Bài giảng Kết cấu ô tô: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:125

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 của bài giảng "Kết cấu ô tô" tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: công dụng, phân loại, yêu cầu các đăng; cầu chủ động; công dụng, phân loại, yêu cầu hệ thống phanh; công dụng, phân loại, yêu cầu hệ thống treo; công dụng, phân loại, yêu cầu hệ thống lái;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kết cấu ô tô: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chương 7 CÁC ĐĂNG 7.1. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU 7.1.1. Công dụng Các đăng và khớp nối là cơ cấu nối và truyền mômen. Nó được sử dụng để truyền mômen giữa các cụm không cố định trên cùng một đường trục và các cụm này có thể bị thay đổi vị trí tương đối trong quá trình làm việc. Ví dụ trong hệ thống truyền lực của ôtô các đăng được dùng để nối giữa hộp số với cầu chủ động (hình 7.1.a) hoặc để nối giữa cầu chủ động với bánh xe ở hệ thống treo độc lập (hình 7.1.b) a b Hình 7.1: Sơ đồ bố trí truyền động các đăng Vì đặc điểm trên nên truyền động các đăng không những phải bảo đảm động học giữa đầu vào và đầu ra mà còn phải có khả năng dịch chuyển dọc trục để thay đổi độ dài của trục các đăng. Ngoài ra để truyền mômen với khoảng cách lớn, thân trục các đăng có thể được chế tạo thành hai phần: một phần gắn lên thân xe, phần còn lại gắn với cầu xe. Giữa các đoạn thân có thể là khớp nối. 7.1.2. Phân loại Các đăng có thể phân loại theo công dụng, đặc điểm động học hoặc kết cấu. 7.1.2.1. Theo công dụng Theo công dụng của các đăng, người ta chia thành các loại sau: - Các đăng nối giữa hộp số với cầu chủ động. - Các đăng nối giữa cầu chủ động với bánh xe chủ động. - Các đăng nối giữa hộp số với các thiết bị phụ: bơm thuỷ lực, tời kéo, .... 7.1.2.2. Theo đặc điểm động học Theo đặc điểm động học của các đăng người ta chia thành các loại sau: - Các đăng khác tốc: tốc độ quay của trục chủ động và bị động qua một khớp các đăng là khác nhau. - Các đăng đồng tốc: tốc độ quay của trục chủ động và bị động qua một khớp các đăng là bằng nhau. - Khớp nối: khớp nối khác các đăng là khả năng truyền mômen giữa trục chủ động và bị động qua khớp nối giới hạn trong khoảng 3o - 6o. 7.1.2.3. Theo kết cấu Theo kết cấu của các đăng người ta chia thành các loại sau: 116
- Các đăng có trục chữ thập. - Các đăng bi. - Khớp nối đàn hồi, cho phép làm việc ở góc truyền giới hạn. 7.1.3. Yêu cầu - Ở bất kỳ số vòng quay nào trục các đăng cũng không bị võng và va đập, cần phải giảm tải trọng động do mômen quán tính sinh ra đến một trị số đảm bảo an toàn. - Các trục các đăng phải đảm bảo quay đều và không sinh ra tải trọng động. - Đối với các đăng đồng tốc phải đảm bảo chính xác về động học trong quá trình làm việc khi trục chủ động và bị động lệch với nhau một góc bất kỳ để đảm bảo hai trục quay cùng tốc độ. - Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, có độ bền vững cao, hiệu suất truyền động cao. 7.2. CÁC ĐĂNG KHÁC TỐC 7.2.1. Sơ đồ cấu tạo và động học 7.2.1.1. Sơ đồ cấu tạo Hình 7.2: Sơ đồ cấu tạo các đăng khác tốc Cấu tạo của các đăng khác tốc bao gồm nạng chủ động 5, nạng bị động 6 và chạc chữ thập 3. Nạng chủ động 5 được nối với trục 1 bằng then hoa và có hai lỗ 2. Nạng bị động 6 cũng được nối với trục bị động 4 bằng then hoa và cũng có hai lỗ 2. Chạc chữ thập 3 gồm hai chốt đặt vuông góc và cố định với nhau thành hình chữ thập. Các chốt của chạc chữ thập được lắp ghép với các lỗ 2 của nạng chủ động 5 và nạng bị động 6. 7.2.1.1. Động học Động học của các đăng khác tốc được mô tả trên hình 7.3. Khi trục chủ động A của khớp các đăng quay được một vòng thì trục bị động B cũng quay được một vòng. Bán kính quay của khớp lớn nhất (r 2) khi trục chữ thập vuông góc với trục chủ động (ứng với các góc quay 90o, 270o). Bán kính bé hơn (r1) khi trục chữ thập không vuông góc với trục chủ động (ứng với các góc 0 o, 180o hoặc 360o). Vì vận tốc dài nạng khớp các đăng của trục bị động thay đổi mỗi khi quay qua góc 90o, nên nó sinh ra sự thay đổi về vận tốc góc tương đối so với trục chủ động. Sự thay đổi này càng lớn nếu góc  hợp bởi giữa trục chủ động và bị động càng lớn. 117
