h, khi xe chuyển động ổn định thành phần điều khiển tối ưu tham gia điều khiển (bắt đầu từ giây thứ 50). Khi xe đã ổn định nên dốc với góc dốc 50 (bắt đầu từ giây thứ 80). Và mong muốn vận tốc của xe là không đổi cũng trong quá trình chuyển động. Thời gian mô phỏng là 150s
* Nhận xét:
Với trường hợp thứ 2 ta nhận thấy. Trước thời điểm 50s vận tốc của ô tô là ổn định với tốc độ V=55 km/h. Khi đó động cơ làm việc tại điểm cân bằng A(ne,Me) theo kết quả trên thì tốc độ động cơ ne ổn định ở giá trị 2250 vòng/phút và mô men Me phát ra trên trục động cơ là 25Nm. vậy A(2250,25) (Hình 4.30). Tới thời điểm 80S thì động cơ vẫn làm việc tại A
Tới thời điểm 80s thì xe bắt đầu lên dốc, do điều kiện cản thay đổi (tăng do có thành phần cản lên dốc) nên mô men cản trên trục động cơ tăng dẫn đến vận tốc ô tô giảm. Ô tô chuyển động không ổn định và khi đó bộ điều khiển điều chỉnh đồng thời tăng tỉ số truyền và độ mở bướm ga(không có thành phần tối ưu tham gia điều khiển). Sau đó ô tô chuyển định ổn định trở lại và động cơ chuyển sang trang thái làm việc khác. Ta thấy khi ổn định ne= 2300 vòng/phút, Me= 100 Nm. Điểm cân bằng mới của động cơ B'(2230,100).
* Kết Luận :
Như vậy với bộ điều khiển được đề xuất sẽ tự động điều khiển tốc độ động cơ đốt trong sao cho trong quá trình hoạt động luôn có điểm làm việc tối ưu nhất (tính kinh tế nhiên liệu) bằng cách thay đổi bán kính Rp (thay đổi tí số truyền icvt) của bánh đai chủ động và tự động hiệu chỉnh độ mở buớm ga động cơ nhằm thay đổi giá trị mô men cản Mc-cvt truyền đến trục động cơ, mô men động cơ phát ra để đưa tốc động cơ về gần với giá trị tối ưu nhất.
CHƯƠNG VI
THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT BÁNH ĐAI DI TRƯỢT
I. Phân tích chức năng làm việc của chi tiết
Chi tiết gia công phần di động của bánh đai chi tiết thuộc dạng trục. trong quá trình làm việc chịu mài mòn ở các bề mặt làm việc.
1.1. Yêu cầu kỹ thuật cơ bản
Yêu cầu kỹ thuật quan trọng nhất là độ đồng tâm giữa mặt làm việc của bánh đai với mặt lỗ, giữa mặt ngoài và mặt lỗ,độ vuông góc giữa mặt đầu và đường tâm.
1.2. Chọn dạng sản xuất
Dạng sản xuất là hàng loạt vừa.
1.3. Phương pháp chế tạo phôi
Do các đặc điểm của chi tiết như
- Sản xuất hàng loạt vừa
- Vật liệu là thép hợp kim
- Chi tiết hình khối.
Phôi được dùng là phôi đúc.
II. Thiết kế quy trình công nghệ
2.1. Xác định đường lối công nghệ
Sau khi phân tích kết cấu chi tiết và dạng sản xuất phương án phân tán nguyên công trên các máy thông dụng là phương phương án được chọn.
2.2. Các nguyên công
a. Nguyên công 1:
- Gia công lỗ và mặt đầu.trên máy tiện T616.
- Định vị kẹp chặt bằng mâm cặp ba chấu tự định tâm ,hạn chế 5 bậc tự do.
- Bước công nghệ 1: Tiện lỗ Ø35+0,025.
- Bước công nghệ 2: Khỏa mặt đầu
- Bước công nghệ 3: Vát mép 1x 45
c. Nguyên công 3 : Gia công rãnh bi
d. Nguyên công 4 : Gia công rãnh phớt
e. Nguyên công 7 : Gia công mài các bề mặt làm việc
f. Nguyên công 8: Kiểm tra dung sai độ côn của bề mặt làm việc
2.3 Tra chế độ cắt cho các nguyên công
a. Nguyên công 1:Gia công trên máy tiện T1616
Vật liệu lưỡi cắt chọn thép gió P9
* Tiện thô lỗ: chiều sâu cắt t=1mm
Tra bảng 5.61 [9] có các chế độ cắt sau
Lượng chạy dao S=0.1mm/vòng
Tốc độ cắt v=96 m/ph.
