MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH.....................................................................................................................................................................2

DANH MỤC BẢNG............................................................................................................................................................................3

LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................................................................................................4

CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU XE VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.............................................................. 5

1.1. Phân tích kết cấu cầu xe.............................................................................................................................................................5

1.1.1. Công dụng................................................................................................................................................................................5

1.1.2. Yêu cầu....................................................................................................................................................................................5

1.1.3. Phân loại..................................................................................................................................................................................6

1.2. Phân tích kết cấu các chi tiết của cầu chủ động.........................................................................................................................7

1.2.1. Phân tích kết cấu các loại truyền lực chính.............................................................................................................................7

1.2.2. Phân tích kết cấu các loại vi sai..............................................................................................................................................20

1.2.3. Phân tích kết cấu các loại bán trục.........................................................................................................................................28

1.2.4. phân tích kết cấu vỏ cầu dầm cầu..........................................................................................................................................31

1.3. Chọn phương án thiết kế...........................................................................................................................................................36

CHƯƠNG 2. THIẾT KÊ MỘT SỐ CHI TIẾT CƠ BẢN TRÊN CẦU CHỦ ĐỘNG.............................................................................38

2.1 Xác định các thông số cơ bản....................................................................................................................................................37

2.2 Tính toán các chi tiết của cầu xe................................................................................................................................................38

2.2.1 Tính toán thiết kế truyền lực chính đơn loại Hipôit..................................................................................................................38

2.2.2 Tính toán vi sai bánh răng côn đối xứng..................................................................................................................................45

2.2.3 Tính toán bán trục giảm tải hoàn toàn.....................................................................................................................................48

2.2.4 Tính toán dầm cầu...................................................................................................................................................................48

2.3 Kiểm tra bền các chi tiết của cầu xe...........................................................................................................................................48

2.3.1 Kiểm tra bền truyền lực chính..................................................................................................................................................48

2.3.2 Kiểm tra bền vi sai....................................................................................................................................................................51

2.3.3 Kiểm tra bền bán trục..............................................................................................................................................................54

2.3.4 Kiểm tra bền dầm cầu..............................................................................................................................................................55

CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CẦU CHỦ ĐỘNG BẰNG PHẦN MỀM INVENTOR...... 61

3.1 Mô phỏng các chi tiết của cầu chủ động bằng phần mềm inventor............................................................................................60

3.1.1 Bánh răng vi sai, bánh răng bán trục, bánh răng vành chậu, bánh răng chủ động ................................................................60

3.1.2 Bán trục, trục vi sai..................................................................................................................................................................65

3.2  Mô phỏng chuyển động của cầu chủ động bằng inventor.........................................................................................................68

3.2.1 Mô phỏng chuyển động tiến lùi của cầu chủ động bằng inventor............................................................................................68

3.2.1 Mô phỏng chuyển động rẽ trái, rẽ phải của cầu chủ động bằng inventor................................................................................71

KẾT LUẬN……………………………………………….….…….................................................................................................….....80

TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………..……........................................................................................................81

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, nhu cầu về các phương tiện quân sự linh hoạt và có khả năng di chuyển nhanh chóng trên mọi địa hình một cách an toàn và hiệu quả là một yêu cầu cấp bách. Chính vì vậy, dự án thiết kế cầu xe ô tô mà tôi trình bày hôm nay không chỉ là một bước tiến quan trọng mà còn là một cơ hội để đáp ứng nhu cầu này một cách hiệu quả và đáng tin cậy.

Mục tiêu của đồ án này không chỉ là xây dựng một cấu trúc vững chắc có khả năng chịu tải trọng lớn cho xe mà còn là tạo ra một hệ thống cầu xe linh hoạt, dễ di chuyển và dễ lắp ráp trong mọi điều kiện địa hình và thời tiết. Tôi tin rằng việc thiết kế cầu này không chỉ giúp nâng cao khả năng di chuyển của các đơn vị quân sự mà còn góp phần vào việc bảo vệ an ninh và sự tự do của quốc gia.

Để có điều kiện tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động ,nguyên lý làm việc thực tế của ôtô và quy trình tính toán thiết kế, mô phỏng được cụm chi tiết cầu chủ động, tôi đã được giao cho thực hiện đồ án “Tính toán thiết kế cầu chủ động cho xe dẫn động cầu sau ”. Trong thời gian qua, được sự hướng dẫn tận tình của thầy: Trung tá, thạc sĩ ………………… cùng sự tìm tòi của bản thân,tôi đã hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên trong đó không tránh khỏi những thiếu sót, tôi kính mong sự chỉ bảo của thầy để đề tài này được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cám ơn !

CHƯƠNG 1

PHÂN TÍCH KẾT CẤU CẦU XE VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1.1. Phân tích kết cấu cầu xe

Cầu xe chủ động là tổng thành cuối cùng trong hệ thống truyền lực. Nó có chức năng là tăng mômen, truyền mômen và phân phối mômen xoắn tới các bánh xe chủ động. Mặt khác nó còn nhận phản lực từ mặt đường tác dụng lên và đỡ toàn bộ phần trọng lượng của xe phân bố lên cầu.

