MỤC LỤC
MỤC LỤC..,,,,,,,,, 3
LỜI NÓI ĐẦU..,,,,,,,,,,,,, 5
CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ NHIÊN LIỆU VÀ ĐỘNG CƠ TRÊN Ô TÔ,,,,,,,,,,,,,7
1.1. Những vấn đề về nhiên liệu.,,,,,,,,,,7
1.2. Động cơ sử dụng trên ô tô quân sự.,,,,,,,,,10
1.3. Xu hướng phát triển của ô tô trong tương lai ,,,,,,,,,,,2
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC..,,,,,,, 18
2.1. Hệ thống truyền lực ô tô chỉ huy UAZ - 31512,,,,,,,,,,,,,18
2.2. Phân tích kết cấu hệ thống truyền lực ô tô chỉ huy UAZ - 31512,,,,,,,,,,,,,19
2.2.1. Ly hợp,,,,,,,,,,,19
2.2.2. Hộp số,,,,,,,,,,,26
2.2.3. Hộp số phân phối ,,,,,,,,,,33
2.2.4. Truyền động các đăng,,,,,,,,,,,,37
2.2.5. Cầu xe,,,,,,,,,,,40
2.3. Phân tích chọn bố trí hệ thống truyền lực trên ô tô Hybrid. ,,,,,,,,,,42
2.3.1. Phương án bố trí kiểu nối tiếp,,,,,,,,,,43
2.3.2. Phương án bô trí kiểu song song,,,,,,,,,,,,43
2.3.3. Phương án bố trí hỗn hợp,,,,,,,,,,,44
2.3.4. Chọn phương án bố trí cho ô tô hybrid thiết kế,,,,,,,,,,,,45
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID DÙNG TRONG QUÂN SỰ..,,,,,,,,, 46
3.1. Tính toán và chọn động cơ điện,,,,,,,,,,,,46
3.1.1. Phân tích lựa chọn động cơ điện,,,,,,,,,,,46
3.1.2. Tính toán công suất động cơ điện,,,,,,,,,,50
3.1.3. Đặc tính ngoài của động cơ điện,,,,,,,,,,,,,53
3.2. Tính toán và chọn công suất động cơ nhiệt ,,,,,,,,,,,,,,,57
3.2.1. Tính chọn công suất động cơ nhiệt ,,,,,,,,,,,,,,57
3.2.2. Đặc tính ngoài của động cơ nhiệt,,,,,,,,,,,, 60
3.3. Thiết kế bộ kết hợp dòng công suất,,,,,,,,,, 62
3.3.1. Các bộ kết hợp dòng công suất ,,,,,,,,,,,62
3.3.2. Thiết kế bộ kết hợp công suất kiểu vi sai ,,,,,,,,,,,,,78
a. Xác định các thông số của bộ truyền vi sai,,,,,,,,,,,,,78
b. Tính chọn các tỷ số truyền của bộ truyền hành tinh,,,,,,,,,,,,,79
3.3.3. Kiểm bền bánh răng,,,,,,,,,,,,84
3.4. Tính toán, kiểm nghiệm kéo,,,,,,,,,,,,,,,89
3.4.1. Đặc tính kéo của UAZ - 31512,,,,,,,,,,,, 89
3.4.2. Đặc tính kéo của ô tô thiết kế,,,,,,,,,,,,94
3.5. Phương án cải tiến trên UAZ - 31512,,,,,,,,,,,,,100
CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH,,,,,,,,,,,,,,,104
4.1. Phân tích chi tiết gia công,,,,,,,,,,,,104
4.2. Phân tích và chọn phôi,,,,,,,,,,,,,104
4.1.1. Căn cứ để chọn phôi,,,,,,,,,,,,,,104
4.1.2. Các dạng phôi thường dùng trong gia công.,,,,,,,,,,105
4.3. Quy trình công nghệ gia công chi tiết,,,,,,,,,,,,,,,,105
4.3.1. Căn cứ để thiết kế quy trình công nghệ.,,,,,,,,,,,,105
4.3.2. Thiết kế quy trình công nghệ.,,,,,,,,,,,106
4.3.3. Tính lượng dư gia công.,,,,,,,,,,,,,110
4.3.4. Tính toán chế độ cắt,,,,,,,,,,,,,,,111
KẾT LUẬN..,,,,,,,,,,,,114
TÀI LIỆU THAM KHẢO..,,,,,,,,,,,,,115
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, khoa học kỹ thuật phát triển ở trình độ cao. Cũng đi đôi với việc phát triển đó là nguồn tài nguyên thiên nhiên ngày càng cạn kiệt đòi hỏi con người cần phải có chiến lược và hướng phát triển nhằm tiết kiệm nhiên liệu vì tương lai. Đồng thời vấn đề môi trường cũng luôn được quan tâm không chỉ trong phạm vi một quốc gia mà lan rộng ra trên toàn thế giới.
Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước với hai nhiệm vụ chiến lược là xây dựng và bảo vệ Tổ quốc. Vì vậy, Đảng và nhà nước ta đã cơ chiến lược xây dựng quân đội chính quy, tinh nhuệ, từng bước hiện đại. Trong quân đội hiện nay chủ yếu vẫn là sử dụng các loại xe cũ đã không còn đảm bảo về chất lượng sử dụng, khả năng cơ động, hao tốn nhiều nhiên liệu và gây ô nhiễm môi trường. Nước ta còn nghèo việc thay thế các xe ô tô sử dụng trong quân đội hiện nay là một điều hết sức khó khăn. Nghiên cứu, cải tiến các xe hiện nay là một việc làm cần thiết nhằm đáp ứng được yêu cầu về khả năng cơ động, về tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Trên thế giới hiện nay, việc phát triển các công nghệ mới nhằm đáp ứng được các yêu cầu trên đã được ứng dụng rộng rãi và đã đạt được nhiều thành công. Một trong những công nghệ đó chính là việc sử dụng ô tô hybrid.
