Chƣơng trình tính toán các thông số của bánh răng hộp số ô tô với Matlab

Nội dung text: Chƣơng trình tính toán các thông số của bánh răng hộp số ô tô với Matlab

1. CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA BÁNH RĂNG HỘP SỐ Ô TÔ VỚI MATLAB Trần Đình Quý Bộ môn Khung gầm Tóm tắt: Bài viết giới thiệu một chương trình máy tính dùng xác định số răng của các bánh răng hộp số 3 trục trên ô tô. Dựa vào lưu đồ được xây dựng qua việc phân tích trình tự tính số răng bánh răng hộp số ô tô, chương trình được viết với Matlab có giao diện dễ sử dụng, thuận tiện cho các tính toán đơn giản của sinh viên. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay có khá nhiều phần mềm tính toán kết cấu, động lực học, mô phỏng trong lãnh vực cơ khí, cơ khí ô tô. Việc sử dụng chúng trong các bài tập ứng dụng thông thường của sinh viên chuyên ngành chưa thuận lợi vì công việc xây dựng mô hình hình học cho bài toán đòi hỏi nhiều thời gian. Mặt khác, trong quá trình học tập tại trường, sinh viên CKD cũng chưa có nhiều thời gian để thực hiện các bài tập tính toán thiết kế ôtô; trong trường hợp nếu hoàn thành các bài tập này thì cũng thiếu công cụ để tự đánh giá kết quả. Hơn nữa, trong một số trường hợp cần có ngay những thông số kết cấu của chi tiết, hệ thống, nhưng việc tính toán thủ công lại mất nhiều thời gian. “Chương trình tính toán trục các thông số của bánh răng hộp số ô tô” được thực hiện như một cố gắng cung cấp cho những người học trong lĩnh vực ô tô có thêm một công cụ lựa chọn giúp nâng cao hiệu quả học tập, nghiên cứu. Việc tính toán bánh răng đòi hỏi thực hiện nhiều công việc khác nhau. Trong phạm vi bài này, chúng tôi xin trình bày vấn đề viết chương trình máy tính tính toán xác định các thông số hình học của bánh răng hộp số 3 trục trên ô tô, cụ thể là số răng của chúng. Công việc tính toán kiểm tra bền bánh răng sẽ được đề cập trong một dịp khác. II. PHÂN TÍCH BÀI TOÁN Hộp số có cấp trên ô tô với cách bố trí động cơ đặt trước , cầu chủ động đặt sau (FR) thường là hộp số 3 trục (còn gọi là hộp số đồng trục hay hộp số đồng tâm ). Kết cấu hôp̣ số đồng truc̣ thườ ng có ít nhất 3 trục truyền động: trục sơ cấp, trục thứ cấp và trục trun g gian. Trục sơ cấp và trục thứ cấp đồng trục với nhau và có thể nối liền trục với nhau . Trục trung gian có thể có một , hai hoặc ba truc̣ bố trí chung quanh truc̣ sơ cấp và truc̣ thứ cấp nhằm làm tăng độ vững trãi cho trục thứ cấ p, duy trì sư ̣ ăn khớ p cho các căp̣ bánh răng trên các trục. Hôp̣ số 3 trục có nhươc̣ điểm là có truc̣ thứ cấp phải bố trí gối lên truc̣ sơ cấp thông qua ổ bi đăt bên trong phần rỗng của đầu ra truc̣ sơ cấp . Do bi ̣khống chế bở i điều kiêṇ kết cấu (kích thước ngoài đầu trục có bánh răng chủ động truyền momen xuống cho trục trung gian) nên ổ bi này có thể không đươc̣ choṇ theo tiêu chuẩn tính toán ổ bi mà phải thiết kế riêng . Điều này có thể làm cho ổ bi này dê ̃ bi ̣tình traṇ g quá tải. Trong hộp số 3 trục, các trục sơ cấp và thứ cấp đồng trục với nhau, và song song với 1