1.1.1. Công dụng

Cầu chủ động là bộ phận cuối cùng trong hệ thống truyền lực, tùy theo kết cấu ta có cầu chủ động đặt phía sau hộp số, nối với hộp số hay hộp phân phối bởi trục truyền động các đăng, hoặc cầu chủ động và hộp số được đặt trong một cụm. Công dụng:

- Là giá đỡ và giữ hai bánh xe chủ động.

- Phân phối mômen của động cơ đến hai bánh xe chủ động để xe chuyển động tiến  hoặc lùi.

1.1.2. Yêu cầu

- Bảo đảm truyền lực đều, có tỉ số truyền phù hợp với chất lượng kéo và tính kinh tế nhiên liệu

Cơ sở để xác định i₀ nhằm đảm bảo vận tốc lớn nhất V_tmax của ô tô: (Theo tài liệu [1])

- Kích thước nhỏ gọn, đảm bảo tăng khoảng sáng gầm xe. Kích thước của cầu xe có liên quan đến bố trí chung của ô tô và nâng cao tính năng thông qua cho ô tô. Khi sử dụng truyền lực chính hypoit hay sử dụng truyền lực chính kép có thể đảm bảo yêu cầu này.

- Trọng lượng nhỏ để giảm tải trọng động khi xe chạy trên đường không bằng phẳng. Cầu xe là khối lượng phần không treo của ô tô có nhiệm vụ đỡ toàn bộ khối lượng của ô tô. Việc xuất hiện tải trọng động do cầu xe gây ra có thể ảnh hưởng xấu tới tính êm dịu của ô tô trong quá trình chuyển động trên đường không bằng phẳng. Để giảm trọng lượng cầu xe thì các bộ truyền cần phải có kích thước nhỏ gọn. Trong thực tế có thể sử dụng bộ truyền bánh răng côn xoắn truyền lực chính hypoit hay trục vít - bánh vít có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn so với các bộ truyền bánh răng thông thường.

1.1.3. Phân loại

Cầu xe có 3 loại:

- Cầu chủ động

- Cầu chủ động dẫn hướng

- Cầu bị động dẫn hướng.

1.2. Phân tích kết cấu các chi tiết của cầu chủ động

1.2.1. Phân tích kết cấu các loại truyền lực chính

a. Công dụng

- Truyền lực chính là một cụm truyền lực dùng để tăng và đổi phương truyền một góc 90° mô men xoắn từ truyền động các đăng, truyền mô men xoắn đó đến các bánh xe chủ động thông qua bộ vi sai, bán trục (truyền mô men xoắn cho các trục ra có đường tâm trục vuông góc với trục vào).

- Thay đổi tỷ số truyền của hệ thống truyền lực.

c. Yêu cầu

- Đảm bảo tỉ số truyền cần thiết, kích thước và trọng lượng nhỏ, khoảng sáng gầm xe đạt yêu cầu tính năng thông qua của xe. Yêu cầu này được đặt ra nhằm bảo đảm yêu cầu chất lượng kéo, tính kinh tế nhiên liệu của ô tô, đồng thời nhằm giảm tải trọng động khi xe chạy trên đường không bằng phẳng. Truyền lực chính hypoit hay sử dụng truyền lực chính kiểu trục vít - bánh vít là các bộ truyền đảm bảo tốt yêu cầu này.

- Có hiệu suất cao khi vận tốc góc và nhiệt độ thay đổi. Trong quá trình hoạt động trên đường thì tốc độ của ô tô thường xuyên thay đổi do điều kiện chuyển động cũng biến đổi liên tục do đó mà vận tốc góc và nhiệt độ của truyền lực chính cũng thường xuyên thay đổi làm cho hiệu suất truyền động truyền lực chính cũng biến đổi theo.

d. Phân tích kết cấu các truyền lực chính ô tô

- Loại bánh răng côn răng thẳng:

Truyền lực chính bánh răng côn thẳng hiện nay ít được sử dụng trên ô tô

nhưng nó là cơ sở để chế tạo các loại truyền lực chính bánh răng côn xoắn và hypoit. Truyền lực chính bánh răng côn thẳng có ưu điểm là đơn giản, dễ chế tạo, giá thành hạ và trong quá trình lắp ráp không yêu cầu quá cao về ăn khớp của cácbánh răng. 

- Loại bánh răng côn răng xoắn ( β₁ ≠ β₂ )

Loại truyền lực chính này dùng phổ biến trên ô tô hiện nay. Số răng bánh răng chủ động có thể giảm tới 5 mà bộ truyền vẫn ăn khớp tốt và đủ bền, tăng được tỉ số truyền i₀, khi cùng kích thước với bánh răng bị động của truyền lực chính răng nón răng thẳng. Làm việc êm dịu ngay cả khi tốc độ quay lớn nhờ đó mà có thể sử dụng được cả với động cơ cao tốc. 

Khi chế tạo bánh răng người ta cố tạo ra điều kiện các răng ăn khớp theo vùng nghĩa là khi ăn khớp sẽ tiếp xúc theo một phạm vi trên bánh răng chứ không phải cả răng. Muốn thế bán kính cong của bánh răng bị động sẽ lớn hơn một chút so với bán kính cong của bánh răng chủ động.