Vì vậy với đồ án “Thiết kế xe Hybrid dùng trong quân sự” là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao trong vấn đề hiện đại hóa quân đội hiện nay. Với đề tài như vậy nội dung của đề tài bao gồm:
Lời nói đầu
Chương 1: Những vấn đề về nhiên liệu và động cơ lắp trên ô tô quân sự
Chương 2: Phân tích kết cấu hệ thống truyền lực trên xe quân sự
Chương 3: Thiết kế hệ thống truyền lực ô tô hybrid dùng trong quân sự
Chương 4: Quy trình công nghệ gia công chi tiết điển hình
Kết luận
Được sự giúp đỡ của thầy giáo: TS ……………. và các thầy trong Bộ môn Ô tô quân sự, đến nay em đã hoàn thành đồ án của mình. Do trình độ bản thân của hạn chế, vì vậy trong quá trình làm đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy để đề tài hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày … tháng … năm 20…
Học viên thực hiện
………………
Chương 1
NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ NHIÊN LIỆU VÀ ĐỘNG CƠ TRÊN Ô TÔ
1.1. Những vấn đề về nhiên liệu
Trên thế giới hiện nay, ô tô đã và đang được dụng phổ biến trong tất cả các lĩnh vực kinh tế xã hội, là một phương tiện không thể thiếu được trong sự phát triển của các quốc gia, khu vực. Mỗi loại sử dụng một loại nhiên liệu khác nhau nhưng quy chung lại sử dụng hai loại nhiên liệu phổ biến là xăng và diesel. Ngành công nghiệp ô tô đang thực sự phát triển. Nhưng đi đôi với sự phát triển đó là nhiều vấn đề được đặt ra cho cả thế giới.
Sau năm 2025, sản lượng dầu sẽ giảm dần. Dĩ nhiên viễn cảnh thiếu dầu sẽ là một nỗi kinh hoàng đối với nhân loại. Chiến tranh, nạn đói, bệnh hoạn … sẽ lan tràn [7].
Đứng trên bình diện vĩ mô mà nói, sức tiêu thụ dầu tương đương với sự tăng trưởng của dân số thế giới. Năm 1970, tổng dân số thế giới độ 4 tỷ người. Hiện nay độ 6 tỷ người. Trong 30 năm qua, số lượng dầu cũng tăng 50%. Chúng ta đang sống trong tuy một mà là hai thế giới. Một thế giới của sự giầu sang trong đó một tỷ người (17% tổng số) sử dụng 85% tổng số năng lượng sản xuất. Ba tỷ người (50%) sử dụng số 15% còn lại.
Công nghiệp ô tô đang đứng trước thách thức lớn đó chính là vấn đề nhiên liệu cho các ô tô tương lai như thế nào? Các hướng đi mới đã được tìm đến cho các ô tô tương lai. Đó là việc sử dụng các loại nhiên liệu mới như nhiên liệu sinh học, điện, khí thiên nhiên, ô tô lai (Hybrid)… Những hướng đi đó sẽ góp phần giảm nhu cầu về nhiên liệu ô tô trong tương lai.
1.2. Động cơ sử dụng trên ô tô quân sự
Ngành công nghiệp ô tô hiện nay đang phát triển mạnh, cùng đi đôi với sự phát triển đó là những cải tiến công nghệ trong chính ngành công nghiệp này đề giải quyết những vấn đề mang tính toàn cầu hiện tại như cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên và ô nhiễm môi trường. Các công ty, tập đoàn ô tô lớn đã phát triển ô tô chạy bằng các năng lượng khác nhau như điện, diesel sinh học…
Động cơ diesel còn có ưu điểm là có thể làm việc được với những loại nhiên liệu khác nhau (động cơ đa nhiên liệu).
Tuy nhiên, một hạn chế lớn của động cơ đốt trong là mức độ phát thải khí gây ô nhiễm môi trường là rất cao.
1.3. Xu hướng phát triển của ô tô trong tương lai
Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của ô tô , nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ôtô mà mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu.
- Hoàn thiện động cơ diesel.
Các kỹ thuật mới để hoàn thiện động cơ diesel đã cho phép nâng cao rõ rệt tính năng của nó bao gồm áp dụng hệ thống phun ray chung (common rail) điều khiển điện tử, lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả bằng bộ xúc tác ba chức năng, hoặc nâng cao chất lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp.
- Ôtô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế.
Các loại nhiên liệu lỏng thay thế quan tâm hiện nay là cồn, colza,... có nguồn gốc từ thực vật. Do thành phần C trong nhiên liệu thấp nên quá trình cháy sinh ra ít chất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính.
- Ôtô hybrid (ôtô lai).
Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay, ôtô hybrid đã luôn được nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi trường. Trong thời gian gần đây, các nhà sản xuất ô tô hàng đầu trên thế giới như Toyota, Honda,...
Kết luận: Hiện nay, thế giới đang trong giai đoạn phát triển mạnh, cùng với đó ngành công nghiệp ô tô cũng phát triển. Nhưng đi đôi với sự phát triển đó là nguồn tài nguyên thiên nhiên đang dần cạn kiệt, môi trường ngày càng ô nhiễm ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững là vấn đề cả thế giới phải quan tâm. Quân đội cũng không thể đứng ngoài cuộc.
Chương 2
PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
2.1. Hệ thống truyền lực ô tô chỉ huy UAZ - 31512
Hệ thống truyền lực là tổ hợp các cụm, các cơ cấu được liên kết với nhau nhờ chúng mà cơ năng từ động cơ được truyền đến bánh ô tô chủ động. Hệ thống truyền lực dùng để truyền và biến đổi mô men xoắn của động cơ đến bánh ô tô chủ động. Đặc tính, khoảng biến đổi mô men xoắn cho các bánh ô tô chủ động phải bảo đảm cho ô tô có khả năng hoạt động được ở những điều kiện đường xá khác nhau.