= 30o Hình 7.3: Động học của các đăng khác tốc Lợi dụng tính chất động học trên nếu bộ truyền các đăng sử dụng hai khớp các đăng được bố trí theo sơ đồ như hình 7.4.b. a 1 2 b c Hình 7.4: Bộ truyền các đăng hai khớp chữ thập Theo sơ đồ này thì trục bị động của khớp các đăng phía trước lại là trục chủ động của khớp các đăng phía sau còn trục bị động của khớp các đăng phía sau cũng là trục bị động của bộ truyền các đăng. Hướng của hai nạng trên trục trung gian phải trùng nhau trong một mặt phẳng. Góc hợp bởi trục chủ động với trục trung gian phải bằng góc hợp bởi trục trung gian với trục bị động (1 = 2). Với cấu tạo như trên khi trục chủ động của khớp các đăng trước quay với vận tốc góc đều thì trục bị động của nó là trục trung gian của bộ truyền sẽ quay không đều. Nhưng trục trung gian lại là trục chủ động của khớp các đăng phía sau nên khi nó quay không đều nhưng lại cho trục bị động của khớp các đăng phía sau quay đều. Có nghĩa là nếu trục chủ động và bị động của bộ truyền các đăng có vận tốc góc là 1 và 2 thì 1 = 2. Điều đó được minh hoạ thêm trên hình 7.4.a. 118
Để bảo đảm tốc độ góc của trục chủ động và trục bị động của bộ truyền các đăng hai khớp chữ thập thì ngoài điều kiện góc 1 = 2 thì các nạng trên trục trung gian phải có hướng trùng nhau trong một mặt phẳng. Vì vậy khi lắp ráp hai nửa của trục trung gian có then hoa di trượt cần chú ý đặc điểm này. Chú ý này được chỉ ra trên hình 7.4.c. 7.2.2. Cấu tạo Cấu tạo chung của trục các đăng bao gồm thân trục các đăng và khớp các đăng. Thông thường người ta sử dụng loại trục các đăng có hai khớp nối (hình 7.5.a). a. Trục các đăng hai khớp b. Trục các đăng ba khớp Hình 7.5: Cấu tạo chung của trục các đăng Trong trường hợp khoảng cách truyền tương đối xa khi tốc độ quay của trục các đăng khá lớn trục có xu hướng bị võng và rung động nhiều thì người ta sử dụng trục các đăng hai thân ba khớp và có ổ đỡ trung gian (hình 7.5.b). Với cấu tạo như vậy chiều dài của mỗi đoạn các đăng sẽ ngắn hơn làm độ cứng vững tăng lên nên ít bị võng và rung động khi làm việc ở tốc độ cao. Bộ phận chính của bộ truyền các đăng là khớp các đăng, nó được mô tả trên hình 7.6. Hình 7.6: Cấu tạo của khớp các đăng 119
Khớp các đăng bao gồm một trục chữ thập và hai nạng gắn liền với trục chủ động và trục bị động của khớp các đăng. Trục chữ thập được liên kết với các lỗ trên hai nạng thông qua các ổ bi kim. Vòng bi kim được lắp vào trong nắp và nắp được ép vào lỗ trên nạng. Để ngăn không cho vòng bi dịch chuyển ra ngoài khi trục các đăng làm việc ở tốc độ cao thì người ta sử dụng vòng hãm hoặc tấm hãm để cố định nắp vòng bi trong lỗ trên các nạng. Các chi tiết của nó được chỉ ra trên hình 7.6. Thân trục các đăng dùng để nối hai khớp các đăng với nhau (hình 7.7). Thân trục thường được chế tạo bằng ống thép hình trụ rỗng nhằm giảm khối lượng, tăng độ cứng vững và tăng khả năng truyền mômen xoắn. Hình 7.7: Cấu tạo thân trục các đăng Ngoài ra vì trong quá trình làm việc khoảng cách giữa hai khớp các đăng luôn thay đổi nên thân trục các đăng thường được chế tạo hai nửa và liên kết với nhau bằng then hoa. Do khi lắp ráp có thể làm hai nạng trên thân trục không trùng trên một mặt phẳng nên trên hai nửa thân trục thường có đánh dấu lắp ráp. 7.3. CÁC ĐĂNG ĐỒNG TỐC 7.3.1. Nguyên lý hình thành các đăng đồng tốc kiểu bi Nguyên lý hình thành các đăng bi có thể xem xét trên cơ sở bộ truyền bánh răng côn ăn khớp có kích thước hình học giống nhau hoàn toàn như trên hình 7.8.a. Hình 7.8: Nguyên lý hình thành các đăng đồng tốc kiểu bi a. Bộ truyền bánh răng côn có kích thước hình học giống nhau b. Bộ truyền thay đổi góc truyền lực bằng ăn khớp bi c. Các đăng đồng tốc bi tự định vị d. Các đăng đồng tốc bi có vòng định vị Khi góc giữa hai đường tâm trục thay đổi, tức là khi thay đổi góc nghiêng truyền mômen giữa hai trục chủ động và bị động, điều kiện đồng tốc được thực hiện nếu: - Giữ nguyên khoảng cách từ điểm truyền lực đến điểm giao nhau của hai đường tâm trục. 120