- Truyền động hypoit:

Trong truyền lực chính đơn, truyền lực chính hypoit ngày càng được sử dụng rộng rãi và lấn át vị trí của các loại truyền lực chính khác. Trên các xe GAZ - 66, GAZ - 53,... sử dụng loại truyền lực chính này.

- Ứng suất tiếp xúc trên các răng của truyền động hypôit nhỏ hơn so với bánh răng nón răng cong do có bề mặt tiếp xúc giữa các răng lớn hơn.

Độ bền mỏi của truyền động hypôit tốt.

+ Cặp bánh răng côn răng cong: 200.000 chu kỳ

+ Truyền lực chính hypôit: 1.135.000 chu kỳ

+ Có cặp tới 5.000.000 chu kỳ ăn khớp mà chưa có dấu hiệu hỏng vỡ.

- Truyền động trục vít bánh vít

Trên ô tô khi cần tỉ số truyền lớn mà kích thước lại nhỏ gọn có thể sử dụng truyền động trục vít bánh vít. Trục vít có thể đặt trên hoặc đặt dưới bánh vít.

- Truyền lực chính kép

Truyền lực chính kép được sử dụng ở những cầu xe cần tỉ số truyền lớn, khoảng cách vỏ vi sai với mặt đường lớn. Nó thường gồm 2 cặp bánh răng: 1 cặp bánh răng côn và 1 cặp bánh răng trụ có tỷ số truyền i₀= 7 ÷ 12. Thông thường truyền lực chính kép được áp dụng trên những xe tải trung bình và lớn, ô tô buýt có số chỗ ngồi trung bình và nhiều. Tuy nhiên, truyền lực chính kép cũng được dùng trên các ô tô có tải trọng trung bình có tính năng thông qua cao,

- Truyền lực chính kép trung tâm :

Cặp bánh răng côn xoắn và cặp bánh răng trụ được bố trí thành một cụm. Khi đó hai cặp bánh răng ăn khớp đặt trong cùng một vỏ cầu và vi sai đặt ngay sau cặp bánh răng thứ hai. Phương án này trục của bánh răng côn và trục của bánh răng trụ nằm trong một mặt phẳng và vuông góc với nhau.

- Truyền lực chính kép bố trí tách cụm:

Thường bánh răng côn cùng bộ vi sai ở trung tâm còn các bánh răng trụ đặt ở sườn xe hình thành hộp giảm tốc bánh xe (truyền lực cạnh).Truyền lực cạnh có thể là cặp bánh răng trụ ăn khớp trong, ăn khớp ngoài hoặc bộ truyền hành tinh.

1.2.2. Phân tích kết cấu các loại vi sai

Khi xe quay vòng hoặc chuyển động trên đường mà sức cản hai bên bánh xe

không bằng nhau thì các bánh xe chủ động sẽ đi được những đoạn đường không bằng nhau trong cùng một khoảng thời gian. Trong những trường hợp đó để đảm bảo cho các bánh xe lăn với tốc độ góc khác nhau và không xảy ra trượt, cần thiết phải có cơ cấu vi sai (hai bậc tự do). Khi đó, các bánh xe của một cầu có thể chuyển động với vận tốc góc khác nhau.

a. Công dụng

Vi sai đặt giữa các bánh xe chủ động của một cầu nhằm bảo đảm cho các bánh xe đó quay với vận tốc khác nhau khi xe vòng, hoặc chuyển động trên đường không bằng phẳng, hoặc có sự khác nhau giữa bán kính lăn của hai bánh xe, đồng thời phân phối lại mô men xoắn cho hai nửa trục trong các trường hợp nêu trên.

b. Phân loại

- Theo công dụng chia thành 3 loại

+ Vi sai giữa các bánh xe

+ Vi sai giữa các cầu

- Theo mức độ tự động chia thành 3 loại

+ Vi sai không có hãm

+ Vi sai có hãm bằng tay

+ Vi sai có hãm tự động

- Theo giá trị hệ số hãm chia thành

+ Vi sai ma sát trong nhỏ (k_σ = 0 ÷ 0,2 )

+ Vi sai ma sát trong lớn ( k_σ = 0.2 ÷ 0.7 )

c. Yêu cầu

+ Phân phối mô men xoắn từ động cơ cho các bánh xe hay các cầu theo tỉ lệ cho trước, phù hợp với mô men bám của bánh xe (hay cầu xe) với mặt đường. Muốn tăng khả năng chuyển động cho ô tô tốt hơn hết là phân phối mô men xoắn theo tỷ lệ mô men bám với đất của mỗi bánh xe hay mỗi cầu. Thực tế trong quá trình chuyển động mô men bám với đất của các bánh xe hay mỗi cầu là khác nhau do điều kiện đường là không giống nhau tại các vị trí khác nhau.

d. Phân tích kết cấu các loại vi sai

- Vi sai giữa các bánh xe

+ Vi sai đối xứng

Vi sai đối xứng thuộc loại có ma sát trong nhỏ. Ở ô tô hiện nay, phần lớn dùng vi sai loại này. Sự khác nhau của vi sai đối xứng lắp trên các ô tô chỉ khác nhau ở số bánh răng vi sai, kết cấu vỏ hộp vi sai, các bánh răng bán trục và kích thước của các bánh răng cơ cấu vi sai.