Hệ thống truyền lực ô tô chỉ huy UAZ – 31512 là hệ thống truyền lực cơ khí, có cấp.
- Ưu điểm: Làm việc tin cậy, bảo đảm, có hiệu suất truyền lực cao, kết cấu đơn giản, giá thành rẻ hơn so với hệ thống truyền lực thủy cơ.
- Nhược điểm: so với hệ thống truyền lực thủy cơ thì hệ thống truyền lực cơ khí có cấp làm việc ồn hơn, thường phát sinh hao mòn lớn do mài mòn gây ra, không tận dụng được tốt công suất động cơ.
2.2. Phân tích kết cấu hệ thống truyền lực ô tô chỉ huy UAZ - 31512
2.2.1. Ly hợp
Trong quá trình làm việc không phải bao giờ ô tô cũng chuyển động, trong nhiều trường hợp trong khi động cơ vẫn làm việc nhưng hệ thống truyền lực không làm việc. Vì vậy, đòi hỏi cần phải có cơ cấu ly hợp làm nhiệm vụ ngắt dòng truyền lực từ động cơ đến hệ thống truyền lực.
Trên UAZ - 31512 sử dụng loại ly hợp ma sát khô một đĩa, lò xo ép xung quanh, dẫn động điều khiển thủy lực.
* Dẫn động điều khiển ly hợp
Dẫn động điều khiển ly hợp là hệ thống dùng để truyền các tác động của người lái đến cơ cấu mở ly hợp và cùng với cơ cấu mở thực hiện việc điều khiển ly hợp theo ý muốn của người lái.
Dẫn động điều khiển ly hợp trên UAZ - 31512 là dẫn động ly hợp thủy lực.
2.2.2. Hộp số
Động cơ đốt trong được sử dụng hiện nay trên các ô tô đều có hệ số thích ứng thấp khoảng 1,2 ÷ 1,5. Mà trong khi điều kiện chuyển động của ô tô rất đa dạng, hệ số cản luôn thay đổi, vì vậy đòi hỏi phải có hộp số để có thể chuyển động được trong các điều kiện đó.
Trên UAZ - 31512 sử dụng hộp số cơ khí 4 cấp, 3 trục dọc, dẫn động điều khiển trực tiếp, đồng tốc quán tính dạng khóa gài ở số III, IV.
* Kết cấu
- Trục sơ cấp 1 đồng thời là trục bị động của ly hợp. Trục này được gối lên hai ổ: một ổ thanh lăn trong hốc bánh đà ở đuôi trục khuỷu động cơ và một ổ bi đặt ở vỏ hộp số.
- Trục số lùi 9 được liên kết cứng với vỏ hộp số 2. Trên trục có khối bánh răng ZL và Z’L quay trơn nhờ bạc.
- Gài số lùi nhờ càng gài 10 làm xê dịch khối bánh răng số lùi (ZL và Z’L) để cho Z’L vào khớp với Z’1 và ZL vào khớp với Z1.
* Đồng tốc của hộp số
Để gài số được nhẹ nhàng và không xảy ra va đập ở đầu răng, người ta thường dùng đồng tốc quán tính. Đồng tốc dùng để làm đồng đều tốc độ quay giữa trục quay với bánh răng quay trơn trên trục đó hoặc giữa hai trục chủ động và bị động.
* Dẫn động điều khiển hộp số
Dẫn động điều khiển hộp số dùng trên UAZ - 31512 là dẫn động điều khiển trực tiếp
2.2.3. Hộp số phân phối
Hộp phân phối được bố trí sau hộp số chính và nhận mô men từ hộp số dẫn động nhờ trục các đăng hoặc trực tiếp có nhiệm vụ phân chia mômen xoắn từ hộp số chính cho các trục truyền lực của xe và thay đổi phạm vi thay đổi tỷ số truyền của hệ thống truyền lực cũng có nghĩa tăng khoảng thay đổi mômen xoắn nhằm tăng tính năng thông qua của xe.
Hộp số phân phối của UAZ - 31512 là hộp số phân phối cơ khí, 2 cấp không có vi sai giữa các cầu xe.
2.2.4. Truyền động các đăng
Truyền động các đăng dùng để truyền mômen xoắn giữa các trục của hai cụm mà các đường tâm trục không nằm trên một đường thẳng và vị trí tương đối của các cụm thay đổi trong quá trình ôtô hoạt động. Trên UAZ - 31512 sử dụng truyền động các đăng kép.
2.2.5. Cầu xe
Cầu ô tô chủ động là tổng thành cuối cùng trong hệ thống truyền lực. Nó có chức năng là tăng mô men, truyền mô men và phân phối mô men xoắn tới các bánh ô tô chủ động. Mặt khác nó còn nhận phản lực từ mặt đường tác dụng lên và đỡ toàn bộ phần trọng lượng của ô tô phân bố lên cầu.
Truyền lực chính đơn gồm một cặp bánh răng côn xoắn : bánh răng chủ động 3 và bánh răng bị động 2.
Nếu bộ vi sai vì lý do nào đó được tháo ra, thì khi lắp lại cần để trùng dấu ghi trên nửa trái và phải của vỏ hộp hành tinh.
2.2.3. Phân tích chọn bố trí hệ thống truyền lực trên ô tô Hybrid
Cũng như các ô tô thông thường được sử dụng hiện nay, các ô tô hybrid cũng có các kiểu bố trí khác nhau. Tùy vào sự phối hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện ta có các kiểu bố trí chung khác nhau.
2.2.3.1. Phương án bố trí kiểu nối tiếp
Động cơ điện truyền lực đến bánh ô tô, công việc duy nhất của động cơ nhiệt là sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho ăc quy hoặc cung cấp cho động cơ điện. Kiểu lai này được mô tả như ở hình 2.16. Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để sạc bình ắc quy và một sẽ dùng chạy động cơ
điện.