- Điểm truyền lực luôn luôn nằm trên mặt phẳng phân giác của góc tạo nên giữa hai đường tâm trục. Trong trường hợp bộ truyền ăn khớp bi thì các viên bi phải nằm giữa trên mặt phẳng phân giác của góc tạo bởi hai đường tâm trục (hình 7.8.b). Để giữ cho các viên bi truyền lực luôn nằm trên mặt phẳng phân giác trong kết cấu cụ thể có thể thực hiện theo các kiểu khác nhau: - Tự định vị trên các rãnh cong (hình 7.8.c). - Dùng các vòng định vị (hình 7.8.d). Thông thường các đăng đồng tốc được sử dụng để truyền lực cho bánh xe chủ động ở cầu dẫn hướng chủ động, vì góc quay của bánh dẫn hướng về hai phía có thể lên tới 30o - 40o. Các dạng các đăng đồng tốc tiêu biểu dùng trên ôtô du lịch gồm có: - Các đăng đồng tốc bi kiểu Veise. - Các đăng đồng tốc bi kiểu Rzeppa. - Các đăng đồng tốc kiểu Tripod. - Các đăng đồng tốc kiểu chữ thập kép. 7.3.2. Các đăng đồng tốc bi kiểu Veise Hình 7.9: Cấu tạo các đăng đồng tốc bi kiểu Veise Trên cầu trước dẫn hướng, chủ động có dầm cầu cứng, hệ thống treo phụ thuộc thường bố trí loại các đăng đồng tốc kiểu này. Trục chủ động có nạng chữ C. Hai bên của một đầu nạng có các rãnh tròn để chứa các viên bi truyền lực. Các rãnh tròn này được tạo với rãnh cong tròn có tâm là tâm của khớp với cung cong cho phép viên bi di chuyển trên nó xấp xỉ 30o. Trong khớp có bốn viên bi nằm ngoài có nhiệm vụ truyền lực. Trục bị động có cấu tạo tương tự nhưng lắp đối diện với các viên bi và tạo nên một rãnh ôm hai mặt với viên bi. Một viên bi thứ 5 nằm giữa tâm khớp, hai phía được tì vào hai nửa trục truyền nhờ rãnh lõm hình chỏm cầu. 7.3.3. Các đăng đồng tốc bi kiểu Rzeppa Loại các đăng đồng tốc kiểu này được sử dụng khá phổ biến trên ôtô du lịch cả với cầu chủ động dầm liền và với hệ thống treo độc lập. Cấu tạo của chúng được mô tả trên hình 7.10. Trục chủ động của các đăng một đầu nối với bánh răng bán trục của bộ vi sai và đầu còn lại lắp then hoa với một phần quả cầu, trên bề mặt ngoài có sáu nửa rãnh tròn. Trục bị động là một hốc cầu có sáu nửa rãnh tròn trong, chứa các 121
viên bi. Các viên bi nằm trong rãnh tròn giữa các nửa rãnh trong và ngoài và được định vị bằng vòng định vị dạng cầu. Vòng định vị nằm sát với vách cầu của trục chủ động, đóng vai trò tạo mặt phẳng phân giác chứa các viên bi. Góc lệch tối đa cho phép giữa hai đường tâm trục khoảng 40o. Hình 7.10: Cấu tạo các đăng đồng tốc bi kiểu Rzeppa Để thay đổi chiều dài của các đăng trong quá trình làm việc thì trục chủ động được ghép then hoa với quả cầu trong của các đăng. Khớp được bôi trơn bằng mỡ và được bao bọc bởi vỏ cao su dạng xếp. 7.3.4. Các đăng đồng tốc kiểu Tripod Cấu tạo của các đăng Tripod (xem hình 7.11) gồm một thân bao hình trụ, trên đó xẻ ba rãnh dọc theo đường sinh. Thân bao hình trụ nối với trục chủ động bằng then hoa. Trục bị động lắp then hoa với một chạc ba và được cố định trên trục bằng hai vành hãm. Trên các đầu trục của chạc ba có bố trí các con lăn với hình bao ngoài dạng mặt cầu. Con lăn vừa quay trên trục vừa có thể di chuyển dọc trên trục của nó. Các con lăn bị hạn chế không chạy ra ngoài bởi gờ cao trên rãnh của thân bao hình trụ. Toàn bộ khớp các đăng được bọc trong một vỏ bọc cao su đàn hồi. 122
