Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình hộp số cơ khí để mô phỏng quá trình hoạt động của hộp số

ĐOÀN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỘP SỐ CƠ KHÍ ĐỂ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỘP SỐ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: Kỹ thuật công nghệ CHUYÊN NGÀNH

ĐOÀN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỘP SỐ CƠ KHÍ

ĐỂ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỘP SỐ

LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: Kỹ thuật công nghệ

CHUYÊN NGÀNH: Kỹ thuật công nghệ

Mã số công trình: ………

(Phần này do BTC Giải thưởng ghi)

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

ĐẶT VẤN ĐỀ 7

1 Lý do chọn đề tài 7

2 Mục tiêu nghiên cứu 7

3 Đối tượng nghiên cứu 7

4 Phạm vi nghiên cứu 8

5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn, quy mô và phạm vi áp dụng 8

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU 9

CHƯƠNG 1: LÊN Ý TƯỞNG THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỘP SỐ 10

1.1 Lên ý tưởng thiết kế đối với hộp số 10

1.2 Lên ý tưởng thiết kế khung đồ gá hộp số 10

1.3 Thiết kế và thi công mô hình 12

1.3.1 Lựa chọn phương án thiết kết tối ưu 12

1.3.2 Giai đoạn 1: Vệ sinh hộp số 13

1.3.3 Giai đoạn 2: Thi công làm mới và lắp đặt mô hình 15

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH ỨNG DỤNG TRÊN MÔ HÌNH 23

2.1 Mục đích xây dựng các bài tập ứng dụng trên mô hình hộp số 23

2.2 Các bài tập ứng dụng trên mô hình hộp số ô tô 23

2.2.1 Sang số cho hộp số cơ khí 3 trục trên ô tô 23

2.2.2 Xác định các trục khi tiến hành sửa chữa/bảo dưỡng hộp số 26

PHẦN 2: MỤC TIÊU - PHƯƠNG PHÁP 28

1 Mục tiêu của công trình 28

2 Phương pháp nghiên cứu 28

PHẦN 3: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 29

1 Mục tiêu đạt được 29

2 Hướng phát triển 29

3 Kiến nghị 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

- Xe FF (Front-wheel drive): xe có động cơ đặt trước, cầu trước dẫn động

- Xe FR (Rear-wheel drive): xe có động cơ đặt trước, cầu sau dẫn động

- Xe 4WD (4 wheels drive): xe có cả bốn bánh cùng được dẫn động

- Xe RR (Rear wheel drive): xe động cơ đặt sau, cầu sau dẫn động

- Xe Hybrid: xe sử dụng hai kiểu động cơ (điện và xăng)

- Xe Off-road: xe vượt địa hình

- KTV: Kỹ thuật viên

- NVH: Noise: tiếng ồn, vibration: sự rung động, hardness: sự xóc

- Redline: để chỉ giới hạn vòng tua máy

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Cấu trúc khung đồ gá mặt cạnh (mm)

Hình 1.2: Cấu trúc khung đồ gá mặt đứng (mm)

Hình 1.3: Dụng cụ cho việc thi công làm mới hộp số

Hình 1.4: Thân hộp số trước khi vệ sinh

Hình 1.5: Phần đầu hộp số trước khi vệ sinh

Hình 1.6: Các bộ phận bên trong hộp số

Hình 1.7: Tiến hành tháo dỡ các bộ phận

Hình 1.8: Tháo 4 lục giác cố định trục thứ cấp

Hình 1.9: Vệ sinh các bánh răng trên trục thứ cấp

Hình 1.10 - 1.11: Vệ sinh bên ngoài vỏ hộp số và xịt sơn

Hình 1.12 - 1.13: Hộp số sau khi cắt và làm mới

Hình 1.14: Hộp số được lắp ráp lại

Hình 1.15 - 1.16: Kiểm tra các chi tiết bên trong ly hợp

Hình 1.17: Gắn ly hợp vào hộp số để kiểm tra sự ăn khớp

Hình 1.18 - 1.19: Thi công trục cốt nối cố định bánh đà

Hình 1.20: Trục cốt sau khi được hoàn thành và nối vào bánh đà Hình 1.21 - 1.22: Đo đạc, thiết kế mặt bích để cố định lại bánh đà Hình 1.23: Định vị cốt quay nối bánh đà và bánh răng dẫn động Hình 1.24: Thi công gắn mô-tơ vào vị trí trục đỡ