Động cơ điện ở đây có vai trò như một máy phát điện (tái sinh năng lượng) khi ô tô xuống dốc và thực hiện quá trình phanh.
2.2.3.2. Phương án bô trí kiểu song song
Dòng năng lượng truyền tới bánh ô tô chủ động đi song song. Cả động cơ nhiệt và mô tơ điện cùng truyền lực tới trục bánh ô tô với mức độ tuỳ theo các điều kiện hoạt động khác nhau. Ở hệ thống này động cơ nhiệt đóng vai trò là nguồn năng lượng truyền mômen chính còn môtơ điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốc hoặc vượt dốc.
2.2.3.3. Phương án bố trí hỗn hợp
Hệ thống này kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp và song song nhằm tận dụng tối đa các lợi ích được sinh ra. Hệ thống lai nối tiếp này có một bộ phận gọi là "thiết bị phân chia công suất" chuyển giao một tỷ lệ biến đổi liên tục công suất của động cơ nhiệt và động cơ điện đến các bánh ô tô chủ động. Tuy nhiên ô tô có thể chạy theo "kiểu êm dịu" chỉ với một mình động cơ điện. Hệ thống này chiếm ưu thế trong việc chế tạo ô tô hybrid. Kiểu lai này được mô tả như ở hình 2.18
Chương 3
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN Ô TÔ HYBRID DÙNG TRONG QUÂN SỰ
3.1. Tính toán và chọn động cơ điện
3.1.1. Phân tích lựa chọn động cơ điện
Động cơ điện trang bị trên ô tô có nhiều loại khác nhau. Hiện nay trên ô tô dùng một số loại phổ biến như sau: Động cơ một chiều có chổi than, động cơ xoay chiều không đồng bộ, động cơ xoay chiều đồng bộ, động cơ xoay chiều từ trở và động cơ một chiều không chổi than. Xét về đặc tính cơ của động cơ điện thì động cơ điện một chiều sẽ cung cấp một momen kéo tốt hơn động cơ điện xoay chiều (hình 3.2).
+ Động cơ điện một chiều tự kích thích: Tuỳ theo cách nối các dây quấn kích thích ta có:
- Động cơ điện một chiều kích thích song song.
- Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp.
- Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp.
Phân tích lựa chọn hiệu điện thế cho động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp:
Với cùng một công suất, nếu tăng hiệu điện thế của động cơ điện thì dòng điện chạy trong mạch và khối lượng của động cơ điện sẽ giảm. Tuy nhiên số lượng bình ắc quy sẽ tăng theo nhằm đảm bảo hiệu điện thế cần thiết đồng thời đòi hỏi tốt hơn vấn đề an toàn điện.
Từ những ràng buộc trên, đồng thời dựa vào thống kê mức điện áp của các loại động cơ điện có trên thị trường, ta có thể chọn loại động cơ điện có hiệu điện thế U = 48 (V).
3.1.2. Tính toán công suất động cơ điện
* Thông số tính toán:
Thông số tính toán dựa trên cơ sở các thông số của ô tô UAZ - 31512.
* Tính chọn động cơ điện:
Với ô tô thiết kế chạy bằng động cơ điện chỉ giới hạn chuyển động trong đường thành phố hay trong các khuôn viên không rộng. Vì vậy tốc độ của ô tô chỉ giới hạn ở tốc độ thiết kế là 40 km/h.
Trong tính toán này ta chọn loại đường khảo sát là loại đường bê tông nhựa, chất lượng mặt đường còn tốt. Như vậy fv = 0,015 – 0,03. Chọn fv = 0,014.
Như vậy lực cản của đường lên ô tô là: Pf = fv.G = 0,014.24328,8 = 340,6 [N]
Hệ số cản không khí:
Đối với ô tô con: K = 0,2 – 0,5( Ns2/m4). Chọn K = 0,4 (Ns2/m4 )
Diện tích cản chính diện:
S = B.H.F (3.5)
Thay số: S = 1,785.1,99.0,9 = 3,2 (m2)
Vận tốc cực đại của ô tô:
v = 40 (km/h) = 11,111 (m/s)
Thay vào công thức (3.4) ta được: Pw = 0,4.3,2.11,1112 = 158,02 [N]
Như vậy lực cản tổng cộng: Pc = 340,6 +158,02= 498,62 [N]
Theo như phương án chọn thiết kế. Khi đó công suất động cơ được tính theo cân bằng công suất. Như vậy công suất cần thiết là:
Ne = Pc.v = 498,62.11,111 = 5540,167 [W] (3.6)
Công suất động cơ là:
Nđ = Ne/η =5540,167/0,92 = 6021,92 [W] = 6,023 [kW] (3.7)
Trong đó η là hiệu suất của hệ thống truyền lực. η = 0,92
Đây là công suất cần thiết của động cơ để ô tô có thể hoạt động tốt trong điều kiện đã chọn ở trên.
3.1.3. Đặc tính ngoài của động cơ điện
Ta có:
Nemax : Công suất cực đại động cơ;
wN : Tốc độ góc ứng với công suất cực đại [Rad/s];
MN : Mômen xoắn định mức [N.m];
Với động cơ Nemax = 6023 [W]; wN = 334,93 [rad/s];
Mđm = 17,98 [N.m]
KM : Hệ số thích ứng theo mômen ; KM = Mmax/Mđm, với Mmax là mômen lớn nhất khi tốc độ rôto bằng không (mômen hãm của động cơ điện). KM = 2,2.
we : Tốc độ góc bất kỳ [rad/s].
Bảng tính và đồ thị Me = f(we), Ne = Me.we
3.1.3. Điều khiển động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
Mạch điện điều khiển động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp chính là mạch điều khiển băm áp một chiều, mạch này có nhiệm xác định thời điểm mở và khóa van bán dẫn trong một chu kỳ chuyển mạch.