Hình 7.11: Cấu tạo các đăng đồng tốc kiểu Tripod Khớp các đăng loại này có khả năng truyền lực với góc lệch giữa hai đường tâm trục tới 25o và có khả năng di chuyển dọc trục lớn. Với các góc truyền lớn hơn 25o không có khả năng giữ điểm truyền lực trong mặt phẳng phân giác vì vậy khó đảm bảo khả năng đồng tốc. Tuy vậy so với các kiểu các đăng đồng tốc khác, loại các đăng này có công nghệ chế tạo đơn giản và giá thành thấp hơn. Chúng thường được bố trí trên các ôtô mini buýt hay pick-up cùng với dạng các đăng đồng tốc bi khác để tạo nên trục truyền với hai đầu là hai loại khớp các đăng khác nhau, được dùng ở hệ thống treo độc lập. Trên hình 7.12 là cấu tạo của các đăng loại kết hợp được sử dụng trên ôtô Toyota Crown. Một đầu là khớp các đăng kiểu Tripod và một đầu là khớp các đăng kiểu Rzeppa. Đầu có cấu tạo kiểu Tripod đặt ở phía ngoài tạo điều kiện liên kết với trụ đứng trong hệ treo độc lập đồng thời có khả năng di chuyển dọc trục lớn để bù chiều dài khi bánh xe dao động theo phương thẳng đứng. Hình 7.12: Cấu tạo các đăng đồng tốc kết hợp (trên ôtô Toyota Crown) 7.3.5. Các đăng đồng tốc kiểu chữ thập kép Các đăng đồng tốc kiểu chữ thập kép thực chất là sự biến hình của các đăng khác tốc kép, khi mà chiều dài của đoạn thân trục nối giữa hai khớp các đăng giảm bằng 0. Cấu tạo của khớp các đăng đồng tốc kép được mô tả trên hình 7.13. 123
Hình 7.13: Cấu tạo các đăng đồng tốc kiểu chữ thập kép Loại các đăng này thường thấy trên cầu dẫn hướng chủ động có dầm cầu liền của ôtô du lịch tốc độ thấp, các loại ôtô cao tốc không dùng. Trên đoạn giữa của các đăng đặt hai bộ ổ, hai trục chữ thập liền kề nhau chiều dài đoạn giữa còn vừa đủ để nối hai trục chữ thập. 7.4. KHỚP NỐI ĐÀN HỒI Hình 7.14: Cấu tạo một số dạng khớp nối đàn hồi Khi mômen truyền không lớn và khi góc giữa hai đường tâm trục của trục chủ động và trục bị động của bộ truyền không lớn thì người ta có thể sử dụng khớp nối đàn hồi. Khớp nối đàn hồi thường được sử dụng trong hệ thống truyền lực của một số ôtô du lịch. Cấu tạo của một số dạng khớp nối đàn hồi được mô tả trên hình 7.14. Các khớp nối đàn hồi có khả năng giảm giật, hạn chế tiếng ồn, kết cấu đơn giản cho phép truyền lực với góc thay đổi nhỏ, khi bị hư hỏng dễ dàng thay thế. Có hai dạng khớp nối đàn hồi: - Dạng đĩa: cấu tạo của khớp dạng này bao gồm một đĩa thép trên đó có bố trí một số lỗ (bốn hoặc sáu) trong lỗ đó có đặt các vòng đàn hồi bằng cao su. Hai trục chủ động và bị động có bố trí mặt bích dạng hai nạng hoặc ba nạng, các nạng này liên kết với đĩa thông qua một bulông, một đầu bắt với nạng còn thân nằm trong vòng đàn hồi. - Khớp cao su đã thay thế kết cấu dạng đĩa. Khớp cao su chế tạo liền khối trên đó có để các lỗ để phần thân của các chốt bulông của hai nạng chủ động và bị động liên kết với khớp cao su. 7.5. KHỚP CÁC ĐĂNG KHÁC TỐC 7.5.1 Khớp các đăng đơn 7.5.1.1. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo Cấu tạo các đăng đơn giản bao gồm:Chốt chữ thập, nạng các đăng chủ động, nối liền với trục chủ động, nạng các đăng bị động nối liền với trục bị động (hình 7.15). Hình 7.15: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo truyền động Trục chủ động 1 quay tròn kéo theo Hình 7.15 các đăng đơn chốt chữ thập 2 vừa quay vừa lúc 1: trục và nạng các đăng chủ động lắc làm cho trục bị động 3 cũng 2: chốt chữ thập, 3: trục và nạng các đăng bị động quay tròn theo và phạm vi lúc lắc 124
của chốt chữ thập là . 7.5.1.2. Động học của khớp các đăng đơn Trên hình 7.16 là sơ đồ hai vị trí của cơ cấu các đăng giúp ta nghiên cứu về động học của khớp các đăng đơn giản. Hình 7.16: Hai vị trí của cơ cấu các đăng Hình 7.16 Hình 7.16 a: vị trí 00, b: vị trí 900 77772 Xét tốc độ tiếp tuyến tại điểm C, chuyển động của nó bị chi phối bởi hai trục cho nên Vc = 1.r1 = 2.r2 (7-1) r1, r2 là khoảng cách 5-2 của điểm c đến đường tâm của các trục 1, 2: tốc độ góc của các trục Điều kiện cần thiết để 1 = 2 là r1 = r2 tức là AC.sin1 = BCsin2 về mặt kết cấu có thể đảm bảo OA = OB cho nên muốn thỏa mãn yêu cầu đồng tốc nêu trên thì điểm C luôn luôn phải nằm trong mặt phẳng phân giác hai đường tâm trục AOB. Trên thực tế