+ Số lượng bánh răng hành tinh phụ thuộc vào giá trị mô men xoắn Mo Thường có 2 hoặc 4 bánh răng hành tinh.

+ Mặt bích của vỏ vi sai dùng để lắp ghép vành răng bị động của truyền lực chính.

+ Giữa các mặt tì của các bánh răng hành tinh với vỏ vi sai thường có dạng chỏm cầu và có đặt các đệm đồng để giảm ma sát.

- Vi sai tăng ma sát trong

Vi sai tăng ma sát trong được dùng nhiều trong ô tô trong thời gian gần đây.

- Tăng ma sát trong đối với loại bánh răng côn đối xứng bằng cách thiết kế thêm kết cấu một ly hợp đĩa ma sát hoặc các khớp ma sát.

- Dùng khớp gài cứng vi sai (hạn chế một bậc tự do) thường là khớp gài kiểu chốt hoặc ly hợp vấu.

1.2.3. Phân tích kết cấu các loại bán trục

a. Công dụng

- Truyền mômen xoắn từ truyền lực chính đến các bánh xe chủ động

- Chịu một phần tải trọng từ mặt đường truyền lên qua bánh xe.

b. Phân loại

+ Theo kết cấu của cầu :

- Cầu liền .

- Cầu rời.

+ Theo mức độ chịu lực hướng kính và lực chiều trục :

- Loại bán trục không giảm tải.

- Loại bán trục giảm tải một nửa.

d. Phân tích kết cấu các loại bán trục

Tùy thuộc vào mức độ chịu tải, bán trục được chia thành 4 loại:

- Bán trục không giảm tải

+ Đầu trong và đầu ngoài của bán trục đều tì trực tiếp lên ổ đỡ.

+ Bản chất của kết cấu này là bảo đảm rằng sức mạnh hoặc tải trọng được truyền qua trục mà không gặp phải mất mát lớn do ma sát hoặc lệch khỏi trục.

Các thành phần của kết cấu này thường được thiết kế để chịu được tải trọng lớn mà không gây ra độ uốn cong hay biến dạng không mong muốn.

- Mô men xoắn từ động cơ: M_x

- Phản lực thẳng đứng từ bánh xe: Z_bx

- Lực kéo P_k.

- Lực phanh P_p.

- Lực cản trượt ngang

+ Tải trọng

- Mô men xoắn từ động cơ truyền xuống: M_x = P_k.r_k

- Mô men phanh khi phanh trục truyền

- Bán trục không chịu mô men phanh ở bánh xe qua guốc phanh, lực dọc, lực ngang Y_k, (mô men phanh ở cơ cấu phanh sẽ truyền qua dầm cầu).

- Các lực tác dụng lên bán trục trong mặt phẳng thẳng đứng ngang xe:

+ Phản lực R; và mô men uốn do R, gây ra với tay đòn là b: M_R = R_k .b

+ Mô men uốn do Y_k, gây ra: M_y = Y_k.r_k

- Các lực tác dụng trong mặt phẳng thẳng đứng dọc xe:

+ Lực kéo, lực phanh và các mô men uốn do chúng gây ra:

M_pk=P_k.b;  M_p=P_p.b

d. Bán trục giảm tải hoàn toàn

+ Đặc điểm kết cấu:

Loại này khác với loại 3/4 là gối đỡ phía ngoài gồm hai ổ đỡ đặt gần nhau.

Kết cấu này thường có hiệu suất làm việc cao, giúp tiết kiệm năng lượng và tăng cường hiệu quả trong quá trình vận hành.

Cấu trúc được thiết kế sao cho việc bảo dưỡng và bảo trì dễ dàng, đảm bảo hiệu suất hoạt động lâu dài.

- Mô men xoắn M_k hoặc M_p (khi phanh trục truyền).

- Mô men M_k = P_r.r_{k ;}  M_p = P_b.b  từ phía đường tác dụng lên khi phanh trục truyền

- Các lực P_k,  Y_k,  R_k  sẽ không truyền đến trục mà chỉ truyền đến dầm cầu. Mô men M_Ψ = ± Y _r.r_k  do ổ đỡ chịu

1.3. Chọn phương án thiết kế

Từ yêu cầu của đề bài và xe tham khảo là loại xe tải nhỏ KIA K135 ta chọn phương án thiết kế cầu sau chủ động, động cơ đặt trước dẫn động cầu sau với:

- Truyền lực chính đơn loại Hipoit nhằm:

+ Đảm bảo kết cấu cứng vững hơn, ăn khớp êm không gây ra tiếng ồn khi làm việc trong thời gian dài

+ Có kích thước nhỏ gọn, tạo được khoảng sáng gầm xe và thõa mãn tính ổn định của ô tô khi chuyển động với vận tốc cao.

- Loại visai đối xứng giữa các bánh xe, loại bánh răng visai và bánh răng bán trục là bánh răng côn răng thẳng nhằm giảm tiếng ồn khi làm việc.

