ĐỒ án THIẾT kế hộp số ô tô DU LỊCH

Để phục vụ cho sinh viên làm đồ án môn học thiết kế các hệ thống ô tô. Dưới đây là thuyết minh chuẫn đồ án hộp số xe du lịch năm cấp số.Phần 1: tổng quan về hộp sốPhần 2: tính toán tỉ số truyền, số cấp và lựa chọn sơ đồ hộp số.Phần 3: TÍnh toán các thông số cơ bản của hộp sốPhần 4: tính toán đồng tốc hộp số

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ Ô TÔ

1.1 Công dụng và yêu cầu của hộp số

1.1.1 Công dụng:

Hộp số dùng để thay đổi số vòng quay và mô men của động cơ truyền đến các bánh xe chủ động (cả về trị số và hướng), cho phù hợp với điều kiện làm việc luôn luôn thay đổi của ô tô máy kéo, mà tự bản than động cơ không thể đáp ứng được, do:

- Hệ số thích ứng mô men thấp (Km=1,05 ÷ 1,25)

- Số vòng quay ổn định tương đối cao (nemin=350 ÷ 400 v/ph)

- Chiều quay không được tự thay đổi được

- Có tỷ số truyền và số lượng tay số thích hợp, đảm bào được chất lượng động

lực và tính kinh tế nhiên liệu cần thiết cho ô tô máy kéo;

- Làm việc êm dịu, chuyển số nhẹ nhàng thuận tiện, không va đập;

- Có vị trí trung gian (Số “O” ) để có thể cắt lâu dài động cơ khỏi hệ thống truyền lực

- Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, bền vững

- Hiệu suất cao, kích thước khối lượng nhỏ, giá thành rẻ

1.1.3 Phân loại hộp số

- Theo phương pháp điều khiển chia ra các loại: Điều khiển bằng tay, điều khiển

tự động và bán tự động

- Theo số cấp ( Chỉ tính số tiến) Phân ra các loại: 3,4,5 và nhiều cấp

- Theo sơ động, phân ra: Hộp số với các trục cố định (2,3 hay nhiều trục) và hộp

số hành tinh (1 dãy, 2 dãy, )

- Theo số lượng phân tử điều khiển cần thiết để gài một số truyền, phân ra: một, hai hay ba phần tử điều khiển Số lượng phần tử điều khiển lớn hơn một thường dùng trong hộp số nhiều cấp

- Theo số lượng dòng lực, phân ra: một, hai hay ba dòng Tăng số lượng dòng lực làm phức tạp kết cấu Tuy vậy cho phép giảm tải trọng tác dụng lên các bánh răng, trục

và ổ trục cũng như kích thước của chúng

1.2 Loại và sơ đồ động hộp số

Trên ô tô máy kéo hiện nay, sử dụng chủ yếu các loại hộp số có trục cố định, điều khiển bằng tay Vì chúng có kết cấu đơn giản, hiệu suất cao (0,96 ÷ 0,98), giá thành rẻ, kích thước và trọng lượng nhỏ

Trong các loại hộp số trên, hộp số ba trục cố định, có trục sơ và thứ cấp đồng tâm được sử dụng phổ biến nhất Hộp số hai trục cố định thường chỉ sử dụng trên các ô tô

du lịch, thể thao hoặc máy kéo Số cấp các hộp số đơn thường không vượt quá sáu Hộp số có số cấp lớn hơn sáu, gọi là hộp số nhiều cấp Hộp số nhiều cấp thực chất là hộp số ghép, được kết hợp từ hai hoặc nhiều hộp số đơn ít cấp

1.2.1 Hộp số ba trục

1.2.1.1 Ƣu điểm:

- Có khả năng tạo số truyền thẳng bằng cách nối trực tiếp các trục sơ và thứ cấp

Khi làm việc ở số truyền thẳng, các bánh răng, ổ trục và trục trung gian hầu như được giảm tải hoàn toàn nên giảm được mài mòn, tiếng ồn và mất mát công suất

- Ở các số truyền khác, mô men truyền qua hai cặp bánh răng, do đó có thể tạo được tỷ số truyền lớn (7 ÷ 9) với kích thước khá nhỏ gọn Nhờ đó giảm được trọng lượng toàn bộ của ô tô máy kéo

1.2.1.2 Nhƣợc điểm:

- Hiệu suất giảm ở các tay số trung gian

- Ổ bi gối đỡ trước trục thứ cấp, do bố trí trong lỗ ở phần bánh răng công xôn của trục sơ cấp, nên làm việc căng thẳng vì kích thước bị hạn chế bởi điều kiện kết cấu

và số lùi có thể có các phương án bố trí sau:

 Bánh răng số 1 và số lùi luôn luôn ăn khớp thường thì sử dụng trong trường hợp thời gian làm việc ở số 1 và số lùi khá lớn Ưu điểm: mặt đầu của vành răng không bị mài mòn, hành trình của nạng chuyển số nhỏ Nhược điểm: Cần đặt tự do trên trục thứ cấp một bánh răng số kích thước khá lớn, do đó làm tăng số lượng các bánh răng và mô men quán tính của các chi tiết quay, bởi vậy tăng tải trọng lên các đồng tốc

 Bánh răng số lùi không luôn luôn ăn khớp

 Cả bánh răng số lùi và số 1 đều không luôn luôn ăn khớp

Hai phương án sau không cần có bánh răng số lùi đặt riêng trên trục thứ cấp Để gài số lùi và số 1 dùng bánh răng di trượt