2. trục trung gian. Khoảng cách trục các cặp bánh răng ăn khớp với nhau chính là khoảng cách giữa trục sơ cấp ( hoặc trục thứ cấp) với trục trung gian, nghĩa là khoảng cách trực của các cặp bánh răng ăn khớp luôn bằng nhau. Ở tất cả các tay số (ngoại trừ số truyền thẳng), momen truyền từ trục sơ cấp đến trục thứ cấp luôn qua 2 cặp bánh răng, trong đó có cặp bánh răng ăn khớp thường xuyên Za - Z’a . Công suất, momen cần truyền càng lớn thì nên chọn modul răng lớn. Modul bánh răng càng lớn thì răng càng cứng vững, bền nhưng khi làm việc sẽ có tiếng ồn, số răng, khoảng cách trục cũng lớn khiến cho bộ truyền trở nên công kềnh, vì thế khi chọn modul cho bánh răng cần cân nhắc. Ngoài ra, khi lựa chọn modul, góc nghiêng, tính chọn số răng cần lưu ý đến tính công nghệ, dãy modul ưu tiên, dễ chế tạo, Z'i Z'2 Z a Z'1 A A Z i Z 2 Z1 Z'a Hình 1: Sơ đồ tính toán số răng hộp số 3 trục Mối quan hệ giữa các đại lương, thông số : 3 Khoảng cách trục (công thức kinh nghiệm) : A= C Memax (mm) i hi Tỉ số truyền các tay số hộp số : ihn = (Z’a / Za).( Z’i / Zi) = ia.igi ; igi= ia Với : ia : tỉ số truyền cặp bánh răng Za - Z’a . igi : tỉ số truyền cắp bánh răng gài tay số thứ i Zi - Z’i Quan hệ giữa khoảng cách trục A với số răng, tỉ số truyền: m (z z ) m (z z ) m (z z ) A = 1 1 1 2 2 2 i i i 2cosβ1 2cosβ 2 2cosβi m (z z ) m .z (1 i ) A= a a a a a a 2cosβ 2cosβ a a 2A.cosβa ia = 1 ma.z a z = z . i a a a 2A cosβ i zi = mi (1 i gi) 2
3. = z .i zi i gi Với: i – góc nghiêng răng của bánh răng thứ i mi – modul pháp tuyến bánh răng thứ i. a – góc nghiêng răng của bánh răng luôn ăn khớp ma– modul pháp tuyến bánh răng luôn ăn khớp. Qua phân tích sơ đồ động học hộp số 3 trục, mối quan hệ giữa các thông số, đại lượng một vài thông số, kích thước cơ bản của hộp số có thể được chọn trước; các thông số hình học còn lại sẽ được tính toán xác định. Các bước tính toán xác định số răng của các bánh răng hộp số : (góc nghiêng răng ở tất cả các bánh răng bằng nhau) 1. Chọn : modul pháp tuyến răng, góc nghiêng răng, số răng của bánh răng chủ động trong cặp bánh răng luôn ăn khớp Za. Số răng bánh chủ động Za trong cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp được chọn theo điều kiện không bị cắt chân răng . Khi chọn Za không nên chọn nhỏ quá để tránh khó khăn trong việc bố trí ổ bi của trục thứ cấp. 3 2. Tính khoảng cách trục A theo công thức kinh nghiệm : A= C Memax (mm) - Xác định tỉ số truyền của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp theo công thức: 2.Acos  ia = 1 m . n za 3. Tính số răng Za’ của bánh răng bị động của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp theo công thức: Za’=Za . ia Kết quả tính theo công thức nói trên có thể là một số thập phân, ta phải chọn lại để số răng Za’ phải là một số nguyên dương ; lúc này với giá trị mới của Za’ thì khoảng cách trục A, tỉ số truyền ia đã thay đổi, ta cần tính lại : mn (Z a Z'a ) 푍′ A= 푖 = 2.cos  푍 4. Tính toán xác định tỉ số truyền cuả các cặp bánh răng gài ở số truyền 1, 2, 3 .: i hi igi= ia ’ 5. Tính toán xác định số răng của các bánh răng Zi, Zi . .퐀.퐜퐨퐬휷 ’ Ta có : : 풁풊 = ; Zi = Zi.igi 퐦퐧 +퐢퐠퐢 Lưu ý: cần chọn lại số răng là số nguyên dương, tổng số răng của các bánh răng gài ăn khớp nhau phải bằng nhau và bằng tổng số răng căp bánh răng luôn ăn khớp để bảo đảm điều kiện cùng khoảng cách trục (vì các bánh răng này có cùng modul, cùng góc nghiêng, cùng khoảng cách trục, ). 3