+ Kết cấu nhỏ gọn dễ bố trí và cũng dễ chế tạo phù hợp với khả năng chế tạo cũng như bảo dưỡng sữa chữa ở trong quân đội cũng như ở trong nước.

- Bán trục giảm tải hoàn toàn.

+ Tăng tuổi thọ cho bán trục vì chỉ chịu mômen từ động cơ truyền xuống

CHƯƠNG 2

THIẾT KÊ MỘT SỐ CHI TIẾT CƠ BẢN TRÊN CẦU CHỦ ĐỘNG

2.1 Xác định các thông số cơ bản

Từ yêu cầu của đề bài thiết kế cầu chủ động dẫn động cầu sau và ưu nhược điểm đã phân tích ở chương 1 ta có phương thiết kế với:

- Truyền lực chính đơn loại Hipôit

- Loại visai đối xứng giữa các bánh xe, loại bánh răng visai và bánh răng bán trục là bánh răng côn răng thẳng

- Bán trục giảm tải hoàn toàn

Các thông số phù hợp với xe tham khảo: KIA K135 như bảng 2.1.

Dựa trên thông số của xe tham khảo để lựa chọn thông số  trước khi tính toán thiết kế như sau:

- Trọng lượng toàn tải: 3055 kg

- Tải trọng phân bố lên cầu chủ động: G₂= 1835 kg

- Hệ số bám đường: φ_max = 0.85

2.2 Tính toán các chi tiết của cầu xe

2.2.1 Tính toán thiết kế truyền lực chính đơn loại Hipôit

Tính toán truyền lực chính ta tiến hành như sau:

- Tính tỉ số truyền lực chính

- Chọn chế độ tải trọng tính toán

- Xác định các kích thước cơ bản của bộ truyền

- Xác định các lực tác dụng lên bộ truyền

- Tính toán kiểm bền cho bộ truyền

a. Tính tỉ số truyền truyền lực chính

Từ công thức đảm bảo vận tốc lớn nhất của xe ta tính được tỉ số truyền của truyền lực chính: i₀ = 4,3

b. 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:

- Momen tính toán M_tt

Thay số ta được: M_tt = 708(N.m)

- Ngoài ra truyền lực chính còn chiệu ảnh hưởng của Momen theo khả năng bám: 1012 (N.m).

Vậy ta chọn Momen tính toán M_tt = 708 N.m

c. Chọn thông số kích thước của truyền lực chính

Yêu cầu cặp bánh răng truyền lực chính phải đảm bảo độ dẻo do đó ta chọn vật liệu chế tạo bánh răng là thép hợp kim trung bình: 15HM (Có độ sâu thấm Cacbon là 0,9 1,8 mm), có độ cứng HRC=60 và có các giá trị ứng suất cho phép là [σ_tx]= 3500 (MN/m2) .

- Góc ăn khớp: α = 20^o, hệ số dịch chỉnh chọn: x₁ = x₂ = 0,55

- Chọn số răng của bánh răng chủ động theo tỉ số truyền :Z₁ = 6

- Do đó số răng của bánh bị động: Z₂ = 6.4,3 = 25,8 ta chọn Z₂ = 26

- Tính lại i₀ = 26/6 = 4,3

- Modun pháp tuyến m_n: m_n = 9,6

- Modun pháp tuyến trung bình m_s: m_s = 8,5

- Góc xoắn răng β₂

=> Thay số được: β₂=25,2⁰

- Đường kính vòng chia đáy lớn: D_c = m_s.Z

D_c1 = 51 (mm)    ;  D_c2 = 22 (mm)

- Chiều cao ren đáy lớn: h = 2,2.m_s

Thay số được: h_s1 = 18,7 (mm)

- Đường kính vòng đỉnh đáy lớn: D_e=D_ci+2.m_s.cos(δ_i)                    (2.6)

D_e1= 70,5 (mm)   ;   D_e2 = 222,5 (mm)

- Chiều cao đầu răng đáy lớn: h_e = m_s + xm_s

 h_e1 = 3,83 (mm)   ;    h_e2 = 13,2 (mm)  

- Bán kính vòng chia trung bình: r_s = r_c -0,5.b.sin(δ_i)                      (2.8)

r_s1 = 18,8 (mm)     ;   r_s2 = 82,7 (mm)  

- Đường kính vòng chân đáy lớn: D=D_c – 2.1,2.m_s.cos(δ)              (2.9)

D₁= D_c1 – 2.1,2.m_s.cos(δ₁)=31mm

D₂= D_c2 – 2.1,2.m_s.cos(δ₂)=216,4mm

Bảng thông sô truyền lực chính thiết kế thể hiện như bảng 2.2.

d. Tính trục, ổ đỡ trục của truyền lực chính

Tính toán trục của truyền lực chính

Chọn sơ bộ đường kính trục

Ta chọn d­₁ = 55 mm

Khoản cách 2 gối đỡ trục

Ta  chọn L = 320 mm

Từ đường kính d₁ = 55 ta chọn ổ bi đũa côn ký hiệu 33111 Q có dxDxb là 55x90x27.

Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm

Vậy đường kính trục tại ổ đỡ 1 là: 55mm.

