MỤC LỤC

Chương I  Tổng Quan      

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống truyền lực                                

1.2 Truyền lực chính                                                                

1.3 Vi Sai                                                                              

1.4 Các bán trục                                                                       

1.5 Vỏ cầu                                                                               

1.6 Cơ cấu phanh                                                                            

1.7 Các thông số kĩ thuật của xe tham khảo                                    

Chương II   Xác Định Các Thông Số Của Cụm Cầu Sau 

2.1 Tính toán bộ truyền lực chính HyPoid                              

2.2 Tính toán vi sai                                                                  

2.3 Tính toán bán trục và dầm cầu                                          

2.4 Tính toán cơ cấu phanh                                                  

Chương III   Ứng Dụng Phần Mềm CATIA Thiết Kế Các Chi Tiết Trong Cụm Cầu Chủ Động

3.1 Tổng quan về trợ giúp của máy tính trong thiết kế            

3.2 Giới thiệu phương pháp thiết kế trong CATIA                         

3.3 Sử dụng CATIA để thiết kế các chi tiết trong cụm cầu chủ động

Chương IV  Tính bền một số chi tiết cụm cầu sau bằng phương pháp Phần tử hữu hạn(PTHH) sử dụng phần mềm ANSYS WORKBENCH và CATIA trong tính bền kết cấu

4.1 Một số khái niệm của phương pháp PTHH                     

4.2 Tổng quan về phần mềm ANSYS WORKBENCH           

4.3 Tính ứng suất uốn bánh răng quả dứa                           

4.4 Tính bền dầm cầu                                                             

Chương V   Qui Trình tháo lắp Và Chăm Sóc Bảo Dưỡng Kĩ Thuật cụm cầu sau

5.1 Lắp Ráp Cụm Cầu Sau                                  

5.2 Chăm sóc bảo dưỡng kỹ thuật                              

Chương VI   Qui Trình công nghệ gia công các chi tiết chính trong cụm cầu sau

6.1 Qui trình gia công bánh răng quả dứa                     

 6.2 Qui trình gia công bánh răng vành chậu                            

6.3 Qui trình gia công bánh răng hành tinh                            

6.4 Qui trình gia công bánh răng bán trục                   

6.5 Qui trình gia công bán trục                                            

Kết Luận                                                                               

Tài Liệu Tham Khảo

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, ngành công nghiệp ô tô trên thế giới đã phát triển ở một trình độ rất cao. Nó ứng dụng thành tựu của rất nhiều nghành khoa học kỹ thuật khác nhau như: Vật liệu, điện tử, công nghệ thông tin... nhằm phục vụ một cách tốt nhất cho nhu cầu đời sống ngày càng cao của con người.

Ở nước ta hiện nay, thị trường ô tô đang sôi động với nhiều doanh nghiệp tham gia sản xuất lắp ráp ô tô. Trong số các doanh nghiệp có vốn đầu tư trực tiếp nước ngoài, đa số các doanh nghiệp tham gia sản xuất lắp ráp xe du lịch, còn các doanh nghiệp tham gia vào sản xuất lắp ráp xe tải chiếm số lượng rất nhỏ. Sản lượng của các doanh nghiệp trong nước và doanh nghiệp có vốn đầu tư trực tiếp nước ngoài chỉ chiếm hơn 20%, còn lại gần 80% là nhập các xe đã qua sử dụng của các nước như: Hàn Quốc, Nhật Bản, Đức, Nga, Trung Quốc ... Nhiều doanh nghiệp đã nhập sắtxi về và thiết kế chế tạo thành xe ô tô dùng trong các lĩnh vực khác nhau đặc biệt là chở hàng hoá. Điều đó đã đáp ứng được phần nào nhu cầu về xe tải trong khi nền công nghiệp ô tô của nước ta chưa đáp ứng được.

Hiện nay, VN đã gia nhập WTO. Vấn đề đặt ra là khi hàng rào thuế quan bị phá bỏ, các sản phẩm trong nước phải có đủ khả năng cạnh tranh với các sản phẩm của nước ngoài. Mặt khác vấn đề nội địa hoá đã và đang được chính phủ hết sức quan tâm. Để có được khả năng cạnh tranh và tăng tỷ lệ nội địa hoá của các sẩn phẩm ở trong nước, việc áp dụng các kĩ thuật, khoa học công nghệ tiên tiến chính là một trong những biện phát hiệu quả và nhanh chóng nhất.

Trong giai đoạn vừa qua, tỷ lệ nội địa hoá ở các sản phẩm ôtô VN chủ yếu tập trung vào một số chi tiết, phụ tùng như khung vỏ, săm lốp, nhựa, cao su… một phần đã và đang thực hiện là động cơ hộp số chủ yếu là trong hệ thống truyền lực, chi tiết cơ khí. Cụm Cầu chủ động là một trong các cụm chi tiết chính của hệ thống truyền lực, đảm bảo truyền động đến các bánh xe chủ động. Cầu chủ động hoàn toàn có khả năng nội địa hoá bằng công nghệ trong nước. Theo  bản quy hoạch đã được chính phủ phê phê duyệt đến năm 2010, tỷ lệ sản suất trong nước đối với hầu hết các chủng loại sản phảm ô tô phải đạt trên 50%, phấn đấu xuất khẩu ô tô và phụ tùng đạt 5 – 10 % tổng sản lượng của ngành.

Thực hiện nhiệm vụ khoa học công nghệ năm 2015 của Bộ Công Thương đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ: “Nghiên cứu thiết kế và công nghệ chế tạo cụm cầu sau của xe tải 3 tấn nâng cao năng lực nội địa hóa phụ tùng ô tô”, cụm cầu sau ô tô tải thông dụng đã được nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm trong nước. Đơn vị chủ trì đề tài: Công ty cổ phần cơ khí Cổ Loa – Bộ Công Thương. Trước tình hình thực tế nhóm sinh viên chúng em được giao nhiệm vụ thực hiện để tài: “Ứng dụng phần mềm tính toán - thiết kế 3D – CATIA và phần mềm ANSYS  WORKBENCH vào tính toán thiết kế cụm cầu sau chủ động xe tải 3 tấn”

Đề tài được thực hiện gồm những nội dung chính:

1. Tổng quan cụm cầu sau.

2. Tính toán các thông số cơ bản của cụm cầu sau.

3. Ứng dụng phần mềm CATIA để thiết kế các chi tiết trong cụm cầu sau.