Sơ đồ gồm có:
1- Bộ cảm biến điện trở : Nhận sự thay đổi vị trí từ bàn đạp ga 7 gửi tín hiệu đến bộ biến đổi điện áp 2.
2- Bộ biến đổi điện áp.(DC. motor controler).
3- Công tắc đảo chiều : gửi tín hiệu đến bộ đảo chiều 4
4- Bộ đảo chiều : Nhận tín hiệu từ 3 thực hiện sự đảo chiều dòng điện sau khi đi ra khỏi bộ biến đổi điện áp 2.
5- Ðộng cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
6- Bộ ăcquy.
7- Cơ cấu bàn đạp ga :
Khi ta đẩy công tắc (3) về vị trí (T) thì vị trí khoá trên mạch đảo chiều nằm ở vị trí (a) và (c).Chiều dòng điện sau khi ra khỏi bộ băm điện (2) sẽ đến vị trí (a) qua động cơ điện đến vị trí (c) và về mass. Ðộng cơ điện sẽ quay theo chiều đưa xe về phía trước.
3.2. Tính toán và chọn công suất động cơ nhiệt
3.2.1. Tính chọn công suất động cơ nhiệt
* Thông số tính toán:
Thông số tính toán dựa trên cơ sở các thông số của ô tô UAZ - 31512 như bảng 3.1.
Công suất cần thiết của động cơ tạo ra phải thắng được lực cản trong quá trình chuyển động gồm: lực cản mặt đường Pf, lực cản lên dốc Pi, lực cản không khí Pw, lực quán tính khi tăng tốc Pj.
Hệ số cản không khí:
Đối với ô tô con: K = 0,2 – 0,5( Ns2/m4). Chọn K = 0,5 (Ns2/m4 )
Diện tích cản chính diện:
S = B.H.F (3.13)
Vận tốc cực đại của ô tô:
v = 105 (km/h) = 29,17 (m/s)
Thay vào công thức (3.3.4) ta được: Pw = 0,5.3,2.29,172 = 1361,42 [N]
Như vậy lực cản tổng cộng: Pc = 340,6 + 1361,42 = 1702,02 [N]
Ne = Pc.v = 1702,02.29,17 = 49647,989 [W]
Công suất tổng của ô tô lúc này là:
Nt = Ne/η = 49647,989/0,92 = 53965,205 [W]
Trong đó η là hiệu suất của hệ thống truyền lực. η = 0,92
Công suất của động cơ đốt trong:
N = Nt - Nđ = 53965,205 – 6023 = 47942,205 [W]
Đây là công suất cần thiết của động cơ để ô tô có thể hoạt động tốt trong điều kiện đã chọn ở trên.
3.2.2. Đặc tính ngoài của động cơ nhiệt
Bảng tính và đồ thị Me = f(we), Ne = Me.we
Nhìn vào đồ thị đặc tính ngoài của động cơ nhiệt thì mô men xoắn lớn nhất của động cơ nhiệt là: Memax = 148,16 [Nm] đạt được tại tốc độ 2100 [v/ph].
3.3. Thiết kế bộ kết hợp dòng công suất
3.3.1. Các bộ kết hợp dòng công suất
A. Sơ đồ bố trí chung của bộ kết hợp:
Để có thể truyền hai nguồn công suất cùng lúc, nhất thiết phải có bộ truyền động kết hợp; qua đó bộ truyền có thể nhận cả hai nguồn động lực hoặc chỉ nhận riêng lẻ một trong hai nguồn động lực trước khi truyền đến cầu chủ động của ôtô.
Theo sơ đồ hình 3.6, nguồn động lực (1) thông qua ly hợp L1 (ở trạng thái đóng) để truyền công suất đến bộ kết hợp (3). Còn nguồn động lực (2) thông qua ly hợp L2 (ở trạng thái đóng), qua bộ giảm tốc (Z2/Z1) rồi mới truyền công suất đến bộ kết hợp (3). Như vậy, nguồn công suất (2) có tốc độ cao hơn nguồn (1) mặc dầu công suất có thể bằng hoặc khác nhau.
Tỷ số truyền của bộ giảm tốc của nguồn (2):
i21 = (Z2/Z1) = (w2/w1) (3.16)
B. Bộ kết hợp công suất kiểu nối cứng tốc độ:
Bộ kết hợp công suất kiểu nối cứng tốc độ được thể hiện như trên hình 3.7.
Theo sơ đồ này, bộ kết hợp công suất chỉ cần trục (3) trên đó gắn khoá K để có thể nối với bánh răng của bộ giảm tốc Z3. Nguồn công suất (2) sau khi qua bộ bánh răng giảm tốc Z2/Z1 cũng có cùng tốc độ với w1 và w3
Thay biểu thức (3.3.4) vào (3.3.6) ta có:
M3 = M1 + M2’ (3.22)
Nếu bỏ qua ma sát thì: M3.w2 = M2’.w2’ suy ra M2’= M3.i21
Vậy M3 = M1 + M3.i21 (3.22b)
Với M2 là mômen xoắn của trục nguồn (2), i21 là tỷ số truyền của bộ giảm tốc bánh răng từ nguồn (2) truyền đến bộ kết hợp (3) và được xác định từ (3.3.1).
C. Bộ kết hợp công suất kiểu biến mô:
Bộ kết hợp công suất kiểu biến đổi mômen cho phép biến đổi một cách linh hoạt tốc độ và mômen từ nguồn công suất (2), sơ đồ được biểu diễn trên hình 3.11.
Theo sơ đồ 3.11, nguồn công suất (1) được truyền thẳng đến trục thứ cấp của bộ kết hợp thông qua ly hợp L1. Còn nguồn công suất (2) được truyền đến bộ kết hợp thông qua ly hợp L2 và bộ giảm tốc (Z2/Z1) như kiểu nối cứng tốc độ. Tuy nhiên, để truyền mômen và tốc độ từ bánh răng Z2 đến trục thứ cấp (3) chúng ta dùng bộ biến đổi nomen.