Tính ổ đỡ trục bánh răng chủ động

Hệ số làm việc của ổ bi đỡ chặn (ổ đũa côn)

C = Q.h^0,3

Q = Q₁=48787 N

2.2.2 Tính toán vi sai bánh răng côn đối xứng

Phân tích kết cấu và chọn sơ đồ vi sai: Tuỳ thuộc vào vị trí lắp đặt bộ vi sai trong hệ thống truyền lực mà vi sai được chia ra vi sai giữa các cầu và vi sai giữa các bánh xe. Vi sai giữa các cầu có thể là vi sai đối xứng hoặc vi sai không đố xứng, còn vi sai giữa các bánh xe là vi sai đối xứng.Trong xe cần tính toán ta chọn loại vi sai đối xứng.

Chọn vật liệu: Vỏ vi sai chế tạo bằng gang rèn với độ cứng HB 121÷149, trục bánh răng vi sai và bánh răng hành tinh chế tạo bằng thép hợp kim - 20X đạt độ cứng sau khi nhiệt luyện HRC=56÷62 có:

σ _u < [σ _u ] = 600 ÷ 900(MN / m2 ) và σ _tx < [σ _tx ] =1500 ÷ 2500(MN /m2 ).

- Chọn số bánh răng visai: 4

- Chọn Modun răng tại mặt đáy lớn răng, sử dụng bánh răng côn răng thẳng: m = 5

- Số răng bánh răng bán trục: Z_b = 20.

- Số răng bánh răng hành tinh: Z_h = 11.

- Hệ số dịch chỉnh: ξ_h = -0.244 (mm), ξ_b = 0,244 (mm)

- Chiều rộng bánh răng: b

Ta chọn b_h = 25, b_b = 30.

- Đường kính vòng chia đáy lớn:

d_ch = m.Z_h = 5.11 = 55 mm => bán kính r_ch = 27,5 mm

d_cb = m.Z_b = 5.20 = 100 mm => bánh kính r_cb = 50 mm

- Khe hở chân răng : c = 0.2m =1 mm

- Chiều cao đỉnh răng đáy lớn:

h_eb = 6,12 (mm)     ;    h_eh = 3,88 (mm) 

Bảng thông số bánh răng vi sai thiết kế như bảng 2.3.

2.2.3 Tính toán bán trục giảm tải hoàn toàn

Loại bán trục trên xe thuộc loại giảm tải hoàn toàn, khi xe làm việc chỉ chịu tác dụng của mômen xoắn tức là chịu ứng suất xoắn.

Chọn vật liệu chế tạo bán trục là thép hợp kim 40XHM có: τ = 950( / )

2.3 Kiểm tra bền các chi tiết của cầu xe

2.3.1 Kiểm tra bền truyền lực chính

a. Tính toán lực tác dụng lên bánh răng

Việc tính bền cho truyền lực chính chỉ cần tính cho bánh răng nhỏ, tức là chỉ tính cho bánh răng chủ động. Sơ đồ lực tác dụng giữa các bánh răng như trên hình dưới đây.

- Lực vòng tác dụng lênh các bánh răng chủ động và bị động:

Thay số ta được: P₁ = 37861 N    ;    P₂ = 53295,5 N

- Lực hướng kính : 

Thay số ta được: R₁ = 39142 N    ;    R₂ = 15247 N

b. Tính toán kiểm bền theo ứng suất uốn

M_tb : mô đun pháp tuyến ở tiết diện trung bình

B : chiều dài răng hay chiều rộng bánh răng

Y : hệ số dạng răng được xác định theo số răng tương đương

Suy ra ta được: y= 0,436

Vậy thỏa điều kiện theo ứng suất uốn

c. Tính bền theo ứng suất tiếp xúc

Thay số ta được: σ_tx = 1395 MN/m².

Thỏa điều kiện : σ_tx ≤ [1500-2500] MN/m².

2.3.2 Kiểm tra bền vi sai

Mômen xoắn truyền từ truyền lực chính đến bánh xe chủ động qua các chi tiết của vi sai, hơn nữa khi ôtô chuyển động tiến các bánh răng ăn khớp chịu lực vòng P_vs cực đại.

- Lực vòng tác dụng lên 1 bánh răng hành tinh và 1 bánh răng bán trục:

+ M₀ : Momen xoắn tác dụng lên vỏ visai

+ M­emax : Momen xoắn cực đại của động cơ

+ q = 4 : số răng bánh răng hành tinh

Thay số ta được: P_vs = 9358 N

- Lực hướng kính

Thay số ta được: R_vs = 3370 N

- Tính bền theo ứng suất uốn

K_d : hệ số tải trọng động = 1.4

b : chiều rộng răng = 0,03 mm

r₁: bán kính vòng chia trung bình 0,0215 m

t_s : bước răng

y : hệ số dạng răng y = 0,386

Thay số ta được: σ_u = 371,2 MN/m².

Thỏa mãn điều kiện ≤ 600÷900 MN/m²

- Tính ứng suất cắt và chèn dập ở các bề mặt tiếp xúc bánh răng, trục, vỏ Visai

- Ứng suất chèn dập σ_cd1 sinh ra giữa bánh răng hành tinh và lỗ bánh răng hành tinh

d_vs : đường kính chốt bánh răng visai chọn = 20mm

l₁ = b.cos(28,8) = 22 mm   

Thay số ta được: σ_cd1 = 24,63 MN/m².