4. Ứng dụng phần mềm ANSYS WORKBENCH và CATIA vào tính bền các chi tiết cơ bản cụm cầu sau.

5. Mô phỏng qui trình tháo lắp cụm cầu sau.

6. Mô phỏng động học.

7. Xây dựng qui trình gia công các chi tiết cơ bản của cụm cầu sau.

           Kết quả của đề tài là xây dựng được bộ thiết kế cụm cầu chủ động trên máy tính, các chi tiết ở trạng thái vật thể không gian 3D và bản vẽ thường 2D. Việc áp dụng các phần mềm hiện đại cho phép thiết kế, kiểm tra, lắp ráp các chi tiết thành cụm một cách hết sức trực quan và phù hợp với công nghệ gia công trên các máy công cụ NC, CNC. Ngoài ra sản phẩm cũng có thể ứng dụng trong việc giảng dạy về kết cấu, hoặc sử dụng tháo lắp kết cấu một cách hết sức trực quan sinh động trong công tác giảng dạy chuyên ngành.

Do trình độ và thời gian có hạn nên Đồ án của nhóm chúng em khó tránh khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn.  Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo: PGS.TS …………., cùng các thầy trong bộ môn Ô tô - trường ĐHBK Hà Nội đã tận tình hướng dẫn và cho chúng em những ý kiến quí báu để chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp.

                                                       Hà nội, Ngày  …. tháng …năm 20…  

                                                        Sinh viên thực hiện:

                                                      ………………

CHƯƠNG I:  TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực của ôtô là hệ thống tất cả các cơ cấu nối từ động cơ tới bánh xe chủ động, bao gồm các cơ cấu truyền, cắt, đổi chiều quay, biến đổi giá trị mômen truyền. Vậy kết cấu của hệ thống truyền lực là:

Ly hợp -> Hộp số -> Hộp phân phối -> Các đăng -> Các cầu chủ động -> bán trục -> Bánh xe.

1.2 Truyền lực chính.

1.2.1  Công dụng:  

Truyền lực chính dùng để tăng mô men và truyền mô men quay từ trục các đăng đến các bánh xe chủ động của ôtô theo một tỷ số truyền nhất định, đồng thời có thể chuyển hướng truyền mô men.

1.2.2 Yêu cầu chung của truyền lực chính:

- Phải có tỷ số truyền cần thiết để phù hợp với chất lượng kéo và tính kinh tế nhiên liệu của ôtô.

- Có kích thước nhỏ gọn để tăng khoảng sáng gầm xe.

1.2.3 Phân loại truyền lực chính :

- Theo số lượng bánh răng truyền lực chính có hai dạng:

+  Loại đơn gồm một cặp bánh răng ăn khớp.

+  Loại kép gồm hai cặp bánh răng ăn khớp.

- Truyền lực đơn lại có thể phân loại theo dạng bánh răng:

+  Loại bánh răng côn răng thẳng.

+  Loại bánh răng côn răng xoắn.

1.2.4 Cấu tạo truyền lực chính:

Truyền lực chính đơn có kết cấu gọn, nhẹ đơn giản dễ sản xuất và bảo dưỡng sửa chữa, giá thành thấp nên được sử dụng phổ biến trong các hệ thống truyền lực ô tô. Tuy nhiên do chỉ có một cặp bánh răng, nên tỉ số truyền của truyền lực chính dạng này bị giới hạn (i­₀ < 7) và khả năng chịu tải không lớn sẽ phải tăng mô đun răng, điều này dẫn đến tăng kích thước bánh răng và giảm khoảng sáng gầm xe.

1.3 Vi sai.

1.3.1 Công dụng:

Bộ vi sai có nhiệm vụ làm cho các bánh xe chủ động có thể quay với các vận tốc khác nhau trong các trường hợp ôtô quay vòng hoặc ôtô chuyển động trên đường gồ ghề  không bằng phẳng.

1.3.3  Phân loại vi sai:

-  Theo kết cấu gồm có:

+ Vi sai với các bánh răng côn.

+ Vi sai với các bánh răng trụ.

+ Vi sai tăng ma sát.

- Theo đặc tính phân phối mô men xoắn gồm có:

+ Vi sai đối xứng loại mô men xoắn được phân phối đều ra hai bán trục.

+ Vi sai không đối xứng mô men xoắn phân phối không đều ra hai bán trục.

1.4 Các bán trục.

1.4.1 Công dụng:

Các bán trục dùng để truyền mô men xoắn từ bộ vi sai đến các bánh xe chủ động. Trên các loại bán trục không được giảm tải hoàn toàn bán trục còn được dùng để tiếp nhận các lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động.

1.4.2 Yêu cầu đối với các bán trục:

a) Yêu cầu chung của bán trục:

+ Phải chịu được mô men xoắn lớn trong khoảng thời gian lâu dài.

Bán trục phải thẳng, không được lệch nhất là đối với các xe có khả năng cơ động.

+ Đối với bán trục của cầu dẫn hướng chủ động phải đảm bảo tính đồng tâm cho các đoạn trục của bán trục.

b) Yêu cầu riêng của bán trục sử dụng trên xe có khả năng cơ động.

Các bán trục sử dụng cho các xe loại này phải chịu mô men xoắn lớn, vì vậy các bán trục phải được chế tạo chính xác về mặt hình học, và phải có các góc lượn hợp lý để tránh ứng suất tập trung.

