TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Lý do chọn đề tài
Hộp số là một trong những bộ phận quan trọng nhất của ô tô, chịu trách nhiệm truyền công suất từ động cơ đến hệ dẫn động và điều chỉnh tỉ số truyền để thay đổi mô men xoắn và tốc độ xe Nó cho phép động cơ hoạt động ở vòng tua máy tối ưu, giúp xe di chuyển hiệu quả hơn Nghiên cứu về hộp số không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng, sửa chữa và cải tiến mà còn cung cấp tài liệu tham khảo quý giá cho quá trình học tập và công tác Để nâng cao chất lượng giảng dạy thực hành, việc trang bị mô hình và trợ huấn cụ sẽ hỗ trợ người học hiểu rõ hơn về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hộp số.
Vì những lý do trên nhóm em chọn đề tài “THI CÔNG MÔ HÌNH CẮT CÁC LOẠI HỘP SỐ TRÊN Ô TÔ”
Ý nghĩa của đề tài
Đề tài này hỗ trợ sinh viên trong việc củng cố, tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên ngành, không chỉ trong học tập mà còn trong thực tế xã hội Nó cũng giúp sinh viên khoa cơ khí động lực và những người quan tâm đến ngành ô tô hiểu rõ hơn về lĩnh vực này.
Kết quả thu thập được đã giúp chúng em hiểu rõ hơn về hộp số, bao gồm nguyên lý, cấu trúc, điều kiện hoạt động và các hư hỏng thường gặp Từ đó, chúng em đã trang bị thêm kiến thức về hộp số nói chung, đồng thời cung cấp tài liệu hữu ích cho các bạn học sinh, sinh viên khóa sau và những ai muốn tìm hiểu về chuyên ngành ô tô để phục vụ cho việc nghiên cứu và học tập.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý của hộp số sàn và hộp số tự động A140E
- Thi công và thiết kế mô hình cắt của các loại hộp số trên ô tô
- Kiểm tra, đánh giá được tình trạng kĩ thuật, các thông số bên trong và các thông số kết cấu của hộp số sàn và hộp số tự động.
Đối tượng và khách thể nghiên cứu
- Đối tượng: Hộp số sàn và hộp số tự động A140E trên Toyota Camry
- Khách thể nghiên cứu: Hộp số sàn và hộp số tự động.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Hộp số sàn và hộp số tự động A140E trên Toyota Camry.
Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu được trình bày qua 6 chương gồm:
• Chương 1: Tổng quan về đề tài nghiên cứu
• Chương 2: Tổng quan về các loại hộp số trên ô tô
• Chương 3: Giới thiệu, thiết kế và thi công mô hình cắt các loại hộp số trên ô tô
• Chương 4: Vận hành mô hình và ứng dụng
• Chương 5: Kết luận và kiến nghị.
TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI HỘP SỐ TRÊN Ô TÔ
Lịch sử phát triển
2.1.1 Hộp số sàn (Hộp số ngang và hộp số dọc) Được ví như trái tim của hệ thống truyền lực, hộp số biến đổi mô-men, tốc độ làm việc của động cơ sao cho phù hợp với điều kiện làm việc của bánh xe trên đường Kể từ khi phát minh nổi tiếng của George Selden về bộ truyền động cầu trước kết hợp với động cơ 3 xi-lanh đặt nằm ngang trở thành thiết kế trên xe hơi, có rất ít ý tưởng mới phù hợp Giới thiệu vào năm
Năm 1894, hai kỹ sư người Pháp Louis-Rene Panhard và Emile Levassor đã giới thiệu bản phác thảo đầu tiên của hộp số cận đại, nhưng không nhận được vinh quang mà phải đối mặt với nhiều chỉ trích Vào thời điểm đó, hệ thống truyền động khá đơn giản, sử dụng bộ truyền đai hoặc bánh răng côn, cho phép xe chỉ đạt tốc độ tối đa 32 km/h Khi gặp vật cản, tài xế buộc phải dừng lại để chuyển sang số thấp.
F W Lanchester, một trong những người tiên phong trong lĩnh vực ôtô ở Anh, mô tả về chiếc xe của ông gồm hai cấp truyền đai, một cho tốc độ thấp, cần mô-men lớn và một ở tốc độ cao, mô-men nhỏ
Một năm sau cuộc họp báo gây tranh cãi, Panhard và Levassor đã lấy lại danh tiếng không chỉ với hộp số mà còn với toàn bộ hệ thống truyền lực của họ.