chuyển động của cơ cấu các đăng đơn giản thì cứ sau  mỗi lần quay 900 điểm C từ vị trí bên này mặt phẳng phân giác chuyển sang 2  vị trí bên kia. Như vậy cơ cấu các đăng đơn giản không đảm bảo sự đồng tốc. 2 Ta tìm quy luật khác tốc. Trong giáo trình nguyên lý máy đã chứng minh công thức biểu thị quan hệ động học của các đăng đơn giản. tg1 = tg2.cos (7-2) Trong đó: 1, 2: góc quay của trục chủ động và bị động : góc giao giữa hai trục Đồ thị trên hình 7.17 biểu thị quan hệ lệch pha của hai trục. Nếu xét một vòng quay 3600 của trục chủ động 1 thì có hai lần trục bị động 2 quay chậm hơn và hai lần quay nhanh hơn (tức là trục bị động 2 quay không ổn định). Đạo hàm biểu thức (7-2) theo thời gian. 1 d 1 d . 1  cos  . . 2 (7-3) cos 1 dt 2 cos  2 dt 2 d1 d  1 ; 2  2 thay vào (7.3) ta có (7-4) dt dt 2 cos  2  (7-5) 1 cos  . cos  2 125
Coi 2 là hàm của 1 và  ta có từ (7-6) tg1 sin  2 tg1 tg2  hay  (7-7) cos  cos  2 cos  Bình phương hai vế và lấy nghịch đảo rồi biến đổi lượng giác ta được cos 2 2 cos 2  cos 2    cos    (7-8) 1  cos 2 2 cos  (tg 21  cos 2  ) 2 Thay (7-4) vào (7-3) rồi rút gọn ta được: 2 cos   (7-9) 1 sin 1  cos 2  cos 2 1 2 Ta có kết luận: - nếu 1 = const thì 2 biến thiên theo góc 1 có nghĩa là biến thiên theo thời gian và do đó xuất hiện gia tốc góc gây ra tải trọng động. Hình 7.17 Hình 7.17: Đồ thị sự lệch pha của hai trục trong cơ cấu các đăng đơn giản - Khi 1 = 00, 1800, 3600 ... = K thì tỉ số tốc độ góc hai trục đạt giá trị cực đại  2  1    (7-10)  1  max cos     - Khi 1 = 900, 2700, ... (2K + 1) thì  2   cos  (7-11) 2  1  min 1  2 sin 2 1  cos 2  cos 2 1  cos  Từ (7-9) ta viết  (7-12) 1 sin 2 1  cos 2  cos 2 1 Và quy luật biến thiên biểu thị trên đồ thị hình 7.18 Ta thấy nếu  càng nhỏ chênh lệch càng ít. Để giải quyết cho trục bị động quay ổn định, đồng tốc người ta sử dụng cơ cấu các đăng kép. 126
Hình 7.18: Đồ thị biến thiên của tốc độ góc trục bị động 2 7.5.2. Cơ cấu các đăng kép Cơ cấu các đăng kép bao gồm hai cơ cấu các đăng đơn giản và trục truyền theo sơ đồ hình 7.19. Hình 7.19: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo cơ cấu các đăng kép 1: Trục chủ động của góc quay 1. Trục bị động có góc quay 2 3: Trục trung gian của góc quay 3. A,B: khớp các đăng + Xét cơ cấu các đăng đơn giản 1-A-3 và áp dụng biểu thức (7-2) ta có tg1  tg 3 . cos  1 (7-13) + Tương tự với 2-B-3 Từ (7.7), (7.13) ta có: cos  2 tg 2  tg1. (7-14) cos 1 Nếu 1 = 2 ta sẽ có tg1 = tg2  1 = 2 đây là biện pháp đơn giản để giải quyết vấn đề đồng tốc trong các đăng. Để có (7-14) thì yêu cầu các nạng của mỗi trục phải cùng nằm trên một mặt phẳng. 127
Hình 7.20 : Truyền động các đăng kép 1. nạng chủ động ; 2 : trục chữ thập ; 3 : ổ bi kim ; 4 : nạng chủ động ; 5 : đệm chắn mỡ ; 6 : cao su chắn bụi ; 7 : trục then hoa ; 8 : ống then hoa ; 9 : vú mỡ bôi trơn cho then hoa Hình 7.21 : Truyền động các đăng qua ba khớp, có thể bố trí theo a hoặc b 1: khớp nối chủ động ; 2: trục trung gian ; 3: giá đỡ bằng kim loại ; 4: cao su chắn bụi ; 5: trục các đăng chính ; 6: khớp bị động ; 7: khớp trung gian ; 8: phanh hãm ; 9: vú mỡ ; 10: ổ bi cầu đỡ trục trung gian ; 11: ống then hoa ; 12: trục then hoa ; 13: vòng hãm ; 14: kết cấu cụm hãm chắn mỡ ; 15: cao su đàn hồi ; 16: trục bánh răng quả dứa Như vậy truyền động qua hai khớp các đăng đơn sẽ có đồng đều tốc độ giữa trục chủ động và bị động không gây dật, không bị tải trọng động. Để đảm bảo thay đổi được chiều dài của trục các đăng người ta làm trục có hai đoạn, lắp ghép then hoa với nhau. Hình 7.20 là bố trí các đăng trên ôtô, mọi cách bố trí sao cho tăng độ cứng vững và góc lệch  là nhỏ nhất. 128