1.4.3 Phân loại bán trục:

+ Bán trục giảm tải hoàn toàn (hình 1.6): bánh xe có moay ơ được lắp trên 2 ổ bi, cả hai ổ này đều lắp trên vỏ cầu. Do hai ổ bi được bố trí cách nhau một đoạn, nên các mô men uốn của các lực tương tác giứa bánh xe và mặt đường ( Z,Y, X) đều được tiếp nhận bởi vỏ cầu.

+ Bán trục giảm tải 1/2 (hình 1.8):  Đầu ngoài của bán trục được đỡ bởi 1 ổ bi nằm trong vỏ cầ chủ động. Trong trường hợp này, moay ơ được trực tiếp bắt lên bán trục. Kết cấu dạng này cũng có thể không có moay ơ mà tang trống đươc bắt trực tiếp lên mặt bích ở đuôi của bán trục. Với cách bố trí như vậy, bán trục phải chịu toàn bộ mô men uốn của các lực tương tác giữa bánh xe với mặt đường. 

1.5 Vỏ cầu.

1.5.1  Công dụng của vỏ cầu.

   Đối với xe có khả năng cơ động hệ thống treo thường là hệ thống treo phụ thuộc. Cầu xe là phần khối lượng không được treo. Trong thiết kế cầu xe thường ta phải cố gắng để phần khối lượng không được treo này là nhỏ đến mức có thể. 

1.5.2 Yêu cầu đối với vỏ cầu.

Vỏ cầu phải đảm bảo những yêu cầu cơ bản sau đây:

- Vỏ cầu phải đủ cứng để chịu được trọng lượng của xe, tránh gẫy uốn ảnh hưởng đến các kết cấu bên trong.

-  Vỏ cầu phải đảm bảo kín để bảo vệ các kết cấu bên trong.

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CỤM CẦU SAU

2.1 TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN LỰC CHÍNH HYPOID

2.1.1 Tính toán tỉ số truyền truyền lực chính

Theo tài liệu [3] – tr (123) từ công thức đảm bảo vận tốc lớn nhất của xe ta thay số ta có tỉ số truyền của truyền lực chính: i₀ = 6,93

2.1.2 Tính toán chế độ tải trọng

G₂=50000 (N) tải trọng phân bố ra cầu sau

Chọn chế độ tính toán theo khả năng bám:

M­_tt=2799 (Nm)

2.1.3 Tính chọn kích thước 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 [s_tx]= 3500 (MN/m²) 

+ Hệ số dịch chỉnh chọn: x₁=+0,682 (mm). x₂= -0,682 (mm)

+ Đường kính vòng đỉnh đáy lớn: D_e=D_i+2.h_i.cosd_i

+ Khe hở chân răng đáy lớn: c=0,2.m_s

->  c₁=c₂=0,2.9,42=1,884 (mm)

+ Chiều cao đầu răng đáy lớn:

h_e=m_s+x.m_s

-> h_e1=9,42- 0,6.9,42=2,994(mm)

-> h_e2=9,42+0,6.9,42=15,072(mm)

2.1.4 Tính toán lực tác dụng lên cặp bánh răng truyền lực chính

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.

2.1.6 Tính bền bánh răng theo ứng suất tiếp xúc

Thay số ta được: s_tx = 2339,4 (MN/m)²

s_tx<[s_tx] ® Điều kiện bền theo ứng suất tiếp xúc được thỏa mãn.

2.2 TÍNH TOÁN VI SAI

2.2.1 Xác định kích thước vi sai

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

+ Chọn số bánh răng vi sai là 4 bánh răng.

+ Chọn môđun răng tại mặt đáy lớn răng, sử dụng bánh răng côn răng thẳng, Chọn m=5.

+ Số răng bán trục: Z_b = 20

+ Số răng bánh răng hành tinh Z_h = 11

+Tỷ số truyền: i_ht= 20 : 11 =  1,4615

+ Hệ số dịch chỉnh, chọn x_h=0,244 (mm), x_b=- 0,244 (mm)

2.2.2 Tính 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.

E: Môđun đàn hồi của vật liệu, E = 21,5.10¹⁰ (N/m²)

Chọn d₁, d₂ theo đương kính bánh răng hành tinh và đường kính trục bánh răng hành tinh, d₁=59 (mm), d₂=28 (mm).

2.3 TÍNH TOÁN BÁN TRỤC VÀ DẦM CẦU

2.3.1 Tính toán bán trục

a, Tính bền bán trục

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.

* Kiểm tra theo xoắn:

Với các thông số ta chọn theo xe tham khảo:

- M_emax – mô men xoắn cực đại của động cơ, M_emax = 300(Nm).

- i_hmax  -  tỉ số truyền của hộp số ở tay số 1, i_hmax = 11,4

- i₀ – tỷ số truyền của cầu sau, i_o = 6,83

- d – đường kính bán trục, chọn theo xe tham khảo d = 50 (mm)

Thay số ta được: t = 934,34 (MN/m²) ≤ [t] = 950 (MN/m²)

Then thỏa mãn bền dập.

b, Tính chọn kích thước ổ bi bán trục

Chọn kích thước ổ bi tính với trường hợp ô tô chuyển động thẳng với toàn bộ tải trọng.

Khi chọn ổ bi cho bánh xe cần tính lực pháp tuyến và lực chiều trục, số vòng quay theo chế độ tải trọng trung bình. Lực chiều trục chỉ tác dụng lên ổ bi khi quay vòng hay trượt ngang (chỉ có trong thời gian ngắn). Vì vậy khi chọn ổ bi nếu đứng về mặt tuổi thọ ổ bi mà nói có thể bỏ qua lực chiều trục.

+V: hệ số kể đến vòng nào quay,V= 1,2 khi vòng ngoài quay.

+ k_t: hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ, chọn k_t = 1.

+ k_đ: hệ số kể đến đặc tính tải trọng, k_đ = 1,3 I1,8 chọn k_đ = 1,5.