Thỏa mãn điều kiện ≤ 50÷80 MN/m²

- Ứng suất chèn dập σ_cd3 sinh ra giữa đáy bánh răng hành tinh và vỏ vi sai do Q_vs gây nên.

d₁ = d_vs = 20mm

d₂ = 55-2.0,2.m = 53 mm

l₂ : chiều dày bệ đỡ bánh trục bánh răng hành tinh ta chọn 20mm.

Thay số ta được: σ_cd3 = 0,913 MN/m².

Thỏa điều kiện ≤ 4÷10 MN/m²

2.3.3 Kiểm tra bền bán trục

- Kiểm tra theo momen xoắn

Thay số ta được: t = 122 MN/m².

Thỏa điều kiện ≤ 950 MN/m²

Trong đó d là đường kính bán trục ta chọn d = 50mm

- Tính bền then hoa cho bán trục

chọn then cỡ nặng có ZxdxD là 10x52x60

h: chiều cao then h = 4,2 mm

l: chiều dài làm việc của then l =90 mm

d_tb = 47 mm

Thay số ta được: σ_d = 3,6 MN/m².

Thỏa điều kiện 5-10 MN/m²

2.3.4 Kiểm tra bền dầm cầu

Sau khi đã chọn được kích thước ta tính bền cho dầm cầu ở vị trí đặt lực:

- Khi ô tô chuyển động thẳng truyền lực dọc cực đại X_max:

Khi ôtô chuyển động thẳng tính theo trường hợp phanh ngặt hay tang

Phản lực Z_bx tác dụng lên bánh xe được xác định theo trạng thái cầu chủ động nào có trọng lượng lớn hơn.

Chọn m_2p = 1.2 => Z_2max = 11100 N

+ Lực dọc cực đại X_max = Z_2max.φ_max = 8800 N

- Lực trược ngang hoàn toàn

Lực bên Y_T tác dụng lên bánh xe khi bị trượt ngang hoàn toàn.

Phản lực thẳng đứng Z_t, Z_p ở bánh xe bên trái và bên phải:

Thay số được: Z_2t = 15651 N   ;   Z_2p = 2699 N

- Tính khi có lực kéo cực đại:

Phản lực Z_bx gây uốn trong mặt phẳng thẳng đứng của dầm cầu với:

M_ud = Z_bx.L =  0,4.11100 = 4440(Nm)

Với:  L : khoản cách từ điểm đặt moay ơ bánh xe đến điểm chịu lực ta chọn   L = 400 mm.

Lực X (lực kéo P_k) gây uốn trong mặt phẳng dọc của xe M_un=X_max.l và gây xoắn dầm cầu Mx=X_max.r_bx.

* Kết luận chung:

Các chi tiết của cầu xe được thiết kế đảm bảo độ bền và an toàn trong quá trình vận hành. Các tính toán đảm bảo rằng cầu có khả năng chịu tải trọng tối đa mà không gây ra hư hỏng trong quá trình làm việc.

CHƯƠNG 3

MÔ PHỎNG KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CẦU CHỦ ĐỘNG BẰNG PHẦN MỀM INVENTOR

Giới thiệu phần mềm thiết kế Autodesk Inventor được sử dụng khá phổ biến ở trên thế giới. Ở Việt Nam phần mềm này được sử dụng rất rộng rãi không chỉ trong lĩnh vực cơ khí mà nó còn được mở rộng ra các lĩnh vực khác như: Điện, khoa học ứng dụng, cơ mô phỏng, ô tô... Autodesk Inventor là một phần mềm CAD (Computer Aided Design - Thiết kế hỗ trợ bằng máy tính) được phát triển bởi Autodesk, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thiết kế cơ khí và sản xuất. 

3.1 Mô phỏng các chi tiết của cầu chủ động bằng phần mềm inventor

3.1.1 Bánh răng vi sai, bánh răng bán trục, bánh răng vành chậu, bánh răng chủ động

a. Vẽ bánh răng vi sai

- Bước 1. Vẽ biên dạng 2D theo thông số

- Bước 3. Dùng lệnh Extrusion cut tạo lỗ bắt trục chữ thập

- Bước 4. Tạo mặt phẳng tiếp tuyến với mặt đáy lớn bằng lệnh Plane

- Bước 6. Dùng lệnh loft cut cắt rãnh răng với điểm bắt đầu là tâm giao của các đường chân và đỉnh bánh răng

- Bước 7. Dùng lệnh circular pattern tạo 11 răng

- Ta có bánh răng vi sai

Bánh răng vi sai như hình 3.2.

b. Tương như vẽ các bánh răng còn lại theo thông số bảng 2.1 và bảng 2.2

- Vẽ chi tiết bánh răng bán trục

- Vẽ chi tiết bánh răng chủ động theo thông số bảng 2.1

- Vẽ chi tiết bánh răng bị động động theo thông số bảng 2.1

3.1.2 Bán trục, trục vi sai

a. Vẽ bán trục

- Bước 1. Vẽ biên dạng bán trục

- Bước 3. Dùng các lệnh chamfer tạo góc vác

- Bước 4. Dùng lệnh extrusion cut tạo rãnh then theo biên dạng

- Bước 5. Dùng lệnh Circular patten tạo then hoa

Ta có chi tiết bán trục như hình 3.6.

b. Vẽ trục vi sai

- Vẽ tương tự với trục vi sai như hình 3.7.