Bánh răng trung gian (đặt trên trục số lùi) có thể làm một hay hai vành răng Phương án một vành răng có kết cấu đơn giản hơn, tuy vậy điều kiện làm việc của vành răng không có lợi: chịu ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đối xứng Phương án hai điều kiện ứng suất thuận lợi hơn: thay đổi theo chu trình mạch động, cho phép thực hiện số lùi với tỷ số truyền lớn hơn

- Để đảm bảo độ cứng vững, giữa hai gối đỡ trên trục không bố trí quá 6 cặp bánh răng

- Bánh răng các tay số thấp (như số 1 và số lùi) chịu lực lớn, thời gian làm việc

ít hơn - bố trí sát gối đỡ sau Bánh răng các tay số cao thời gian làm việc nhiều, bố trí ở khoảng giữa trục, là vùng có góc xoay nhỏ nhất, nhờ đó điều kiện ăn khớp của bánh răng tốt hơn nên giảm tiếng ồn và mài mòn

- Đó với hộp số 3 trục của ô tô du lịch, một số trường hợp, trục thứ cấp có thể là dài hơn, với 3 gối đỡ để rút ngắn chiều trục các đăng

- Ở một số hộp số, cặp bánh răng số lùi hoặc số truyền tăng có thể đưa ra phía sau thành cạc te để tăng độ cứng vững và giảm kích thước phần chính của hộp số hoặc tạo điề kiện thống nhất hóa các chi tiết của hộp số 5 và 6 cấp

- Để tăng độ cứng vững cũng có thể tăng số lượng các gối đỡ và dùng hộp số nhiều ngăn

- Hầu hết các tay số đều dùng bánh răng nghiêng và đồng tốc Các tay số một

và số lùi có thể có răng thẳng gài bằng phương pháp di trượt

- Các ống gài và đồng tốc đặt trên trục thứ cấp

- Trong một số kết cấu có thể sử dụng hai hay ba trục trung gian để phân dòng công suất, các sơ đồ này làm tăng mức độ phức tạp, tăng số lượng các chi tiết của hộp số

Hình 1.1- Sơ đồ động học hộp số 3 trục, 4 cấp lắp trên xe du lịch GAZ-24

I-Trục sơ cấp ; II-Trục trung gian ; III-Trục thứ cấp ; IV-Trục số ; A,B-Bộ đồng tốc ; Sl-Vị trí gài số lùi ; 1,2,3,4-Vị trí gài cấp số 1, cấp số 2 , cấp số 3, cấp số 4 của hộp số

1.2.2 Hộp số hai trục

1.2.2.1 Ƣu điểm

- Kết cấu đơn giản, làm việc êm dịu và có hiệu suất cao ở các tay số trung gian

- Dễ bố trí và đơn giản được kết cấu hệ thống truyền lực khi xe đặt động cơ gần cầu chủ động

1.2.2.2 Nhƣợc điểm

- Không có số truyền thẳng, vì thế các bánh răng, ổ trục không được giảm tải ở

số truyền cao - làm tăng mài mòn và tiếng ồn

- Giá trị tỷ số truyền tay số thấp nhất bị hạn chế ( ih1 < 4÷ 4,5) ( Muốn khắc phục phải giảm tỷ số truyền của tay số cao nhất và tăng io) Với đặc điểm đó nó thường được sử dụng trên các ô tô du lịch và thể thao có động cơ bố trị cạnh cầu chủ động hoặc trên máy kéo có hộp số bố trí chung trong cùng một vỏ với truyền lực chính

1.2.2.3 Sơ đồ động

- Trục thứ cấp hộp số thường được chế tạo liền với bánh răng côn hay hypôit của truyền lực chính ( khi động cơ đặt dọc) hoặc bánh răng trụ ( khi động cơ đặt ngang) tạo điều kiện đơn giản và dễ bố trí

- Các phương án bố trí số lùi, số tiến và đồng tốc của hộp số này như trên hình 1.2 Đồng tốc của số 1,2 thường đặt trên trục bị động vì khó đặt trên trục chủ động do đường kính bánh răng số 1 nhỏ Đồng tốc các số cao đôi khi đặt trên trục chủ động để giảm mô men quán tính quy dẫn

- Một số trường hợp, đồng tốc được đặt trên cả trục chủ động lẫn bị động để rút ngắn chiều dài hộp số

Hình 1.2-Sơ đồ hộp số 2 trục 4 cấp trên xe Hillman Imperial

I-Trục sơ cấp của hộp số; II-Trục thứ cấp của hộp số; 1-Cấp số 1 của hộp số; 2-Cấp

số 2 của hộp số; 3 - Cấp số 3 của hộp số; 4 -Cấp số 4 của hộp số; L-Số lùi của hộp số