+ X hệ số, X = 1.

Thay số ta được: Q = 36043 (N)

- L: tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay.

Gọi L_h là tuổi thọ của ổ tính bằng giờ: L_h = 10⁶L/(60n) với n là (số vòng quay/phút), n = 461 (vòng/phút) chọn theo xe tham khảo. Với L_h = 8.10³

Ta tính được L = 221,28 (giờ)

- m: bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn, m = 10/3 đối với ổ đũa côn.

Thay số ta được: C_d = 182,09 kN

Ta chọn ổ với  C ≥ C_d  và đường kính ngõng trục d = 75 (mm), ta chọn ổ đũa côn cỡ trung rộng với kí hiệu ổ là: 7615

Vậy Q_t < C₀ = 235 (kN) khả năng tải tĩnh của ổ được đảm bảo.

 2.3.2 Tính toán dầm cầu        

Dầm cầu thiết kế là dầm cầu đúc vật liệu là gang xám CЧ30, chọn hình dáng tiết diện chịu lực hình chữ nhật, các kích thước được chọn theo xe tham khảo. Sau khi đã chọn được kích thước ta tính bền cho dầm cầu ở vị trí đặt lực.

2.4 Tính toán cơ cấu phanh

2.4.1 Xác định mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh

Mô men phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm được tốc độ, hay dừng hẳn được ôtô với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép. Mô men này đạt giá trị lớn nhất khi nó tận dụng được khả năng bám tối đa của các bánh xe: M_pmax = M_j = j.G.r_bx theo công thức [1] - (1- II )

Trong quá trình tính toán ta bỏ qua lực cản không khí, lực cản lăn và coi hệ số bám tại các bánh xe là như nhau.

2.4.2 Xác định các lực tác dụng lên guốc phanh bằng phương pháp họa đồ

a, Các lực tác dụng lên guốc phanh

Guốc phanh phải chị 3 lực:

Lực P do dẫn động phanh sinh ra, cụ thể là do cam ép, phương chiều và điểm đặt của lực này đã biết theo kết cấu của cơ cơ cấu phanh.

Phản lực U từ chốt tác dụng lên guốc phanh, điểm đặt của lực này được coi là đặt tại tâm quay của guốc phanh O₁, tuy nhiên phương chiều và độ lớn thì chưa biết.

Phản lực R của trống phanh tác dụng lên má phanh. Lực này cũng chưa biết cả về điểm đặt, phương, chiều và độ lớn. Lực R phân tích thành hai thành phần N là áp lực pháp tuyến tác dụng lên bề mặt tiếp xúc của má phanh và T chính là lực ma sát.

b, Cách xác định phương chiều và điểm đặt của lực R

* Xác định góc tạo bởi lực hướng tâm N với trục X-X.

c, Xây dựng họa đồ lực phanh:

Khi tính toán cơ cấu phanh chúng ta cần xác định lực P tác dụng lên guốc phanh để đảm bảo cho tổng mômen phanh sinh ra ở guốc phanh bằng mômen phanh tính toán của mỗi cơ cấu phanh phanh đặt ở bánh xe.

Sau khi chọn được các thông số kết cấu b₁, b₀, b₂, r_t  từ đó tính được góc d và bán kính r nghĩa là xác định hướng và điểm đặt lực N (hướng vào tâm O).  Lực R là tổng hợp của lực N và T, phương của R tạo với phương của N góc j₁ và góc j₁ xác định theo công thức sau:

tg j₁ = T/N = m

Đồng thời các điểm đặt lực do cam sinh ra lực P chọn theo xe tham khảo, đó là khoảng cách D tính từ tâm O và D = 130 mm. Để phục vụ cho việc tính toán dựng hệ trục vuông góc X-X và Y-Y trong đó trục Y-Y đi qua tâm O và tâm quay của guốc phanh, OO₁ tạo với phương thẳng đứng góc a » 11^o. Ta lần lượt vẽ cơ cấu phanh bánh trước với các thông số đã biết, dựng hệ trục tính toán, sau đó đặt lực tác dụng.

2.4.4 Xác định kích thước của má phanh

Kích thước má phanh guốc chọn trên cơ sở đảm bảo công ma sát riêng, áp suất trên mặt phanh, tỷ số trọng lượng toàn bộ của ôtô trên diện tích toàn bộ của các má phanh và chế độ làm việc của phanh.

2.4.5, Tính bền một số chi tiết

1.Tính kích thước đến trọng tâm G

- F₁- Diện tích phần trên chữ T: F₁=a.b=132.10=1320 (mm²)

- F₂- Diện tích phần dưới chữ T: F₁=c.d=26.60=1560 (mm²)

- Y_C1=16 (mm)

- Y_C2=Y₂-Y_C1=35 - 16=19(mm)

- R₂= 190 (mm)

- R₃= 130(mm)

Kích thước từ tâm bánh xe đến trọng tâm của guốc phanh: R_G = R’₂ + Y_C2 = 160 + 19 = 179 (mm)

2. Kiểm tra bền guốc phanh

Các lực tác dụng lên guốc phanh sau ta đã xác định được ở trên:

P = 9205,52 (N)

U = 28934,35 (N)

R = 36817,9 (N)

Trong đó : P =9205,52 (N);

N_X1=- Pcos =- 9205,52 .cos25^o =- 8343,03 (N)

 Q_Y1=- Psin=-9205,52. sin25^o=- 3890,42 (N)

+ Xét sự cân bằng tại điểm B.