3.2  Mô phỏng chuyển động của cầu chủ động bằng inventor

3.2.1 Mô phỏng chuyển động tiến lùi của cầu chủ động bằng inventor

Sau khi đã lắp ráp ràng buộc vị trí các chi tiết cụm cầu chủ động, ta tiến hành gán các ràng buộc chuyển động như hình dưới

- Gán ràng buộc quay giữa bánh răng chủ động và banh răng bị động

- Chọn chế độ motion với tỉ số truyền 4.5 theo tính toán.

- Ở trạng thái xe chuyển động thẳng tiến và lùi:

+ Bước 1.Ta gán cho bánh răng bán trục và cầu chủ động đồng tâm và quay cùng tốc độ với bánh răng vành chậu.

+ Bước 3. Gán ràng buộc tương tự cho cả 4 bánh răng visai

Sau đo dùng lệnh drive để kiểm tra trước nguyên lý theo hình dưới.

3.2.1 Mô phỏng chuyển động rẽ trái, rẽ phải của cầu chủ động bằng inventor

- Trường hợp nguyên lý hoạt động xe rẽ trái hoặc rẽ phải thì 2 bên bán trục sẽ có 1 bên chuyển động nhanh và 1 bên chuyển động chậm.

- Ở đây ta sẽ cho 1 bên chuyển động theo bộ truyền lực chính và 1 bên đứng im để mô tả ngyên lý.

+ Bước 1. Bỏ ràng buộc quay giữa 2 bánh răng bán trục.

+ Bước 3. Áp dụng tương tự cho cả 4 bánh răng visai

+ Bước 4. Dùng lệnh drive để kiểm tra chuyển động quay.

Sau khi đã hoàn tất các thiết lập

Ta vào môi trường Enviroments để tạo chuyển động

Chọn Inventor studio

Tại đây ta sẽ chọn các ràng buộc chuyển động vừa thiết lập để tạo mô phỏng.

- Chuột phải vào ràng buộc cần mô phỏng - chọn annimat constraints

- Tại đây ta sẽ điều chỉnh thời gian chuyển động cho hợp lý tại bảng animation timeline

KẾT LUẬN

Đồ án thiết kế tính toán cầu chủ động cho dòng xe dẫn động cầu sau là một bài toán vận dụng lí thuyết của các môn học kết cấu xe quân sự, lí thuyết ô tô và vận dụng tổng hợp các kiến thức đã được học về sức bền vật liệu, chi tiết máy, nguyên lí máy để giải quyết. Quá trình làm đồ án giúp tôi hệ thống lại những kiến thức đã học và áp dụng vào giải quyết các vấn đề mà nhiệm vụ đồ án đặt ra. Đồ án này giúp tôi có thêm những kiến thức chuyên nghành và những kiến thức tổng hợp khác tạo điều kiện cho quá trình học tập cũng như quá trình công tác sau này.

Qua một thời gian thực hiện đồ án với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy trong bộ môn ô tô quân sự tôi đã hoàn thành đồ án. Nhưng trong quá trình tính toán, kết quả đồ án vẫn còn là lý thuyết vì vậy tôi rất mong được sự chỉ bảo của các thầy giáo để giúp tôi hoàn thành nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp.

Những việc mà đồ án đã làm thu được kết quả là:

- Chọn được chế độ tính toán và các thông số đầu vào phục vụ cho quá trình thiết kế cầu xe.

- Các chi tiết chính đã được tính toán kiểm bền.

- Vẽ được bản vẽ kết cấu của cầu xe.

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo : Ths ……………, đã giúp đỡ nhiệt tình trong quá trình làm đồ án. 

                                                                                                                                                   TP, Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                                                 Học viên thực hiện

                                                                                                                                                   ……………..

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Thiết kế tính toán ô tô, Nguyễn Trọng Hoan,  NXB Giáo dục Việt Nam (2020).

[2]. Kết cấu tính toán ô tô tập 1, tập 2; Nguyễn Văn Trà; tài liệu lưu hành nội bộ Khoa Động lực, Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự (2016).

[3]. Lý thuyết ô tô; Lưu Văn Tuấn; tài liệu lưu hành nội bộ Viện Cơ khí Động lực, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (2016).

[4]. Đồ án môn học thiết kế hộp số chính ô tô và máy kéo (Phần I); Nguyễn Văn Tài (1993),

[5]. Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí, tập 1, tập 2; Trịnh Chất, Lê văn Uyển ;NXB Giáo dục (2001).

[6]. Sổ tay tra cứu ổ lăn NSK,  full_range_nsk_rolling_bearing.pdf;

[7]. Thiết kế cơ khí với AUTODESK INVENTOR, NXB Từ điển bách khoa. Trương Minh Trí, Phạm Quang Huy (2018).

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"