Thay MT = Kbm.MB = Kbm.M3.i21 ta có:
M3 = M1 + M3.i21.Kbm (3.29)
Với M2 là mômen xoắn của trục nguồn (2), i21 là tỷ số truyền của bộ giảm tốc bánh răng từ nguồn (2) truyền đến bộ kết hợp (3) và được xác định từ (3.3.1), Kbm là hệ số biến mô xác định theo (3.3.9).
Nhận xét: Từ sơ đồ và các quan hệ động lực học ta thấy rằng bộ kết hợp côngsuất kiểu biến đổi mômen có ưu điểm là cho phép biến đổi linh hoạt không chỉ mômen mà cả tốc độ từ hai nguồn động lực; tránh gây cưỡng bức các chi tiết cho bộ kết hợp trong quá trình truyền động kết hợp.
D. Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai
Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai tốc độ có thể được chỉ ra trên hình 3.12. Theo sơ đồ này, bộ kết hợp sử dụng vi sai hình trụ một dãy.
Xét bánh răng vệ tinh (4) có hai lực tác dụng là P1 và P2, nên lực tổng hợp tác dụng lên trục di động của nó là:
P3 = P1 + P2 (3.32)
Vậy mômen truyền lên trục bị dẫn (3) là:
M3 = P3.R3 = (P1 + P2).R3 (3.33)
Tức là lực tương tác từ hai phía: từ bánh răng trung tâm (P1) và từ vành răng bao (P2) bằng nhau (P1 = P2) thì:
P3 = (P1 + P2) = 2P1= 2P2 (3.35)
Kết luận: Từ các sơ đồ hình 3.13 và 3.14 cùng các quan hệ động lực học trình bày ở trên ta thấy rằng bộ kết hợp kiểu vi sai tốc độ khi chỉ truyền một nguồn động lực, cơ cấu vi sai biến thể thành cơ cấu hành tinh có tốc độ trục thứ cấp (3) giảm so với khi truyền công suất đồng thời hai nguồn. Điều đó thể hiện tính hợp lý về mặc công suất, do vậy bảo đảm tốt hơn tính chất động lực học của ô tô so với so đồ kết hợp cứng tốc độ ở hình 3.9.
3.3.2. Thiết kế bộ kết hợp công suất kiểu vi sai
Căn cứvào việc nghiên cứu và phân tích các kiểu truyền động kết hợp nêu trên, ta thấy kiểu truyền động kết hợp kiểu vi sai là mang tính khả thi cao vì đó là bộ truyền cơ khí không phức tạp mà bảo đảm tính truyền động linh hoạt nhờ không có sự nối cứng giữa hai nguồn công suất truyền đến trục thứ cấp (3).
Ngoài ra nó còn cho phép giảm tốc độ của trục (3) một cách hợp lý khi chỉ dùng một nguồn công suất.
* Các kích thước cơ bản của bộ truyền vi sai
Các kích thước cơ bản của bộ vi sai bao gồm:
+ Bán kính vòng chia bánh răng trung tâm R1,
+ Bán kính vòng chia vành răng bao R2,
+ Bán kính vòng chia các bánh răng vệ tinh Rv,
+ Khoảng cách tâm trục cần C đến tâm trục bánh răng trung tâm R3,
+ Khoảng cách trục Aht
+ Khoảng cách tâm trục cần C đến tâm trục bánh răng trung tâm R3: R3 = R1 + Rv = 62,5 + 20 = 82,5 [mm]
+ Chiều rộng của các bánh răng:
Chọn chiều rộng của các bánh răng: b = 30 mm.
3.3.3. Kiểm bền bánh răng
Khi thiết kế xong các chi tiết ta phải đi kiểm bền các chi tiết.
Chế độ kiểm tra: Kiểm nghiệm bánh răng trong trường hợp bánh răng hoạt động và chịu tải lớn nhất.
Mômen tính toán xác định từ động cơ:
Mdc= Memax. hth (3.56)
Kiểm bền cho bánh răng theo ứng suất uốn:
s0lim : là ứng suất uốn cho phép ứng với chu kỳ cơ sở, theo bảng 6.2 [5] ta có s0lim1= 440 Mpa = 440.106 N/m2 = 440 N/mm2
s0lim2= 400 N/mm2
SF : là hệ số an toàn khi tính về uốn, theo bảng 6.2.
KFC : hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải, KFC= 1
NFE : là số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương, lấy NFE= NF0= 4.106
Kiểm tra các giá trị của ứng suất với ứng suất cho phép.
* Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc
=> KH = 1,06 x 1,05 x 0,91 = 1,0128
+ [sH] = s0Hlim.KHL/SH
Theo bảng 6.2 [5] ta có: s0Hlim= 1050 Mpa = 1050 N/mm2
So sánh với các giá trị ứng suất cho phép.
* Thông số đầu vào:
Thông số đầu vào thể hiện như bảng 3.2.
3.4.Tính toán, kiểm nghiệm kéo
Để làm cơ sở đánh giá tính năng thông qua của ô tô thiết kế, ta sẽ đi tính toán kiểm nghiệm kéo và so sánh với đặc tính kéo của UAZ - 31512
3.4.1.Đặc tính kéo của UAZ – 31512
Tính toán kéo là thiết lập mối quan hệ định lượng giữa các thông số chất lượng kéo, thông số vận tốc với các thông số kết cấu của toàn bộ xe và cụm của nó.
Nemax: Công suất cực đại động cơ;
wN : Tốc độ góc ứng với công suất cực đại [Rad/s];
Với động cơ UAZ - 31512 ta có Nemax = 67500 [W]; wN = 4000 [v/ph].