Thay số ta được:

N_X1=- 9205,52.cos89=- 160,65(N)

 Q_Y1=- 9205,52.sin89=- 9204,11 (N)

 M_U1=- 9205,52(132-160.cos89)=- 1189432,28(Nmm)=- 1189,432 (Nm)

Tại điểm B (b = 80^o);   c = 170 mm

U_1x = Usin75= 28934,35 sin75= 27948,43(N)

U_1y =  Ucos75= 28934,35 cos75= 7488,76 (N)                      

N_x2 = - 7488,76.sin80^o – 27948,43.cos80^o = - 12228,18 (N)

 Q_y2 = 27948,43.sin80^o – 7488,76.cos80^o = 26223,42 (N)

M_u2 = 7488,76.0,17.sin80- 27948,43.0,17(1 – cos80^o) = - 2672,44 (Nm)

Tại điểm C (b = 0^o)

N_x2 = - 7488,76.sin0^o – 27948,43.cos0^o = - 27948,43 (N)

Q_y2 = 27948,43.sin0^o – 7488,76.cos0^o = -7488,76 (N)

M_u2 = 0

Dấu “ - “ chứng tỏ chiều của các lực ngược chiều với chiều trên hình vẽ.

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA ĐỂ THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRONG

CỤM CẦU CHỦ ĐỘNG

3.1 Tổng quan về trợ giúp máy tính trong lĩnh vực thiết kế chế tạo máy

Trong những năm gần đây, máy tính đã trở thành một công cụ không thể thiếu được trong các ngành kinh tế khác nhau. đặc biệt trong lĩnh vực thiết kế sự hỗ trợ của máy tính đã giúp chúng ta giải quyết được hàng loạt các vấn đề mà trước kia không thể giải quyết được hoặc phải đưa  vào các giả thuyết  đơn giản hoá. Với sự trợ giúp của máy tính chúng ta có thể nâng cao chất lượng sản phẩm, hạ giá thành. Cho phép rút ngắn thời gian tạo ra, thay đổi kiểu dáng của sản phẩm. 

3.2 Giới thiệu phương pháp thiết kế 3D bằng phần mềm CATIA.

3.2.1 Tổng quan về phần mềm CATIA

Trước đây công việc của nhà thiết kế ta có thể hình dung như sau: thể hiện ý tưởng bằng một mô hình ba chiều phác hoạ trên giấy, vẽ các bản vẽ kỹ thuật với một số thông số ban đầu (thiết kế sơ bộ ), sau đó tiến hành thiết kế thực sự trên bản vẽ kỹ thuật, bổ xung hiệu chỉnh các bản vẽ với các quy trình quy phạm,…Tóm lại đây là một quy trình đòi hỏi rất nhiều thời gian, công sức và sự nhẫn nại của nhà thiết kế vì các bản vẽ luôn phải sửa đổi, bổ xung, hiệu chỉnh,…và dụng cụ hay phải dùng nhất có lẽ là viên tẩy thước kẻ. 

Ngày nay công nghệ thông tin đã xâm nhập vào các lĩmh vực khoa học công nghệ, và trong lĩnh vực thiết kế CAD đã trở thành một công cụ đắc lực. Xu thế phát triển của CAD đó là :

Định nghĩa ban đầu của CAD là Computer-Aided Drafting có nghĩa là “ Vẽ kỹ thuật với sự trợ giúp của máy tính” và chức năng chủ yếu của nó là đưa (hay tin học hoá) bản vẽ kỹ thuật hai chiều (2D) lên máy tính. Ngày nay CAD đã phát triển thành “ Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính” (Computer-Aided Design) và xây dựng trực tiếp các mô hình ba chiều (3D). Sau khi thiết kế mô hình sẽ được kiểm tra, phân tích trên máy tính trước khi đưa vào chế tạo hay thi công làm giảm thiểu sai sót cũng như thời gian tung sản phẩm ra thị trường.

3.2.2 Trình tự thiết kế 3D trong CATIA

a. Khái quát chung Trình tự thiết kế của các phần mềm

Công việc giải quyết các bài toán với việc sử dụng các phần mềm được thực hiện qua nhiều các bước khác nhau, trình tự và nội dung công việc trong mỗi bước cũng còn phụ thuộc vào từng phần mềm cụ thể. Tuy nhiên nói chung ở tất cả các phần mềm chúng ta đều có thể nhóm các công việc vào 4 phần:

* Phân tích bài toán cần giải quyết: đây là bước hết sức quan trọng quyết định đến thời gian xử lý của máy cũng như độ chính xác của kết quả tính toán.

* Bước xây dựng mô hình: sử dụng bộ tiền xử lí (Preprocessor) của phần mềm để định nghĩa mô hình các phần tử.

b. Trình tự thiết kế 3D trong CATIA

Công việc giải quyết bài toán (xây dựng mô hình), trong CATIA được thực hiện qua nhiều bước khác nhau (sử dụng nhiều công cụ thiết kế ), trình tự và nội dung công việc trong mỗi bước cũng còn phụ thuộc vào hình dáng từng vật thể cần thiết kế.

+ Bản vẽ chi tiết (Part Design): Bản vẽ được sử dụng để tạo các chi tiết riêng lẻ, do đó trong bản vẽ chi tiết người sử dụng không thể tạo được 2 chi tiết trên nó. Bản vẽ này thường xuyên được sử dụng để thiết kế các chi tiết 3D.

+ Bản vẽ Wireframe and Surface Design: bản vẽ này chủ yếu dùng để thiết kế đường và mặt phức tạp trong không gian, sau đó có thể chuyển qua bản vẽ Part để tạo ra chi tiết thể đặc.

+ Bản vẽ lắp (Assembly) : Bản vẽ này liên kết các chi tiết trong bản vẽ chi tiết lại với nhau, để tạo thành một cụm chi tiết hoặc một sản phẩm hoàn chỉnh. Bản vẽ lắp liên kết các chi tiết lại với nhau do đó nếu có sự thay đổi nào từ các bản vẽ chi tiết thì chi tiết tương ứng trên bản vẽ lắp cũng tự động cập nhật theo.