1.2.3 Hộp số nhiều cấp

Hộp số nhiều cấp được tạo thành bằng cách ghép thêm vào phía trước hoặc

phụ Hộp số phụ thường có một số truyền thẳng và một số truyền giảm hay tăng

Hộp số phụ đặt phía trước là hợp lý về kết cấu trong trường hợp : nó chỉ có một cặp bánh răng để tạo số thấp, còn số cao là số truyền thẳng – nối trực tiếp trục vào hộp

số phụ vợi trụ sơ cấp của hộp số chính Tỷ số truyền số thấp của hộp số phụ không lớn, có tác dụng là chia nhỏ dãy tỷ số truyền của hộp số chính, nên còn được gọi là hộp

số chia Hộp số chia có ưu điểm là: Kết cấu đơn giản, đảm bảo tính thống nhất hóa cao cho hộp số chính ( có thể dùng như một hộp số độc lập ), hiệu suất tương tự như hộp số chính khi cài số thấp ở hộp số phụ Nhược điểm của hộp số chia là yêu cầu khoảng

cách trục hộp số lớn hơn do mô men trên trục ra hộp số chính lớn

Hộp số đặt phía sau thường là loại có trục cố định với hai cặp bánh răng hay hành tinh Có một số truyền thẳng và một số truyền giảm với tỷ số truyền khá lớn ( khoảng số truyền lớn hơn của hộp số chính ) - nên được gọi là hộp số giảm tốc Hộp

số phụ này có ưu điểm là giảm được khoảng cách trục và tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hộp số chính Nhược điểm của nó là giảm tính thống nhất hóa của hộp số chính ( không thể sử dụng độc lập - do khoảng tỷ số truyền nhỏ), hiệu suất giảm khi gài số truyền thấp

Trong các hộp số nhiều cấp của ô tô tải có thể sự dụng ống gài số thay cho đồng tốc Vì ống gài số chế tạo đơn giản, kích thước chiều trục, khối lượng và giá thành nhỏ Tuy vậy khi đó yêu cầu:

 Điều kiện sử dụng ô tô phải ổn định, đường xá có chất lượng tốt ( ví dụ: chuyển động trên các xa lộ ít khi phải sang số )

1.3 Đặc điểm kết cấu các chi tiết và bộ phận chính

1.3.1 Bánh răng

Trong hộp số ô tô máy kéo, dùng cả bánh răng trụ răng thẳng và răng nghiêng Bánh răng nghiêng có ưu điểm là:

- Có răng vào ăn khớp từ từ đều đặn, nên độ êm dịu cao

- Ăn khớp cùng một lúc nhiều răng, nên có hệ số trùng khớp lớn hơn và độ bền cao hơn bánh răng thẳng

Tuy vậy bánh răng nghiêng có nhược điểm:

- Sinh lực chiều trục tác dụng lên ổ bi;

- Nhạy cảm với biến dạng của trục và ổ trơn;

- Chế tạo phức tạp hơn;

- Muốn gài số phải dùng ống gài, đồng tốc hay làm then hoa xoắn

Do đặc điểm đó, các bánh răng nghiêng thường sử dụng ở các tay số cao để giảm tiếng ồn, đảm bảo tuổi thọ cần thiết Các bánh răng thẳng chỉ dùng ở số thấp, như: số 1,

số lùi hoặc ở hộp số máy kéo Khi dùng bánh răng thẳng cơ cấu điểu khiển sẽ đơn giản hơn và không sinh ra lực chiều trục

Hiện nay, có khuyuh hướng tăng số lượng các cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp trong hộp số Điều đó tạo điều kiện sử dụng bánh răng nghiêng Tuy vậy, mô men quán tính các chi tiết quay của hộp số sẽ tăng lên

Khi dùng các bánh răng nghiêng, phải chú ý bố trí chiều răng của các bánh răng phải cùng một trục, sao cho các lực chiều trục của chúng khử nhau, tức là các bánh răng cũng chiều nghiên

Bánh răng có thể chế tạo liền khối hay riêng rẽ Bánh răng chế tạo thành khối cố độ cững vững cao, song không thuận tiện cho thay thế và sửa chữa

Tùy theo nhiệm vụ và tải trọng, bánh răng có thể được cố định trên trục bằng then hoa hay then bán nguyệt, trượt trên then hoa hay quay lồng không trên trục lắp bạc hoặc ổ bi Ổ bi giảm được ma sát nhưng khó bố trí, vì kích thước bị hạn chế bởi đường

Nếu bánh răng lắp trên trục bằng then hoa, thì có ba phương án định tâm:

- Định tâm theo đường kính ngoài D;

- Định tâm theo đường kính trong d;

- Định tâm theo mặt bên;

Định tâm theo mặt bên thường dùng khi hướng truyền mô men xoắn thay đổi để giảm va đập

Định tâm theo đường kính có độ chính xác cao hơn Khi độ cứng của lỗ không lớn,

lỗ được gia công bằng phương pháp chuốt còn trục được mài thì bánh răng được định tâm theo đường kính ngoài Phương pháp định tâm này có ưu điểm là đơn giản và giá thành thấp Khi lỗ có độ cứng cao, cả lỗ và trục đều được mài, thì bánh răng được định tâm theo đường kính trong

Các bánh răng hộp số ô tô, làm việc trong điều kiện truyền lực, tốc độ cao, trong khi yêu cầu kích thước nhỏ gọn Do đó để đảm bảo các yêu cầu về độ bền và khả năng chịu mài mòn, chúng thường được chế tạo bằng thép hợp kim cacbon thấp xê men tít hóa hay thép hợp kim cacbon trung bình, xianua hóa như: 20XH3A xê men tít hóa hay 40X, 40XHMA xianua hóa, Quá trình xiamua hóa rẻ hơn, nhanh hơn, ít phế phẩm hơn, song khả năng tăng bền kém hơn xê men tít hóa

Bánh răng nhiệt luyện phải có độ cứng bền mặt đạt 52 ÷ 63 HRC với chiều dày lớp

xê men tít hóa từ 0,6 ÷ 1.8 mm để chịu được ứng suất tiếp xúc lớn và mài mòn Tuy vậy, phần lõi phải dẻo dai để chịu uốn và va đập tốt Độ cững lõi nằm trong khoảng từ