TÓM TẮT

CHƯƠNG 1: LÊN Ý TƯỞNG THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỘP SỐ

1.1 Lên ý tưởng thiết kế đối với hộp số

1.2 Lên ý tưởng thiết kế khung đồ gá hộp số

1.3 Thiết kế và thi công mô hình

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH ỨNG DỤNG TRÊN

MÔ HÌNH

2.1 Mục đích xây dựng các bài tập ứng dụng trên mô hình hộp số

2.2 Các bài tập ứng dụng trên mô hình hộp số ô tô

ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lý do chọn đề tài

- Ô tô ngày nay có trọng lượng chuyên chở ngày càng lớn, vận tốc di chuyển trên đường ngày càng cao và hệ thống truyền lực ngày càng được đầu tư, nghiên cứu, đã gặt hái được nhiều thành tựu và mang lại nhiều tiện ích cho người sử dụng

- Hệ thống truyền lực bao gồm các bộ phận chính như: hộp số, trục các-đăng, bộ vi sai

đã có những cải tiến tốt hơn nhằm nâng cao hiệu suất làm việc của ô tô

- Giáo cụ trực quan phục vụ trong học tập và giảng dạy trong ngành ô tô chưa nhiều nên cần nhiều hơn những mô hình trực quan, sinh động để sinh viên có thể tiếp thu kiến thức chuyên ngành tốt hơn

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu để hiểu rõ về hệ thống truyền lực trên ô tô nói chung và hộp số nói riêng

- Xây dựng một mô hình học cụ, có thể thao tác đơn giản, mô phỏng được hoạt động của hộp số như trên ô tô thực tế

- Xây dựng một sản phẩm giúp người học có thể tiếp cận thực tế ngay trên mô hình để nghiên cứu thay vì phải thực tập tại doanh nghiệp

3 Đối tượng nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu thiết kế của công trình là hộp số cơ khí trong hệ thống truyền lực ô tô nói chung và mô hình học cụ để mô phỏng về quá trình hoạt động của hộp số cơ khí nói riêng

4 Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu của công trình: công trình tập chung nghiên cứu hộp số cơ khí 3

trục, thiết kế chế tạo mô hình hộp số cơ khí 3 trục mô phỏng được hoạt động của hộp số: quá trình đóng cắt ly hợp; quá trình chuyển số…

5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn, quy mô và phạm vi áp dụng:

- Sản phẩm của công trình nghiên cứu này rất trực quan sinh động, giúp người dạy dễ dàng truyền đạt kiến thức trong bài giảng, giúp người học tiếp thu bài một cách dễ dàng, người học có thể tiếp cận thực tế ngay trên mô hình

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU

Một chiếc ô tô là tổng thể của hàng ngàn chi tiết liên kết và kết hợp với nhau Tuy nhiên, một vài bộ phận trong hàng ngàn chi tiết đó đóng vai trò quan trọng hơn các phần còn lại trên xe và hộp số là một trong những bộ phận đó Thiếu nó, chiếc xe hơi của bạn sẽ không thể di chuyển được trên những địa hình khác nhau và đúng yêu cầu

về sức kéo, tốc độ của ô tô mà người điều khiển xe mong muốn

Hộp số là bộ phận truyền lực từ động cơ đến hệ thống dẫn động Hộp số dùng để thay đổi tỉ số truyền nhằm thay đổi mô men xoắn ở các bánh xe và đồng thời thay đổi tốc

độ chạy của xe để phù hợp với sức cản bên ngoài

Theo lý thuyết, động cơ đốt trong chỉ sinh công và mô men xoắn tối đa ở dải tua máy hẹp Hộp số cho phép tỉ số truyền của động cơ và cầu dẫn động thay đổi khi xe tăng và giảm tốc độ, thay đổi cấp số để động cơ luôn làm việc dưới điểm giới hạn và hoạt động gần với vòng tua máy lý tưởng nhất

Ở chế độ lý tưởng, hộp số sẽ duy trì được tỷ số truyền để động cơ luôn hoạt động ở vòng tua máy tối ưu nhất

CHƯƠNG 1: LÊN Ý TƯỞNG THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỘP SỐ

1.1 Lên ý tưởng thiết kế đối với hộp số

- Việc thiết kế mô phỏng cơ cấu hoạt động của hộp số cần cho thấy được sự hoạt động

của các bánh răng, thanh truyền sang số và các bộ phận khác Tôi đã đưa ra một số ý tưởng như sau:

A Thi công cắt hộp số tại 1 phần bên trái hoặc phải của hộp số

- Ưu điểm: Hộp số sau khi cắt sẽ vẫn giữ được phần lớn sự nguyên vẹn bảo đảm tính thẩm mỹ của hộp số

- Nhược điểm: Hộp số sau khi cắt chỉ thấy được 1 phần trái hoặc phải, gây khó khăn cho việc quan sát các bộ phận còn lại

B Thi công cắt hộp số chỉ tại một phần chính, ở đây chọn cắt tại ổ trục nơi mô tả

cơ cấu hoạt động của 3 trục của hộp số

- Ưu điểm: Hộp số sau khi cắt sẽ có tính thẩm mỹ cao hơn ý tưởng A vì chỉ cắt tại 1 phần trên thân hộp số

- Nhược điểm: Hộp số sau khi cắt sẽ gây khó khăn cho công việc nghiên cứu hoặc giảng dạy khi rất khó quan sát được các bộ phận còn lại trên thân hộp số

C Thi công cắt hộp số tại hai bên trái, phải của hộp số và các bộ phận khác

- Ưu điểm: Tăng khả năng quan sát lên hơn 40%

- Nhược điểm: Hộp số sau khi cắt mất phần lớn tính thẩm mỹ vì có nhiều bộ phận bị cắt

1.2 Lên ý tưởng thiết kế khung đồ gá hộp số

- Nguyên vật tư dự trù:

+ Sắt hộp 25x50 mm, 30x60 mm

+ Các lá thép dày 2cm

- Dụng cụ, thiết bị: Máy hàn, máy cắt, máy mài, kiềm, tuốc-vít, sơn, cọ,…

- Thời gian ước lượng thi công đồ gá: 1 tuần

Hình 1.1: Cấu trúc khung đồ gá mặt cạnh (mm)

Hình 1.2: Cấu trúc khung đồ gá mặt đứng (mm)

Ưu và nhược điểm của thiết kế khung đồ gá:

1.3 Thiết kế và thi công mô hình

1.3.1 Lựa chọn phương án thiết kết tối ưu

- Sau khi đưa ra ý tưởng và bàn bạc thật kỹ, tôi quyết định chọn ý tưởng thiết kế C, tức cắt hộp số tại hai bên trái và phải

- Việc thi công theo ý tưởng C sẽ phục vụ cho mục đích nghiên cứu và sử dụng cho

công tác giảng dạy tại xưởng sau này được tốt hơn

- Các dụng cụ được chuẩn bị cho thi công làm mới lại hộp số trong ý tưởng C bao gồm: 1/ Sơn; 2/ Cọ quét; 3/ Cọ chà nhám; 4/ Giấy chà nhám

Hình 1.3: Dụng cụ cho việc thi công làm mới hộp số 1.3.2 Giai đoạn 1: Vệ sinh hộp số

- Hộp số khi chưa vệ sinh: các bộ phận còn bám nhiều dầu nhớt, mạt sắt và cặn

- Vì vậy hộp số cần được vệ sinh lại các chi tiết bên trong nhằm đảm bảo khả năng vận hành, phục hồi các chức năng của các bộ phận, chi tiết bên trong và bên ngoài hộp số

Hình 1.4: Thân hộp số trước khi vệ sinh Hình 1.5: Đầu hộp số trước khi vệ sinh

Hình 1.6: Các bộ phận bên

trong hộp số

Hình 1.7: Tiến hành tháo dỡ

các bộ phận

Hình 1.8: Tháo 4 lục giác cố định trục thứ cấp

- Các bánh răng trong hộp số và các cơ cấu truyền lực đóng khá nhiều vết cặn từ dầu

cũ nên việc làm sạch tốn khá nhiều thời gian

Hình 1.9: Vệ sinh các bánh răng trên trục thứ cấp

1.3.3 Giai đoạn 2: Thi công làm mới và lắp đặt mô hình

- Quá trình làm mới hộp số:

Hình 1.10 - 1.11: Vệ sinh bên ngoài vỏ hộp số và xịt sơn

Hình 1.12 - 1.13: Hộp số sau khi cắt và làm mới

- Sau khi hoàn thành công đoạn phục hồi lại vỏ hộp số, tiến hành lắp rắp các bộ phận bên trong vào:

Hình 1.14: Hộp số được lắp ráp lại

- Ly hợp được tháo/lắp để kiểm tra:

Hình 1.15 - 1.16: Kiểm tra các chi tiết bên trong ly hợp

- Lắp ly hợp vào hộp số tại vị trí trục sơ cấp:

Hình 1.17: Gắn ly hợp vào hộp số để kiểm tra sự ăn khớp

- Để mô tả dẫn động truyền lực hộp số thông qua ly hợp thì bộ phận bánh đà cần được

cố định, vì vậy một trục cốt được nối thêm bên ngoài để giữ cố định bánh đà thông qua

6 ốc tại vị trí trung tâm Công việc thi công trục cốt nối thêm cực kỳ quan trọng trong việc cố định bánh đà và đảm bảo độ đồng tâm khi bộ phận ly hợp hoạt động

Hình 1.18 - 1.19: Thi công trục cốt nối cố định bánh đà

- Trục cốt được cố định thông qua một mặt bích và 2 ổ bi (đường kính ổ bi: 62 mm)

được giữ chặt bên trong hai đầu của một ống thép:

Hình 1.20: Trục cốt sau khi được hoàn thành và nối vào bánh đà

- Một mặt bích được thiết kế sau đó giúp nâng đỡ và định hướng tâm quay của trục cốt thông qua 6 ốc tại vị trí tâm của bánh đà:

Hình 1.21 - 1.22: Đo đạc, thiết kế mặt bích để cố định lại bánh đà

- Sau khi đo đạc mặt bích và định tâm, tiến hành đục lỗ để định tâm quay cốt nối bánh đà

Hình 1.23: Định vị cốt quay nối bánh đà và bánh răng dẫn động

- Lúc này hộp số đã được thiết kế cơ bản để gá hộp số lên được (Hình 2.20) nên tiến hành gắn các bộ phận còn lại như mô-tơ dẫn động và cơ cấu ngắt ly hợp

- Việc lựa chọn mô-tơ giảm tốc có tốc độ phù hợp với tiêu chí ban đầu đề ra gồm các yêu cầu sau:

+ Phải đảm bảo được tốc độ quay vừa đủ để thuận tiện cho việc quan sát hoạt động của các bộ phận bên trong hộp số

+ Mô-tơ có giá thành phù hợp với khả năng tài chính nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu làm việc đối với mô hình

+ Kết cấu chắc chắn, dễ sử dụng, tuổi bền cao

Thông số mô-tơ giảm tốc đã chọn:

+ Tỷ số truyền: 3:2

+ Điện đầu vào: 220V

+ Số vòng quay: 200 vòng/phút

Hình 1.24: Thi công gắn mô-tơ vào vị trí trục đỡ

- Sau đó, tiến hành lắp ráp bộ phận ngắt ly hợp vào vị trí trên khung đồ gá

Hình 1.25: Cố định bàn đạp ly hợp và hộp dầu

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH ỨNG DỤNG

TRÊN MÔ HÌNH 2.1 Mục đích xây dựng các bài tập ứng dụng trên mô hình hộp số

- Hộp số cơ khí 3 trục là một trong những hộp số sử dụng phần lớn trên các loại xe ô tô hiện nay phục vụ cho nhu cầu chuyên chở hàng và hành khách Vì vậy mô hình hộp số

cơ khí 3 trục nếu được sử dụng làm giáo cụ trực quan và mô hình phục vụ cho mục đích giảng dạy cho các học phần như: Kết cấu tính toán hộp số sàn động cơ; Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hộp số cơ khí 3 trục trên ô tô;…

- Bên cạnh đó, mô hình hộp số còn được có thể sử dụng giảng dạy cho các mô-đun: Bảo dưỡng - sửa chữa hộp số trên ô tô; Sửa chữa - bảo trì hệ thống truyền lực trên ô tô; …

- Thông qua mô hình hộp số cơ khí 3 trục trên ô tô, có thể thực hiện các bài tập như sau:

1/ Sang số trên hộp số cơ khí 3 trục

2/ Xác định các trục dẫn động khi tiến hành sửa chữa/bảo dưỡng hộp số

2.2 Các bài tập ứng dụng trên mô hình hộp số ô tô

2.2.1 Sang số cho hộp số cơ khí 3 trục trên ô tô

 Mục đích

- Việc sang số cho ô tô là một thao tác cơ bản nhất khi sử dụng ô tô số sàn, tuy nhiên