7.5.3. Cấu tạo khớp các đăng và truyền động các đăng Hình 7.22 : Cấu tạo khớp các đăng khác tốc a, khớp các đăng mềm : 1: nạng chủ động, 2: cao su đàn hồi, 3 : nạng bị động, 4 : định vị. b, khớp các đăng cứng, 1: vành hãm và nắp đậy ; 2,6 : nạng các đăng ; 3 :vú mỡ, 4 : chốt chữ thập, 5 : bulông bịt lỗ khoan dẫn mỡ, 7 : vòng đệm, 8 : ổ bi kim, 9 : ca ngoài của ổ bi kim Các nạng các đăng được bắt với các trục chủ động và bị động. Khớp các đăng với các ổ bi kim có hiệu suất truyền động cao đảm bảo định tâm giữa các trục chính xác, có độ bền và tuổi thọ cao. Truyền động các đăng kép được chỉ rõ trên hình 7.20 và 7.21 Trong một số trường hợp trục các đăng quá dài dễ gây dao động ở tốc độ quay cao đồng thời số vòng quay lớn nhất của trục các đăng tỉ lệ nghịch với chiều dài của trục cho nên người ta dùng truyền động qua ba khớp ở giữa có ổ bi đỡ trung gian. Bố trí như vậy vẫn đảm bảo độ cứng vững (có bi đỡ trung gian) bảo đảm đồng tốc của trục chủ động và bị động (vì góc lệch của trục thứ nhất rất nhỏ) đảm bảo tăng được số vòng quay giới hạn lớn nhất của trục các đăng (chiều dài ngắn) Ổ đỡ trung gian 3 có giá đỡ bằng kim loại, lắp cố định lên xà ngang của khung xe bằng các bulông. Vòng cao su 15 cho phép giảm ứng suất gây ra do sự lắp ghép không chính xác vị trí của các cụm và do sự biến dạng (uốn xoắn) của khung xe khi nó chuyển động trên đường không bằng phẳng. Mối ghép then hoa giữa đuôi trục (12) của nạng (7) với ống then hoa 11 cho phép thay đổi so với khung xe. 7.6. KHỚP CÁC ĐĂNG ĐỒNG TỐC 7.6.1. Nhiệm vụ và nguyên tắc cấu tạo 2 Khớp nối các đăng có tỉ số giữa luôn luôn bằng 1 là khớp đồng tốc. 1 Khớp các đăng đồng tốc dùng để nối dẫn động đến các bánh xe dẫn hướng chủ động đảm bảo tốc độ góc như nhau giữa trục chủ động và bị động vì vậy sẽ làm tăng tính ổn định của bánh xe dẫn hướng và không phát sinh tải trọng quán tính phụ tác dụng lên bánh xe dẫn hướng. Khớp các đăng đồng tốc đảm bảo truyền lực với góc lệch thay đổi lớn sẽ làm tăng tính cơ động quay vòng. 129
Xét hai trục quay 1 và 2 đặt lệch nhau một góc là  mỗi trục có một đoạn nối và chúng có điểm tiếp xúc chung là A (trên hình 7.23). Hình 7.23 : Sơ đồ khớp các đăng đồng tốc I-I mặt phẳng phân giác chứa tâm các viên bi Muốn cho tốc độ quay luôn bằng nhau (1 = 2) của hai trục quay nối với nhau bằng khớp, điểm tiếp xúc chung A luôn phải đảm bảo khoảng cách từ nó đến đường tâm các trục quay là như nhau (phần này đã đề cập đến các khớp các đăng đơn) tức là r1 = r2 = r (hình 7.23.a), và điểm A phải luôn nằm trong mặt phẳng phân giác của góc tạo bởi đường tâm hai trục quay đó. Khi trục 1 và trục 2 quay và khi góc lệch điểm A sẽ là một phần của mặt cầu có tâm là O và bán kính OA (đây chính là mặt phẳng phân giác của góc lệch hai trục). Để đảm bảo khoảng cách r1 = r2 thì cấu tạo, hình dáng và kích thước của hai nạng tạo thành khớp phải hoàn toàn như nhau và phải có kết cấu luôn đảm bảo sự tiếp xúc của hai nạng này. Điểm chung của hai nạng nằm trong mặt phẳng phân giác của góc tạo bởi đường tâm hai trục quay được đảm bảo các rãnh phân chia trên hai nạng (7.23.b). 7.6.2 Cấu tạo các đăng đồng tốc 7.6.2.1. Các đăng bi đồng tốc kiểu Vâyxơ Hình 7.24 là các chi tiết của các đăng Vâyxơ Hình 7.24: Các chi tiết của khớp các đăng đồng tốc Vâyxơ a.Các chi tiết tháo rời : b)khi lắp ráp 1: Viên bi trung tâm, 2 : các viên bi xung quanh, 3,4 : các nạng các đăng, 5: trục các đăng, 6: chốt định vị xuyên qua viên bi 1, 7: chốt hãm Đặc điểm cấu tạo Khớp có hai nạng 3 và 4 được chế tạo liên tục, nạng có cấu tạo hình dáng, kích thước hoàn toàn giống nhau. Mỗi nạng có bốn rãnh được bố trí đối xứng nhau, và đường tâm của các rãnh này là các cung tròn có bán kính giống nhau, chiều dài của rãnh là góc lệch giới hạn của hai trục. Ở trạng thái lắp ráp bốn rãnh 130