3.3 Sử dụng phần mềm CATIA thiết kế các chi tiết trong cụm cầu chủ động

Trong cụm cầu chủ động của xe tải 2.98T của chi nhánh ôtô Cổ loa gồm có gần 45 chi tiết, các chi tiết này có đặc điểm kết cấu về mặt hình học rất khác nhau. Do đó để thiết kế 3D đối với các chi tiết của cụm cầu chủ động, em đã chia nhóm các chi tiết  có đặc điểm hình học tương tự nhau và sử dụng phần mềm CATIA để thiết kế 3D cho các chi tiết này.

*VẼ BÁNH RĂNG VÀNH CHẬU BẰNG PHẦN MỀM CATIA.

Bánh răng vành chậu thuộc cụm truyền lực chính được lắp bu lông trên một trong 2 vỏ vi sai và ăn khớp với bánh răng quả dứa, các thông số của bánh rưng vành chậu bao gồm: số răng Z₁=41, môdun m=7....

Sau khi khởi động phần mềm, để vào các môdun thiết kế ta kích chuột vào FILE NEW rồi chọn tên các môdun cần thiết hoặc cách thông dụng nhất là vào START như hinh 2. Để thiết kế chi tiết thể đặc thì ta vào môdun MECHANICAL DESIGN PART DESIGN.

Trong (*) thì t là thông số từ 0.0 đến 0.4 quy định vị trí các điểm trên biên dạng răng.từ công thức (*) và các mối quan hệ đã được thiết lập ta vẽ được biên dạng răng gần với biên dạng thân khai.

3.4 Một số các chi tiết khác của cụm cầu được vẽ bằng phần mền CATIA

Một số các chi tiết khác của cụm cầu được vẽ bằng phần mền CATIA được thể hiện như bảng dưới.

CHƯƠNG IV

TÍNH BỀN MỘT SỐ CHI TIẾT TRONG CỤM CẦU CHỦ ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN(PTHH) VỚI ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS WORKBENCH  VÀ CATIA TRONG TÍNH BỀN KẾT CẤU

4.1 Một số khái niệm của phương pháp PTHH.

Phương pháp PTHH là phương pháp giải các bài toán kết cấu kế thừa tư tưởng của phương pháp xấp xỉ hàm và phương pháp sai phân hữu hạn.

Trong phương pháp PTHH, vật thể liên tục được thay thế bằng một số hữu hạn các phần tử rời rạc có hình dạng đơn giản, nối với nhau ở một số điểm được qui định gọi là nút. Các phần tử này giữ nguyên tính chất liên tục trong phạm vi của mỗi phần tử, nhưng do có hình dạng đơn giản và kích thước bé nên cho phép nghiên cứu nó dễ dàng hơn trên cơ sở các qui luật về phân bố chuyển vị và nội lực.

Các đặc trưng cơ bản của mỗi phần tử được xác định và mô tả dưới dạng các ma trận độ cứng của các phần tử. Các ma trận này được sử dụng để ghép các phần tử thành một mô hình rời rạc hoá của kết cấu thực cũng dưới dạng một ma trận độ cứng của cả kết cấu.

Các tác động ngoài gây ra nội lực và chuyển vị của kết cấu được qui đổi về các ứng lực tại nút và được mô tả trong ma trận tải trọng nút tương đương. Các ẩn số cần tìm là các chuyển vị nút (hoặc nội lực tại các nút) được xác định trong ma trận chuyển vị nút hoặc ma trận nội lực nút.

4.2 Tổng quan về phần mềm ansys workbench

 ANSYS workbench là một gói phần mềm FEA (Finite Element Analysis) hoàn chỉnh dùng để mô phỏng, tính toán, thiết kế trong công nghiệp, ANSYS workbench đã và đang được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật như: Kết cấu; nhiệt; dòng chảy; điện, tĩnh điện; điện từ và tương tác giữa các môi trường, các hệ vật lý.

- ANSYS workbench /LS-DYNA: Giải quyết các vấn đề kết cấu có độ phi tuyến cao(như bài toán động lực học biến dạng lớn trong cơ học...)

- DesignSpace: là một công cụ gọn nhẹ cho phép phân tích và thiết kế nhanh trong môi trường CAD khác nhau (ví dụ: SolidWorks, Autodesk products, SolidEdge, Unigraphics...).

- ANSYS workbench / ProFEA: cho phép phân tích và tối ưu thiết kế trong môi trường CAD pro/ ENGINER

a,  Modul Tiền xử lí (Preprocesing)

Modul này cho phép người dùng có thể chuẩn bị những thao tác để cho quá trình giải bao gồm xây dựng mô hình hình học, định kiểu phần tử, lựa chọn mô hình vật liệu, chia lưới phần tử hữu hạn, đặt tải...

b, Modul giải (Solution).

* Tải trọng trong ANSYS workbench

Tải trọng áp đặt vào mô hình trong ANSYS workbench được chia thành một số dạng cơ bản như sau:

-  Những ràng buộc DOF: áp đặt bằng DOF, ví dụ như chuyển vị trong một phân tích ứng suất, hoặc nhiệt độ trong một phân tích nhiệt.

- Tải tập trung (Concentrated load): Tải đặt vào điểm, ví dụ như lực hoặc tiêu thụ dòng nhiệt.

- Tải bề mặt (Surface load):Tải phân bố trên toàn bộ một bề mặt, ví dụ như áp suất hoặc đối lưu.

- Tải vật thể (Body load): Tải thể tích hoặc tải trường, ví dụ nhiệt độ (gây nên giãn nở nhiệt) hoặc sự sinh nhiệt bên trong.

4.3 Ứng dụng phần mềm ANSYS WORKBENCH vào tính ứng suất  uốn bảnh răng quả dứa.

Từ trước đến nay, ứng suất uốn tại chân răng bánh răng được tính toán theo phương pháp truyền thống. Do hạn chế của các thiết bị tính, người ta đơn giản hoá các công thức tính toán, dùng các hệ số trong công thức tính, trong khi giá trị của các hệ số được xác định một cách gần đúng. Chính vì lý do đó, kết quả tính ứng suất bằng phương pháp truyền thống có độ chính xác không cao, dẫn đến bộ truyền bánh răng được thiết kế thường là thừa bền, không đảm bảo tính kinh tế.