30 ÷ 35 HRC

Bên cạnh các biện pháp nhiệt luyện, người ta còn dùng phương pháp dịch chỉnh chế tạo bánh răng để tăng bền, cũng như để giải quyết một số vấn đề về hình học như: đảm bảo khoảng cách trục cần thiết, giảm kích thước hộp số,

1.3.2 Trục

Trục là một chi tiết quan trọng trong hộp số Nó cần phải có độ bền và cứng vững

cao để đảm bảo độ chính xác ăn khớp các bánh răng và sự làm việc bình thường của các ổ bị

Để đảm bảo các yêu cầu trên, trục hộp số thường được chế tạo bằng vật liệu tốt, như thép hợp kim, thép cacbon trung bình hoặc thép chế tạo bánh răng : 40XHMA, 45, 20X,

1.3.2.1 Trục sơ cấp

Trục sơ cấp của hộp số ô tô thường chế tạo liền bánh răng Trục được định vị tránh

dịch chuyển chiều trục bằng gối đỡ sau nằm trong vỏ hộp số Gối đỡ trước của trục, phía bánh đà, không chịu lực chiều trục

Gối đỡ trước của trục thường là ổ bi cầu 1 dãy hướng kính Trên ô tô du lịch, đôi khi dùng ổ bi kim hoặc ổ trượt Ổ này được bôi trơn bằng vú mỡ lắp trên bánh đà hay cho sẵn vào một lượng, đủ để ổ làm việc đến kì sửa chữa

Gối đỡ sau chủ yếu cũng là ổ bi cầu 1 dãy hướng kính Các kết cấu chỉ khác nhau

ở phương pháp định vị trong vỏ hộp số

Đường kính lỗ ổ sau phải đảm bảo luồn được bánh răng trục sơ cấp vào vỏ khi lắp ghép

1.3.2.2 Trục trung gian

Trục trung gian có hai dạng kết cấu:

- Các bánh răng chế tạo liền một khối, quay lồng không trên trục Trục lắp cố định trong cạc te

- Các bánh răng lắp trên trục bằng then hoa, then bán nguyệt hoặc chế tạo liền với

Trên trục gian, ngoài các bánh răng chuyển số, còn có bánh răng dẫn động bộ phận trích công suất

1.3.2.3 Trục thứ cấp

Đầu trước đặt trên gối đỡ, bố trí trong bánh răng đầu trục sơ cấp Đầu sau đặt trên

ổ bi, định vị trong vỏ để tiếp nhận lực chiều trục

Gối đỡ trước thường dùng ổ bi trụ không có vòng ngoài và vòng trong hoặc ổ bi kim

Gối đỡ sau chủ yếu dùng ổ bi hướng kính một dãy Ổ được cố định trên vỏ nhờ vòng hãm

Trục thứ cấp thường có then hoa để lắp các bánh răng Các bánh răng của trục thứ cấp ăn khớp thường xuyên với bánh răng trục trung gian, có thể lắp trên ổ bi, thanh lăn, hoặc bạc

1.3.3 Cơ cấu điều khiển

1.3.3.1 Đòn điều khiển

- Đòn điều khiển có nhiệm vụ : Dịch chuyển các bánh răng ống gài hoặc đồng tốc

để thực hiện quá trình gài hoặc nhả số Đòn điều khiển thường được bố trí trực tiếp trên nắp hộp số.Tuy vậy trong trường hợp đòn điều khiển nằm xa người lái đòn điều khiển được tách khỏi hộp số , bố trí gần người lái và nối với hộp số qua hệ thống đòn Cách điều khiển hộp số như vậy là điều khiển hộp số từ xa

Hình 1.6-Đòn điều khiển trên nắp hộp số

1-chống gài số lùi; 2-Đòn điều khiển ;3-Gờ tỳ; 4-Lò xo; 5-Khớp cầu; 6-Mũ chụp;

- Đòn điều khiển được luồn vào nắp hộp số từ dưới lên và ép vào mặt tựa hình cầu nhờ lò xo 2 Để đảm bảo lắp ghép đúng vị trí , đòn điều khiển được định vị bằng các chốt 5 Khớp cầu giữa đòn và nắp được che bảo vệ bằng mũ chụp 4

- Trên các xe du lịch, đòn điều khiển có thể được bố trí trên vô lăng để người lái dễ điều khiển Ngoài ra, cách bố trí như vậy còn giải phóng được mặt sàn, cho phép bố trí

3 chỗ ngồi ở hàng ghế người lái

1.3.3.2 Đặc điểm kết cấu cơ cấu định vị và khóa hãm

Cơ cấu định vị có nhiệm vụ định vị các tay số ở vị trí trung gian cũng như ở vị trí đã gài, để đảm bảo:

- Gài số đúng vị trí, và các bánh răng ăn khớp được hết chiều dài;

- Tránh hiện tượng gài hoặc nhả số ngẩu nhiên

b Khóa hãm

Khóa hãm có nhiệm vụ chống gài 2 số cùng một lúc tránh làm gãy , vỡ răng hộp

số Để đảm bảo điều này Khi một số đã gài vào thì khóa hãm sẽ khóa chặt cưỡng bức các thanh trượt của các số kia ở vị trí trung gian

Hình 1.7-Kết cấu định vị và khóa hã m

1-Vỏ hộp số; 2-Bi chống gài hai số cùng lúc; 3-Thanh khóa; 4-Lò xo định vị gài số

1.3.3.3 Cơ cấu tránh gài số ngẫu nhiên

Để tránh gài ngẫu nhiên số lùi, trong hộp số có bố trí cơ cấu an toàn với nhiều dạng kết cấu khác nhau:

- Dùng lò xo, muốn gài số lùi phải thắng lực lò xo

- Dùng tấm hãm, muốn gài số lùi phải nâng tấm hãm lên nhờ thanh kéo nối với tấm hãm

1.3.3.4 Ống gài số

- Hầu hết các bánh răng gài số của hộp số thường được lắp lồng không lên trục bánh răng di trượt chỉ dùng hạn chế ở số lùi hoặc số một Để tiến hành gài số đối với các bánh răng quay trơn trên trục ta phải dùng ống gài hoặc bộ đồng tốc nhằm nối cứng bánh răng với trục thông qua các khớp răng nó có thể là răng trong hoặc răng ngoài

- Để quá trình gài số bằng ống gài được dễ dàng và nhanh chóng hơn, các răng của ống gài được vát nhọn và cứ một răng lại khuyết đi một răng, đồng thời về phía các đai răng của bánh răng gài số , cứ cách một răng có một răng ngắn hơn

- Ống gài số chỉ sử dụng để thực hiện việc gài số cho số lùi hoặc số thấp nhất cho hộp số ô tô , còn hầu hết các số khác của hộp số phải dùng bộ đồng tốc để gài số nhằm đảm bảo bảo việc gài số được êm dịu, không gây va đập răng cho hộp số nói riêng và cũng như bảo vệ cho hệ thống truyền lực nói chung

Hình 1.8- Kết cấu ống gài số

1-Bánh răng cần gài số; 2-Vòng chặn; 3-Ống gài; 4-Trục hộp số

1.3.3.5 Bộ đồng tốc

Trên hầu hết các hộp số có cấp hiện nay, người ta thường dùng bộ đồng tốc quán tính để nối ghép trục với các bánh răng quay trơn mỗi khi gài số nhằm tránh va đập cho các bánh răng và hệ thống truyền lực Bộ đồng tốc có nhiệm vụ làm đồng đều nhanh chóng tốc độ bánh răng quay trơn trên trục so với tốc độ của trục rồi mới cho gài

số

a Bộ đồng tốc loại I ( loại chốt hãm)

Hình 1.9-Kết cấu bộ đồng tốc loại Ia (Bộ phận nối kiểu liền)

1-Bộ phận nối; 2-Chốt hã m; 3-Vành ma sát; 4-Bánh răng gài số; 5-Chốt hã m; 6-Bi

+ Bộ phận nối (1) ): Có cấu tạo tương tự ống gài, nối then hoa với trục; tức là có thể di trượt về phía phải ( phía trái) để nối với bánh răng gài số (4) khi đã đồng đều tốc độ + Chốt hãm (2): Có nhiệm vụ tạo phản lực tác dụng ngược lên bộ phận nối (1) để chống gài số khi chưa đồng đều tốc độ giữa bộ phận nối (1) và bánh răng gài số (4) vành ma sát (3) của đồng tốc : Có nhiệm vụ tạo ra momen ma sát giữa vành ma sát (3)

với bề mặt ma sát trên bánh răng gài số (4) nhằm làm đông đều tốc độ giữa chúng trước khi gài số

+ Bộ phận định vị: Gồm bi định vị (5) và chốt (6) có nhiệm vụ giữ cho các vành ma sát

ở vị trí trung gian khi bộ đồng tốc không thực hiện gài số , đồng thời cho phép đưa vành ma sát (3) vào tiếp xúc trước với vành ma sát trên bánh răng (4) khi gài số

+ Bộ đồng tốc loại Ia với kiểu bộ phận nối liền khối như ống gài được sử dụng khá phổ biến ở các xe tải và khách cỡ trung bình và lớn nhờ kết cấu vững chắc và tin cậy

Hình 1.10-Kết cấu bộ đồng tốc loại Ib ( Bộ phận nối kiểu rời)

1A,1B-Ống nối; 2-Chốt hã m;3-Vành ma sát; 4-Bánh răng gài số; 5-Lò xo định vị; α-

trung bình; r β -Bán kính trung bình mặt hã m

b Bộ đồng tốc loai II (loại răng hãm)

Trên một số ô tô du lịch, vận tải, hành khách cỡ nhỏ, kích thước các bánh răng hộp số nhỏ , không đủ không gian để thiết kế đồng tốc lại I Hơn thế nữa, tải trọng tác dụng bề mặt nói chung không lớn nên có thể sử dụng chính bề mặt nghiêng của các răng để làm bộ phận hãm Tùy theo kết cấu cụ thể mà đồng tốc loại răng hãm có nhiều kiểu dáng khác nhau nhưng đều có chung một nguyên tắc cấu tạo sau:

- Bộ phận nối (1): làm nhiệm vụ nối bánh răng quay trơn (4) với trục (5) Bộ phận nối

có cấu tạo tương tự ống gài , di trượt dọc trục bằng khớp nối then hoa Các răng của bộ phận nôi (1) được vát nghiêng với góc β đủ nhỏ để chống gài số khi bánh răng gài số (4) chưa đồng đều tốc độ với trục (5)

Hình 1.11-Kết cấu bộ đồng tốc loại IIa ( Kiểu bi định vị)