chứa bốn viên bi (2) ở giữa có một viên nhỏ hơn (1) đặt ở đầu mút hai nạng để định vị các nạng này. Khi quay trục 5, nạng 4 quay theo các viên bị xung quanh làm nạng 3 quay, cả bốn viên bi sẽ dịch chuyển để sao cho năm viên bi luôn luôn nằm trên mặt phẳng phân giác của các góc lệch hai trục (hình 2.4.b) 7.6.2.2. Khớp các đăng đồng tốc kiểu cam Khớp các đăng đồng tốc kiểu cam được mô tả trên hình 7.25 Đặc điểm cấu tạo : Khớp các đăng đồng tốc kiểu cam (thông thường) gồm: hai nạng 1 và 5 hai cam 2 và 4 và đĩa 3. Mỗi nạng đều có bề mặt trụ trong như nhau (C). Mỗi cam có bề mặt trụ ngoài A và rãnh trong B. Khi lắp ráp thành khớp thì bề mặt trụ ngoài của cam A sẽ ép vào bề mặt trong C của các nạng, còn đĩa 3 nằm trong hai rãnh B của hai cam. Như vậy mỗi trục quay cùng với mỗi nạng vừa có thể quay xung quanh đường tâm của đĩa 3 lại vừa có thể quay quanh đường tâm của các bề mặt trụ ngoài A của các cam. Nghĩa là chúng có thể quay quanh hai đường tâm trục luôn vuông góc với nhau. Như vậy khớp các đăng cam kép thực chất là truyền động khớp các đăng kép khác tốc bố trí nối tiếp nhau nên trục 6 và trục của nạng 1 luôn có cùng tốc độ góc. Hình 7.25: Các chi tiết của các đăng đồng tốc kiểu cam 1,5: nạng các đăng, 2,4: các cam, 3: đĩa của khớp các đăng Người ta cũng có thể làm hai khớp các đăng khác tốc nối tiếp nhau và nạng ở giữa nối với các ổ của hai trục chữ thập và yêu cầu các ngõng trục của nạng giữa phải cùng nằm trên một mặt phẳng. Để đảm bảo định vị các nạng 1, 5 các cam 2, 4 và đĩa 3 và đảm bảo đường tâm đĩa 3 luôn cắt đường tâm chốt quay lái người ta dùng các ống lót định tâm, cùng các vòng chặn... Người ta ứng dụng khớp các đăng đồng tốc vào trong các bán trục của cầu chủ động dẫn hướng của ôtô : - Cho phép truyền mômen xoắn từ bánh răng bán trục ra bánh xe chủ động đều nhau (về tốc độ góc của hai đoạn trục qua khớp các đăng). - Cho phép bánh xe dẫn hướng vẫn truyền lực lại lệch được phương chuyển động để thay đổi hướng chuyển động của ôtô. 7.7. TÍNH TOÁN SỐ VÕNG QUAY NGUY HIỂM CỦA TRỤC CÁC ĐĂNG Trong lý thuyết dao động người ta thường xét đến hiện tượng cộng hưởng ở những trục dài và quay với những tốc độ lớn nào đó. Trục các đăng thuộc các diện xét trên. Các đăng khi chế tạo có sai số, cân bằng thiếu chính xác nên khối 131
lượng của trục phân bố không đều trọng tâm của nó bị lệch một đoạn là e so với đường tâm của trục. Khi quay sẽ sinh ra lực li tâm cho trục có độ võng y. Xét điều kiện cân bằng của trục theo hình 7.26 ta có lực li tâm bằng lực đàn hồi. EJ m(y  e)2  C.y (7-11) l3 m3 e y CEJ 3  m2 l Hình 7.26 : Sơ đồ trục khi võng Độ võng y nếu tiến đến vô cùng có nghĩa là xảy ra hiện tượng cộng hưởng phá hoại trục, khi tốc độ góc của trục đạt đến một giá trị giới hạn (nguy hiểm) t: tốc độ tới hạn C.E.J 30 C.E.J   t  hoặc nt  . 3 (7-12) 3 l .m  l .m Trong đó: nt: võng quay tới hạn (v/p) C: hệ số xét đến ảnh hưởng của gối tựa E: mô đun đàn hồi (N.m-2) J: mômen quán tính của tiết diện trục (m4) l: chiều dài của trục các đăng (m) m: khối lượng của trục (kg) Ví dụ: tính vòng quay nguy hiểm của một trục tròn đặc đường kính D đặt tự do trong các gối đỡ. Ta có: D 2 l D 4 G 4 J ;m   64 g g  = 0,78.106 N.m-3 (trọng lượng riêng của thép) 384 E = 2,10.1011N.m-2. C = thay vào (7-12) 5 Ta có: D n t  12.10 4. (7-13) l2 Từ đó ta có các công thức tính nt có trục các đăng bằng thép: 132
Loại điểm tựa Trục đặc Trục rỗng D Đặt tự do trong điểm tựa 12.104 l 2 D2  d2 1 12.10 4 l2 D Ngàm ở các điểm tựa 27,5.14 l 2 D2  d2 2 27,5.10 4 l2 Để nâng cao giá trị tốc độ vòng quay tới hạn nhằm tăng tốc độ lớn nhất của ôtô phải giảm chiều dài của trục (1) bằng cách phân thành các đoạn các đăng trung gian và các đăng chính, trục các đăng nên làm rỗng. Đối với loại trục các đăng hở nằm tự do ở các gối tựa chiều dài l được thừa nhận là khoảng cách giữa các tâm điểm của khớp nối các đăng. Khi chọn kích thước của trục các đăng cần tính đến hệ số dự trữ theo số vòng quay nguy hiểm. nt  1,2  2,0 n max Trong đó: nmax số vòng quay cực đại của trục các đăng ứng với tốc độ lớn nhất của xe ôtô (v/p) Khi cần tính toán và thiết kế truyền động các đăng người ta dựa vào cách bố trí các đăng trên xe, tính toán số vòng quay nguy hiểm, tính toán sức bền của trục, nạng, trục chữ thập theo uốn, dập, cắt, xoắn theo sức bền vật liệu. 133