Thiết kế mới của mẫu xe không giống như hiện tại, với động cơ đặt dọc phía trước và truyền công suất ra cầu sau qua ly hợp và hộp số trượt 3 cấp cùng cầu chuyển động bằng xích Hệ thống này tương tự như trên các xe hiện đại, nhưng thiếu vi sai và bán trục chủ động Tuy nhiên, vào năm 1898, nhà triệu phú Louis Renault đã thành công trong việc kết nối công suất từ động cơ đặt dọc qua hộp số đến cầu sau “sống” bằng trục kim loại.
Cầu sau “sống” hay vi sai cầu sau, được Renault phát triển dựa trên ý tưởng của C E Duryea vào năm 1893, đã giải quyết vấn đề mòn lốp hiệu quả Phát minh này đã trở thành tiêu chuẩn cho hầu hết các nhà sản xuất ôtô Vi sai bao gồm một cụm bánh, góp phần cải thiện hiệu suất và độ bền của xe.
Hệ thống 14 răng răng khớp có chức năng phân chia công suất cho hai bánh sau của xe, cho phép bánh ngoài quay nhanh hơn bánh trong khi xe thực hiện các vòng cua.
Vào năm 1904, Panhard-Levassor đã giới thiệu hộp số sàn sang số trượt, và công nghệ này nhanh chóng được áp dụng bởi hầu hết các nhà sản xuất ôtô Mặc dù đã trải qua nhiều biến đổi, nhưng thiết kế này vẫn được sử dụng cho đến gần đây Những cải tiến đáng kể, đặc biệt là hệ thống đồng bộ hóa, đã giúp quá trình chuyển số diễn ra mượt mà và không gây va đập Cadillac là hãng đầu tiên trang bị bộ đồng tốc vào năm 1928, và sau đó, công nghệ này đã được Porsche phát triển và trở nên phổ biến cho đến ngày nay.
Từ những năm 1900, kỹ sư hàng hải Đức đã nghiên cứu hộp số tự động, và đến năm 1938, GM giới thiệu chiếc Oldsmobile đầu tiên với hộp số tự động, giúp đơn giản hóa việc điều khiển ô tô bằng cách loại bỏ bàn đạp ly hợp Tuy nhiên, do tính phức tạp và khó bảo trì, hộp số tự động không được phổ biến Đến những năm 70, hộp số tự động hồi sinh khi nhiều hãng ô tô cho ra mắt xe mới với công nghệ này Ban đầu, hộp số tự động sử dụng hệ thống điều khiển thủy lực, nhưng để cải thiện độ chính xác và an toàn, hộp số tự động có cấp điều khiển điện tử (ECT) ra đời Không dừng lại ở đó, các nhà sản xuất ô tô đã phát triển thành công hộp số tự động vô cấp vào cuối thế kỷ XX, mở ra một kỷ nguyên mới cho công nghệ hộp số.
Hộp số tự động (HSTD) được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1934 bởi hãng Chrysler, theo thông tin từ tài liệu công nghiệp ô tô CHLB Đức Ban đầu, HSTD sử dụng ly hợp thủy lực và hộp số hành tinh, được điều khiển hoàn toàn bằng van con trượt thủy lực Qua thời gian, công nghệ đã chuyển sang sử dụng biến mômen thủy lực, và hiện nay, HSTD thường được gọi là AT.
Sau khi ZIL (Liên Xô cũ, 1949), nhiều hãng xe Tây Âu như Đức, Pháp và Thụy Sĩ cũng phát triển các hộp số hành tinh Trong giai đoạn này, phần lớn các hộp số tự động (HSTD) sử dụng thiết kế 3 hoặc 4 cấp dựa trên bộ truyền hành tinh 2 bậc tự do kiểu Willson, với kết cấu tự động.
Sau những năm 1960, hệ thống truyền động thủy lực (HSTD) đã được áp dụng trên ô tô tải và ô tô buýt, kết hợp với biến mômen thủy lực và hộp số cơ khí Hệ thống này sử dụng các cặp bánh răng ăn khớp ngoài, tạo nên cấu trúc tự động (AT) hiệu quả.
Sau năm 1978 chuyển sang loại HSTD kiểu EAT (điều khiển chuyển số bằng thủy lực điện tử), loại này ngày nay đang sử dụng
Hộp số vô cấp (CVT) là một loại hệ thống truyền động khác, sử dụng bộ truyền đai kim loại và được điều khiển bằng hệ thống thủy lực điện tử.