1-Bộ phận nối; 2-Vành răng hãm; 3-Vành ma sát; 4-Bánh răng; 5-Trục hộp số; 6-Bi định vị; 7-Thanh trượt; α- Góc nghiêng của mặt côn ma sát; β- Góc nghiêng của bề mặt

hã m; r ms – Bán kính ma sát trung bình; r β – Bán kính trung bình mặt hãm

- Bộ phận hãm (2) : Có nhiệm vụ chống lại việc gài số khi các bánh răng (4) chưa đồng đều tốc độ với trục (5) Bộ phận hãm có cấu tạo gồm vành răng hãm (2) gắn lên vành côn ma sát (3) Các răng của vành răng hãm đều được vát nghiêng với góc vát β cùng với răng trên bộ phận nối (1) nhằm chống lại việc gài số khi các bánh răng (4) chưa đồng đều tốc độ với truc (5)

- Bộ phận ma sát: gồm các vành ma sát (3) có nhiệm vụ làm đồng đều tốc độ giữa bánh răng gài số (4) với bộ đồng tốc

- Bộ phận định vị : Có nhiệm vụ giữ cho các vành ma sát ở vị trí trung gian khi bộ đồng tốc không làm việc , đồng thời cho phép đưa vành ma sát (3) vào tiếp xúc trước với bề mặt côn trên bánh răng gài số (4) khi bắt đầu tiến hành gài số

- Bộ phận định vị gồm lò xo và bi định vị (6) cùng thanh đẩy (7) luôn chèn sẵn trong ốc lãm của vành ma sát (3 để sẵn sàng dẩy vành ma sát (3) vào tiếp xúc trước với bề mặt côn ma sát trên bánh răng gài số (4) khi bắt đầu gài số

Trên hình 1.11 là một đồng tốc loại IIb có thanh trượt (7) làm cả nhiệm vụ định vị thay cho viên bi (6) của loại IIa : Thanh trượt (7) làm nhiệm vụ định vị; còn lò xo định vị được thay bởi hai vòng lò xo xo (6) nhờ vậy tránh được hiện tượng bị lệch lò xo khi vào gài số

Hình 1.12- Kết cấu bộ đồng tốc loại IIb (kiểu thanh trượt định vị)

1-Bộ phận nối (Ống nối); 2-Vành răng hãm; 3-Vành côn ma sát; 4-Bánh răng gài số; 5-Trục hộp số; 6-Lò xo định vị thanh trượt; 7-Thanh trượt định vị; α- Góc nghiêng của

mặt côn ma sát; β- Góc nghiêng của bề mặt hã m

Nhược điểm của loại này là: là ma sát giữa hốc định vị và gờ của thanh định vị là ma sát trượt thay vì ma sát lăn như loại IIa, nên hốc định vị có thể dễ mòn hơn loại IIa.Tuy vậy lực định vị này nhỏ; hơn nữa bộ đồng tốc làm việc trong dầu nên nhược điểm này

có thể khắc phục được nhờ chúng luôn luôn được bôi trơn trong dầu

- Cạc te của ly hợp và hộp số được định tâm nhờ phần vòng ngoài của ổ đỡ sau trục sơ cấp hay vành định tâm trên mặt bích ổ lắp

- Lỗ lắp ổ bi gối đỡ thứ hai trục sơ cấp trên cạc te phải lớn hơn đường kính bánh răng của trục sơ cấp, để có thể luồn trục qua khi lắp ghép

- Ở cạc te hộp số, bên thành trái hoặc phải có thể có cửa để lắp hộp trích công suất

Chương 2 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỘP SỐ 2.1 Tính toán xác định các thông số yêu cầu ban đầu

2.1.1 Tỉ số truyền số thấp nhất của hộp số

Bảng 2.1 : Các thông số cho trước

4 Số vòng quay tại công suất cực đại nN 5500 v/p

- Tỷ số truyền và số cấp hộp số phải đảm bảo cho xe có chất lượng động lực học và tính kinh tế nhiên liệu tốt nhất

- Tỷ số truyền ở tay số 1 (ih1) được xác định theo 3 điều kiện sau :

+ Khả năng thắng sức cản lớn nhất trong điều kiện sử dụng cho trước

+ Khả năng tạo được lực kéo lớn nhất theo điều kiện bám

+ Khả năng chuyển động với tốc độ ổn định tối thiểu để có thể cơ động trong điều kiện địa hình chật hẹp

* Theo tài liệu số [2] thì tỷ số truyền ở tay số 1 (ih1) được tính theo điều kiện kéo có công thức tính như sau:

ih1 

t e

bx a i M

r G





0 max max (2.1) Trong đó:

- ih1: Tỷ số truyền ở tay số 1

- max: Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường , theo đề: max= 0,35

- Ga : Trọng lượng toàn bộ của xe [N] , theo đề : Ga= 2560 [kG] = 25113,6[N]

- rbx: Bán kính làm việc của bánh xe chủ động [m], theo đề rbx= 330[mm]= 0,33[m]

- M emax: Mômen quay cực đại của động cơ [Nm], theo đề: M emax= 168[Nm]

- t : Hiệu suất hệ thống truyền lực , theo [1] thì:t = 0,850,92,chọn t = 0,92

- i0 : Tỷ số truyền của truyền lực chính , được tính theo [1]:

bx e

v i

r

 (2.2) Trong đó:

- ihn :Tỷ số truyền cao nhất của hộp số , theo tài liệu [2] chọn ihn = 1

-emax: Tốc độ lớn nhất của động cơ [rad/s]

- Theo [2] với động cơ Xăng , xe du lịch thì: emax =(1,0÷1,25) N

Chọn emax = 1,05N

Trong đó

 = n N π /30 = 5500 π / 30= 575,96 [rad/s]

- Sui ra emax = 1,05 N = 1,05 575,96 = 604,756 [rad/s]