Đặc tính công suất được xác định qua đặc tính mômen như sau:
Ne = Me..we
Như vậy ta được đồ thị đặc tính kéo của UAZ – 31512
3.3.2.Đặc tính kéo của ô tô thiết kế
a. Đặc tính lực kéo khi chỉ sử dụng nguồn động lực 2
Khi chỉ sử dụng động cơ đốt trong thì bộ truyền kết hợp kiểu vi sai chuyển sang làm việc ở chế độ hành tinh với tỷ số truyền : iht2 = ibc = 1,634. Cùng với tỷ số truyền giảm tốc từ động cơ đốt trong đến bộ truyền kết hợp. Theo kết quả thì igt = 1,414 ta có tỷ số truyền giảm tốc chung là :
igtc = igt.ibc = 1,414.1,634 = 2,31
Với tỷ số truyền của hộp số trên UAZ - 31512
ih1 = 4,124 ; ih2 = 2,641; ih3 = 1,58; ih4 = 1,0.
b. Đặc tính lực kéo khi chỉ sử dụng nguồn động lực 1
Khi chỉ sử dụng động cơ điện thì bộ truyền kết hợp kiểu vi sai chuyển sang
làm việc ở chế độ hành tinh với tỷ số truyền : iht1 = iac = 2,385. Do đặc tính động cơ điện khá tốt và chỉ chuyển động trong thành phố nên khi sử dụng nguồn động lực này không dùng hộp số.
c. Đặc tính lực kéo tổng hợp khi sử dụng cả hai nguồn động lực 1 và 2:
M1: Mômen xoắn do nguồn 1 truyền đến bộ kết hợp [N.m]; tức là M1 = Me (Me là mômen xoắn của động cơ điện).
M2: Mômen xoắn do nguồn 2 truyền đến bộ kết hợp; xác định bằng: M2 = Me2.igt.ht
Với Me2 là mômen xoắn của động cơ đốt trong igt là tỷ số truyền giảm tốc từ động cơ đốt trong đến bộ kết hợp. Theo kết quả tính toán thì igt = 1,414, hiệu suất truyền động ht = 0,82.
Còn i21 là tỷ số truyền giảm tốc từ trục thứ cấp của nguồn 2 về trục thứ cấp nguồn 1. i21 = igt = 1,414.
Kết luận: Nhìn vào các đồ thị đặc tính kéo của UAZ - 31512 và của ô tô Hybrid ta nhận thấy:
- Động cơ điện được dùng trong các chế độ gia tốc hoặc tải lớn nên động cơ đốt trong chỉ cần cung cấp công suất vừa đủ do đó có thể thiết kế động cơ có kích thước nhỏ gọn.
- So với đường đặc tính của UAZ - 31512 đường đặc tính kéo của ô tô Hybrid gần với đường đặc tính lý tưởng hơn do đó tận dụng được công suất động cơ.
3.5. Phương án cải tiến trên UAZ - 31512
Hiện nay, khoa học công nghệ đang phát triển cùng với đó trên ô tô cũng có nhiều hướng phát triển mới nhằm giải quyết những vấn đề được đặt ra như ô nhiễm môi trường và khủng hoảng năng lượng. Đã có nhiều hướng phát triển trên ô tô trên thế giới.
Do chỉ đề cập đến hướng cải tiến mà không đi sâu vào tính toán bố trí chung nên đồ án chỉ đưa ra một hướng lắp đặt.
Trên UAZ - 31512 ta giữ lại các cụm hộp số, hộp số phân phối, cầu xe, khung xe .
- Có khả năng tận dụng được thể tích và chiều dài xe
- Khả năng cách âm và cách nhiệt cho lái xe
- Mức độ thuận tiện trong điều khiển xe; bảo dưỡng, sửa chữa và tháo lắp các cụm chính trên xe
* Xác định trọng tâm của ô tô:
Trọng tâm của xe có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hoạt động của xe, tọa độ trọng tâm và chiều cao trọng tâm của xe quyết định:
- Tính năng phanh và khả năng leo dốc của xe.
- Tính toán sự ổn định của xe khi đang trên dốc.
- Quá trình thiết kế hệ thống phanh và hệ thống lái.
* Xác định vị trí các cụm lắp trên xe:
Do phương pháp bố trí chung có sự thay đổi nên tọa độ trọng tâm của ô tô cũng thay đổi.
Căn cứ vào các yêu cầu ở trên, việc bố trí cần phải được tính toán hợp lý.
Các cụm được lắp thỏa mãn được các điều kiện. Ta có thể tiến hành lắp đặt các cụm lên ô tô và tính toán vị trí lắp đặt của cụm cuối cùng.
Kết luận: Trong chương này, đồ án đã tính toán được công suất các loại động có trên cơ sở thông số ô tô UAZ - 31512. Tính toán, thiết kế được bộ kết hợp hai dòng công suất lắp trên ô tô thiết kế. Song vẫn chưa tính toán cụ thể được bố trí chung và lắp đặt các cụm trên xe.
Chương 4
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH
4.1. Phân tích chi tiết gia công
Chi tiết bánh răng là chi tiết được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí chế tạo máy. Quá trình làm việc chi tiết chịu mô men và các lực tiếp tuyến, lực hướng tâm. Tải trọng tác dụng bao gồm tải trọng tĩnh và tải trọng động. Chi tiết chịu mài mòn do uốn và mòn tiếp xúc khi làm việc.
4.2. Phân tích và chọn phôi
4.1.1. Căn cứ để chọn phôi
+ Vật liệu và cơ tính vật liệu của chi tiết mà thiết kế đòi hỏi .
+ Kích thước, hình dáng, kết kấu của chi tiết .
- Yêu cầu khi chọn phôi:
+ Lượng dư gia công nhỏ nhất .