* Tiện tinh: Tra bảng 5.19 [9] có
Chiều sâu cắt t=0.15mm
Lượng chạy dao S=0.15mm/vòng
Tốc độ cắt v=100 m/ph.
Tiện mặt đầu:
chiều sâu cắt t=1mm
Lượng chạy dao S=0.1mm/vòng
Tốc độ cắt v=90 m/ph.
*Vát mép 0.5x450 :
chiều sâu cắt t=0.15mm
Lượng chạy dao S=0.15mm/vòng
Tốc độ cắt v=100 m/ph.
b. Nguyên công 2:
Tiện mặt trụ ngoài Ø60
* Tiện thô:
Chiều sâu cắt t=2.5 mm
Tra bảng 5.60 [9] có các chế độ cắt sau
Lượng chạy dao S=0.3mm/vòng
Tốc độ cắt v=52 m/ph.
* Tiện tinh mặt trụ ngoài: Tra bảng 5.62 [9] có
chiều sâu cắt t=0.15mm
Lượng chạy dao S=0.1mm/vòng
Tốc độ cắt v=106 m/ph
* Gia công mặt đầu còn lại:
Chiều sâu cắt t=1mm
Lượng chạy dao S=0.1mm/vòng
Tốc độ cắt v=90 m/ph
CHƯƠNG VII
KẾT LUẬN
Sau một thời gian gần 3 tháng làm đồ án tốt nghiệp, được sự hướng dẫn tận tình của thầy : PGS.TS.................... chúng em đã hoàn thành việc thiết kế hộp số CVT cho ô tô con đúng tiến độ được giao. Trong quá trình tính toán với sự hướng dẫn của thầy, em đã giải quyết được những khúc mắc, khó khăn trong việc thiết kế và đã vận dụng linh hoạt kiến thức của các môn học cơ bản và chuyên nghành vào việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.
Khi hoàn thành, đồ án thiết kế hệ thống hộp số CVT cho ô tô con đã đạt được các kết quả sau:
- Nắm bắt được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống TLVC có CVT
- Tính toán thiết kế hệ thống.
- Đề xuất phương án điều khiển thủy lực.
- Thiết kế quy trình công nghệ gia công điển hình.
- Mô hình hoá và mô phỏng hệ thống trên máy tính.
Tuy nhiên do tính chất là một đề tài mới, tư liệu còn hạn chế nên việc lắm bắt rõ ràng các vấn đề vẫn chưa được hoàn thiện. Đặc là sự trượt giữa bánh đai và đai, hiệu suất của bộ truyền ..Và phần mô phỏng hệ thống. Ở đây mô hình khối CVT mới được xây dựng đơn giản hóa và cần tiến tới việc khảo sát được sự trượt, hiệu suất của bộ truyền trong suốt quá trình làm việc.
Đồ án ngoài việc thiết kế tính toán hệ thống cơ khí, được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy : PGS.TS.................... nên em đã tìm hiểu thêm về hệ thống điều khiển tự động, đây là một phần mới nên em đã gặp nhiều khó khăn. Vì thời gian có hạn, đồ án của em mới chỉ hoàn thiện trên phương diện tổng thể của hệ thống và đi vào thiết kế cụ thể hệ thống cơ khí. Về hệ thống điều khiển em mới xây dựng được mô hình tổng quan của hệ thống và sơ đồ nguyên lý làm việc của các thiết bị. Nếu thời hạn cho phép thêm, em sẽ đi sâu vào tính toán cụ thể, thiết kế hệ thống điều khiển.
Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng vì thời gian hoàn thiện có hạn, cũng như các kiến thức thực tế còn chưa nhiều nên trong quá trình hoàn thiện em không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong sự chỉ bảo của các thầy, cô trong bộ môn để em hoàn thiện tốt hơn đồ án tốt nghiệp này.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy : PGS.TS.................... và các thầy, cô trong bộ môn Ôtô - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng: Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa khọc và kỹ thuật.
2. Nguyễn Trọng Hoan : Bài giảng Thiết kế tính toán ôtô.
4. Nguyễn Khắc Trai : Cấu tạo hệ thống truyền lực ôtô con , NXB khoa học và kỹ thuật 2001.
5. Ninh Đức Tốn : Dung sai và lắp ghép, NXB Khoa học và kỹ thuật 2000
6. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài,
Lê Thị Vàng : Lý thuyết ôtô máy kéo ,NXB Khoa học và kỹ thuật 2005
7. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển : Thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1, 2 , NXB Giáo Dục 2006
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"