Hiện nay, phần mềm ANSYS WORKBENCH đã được đưa vào sử dụng để xác định chuyển vị và ứng suất của các vật thể biến dạng chịu tải. Phần mềm này dùng để giải các bài toán, được thiết lập trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn. Phương pháp phần tử hữu hạn là phương pháp số đặc biệt để tìm dạng gần đúng của một hàm chưa biết trong miền xác định V của nó. 

NHẬN XÉT:

Kết quả tính toán ứng suất uốn chân răng của bánh răng, nhận được từ hai phương pháp tính, sai khác nhau không nhiều. Điều đó chứng tỏ rằng: dùng phần mềm ANSYS để tính ứng suất chân răng, với mô hình tính nêu trên, cho kết quả tính toán có độ chính xác tương đối cao. Như vậy, chúng ta có thể yên tâm sử dụng phần mềm ANSYS để xác định ứng suất uốn chân răng bánh răng trong bài toán kiểm tra bền bộ truyền bánh răng, hoặc thiết kế bánh răng.

4.4 Ứng dụng phần mềm CATIA vào tính bền dầm cầu chủ động trong trường hợp khi có lực kéo Max.

Các bước giải :

- Xây dựng mô hình phần tử.

- Chia lưới

- Đặt lực

Kết quả tính bằng phần mềm CATIA cho giá trị nhỏ hơn và gần với giá trị khi tính theo phương pháp cổ điển. Ưu điểm của các bài toán tính theo Phương pháp phần tử hữu hạn đó là giải được các bài toán phức tạp một cách nhanh chóng và đạt kết quả chính xác.

CHƯƠNG V

QUI TRÌNH THÁO LẮP VÀ CHĂM SÓC BẢO DƯỠNG KĨ THUẬT CỤM CẦU SAU

5.1 Lắp Ráp Cụm Cầu Sau

 Quy trình lắp ráp cầu sau được thực hiện theo quy trình sau:

A. Lắp ráp cụm mâm phanh

B. Lắp ráp cụm moay ơ

D. Lắp cụm bánh răng quả dứa

E. Lắp ráp cụm vi sai

G. Lắp ráp cụm chính giữa

5.2 Chăm Sóc Bảo Dưỡng Kĩ Thuật

5.2.1 Kiểm tra, điều chỉnh

Để cụm cầu sau ôtô hoạt động tốt và ổn định, hạn chế tiếng ồn thì cần tiến hành một số kiểm tra, điều chỉnh trong và sau quá trình lắp ghép:

- Điều chỉnh tải trọng ban đầu của vòng bi bánh răng quả dứa

- Điều chỉnh tải trọng ban đầu của vòng bi bán trục

a. Điều chỉnh tải trọng ban đầu của vòng bi bánh răng quả dứa

Khi lắp bánh răng quả dứa vào vỏ đỡ vi sai, nếu đã đặt tải lên bánh răng quả dứa mà không đặt tải ban đầu lên vòng bi phía trước và phía sau thì vòng bi đối diện với hướng đặt tải có thể bị dơ.

Độ dơ như trên thường xảy ra với vòng bi mới vì độ mòn ban đầu của phụ tùng và bánh răng sẽ quay không ổn định nếu không ngăn chặn nó bằng cách đặt tải ban đầu lên các vòng bi bánh răng quả dứa.

b. Điều chỉnh vòng bi của bánh răng quả dứa

Vì các bánh răng của bộ truyền lực chính và bộ vi sai truyền mômen xoắn lớn, chúng thường là nguyên nhân gây ra tiếng kêu. Vì vậy cần phải duy trì luôn ăn khớp đúng để đảm bảo hoạt động đúng chức năng. Điều đó được thực hiện bằng việc kiểm tra và điều chỉnh như sau

- Điều chỉnh tải trọng ban đầu của vòng bi bánh răng quả dứa

- Điều chỉnh tải trọng ban đầu của vòng bi bán trục

d. Điều chỉnh khe hở giữa bánh răng vi sai và bánh răng bán trục

Khe hở ăn khớp giữa bánh răng vi sai và bánh răng bán trục là cần thiết với lí do giống như khe hở ăn khớp giữa bánh răng vành chậu và bánh răng quả dứa. Tuy nhiên khác với bánh răng vành chậu là bánh răng vi sai quay rất chậm, vì bánh răng vi sai và bánh răng bán trục quay thống nhất trong mọi trường hợp nên tiếng kêu không bình thường hiếm khi gây ra bởi chuyển động quay của bánh răng vi sai. 

5.2.2 Một số yêu cầu kỹ thuật

Sau khi lắp ráp hoàn chỉnh, quá trình vận hành có thể xảy ra một số hiện tượng lạ, một số hiện tượng thường gặp như

1. Hiện tượng có tiếng ồn, gõ hoặc rung động

2. Tiếng kêu không bình thường và các hiện tượng khác:

a. Độ đảo bánh răng vành chậu: Nếu độ đảo bánh răng vành chậu lớn hơn độ đảo lớn nhất thì thay bánh răng vành chậu mới. Độ đảo lớn nhất là 0.1mm

b. Khe hở ăn khớp của bánh răng vành chậu: Nếu khe hở ăn khớp không đúng tiêu chuẩn thì điều chỉnh tải trọng ban đầu của vòng bi bán trục hay sửa chữa nếu cần. Khe hở ăn khớp 0.13 - 0.18mm

g. Kiểm tra tải trọng ban đầu tổng cộng: Dùng đồng hồ đo mômem xoắn đo tải trọng ban đầu tổng cộng. Tải trọng ban đầu tổng cộng = Tải trọng ban đầu bánh răng quả dứa + Tải trọng ban đầu của vòng bi bán trục ( 4 - 6 kg.cm).