để sang số sao cho đúng nguyên tắc và đảm bảo đúng cơ chế hoạt động của hộp số sàn

là điều mà hiện nay rất ít lái xe chú ý đến Vì vậy ở bài tập này sẽ trình bày cụ thể các bước sang số sao cho đúng và hiệu quả để tối ưu hóa hoạt động của hộp số

 Yêu cầu

- Nắm vững cấu tạo và nguyên lý làm việc của hộp số 3 trục

- Biết được khi nào cần sang số

- Nắm vững các thao tác sang số để bảo vệ hộp số

 Phương pháp thực hiện

Khi sử dụng hộp số sàn, việc đầu tiên để xe có thể tăng tốc và giảm tốc là phải thông qua việc sang số để đảm bảo có tỷ số truyền phù hợp với động cơ xe và bộ phận truyền động Phương pháp sang số cơ bản như sau:

Số N: Khi xe dừng

Số N - hay còn gọi là số Mo, thực chất là không vào số đối với hộp số và lúc này

xe ở trạng thái tự nhiên Khi đó các bánh răng của hộp số không ăn khớp với nhau và

xe không chuyển động, tức các vòng đồng tốc và thanh chuyển số sẽ ở vị trí chính giữa các bánh răng

Số 1: Xe bắt đầu chuyển động

Khi xe bắt đầu lăn bánh, tức là phải vào số 1 Các bước như sau:

B1: Đạp hết bàn đạp ly hợp thật dứt khoát và nhanh tại vị trí bên trái ngoài cùng ở

dưới chân lái xe

B2: Kéo tay số về phía bên trái theo phương ngang và đẩy cần số lên trên tương ứng

với vị trí số 1

B3: Thả bàn đạp ly hợp dưới chân một cách từ từ và nhẹ nhàng sau khi đã vào số

Cùng lúc đó đạp song song bàn đạp ga ở phía chân còn lại phía bên phải ngoài cùng

Hình 2.1: Vị trí số 1 và các tay số khác trên tay số xe

Số 2 gồm các bước như sau:

Tuy nhiên, ta có thể tăng hoặc giảm số tắt Tức từ số 5 có thể về số 1 và thao tác tương

tự như vào các số khác nhưng lưu ý chung là phải tùy thuộc vào tốc độ của xe mà tăng giảm số sao cho phù hợp Khi cần sang số, tức ta phải dựa vào cảm nhận tốc độ của

xe Thông thường động cơ xe sẽ có một dải tua tối ưu mà tại đó xe tăng tốc nhanh nhất

2.2.2 Xác định các trục khi tiến hành sửa chữa/bảo dưỡng hộp số

 Mục đích

- Việc nắm vững cấu tạo của hộp số để có thể dễ dàng xác định các trục và bộ phận

khác giúp ta tiết kiệm thời gian, công sức để có thể chẩn đoán khi xe có xảy ra hư hỏng hoặc để kiểm tra và bảo dưỡng hộp số định kì

- Hộp số cơ khí 3 trục sẽ có trục sơ cấp, trục trung gian và trục thứ cấp Việc xác định

vị trí và các bộ phận liên quan rất quan trọng cho việc bảo dưỡng/sửa chữa

 Yêu cầu

- Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ cần thiết để mở hộp số

- Nắm vững nguyên lý làm việc và cấu tạo của hộp số

 Phương pháp thực hiện:

1/ Căn cứ vào tài liệu kỹ thuật

Nếu có tài liệu hỗ trợ của hộp số đang tiến hành tháo lắp, ta sẽ có thể dễ dàng thao tác trên hộp số và biết được vị trí, tên gọi các trục cùng các bộ phận khác

2/ Tháo lắp hộp số theo kinh nghiệm

- Khi mở hộp số cần chuẩn bị một khay đựng ốc để sắp xếp các ốc mở hộp số theo thứ tự mở

- Hộp số sau khi mở nắp hộp số ra sẽ có 3 trục của hộp số Thông thường, các trục sẽ sắp xếp từ trái sang phải theo chiều ra của chuyển động (mô-men truyền ra trục các-đăng):

+ Trục sơ cấp sẽ nằm ở trên bên trái nối với bộ phận ly hợp

+ Trục thứ cấp là trục nằm đồng trục với trục sơ cấp và nối với trục các-đăng

+ Trục trung gian sẽ nằm ở hướng bên dưới trục sơ cấp và thứ cấp