Chương 8 CẦU CHỦ ĐỘNG Cầu chủ động của ôtô bao gồm các bộ phận như truyền lực chính, vi sai, truyền lực cạnh và vỏ cầu. Ở loại dầm cầu cứng vỏ cầu đóng vai trò là dầm cầu. Còn ở hệ thống treo độc lập hộp vỏ cầu là một khối riêng được lắp đặt trên khung, trên dầm ngang sàn xe hay liền khối với hộp số và động cơ. 8.1. TRUYỀN LỰC CHÍNH 8.1.1. Công dụng Dùng để tăng mômen và truyền mômen quay từ trục các đăng đến các bánh xe chủ động của ôtô. 8.1.2. Phân loại Truyền lực chính được phân loại như sau: * Theo số cặp bánh răng: - Loại đơn: gồm một cặp bánh răng ăn khớp, thường sử dụng trên ôtô du lịch, ôtô tải nhỏ và trung bình. - Loại kép: gồm hai cặp bánh răng ăn khớp thường sử dụng ở ôtô vận tải trung bình và lớn. * Theo loại bánh răng: - Loại bánh răng côn răng thẳng (ít dùng). - Loại bánh răng côn răng xoắn. - Loại bánh răng hypoit. - Loại trục vít bánh vít. Truyền lực chính thường được bố trí cùng với bộ vi sai vì vậy phần cấu tạo của nó chúng ta sẽ nghiên cứu kết hợp cùng với bộ vi sai. 8.1.3. Yêu cầu - Phải có tỉ 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. - Hiệu suất truyền động cao. - Đảm bảo có độ cứng vững tốt, làm việc không ồn, tuổi thọ cao. - Trọng lượng cầu (trọng lượng phần không được treo) phải nhỏ. 8.2. VI SAI 8.2.1. Công dụng Bộ vi sai đảm bảo cho các bánh xe chủ động quay với tốc độ góc khác nhau khi ôtô quay vòng hoặc khi đi trên đường không bằng phẳng. 8.2.2. Phân loại Tuỳ theo các yếu tố căn cứ phân loại, vi sai được phân loại như sau: * Theo công dụng: - Vi sai giữa các bánh xe. - Vi sai giữa các cầu. * Theo kết cấu: - Vi sai với các bánh răng côn. - Vi sai với các bánh răng trụ. - Vi sai tăng ma sát. 134
* Theo đặc tính phân phối mômen xoắn: - Vi sai đối xứng: mômen xoắn phân phối đều ra các trục. - Vi sai không đối xứng: mômen xoắn phân phối không đều ra các trục. 8.2.3. Yêu cầu - Phân phối mômen xoắn giữa các bánh xe hay giữa các trục theo tỉ lệ đảm bảo sử dụng trọng lượng bám của ôtô là tốt nhất. - Kích thước truyền động phải nhỏ gọn. - Có hiệu suất truyền động cao. 8.2.4. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của vi sai Cấu tạo của truyền lực chính và bộ vi sai được thể hiện trên hình 8.1. a b Hình 8.1: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của truyền lực chính và bộ vi sai 1: bánh răng lớn bị động hình trụ, 2: bánh răng chủ động hình côn, 3: bánh răng hành tinh, 4: bánh răng bán trục, 5: bán trục Đây là truyền lực chính một cấp, bánh răng côn xoắn. Truyền lực chính bao gồm bánh răng chủ động 2 (còn gọi là bánh răng quả dứa) và bánh răng bị động 1 (còn gọi là bánh răng vành chậu). Bánh răng chủ động của truyền lực chính được chế tạo liền trục và gối trên vỏ bằng các ổ đỡ. Bánh răng bị động thường được ghép với vỏ bộ vi sai và cũng được gối trên vỏ bằng hai ổ đỡ. Vỏ bộ vi sai (được ghép với bánh răng bị động bằng các bulông) có các lỗ để đặt trục của các bánh răng hành tinh. Trục của bánh răng hành tinh có thể là dạng đơn, dạng ba chạc hoặc chữ thập tuỳ theo số lượng bánh răng hành tinh của bộ vi sai là hai, ba hoặc bốn. Hai bánh răng mặt trời (bánh răng bán trục) được lắp đặt để có thể quay tương đối trong vỏ vi sai. Hai bánh răng mặt trời ăn khớp thường xuyên với các bánh răng hành tinh. Ở giữa của hai bánh răng mặt trời là lỗ có then hoa để ăn khớp với then hoa của hai bán trục. Nguyên lý làm việc: - Khi ôtô chuyển động thẳng (hình 8.1.a) Mômen từ trục các đăng truyền tới trục chủ động sang bánh răng bị động của truyền lực chính đến vỏ bộ vi sai. Khi ôtô chuyển động thẳng trên đường bằng phẳng, sức cản ở hai bánh xe chủ động là như nhau bán kính lăn của hai bánh xe chủ động là như nhau. Khi này các bánh răng hành tinh không quay quanh trục của nó mà chỉ đóng vai trò như một vấu truyền để truyền mômen từ 135