CHƯƠNG VI

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT CHÍNH TRONG CỤM CẦU

SAU XE ÔTÔ TẢI 3 TẤN

6.1 Quy trình công nghệ gia công bánh răng quả dứa

1- Chuẩn bị: thép hợp kim trung bình 15HM, Ø100 x L145

2- Rèn: rèn trên máy búa, đạt kích thước như bản vẽ

3- Tiện: tiện hoàn chỉnh đạt kích thước bản vẽ, để lượng dư gia công các vị trí lắp ghép

+ Máy: máy tiện 1K62 Liên Xô, công suất 7.5kW

+ Dao cắt: Dao tiện cong, dao tiện vai, dao tiện lỗ, mũi khoan tâm Ø4

+ Gá: mâm cặp 3 chấu vạn năng

6- Nhiệt luyện lần 1:

+ Thấm các bon đạt chiều sâu thấm 0.9-1.8mm

+ Máy lò thấm chuyên dụng

+ Gá: đồ gá chuyên dùng

7- Tiện: tiện ren M18 x 1.5

+ Máy: máy tiện 1K62 Liên Xô, công suất 7.5kW

+ Dao: dao tiện ren

+ Gá: Mâm cặp 3 chấu vạn năng

8- Nguội: khoan lỗ Ø5

+ Máy: máy khoan bàn K12 Việt Nam, công suất 0.6kW

+ Dao: mũi khoan Ø5

+ Gá: đồ gá vạn năng

9- Nhiệt luyện lần 2

+ Tôi thể tích đạt độ cứng 32-35 HRC

+ Tôi cao tần và Ram vành răng đạt độ cứng 58-62 HRC

+ Máy: lò tôi và ram chuyên dụng

10- Mài tròn

11- Mài then hoa: làm sạch chi tiết sau khi nhiệt luyện

6.2 Quy trình công nghệ chế tạo bánh răng vành chậu

1- Chuẩn bị: thép 15HM, phôi rèn Ø350 x 150

2- Tiện: tiện hoàn chỉnh đạt kích thước bản vẽ

+ Máy: máy tiện 1K62 Liên Xô, công suất 7.5kW

+ Dao: dao tiện cong, dao tiện vai, dao tiện lỗ

3- Phay răng:

+ Máy: máy phay răng chuyên dùng

+ Gá: chuyên dùng có sẵn

6.3 Quy trình công nghệ chế tạo bánh răng hành tinh

1- Chuẩn bị: thép hợp kim 20X , Ø70 x 37

2- Rèn: rèn trên máy ép theo khuôn có sẵn

3- Tiện: tiện hoàn chỉnh đạt kích thước bản vẽ

+ Máy: máy tiện 1K62 Liên Xô, Công suất 7.5kW

+ Dao cắt gồm: dao tiện cong, dao tiện vai, dao tiện lỗ

4- Bào Răng:

+ Máy: máy bào côn 5A-250 liên Xô, công suất 12kW

+ Gá: gá chuyên dùng có sẵn

6.5 Quy trình công nghệ gia công bán trục

1- Chuẩn bị: thép 40X, Ø100

2- Rèn: rèn đạt kích thước theo bản vẽ rèn

+ Máy: máy rèn ngang chuyên dùng

+ Gá: đồ gá rèn chuyên dụng

+ Ủ khử ứng suất uốn sau khi rèn

3- Tiện thô: tiện đạt kích thước bản vẽ

+ Máy: máy tiện 1K62 Liên Xô, công suất 7.5kW

+ Dao: dao tiện cong, dao tiện vai, mũi khoan tâm Ø5

+ Gá: Mâm cặp 3 chấu vạn năng

4- Nhiệt luyện: Tôi cải thiện ram cao đạt độ cứng 28-32 HRC

+ Máy: Lò tôi điện trở, công suất 40kW

Lò ram điện trở chuyên dùng

+ Gá: gá chuyên dùng có sẵn

5- Tiện tinh:tiện hoàn chỉnh đạt kích thước bản vẽ

+ Máy: máy tiện 1K62 Liên Xô, công suất 7.5kW

+ Dao: Dao tiện cong, dao tiện vai, dao tiện định hình

+ Gá: Mâm cặp 3 chấu vạn năng

KẾT LUẬN

Đề tài của chúng Em đã thực hiện được những nội dung sau:

+ Tính toán các thông số cơ bản cụm cầu sau chủ động xe tải 3 Tấn.

+ Xây dựng Mô hình 3D toàn bộ các chi tiết cụm cầu sau bằng phần mềm CATIA.

+ Tính bền một số chi tiết trong cụm cầu bằng phần mềm ANSYS WORKBENCH và CATIA

+ Mô phỏng qui trình tháo lắp cụm cầu sau bằng phần mềm CATIA.

+ Mô phỏng hoạt động của bộ vi sai bằng phần mềm CATIA.

+ Xây dựng qui trình công nghệ gia công các chi tiết chính của cụm cầu sau.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] . Tính Toán Thiết Kế Ô tô_Nguyễn Trọng Hoan_Hà Nội_2007

[2] . Thiết Kế Và Tính Toán Ô tô Máy Kéo_Tập2_Nguyễn Hữu Cẩn_Phan Đình Kiên_NXB Đại Học và Trung Học Chuyên Nghiệp_1971

[3] . Lý Thuyết Ô tô máy kéo _Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái,Nguyễn Văn Tài, Lê thị Vàng_NXB Khoa Học Kỹ  Thuật_2007

[4] . Thiết Kế và Tính Toán Ô tô _Trương Minh Chấp, Dương Đình Khuyến, Nguyễn Khắc Trai_Hà Nội_2007

[5] . Sức Bền Vật Liệu_Nguyễn Quang Anh, Nguyễn Văn Nhậm, Chu Đình Tụ_NXB Đại Học và Trung Học Chuyên Nghiệp_1993

[6] . Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí_tập I_ Trịnh Chất – Lê văn Uyển_NXB Giáo Dục_2005 

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"