- Vamax : Tốc độ cực đại của xe, [km/h] , Theo đề Vamax = 145 [km/h] = 40,278 [m/s] Lần lượt thế các số trên vào (2.2) rồi (2.1) ta được:

954,4278,40.1

33,0.756,604

92,0.954,4.168

33,0.6,25113.35,

* Kiểm tra tỉ số truyền thấp ih1 theo điều kiện bám, theo tài liệu [2]

ih1 

t e

bx

i M

r G







0 max

(2.3)

Trong đó:

- G : Trọng lượng bám của xe, [N]

Theo [2] thì trọng lượng bám của xe được xác định như sau:

.

cd cd

G  G m (2.4)

Trong đó:

- Gcd : Trọng lượng phân bố lên cầu chủ động [N]

Theo tài liệu [1] đối với xe du lịch đặt ở động cơ ở phía trước thì trọng lượng phân bố lên cầu trước và cầu sau khi có một người lái khoảng (60/40)% Động cơ đặt phía trước thì cầu trước chủ động

Vì thế ta tính trọng lượng phân bố lên cầu trước là cầu chủ động

Gcd = 0,6.Ga

Sui ra: Gcd = 0,6 Ga = 0,6 25113,6 = 15068,16 [N]

- mcd : Hệ số phân bố tải trọng lên cầu chủ động Theo tài liệu [1] thì:

mcd≈ (1,1÷ 1,3) , Chọn mcd=1,25

- Theo tài liệu [1]: 0,70,8; Chọn  = 0,75

- Từ các thông số trên sui ra: Gφ = Gcd.mcd = 15068,16.1,25 = 18835,2 [N]

=> ih1  6 , 087

92 , 0 954 , 4 168

33 , 0 75 , 0 2 ,

* Kiểm tra theo điều kiện tốc độ tối thiểu của ôtô

- Theo tài liệu [2]:

0 min

min 1

.

.

i V

r i

a

bx e h



 (2.5)

Trong đó:

- ωemin: Tốc độ góc ổn định nhỏ nhất của động cơ khi đầy tải, [rad/s]

- Vamin : Tốc độ chuyển động tịnh tiến nhỏ nhất của ôtô, [m/s]

Đối với xe du lịch thì chọn theo khoảng kinh nghiệm sau Theo tài liệu [2]

ωemin = 600 850 [vòng/phút].Chọn ωemin = 850 [vòng/phút]

Vamin = 5 7 [km/h].Chọn Vamin = 5 [km/h]

Từ những thông số vừa chọn được ta thay vào công thức (2.5) ta được :

268 , 4 954 , 4 3600

1000 5

33 , 0 30 850



h

i

Dựa vào các điều kiện (2.1), (2.3), (2.5) trên ta có:

Theo điều kiện kéo: ih1 3,787

Với các điều kiện này thì 3,787 ih1  6,087

- Số cấp hộp số ô tô được xác định theo công thức:

Theo tài liệu [2]: log( ) log(1 )

1log( )

- n: Số cấp của hộp số

- ih1: Giá trị tỉ số truyền thấp nhất của hộp số, theo mục (2.1.1) thì ih1= 3,615

- ihn: Giá trị tỉ số truyền cao nhất của hộp số, theo tài liệu [2] chọn ihn= 1

- q: Công bội của dãy tỉ số truyền, theo tài liệu [2] đối với cấp số thường:

q = (1,5  1,7), ta chọn q = 1,5

Thay các số liệu vừa tìm được vào công thức (2.6) ta được:

285 , 4 )

5 , 1 log(

) 1 log(

) 787 , 3 log(

1 )

log(

) log(

Chọn số nguyên n* = 5 và số truyền cao nhất ih5= 1 (hộp số thiết kế có 5 cấp)

2.1.3 Tính số truyền trung gian của hộp số

Với ô tô du lịch thường làm việc ở các số truyền cao, nên các số truyền trung gian được điều chỉnh lại theo cấp số điều hòa nhằm sử dụng tốt nhất công suất động cơ khi sang số ở các số truyền cao như sau:

) 1 (

1 1 1

a

h hn

h

i i

h

i i

h

i i

i hn : Tỷ số truyền cao nhất của hộp số i hn= 1

i 1 : Tỷ số truyền số thấp nhất của hộp số Kết quả tính trên: i 1 = 3,787

i hk : Tỷ số truyền trung gian thứ k của hộp số k  2 ( * 1)n  => k  2 4

Thế số vào công thức (2.7) ta có:

184 , 0 ) 1 5 (

1 787 , 3

1 1

1 ) 1 (

1 1 1

* 1

a

h hn

  (1 2.0,184.3,787) 1,582

787,3

i a

i i

)787,3.184,0.31(

787,3

i a

i i

- Có khả năng tạo ra tỷ số truyền thẳng hàng bằng cách nối tiếp các trục sơ cấp và trục thứ cấp

-Khi làm việc ở số truyền thẳng,các bánh răng,ổ trục và trục trung gian hầu như được giảm tải hoàn toàn nên giảm được mài mòn,tiếng ồn và mất mát công suất

-Khi làm việc ở các số truyền khác mô men truyền qua hai cặp bánh răng do đó

có thể tạo ra được tỷ số truyền lớn và kích thước nhỏ gọn,nhờ đó giảm được trọng lượng toàn bộ của xe

Tuy nhiên hộp số 3 trục cũng có nhược điểm sau:

-Hiệu suất giảm ở các tay số trung gian

-Trục thứ cấp phải bố trí gối lên trục sơ cấp thong qua ổ bi đặt trong phần rỗng của đầu ra trục sơ cấp,điều này làm cho ổ bi dễ bị quá tải

2.2.2 Sơ đồ động học hộp số

- Với ô tô du lịch thường thiết kế với đặc tính động lực tốt, tính năng tăng tốc cao,

nên phần lớn thời gian làm việc là ở số truyền thẳng, còn các số truyền trung gian sử dụng ít

- Sơ đồ động học có ba trục 5 cấp số tiến và 1 cấp số lùi Ở các cấp số 2, 3, 4, 5 làm việc ở tốc độ cao nên sử dụng bánh răng trụ răng nghiêng để việc ăn khớp dễ dàng

và êm dịu Các số từ 2 đến 5 được bố trí bộ đồng tốc để việc gài số dễ dàng hơn và an toàn

I-Trục sơ cấp; II-Trục trung gian; III-Trục thứ cấp; IV-Trục số lùi; i i i i i1, , , ,2 3 4 5-

Vị trí gài số 1,số 2,số 3, số 4, số 5; SL-Vị trí gài ố lùi; Za,Z’a-Bánh răng chủ động và

bị động của cặp bánh răng truyền động chung; Z4,Z’4-Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số 4; Z3,Z’3-Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số 3; Z2,Z’2-Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số 2; Z1,Z’1- Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số 1; Z L1,Z'L1-Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số lùi; Ztg-Bánh răng trung gian gài số lùi

2.3 Tính toán các kích thước cơ bản của trục và các cặp bánh răng của hộp số 2.3.1 Khoảng cách trục

Khoảng cách trục là một trong những thông số quan trọng quyết định kích thước cacte hôp số nói chung và các chi tiết bên trong của hộp số (bánh răng, đồng tốc, ổ bi)

Hình 2.3-Sơ đồ tính toán sơ bộ kích thước hộp số

I-Trục sơ cấp; II-Trục trung gian; III-Trục thứ cấp; IV-Trục số lùi

Khoảng cách trục A [mm] của hộp số ôtô được xác định sơ bộ theo [2]:

3 max 1

A  K M i (2.8) Trong đó:

- ka: Hệ số kinh nghiệm, theo tài liệu [2] thì ka = 8,9 9,3 (xe du lịch) Chọn ka = 9,3

- Memax : Mô men quay cực đại của động cơ [Nm], theo đề Memax = 168 [Nm]

- ih1 : tỷ số truyền ở tay số thấp nhất , theo kết quả của mục (2.1.1) thì ih1 = 3,787

Thế các số liệu vào công thức (2.8) ta tính được khoảng cách trục sơ bộ là:

A = 9,3.√ = 79,987 [mm]

Chọn sơ bộ A = 80 [mm]

2.3.2 Kích thước theo chiều trục cac-te hộp số

Kích thước theo chiều trục của hộp số nói chung có thể được xác định bằng tổng chiều dài (theo chiều trục) của các chi tiết lắp trên trục trung gian như: chiều rộng của các bánh răng, chiều rộng của bộ đồng tốc hoặc ống gài, chiều dài các ổ đỡ trục

Theo tài liệu [2] ta có:

- Chiều rộng bánh răng đối với hộp số thường: b ≈ (0,19 ÷ 0,23)A đối với ô tô du lịch Chọn b ≈ 0,2.A = 0,2.80 = 16 [mm]

- Chiều rộng ổ đỡ: B ≈ (0,25 ÷ 0,28)A đối với ô tô du lịch Chọn B ≈ 0,25.A = 0,25.80 = 20 [mm]

- Chiều rộng đồng tốc (hoặc ống gài)

Nằm trong khoảng: H ≈ (0,68÷ 0,78)A đối với ô tô du lịch

Chọn H =0,7.A = 0,7.80 = 56 [mm]

2.3.3 Tính toán các số răng của các bánh răng hộp số

2.3.3.1 Môđun và góc nghiêng của bánh răng hộp số

Để đảm bảo cho các bánh răng hộp số ôtô làm việc êm dịu, xu hướng chọn mô đun mk có giá trị nhỏ, còn góc nghiêng βk có giá trị lớn

+ Môđun: - Xe du lịch: m = 2,25 ÷ 3

Chọn m = 2,25 [mm] cho các số truyền cao

Chọn m = 2, 5 [mm] cho các số truyền thấp ( số một và số lùi)

+ Góc nghiêng: - Xe du lịch: β =220÷370

Chọn β =340 cho các số truyền cao

Chọn β =220 [mm] cho các số truyền thấp ( số một và số lùi)

2.3.3.2 Số răng của bánh răng hộp số

- Đối với hộp số 3 trục đồng trục, các số truyền đều phải qua hai cặp bánh răng trong đó có một cặp bánh răng được dùng chung cho tất cả các số truyền (trừ số truyền thẳng), gọi là bánh răng luôn luôn ăn khớp Nghĩa là nó luôn luôn làm việc với bất kỳ gài số truyền nào,trừ số truyền thẳng Vì vậy khi phân chia tỉ số truyền cho cặp bánh răng này cần phải có giá trị đủ nhỏ để vừa bảo đảm tuổi thọ cho cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp vừa đủ để cho số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp không được quá nhỏ

Theo [2] số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp của xe du lịch là Z1 = (17  15)

Xe du lịch thiết kế có ih1 = 3,787 nên ta chọn Z1 =17

Theo tài liệu [2] ta có:

) 1 (

cos 2

1 1

1 1

gi m

A Z



( 2.9)