4. III. LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƢƠNG TRÌNH 3.1.Lưu đồ giải thuật: (góc nghiêng bánh răng không đổi): Bắt đầu Nhâp̣ : + Loại xe + Mômen lơn nhất cua đông cơ ́ ̉ Memax (Nm) + Tỉ số truyền (i1, i2, i3, i4, i5 ) + Chọn za, C, mn, 훽 Tính: +khoảng cách trục A + tỉ số truyền ia, i1, i2, i3, i4, i5 +số răng cua banh răng z z z z ̉ ́ a 1 1 , 2 z 2 Xuất kết quả za z a z1 z 1 , z2 z 2 Kết thuc ́ 3.2. Chƣơng trình Chương trình được viết dựa trên chương trình ngôn ngữ Matlab. Đây là một một chương trình ngôn ngữ mạnh, được sử dụng rộng rãi trong tính toán kỹ thuật. Dựa vào lưu đồ giải thuật, tiến hành viết chương trình. Mặt khác, để thuận tiện cho sử dụng, giao diện chương trình cần có một số yêu cầu cụ thể. Yêu cầu của giao diện chương trình: - Giao diện phải thân thiện người dùng, dễ sử dụng - Trên giao diện có các vùng nhập thông số đầu vào Giao diện cũng chứa các nút lệnh và vùng xuất ra các kết quả tính toán trung gian (nếu cần thiết), kết quả tính toán cuối cùng - Các lệnh được chuẩn bị sẵn bởi các nút lệnh, người dùng chỉ cần nhấp vào, lệnh sẽ được thực thi. Khi sử dụng chương trình, người dùng cần nhập các thông số đầu vào trong quá trình nhập có thể chỉnh sửa giá trị của các thông số này. Kết thúc quá trình nhập, người dùng nhấn vào nút lệnh yêu cầu thực thi tính toán, chương trình ngay lập tức được thực thi.Chương trình đáp ứng tất cả các yêu cầu đặt ra về khả năng tính toán; giao diện chương trình được thiết kế đáp ứng các yêu cầu đặt ra. 4
5. Hình 2: Giao diện chương trình III. KẾT LUẬN Với lưu đồ giải thuật đã được xây dụng, việc tính toán các kích thước của trục các đăng có thể thực hiện với công cụ tin học khác nhau: Visual Basic, C, C++, . Trong đế tài này, bài toán được giải quyết với Matlab nhằm giúp người dùng - chủ yếu là học viên, sinh viên - quen dần với công cụ tính toán kỹ thuât mạnh mẽ này. Chương trình được chạy thử, thực hiện các bài toán có đối chiếu với kết quả tính bằng tay (thực hiện trong các tính toán trước đây) cho thấy sự ổn định và tin cậy. “Chương trình tính toán các thông số của bánh răng hộp số ô tô” có thể xem là một công cụ tốt giúp hỗ trợ sinh viên trong học tâp, làm việc. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên- Thiết kế tính toán ô tô – Tập 1 - NXB Khoa học và Kỹ thuật 2. Cục đường bộ Việt Nam - Sổ tay thông số kỹ thuật ô tô (tập 1) – NXB Công an nhân dân – 1997 3. Nguyễn Hữu Hường, Phạm Xuân Mai, Ngô Xuân Ngát -Hƣớng dẫn đồ án môn học Tính toán thiết kế ô tô-máy kéo- NXB Đại học Quốc gia TP.HCM 4. Đặng Quý – Giáo trình Ô tô 2 – Trường ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh 5. Trần Đình Quý – Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường – Năm 2014: Viết chƣơng trình tính toán các thông số của bánh răng hộp số ô tô 6. Nguyễn Hoài Sơn, Đỗ Thanh Việt, Bùi Xuân Lâm- Ứng dụng Matlab trong tính toán kỹ thuật – NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh – 2000 7. Matlab R2010a, Help 5
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.