+ Có hình dạng gần giống chi tiết để giảm các nguyên công gia công trên máy
4.1.2. Các dạng phôi thường dùng trong gia công
Qua quá trình phân tích ta lựa chọn phôi rèn vừa đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật gia công vừa đảm bảo tính kinh tế.
4.3. Quy trình công nghệ gia công chi tiết
4.3.1. Căn cứ để thiết kế quy trình công nghệ
Thiết kế quy trình công nghệ là phải lập thứ tự các nguyên công sao cho chu kỳ gia công hoàn chỉnh một chi tiết là ngắn nhất, góp phần hạn chế chi phí gia công, đảm bảo hiệu quả nhất.
* Thứ tự nguyên công
- Nguyên công 1: Tiện hai mặt bên
- Nguyên công 2: Khoan khoét lỗ ɸ35
- Nguyên công 3: Tiện bề mặt ngoài ɸ130
- Nguyên công 4: Phay răng
- Nguyên công 5: Xọc then hoa
- Nguyên công 6: Nhiệt luyện
- Nguyên công 7: Mài mặt bên
- Nguyên công 8: Mài răng
4.3.2. Thiết kế quy trình công nghệ
A. Nguyên công 1: Tiện hai mặt bên
* Chọn máy
Máy tiện ren vít vạn năng, có ký hiệu máy:16K20(tr158-[1])
* Đồ gá: Gá trên mâm cặp 3 chấu tự định tâm
* Dao: Dao tiện mặt đầu, vát mép : tra bảng 4-4 [3-1]chọn dao tiện ngoài thân cong gắn các mảnh thép gió có các thông số hình học cơ bản sau:
H =16 mm ; B = 10 mm ; L = 100 mm ; m = 6 mm. a=10 mm ; r = 0,5 mm.
C. Nguyên công 3: Tiện bề mặt ngoài ɸ130
* Chọn máy: Máy tiện ren vít vạn năng, có ký hiệu máy:16K20(tr158-[1])
* Đồ gá: Gá trên mâm cặp 3 chấu tự định tâm
* Dao: Chọn loại dao tiện ngoài thân cong có gắn mảnh hợp kim cứng T15K6
Các thông số cơ bản của dao: Góc nghiêng chính j=900, Góc nghiêng phụ j1=100, h=25 mm, b=116 mm, L=140 mm, n=7 mm, l =16 mm, R=1 mm
F. Nguyên công 6: Nhiệt luyện
G. Nguyên công 7: Mài hai mặt bên
* Chọn máy: Chọn máy mài mặt phẳng 3E710A có bàn hình chữ nhật của Nga.
* Đồ gá: Dùng mâm cặp ba chấu
* Chọn đá mài: Dựa vào bảng 4-169 (Trang 459, STCNCTM Tập I), chọn Loại đá : ÕB. Các kích thước cơ bản của đá:
- Đường kính ngoài: D=120
- Chiều dài đá: H=400
4.3.4. Tính toán chế độ cắt
Tra chế độ cắt theo nguyên công:
a. Nguyên công 1: Tiện hai mặt bên
Tra bảng 5-12 [st] có S = 0,25 [mm/v], bảng 5-63 có v= 182 [m/p] suy ra n= 966 (tính theo công thức đã đưa ra ở phần trên) chọn n theo máy ta có n= 630 [v/p].
d. Nguyên công 4: Phay răng
Tra bảng 5-186 trang 160 tài liệu [6], bảng 33 trang 66 tài liệu [7] ta lập được bảng chế độ cắt cho nguyên công VI:
f. Nguyên công 6: Nhiệt luyện
g. Nguyên công 7: Mài mặt bên
Tra bảng 5-203 trang 181, bảng 5-205 trang 183 tài liệu [6], bảng 33 trang 66 tài liệu [7] ta có bảng chế độ cắt cho nguyên công 7.
h. Nguyên công 8: Mài răng
Tra bảng 5-203 trang 181, bảng 5-205 trang 183 tài liệu [6], bảng 33 trang 66 tài liệu [7] ta có bảng chế độ cắt cho nguyên công 7
KẾT LUẬN
Sau một thời gian làm đồ án, được sự giúp đỡ của thầy giáo: TS …………. và các thầy giáo trong Bộ môn Ô to quân sự, đến nay đồ án đã cơ bản hoàn thành theo đúng tiến độ. Đồ án đã giải quyết được một số vấn đề trong thiết kế xe Hybrid trong quân sự.
- Tiến hành nghiên cứu cơ sở thiết kế ô tô hybrid.
- Phân tích hệ thống truyền lực UAZ - 31512
- Phân tích chọn phương án bố trí trên ô tô hybrid
- Tính toán, thiết kế bộ kết hợp hai dòng công suất trên ô tô.
Tuy nhiên do điều kiện thời gian và kiến thức còn nhiều hạn chế, nên đồ án mới chỉ đi vào nghiên cứu một phần của ô tô hybrid. Đồ án chưa đi sâu vào nghiên cứu được tất cả.
Đồ án mở ra được hướng nghiên cứu, cải tiến các ô tô chỉ huy đang được dùng hiện nay trong quân đội ta.
Trong quá trình làm đồ án không thể tránh khỏi những sai sót kính mong nhận được sự đóng góp của các thầy và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Bùi Đình Tiếu, Phạm Duy Nhi, Cơ sở truyền động điện tử - Tập 1, Nhà xuất bản Đại học và Trung Học chuyên nghiệp Hà Nội - 1982.
[2]. Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy – Tập 2, Nhà xuất bản Giáo Dục - 2003.
[3]. Nguyễn Đắc Lộc, Sổ tay công nghệ chế tạo máy, Tập 1-2-3, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - 2005.
[4]. Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên, Thiết kế tính toán ô tô máy kéo - Tập 1, 2, Nhà xuất bản Đại Học và Trung Học chuyên nghiệp, Hà Nội - 1985.
[5]. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí – Tập 1, Nhà xuất bản giáo dục - 2005
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"