Ngày nay, các loại truyền động thông minh đã được chế tạo, cho phép chuyển số dựa trên thói quen lái xe và điều kiện mặt đường Hệ thống truyền lực sử dụng HSTD với 8 số truyền, được gọi là hệ thống truyền lực cơ khí thủy lực điện tử, đang phát triển nhanh chóng và có nhiều ứng dụng công nghệ cao Gần đây, đã xuất hiện hộp số có khả năng chuyển số theo hai phương pháp: bằng tay hoặc tự động, tùy thuộc vào sở thích của người dùng.
Hiện nay, nhằm đáp ứng nhu cầu của khách hàng và tăng cường tính an toàn khi sử dụng, các nhà chế tạo đã phát triển hộp số điều khiển bằng điện tử, kết hợp với chức năng sang số bằng cần giống như hộp số truyền thống.
Ưu điểm của từng loại hộp số
- Thường tiết kiệm nhiên liệu hơn hộp số tự động hay hộp số vô cấp CVT
- Giá thành rẻ hơn so với các loại hộp số khác
- Việc bảo trì, bảo dưỡng thường dễ dàng và ít tốn kém chi phí hơn
- Giúp người lái kiểm soát xe tốt hơn trong nhiều tình huống
- Việc phải sử dụng nhiều thao tác để điều khiển côn, số hợp lý giúp người lái tập trung hơn
- Mang lại cảm giác điều khiển chân thật và thú vị hơn
So với hộp số thường, hộp số tự động có các ưu điểm sau:
Giảm mệt mỏi cho người lái qua việc loại bỏ thao tác ngắt và đóng ly hợp cùng thao tác chuyển số
Chuyển số một cách tự động và êm dịu tại các tốc độ thích hợp với chế độ lái xe
Biến mô thủy lực với hệ số an toàn cao đã thay thế ly hợp cơ khí truyền thống, giúp bảo vệ động cơ và hệ thống dẫn động khỏi tình trạng quá tải.
Tối ưu hóa các chế độ hoạt động của động cơ vượt trội hơn so với xe trang bị hộp số thường, giúp gia tăng tuổi thọ của động cơ trên xe.
Nguyên lý làm việc chung
2.3.1 Hộp số sàn (Hộp số ngang và hộp số dọc)
Dòng công suất từ động cơ được truyền qua bộ ly hợp ma sát dạng đĩa đến hộp số và hệ thống truyền động Ly hợp có nhiệm vụ ngắt hoặc kết nối chuyển động từ động cơ xuống hộp số, được điều khiển bởi người lái thông qua bàn đạp ly hợp Hộp số chứa các trục sơ cấp, thứ cấp và trung gian, trên đó có các bánh răng cố định tạo thành các tỷ số truyền tương ứng với từng cấp số Khi chuyển số, người lái đạp bàn đạp ly hợp để ngắt kết nối động cơ với hộp số và thao tác cần số để gài bánh răng vào vị trí tương ứng.
Hình 2 1: Dòng truyền công suất của hộp số sàn
Biến mô là một thành phần quan trọng trong hệ thống truyền động, đảm nhận vai trò kết nối giữa động cơ và hộp số Nhờ cấu tạo đặc biệt, biến mô không chỉ hoạt động như một khớp nối thủy lực mà còn là cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực Hơn nữa, nó còn khuếch đại mômen từ động cơ đến hệ thống truyền lực phía sau, tùy thuộc vào điều kiện sử dụng.
Hộp số không chỉ truyền công suất qua sự ăn khớp giữa các bánh răng mà còn sử dụng ly hợp ma sát để thay đổi tỷ số truyền và đảo chiều quay Đặc biệt, hộp số còn tích hợp các phanh và cơ cấu hành tinh với hệ thống điều khiển tự động bằng thủy lực hoặc điện tử.
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại hộp số tự động với sự phát triển nhằm nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong quá trình chuyển số Mặc dù công nghệ sản xuất và giá thành khác nhau, nhưng chức năng cơ bản và nguyên lý hoạt động của chúng vẫn tương đồng Sự phối hợp hoạt động của tất cả các bộ phận trong hộp số tự động ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất làm việc, do đó yêu cầu thiết kế và chế tạo cho từng chi tiết và cụm bộ phận là rất khắt khe.
Hình 2 2: Dòng truyền công suất của hộp số tự động
Hộp số tự động hoạt động tương tự như hộp số truyền thống, nhưng mang lại sự tiện lợi hơn trong việc điều khiển Nó cho phép quá trình chuyển số diễn ra một cách êm ái mà không cần ngắt kết nối công suất từ động cơ, đồng thời tự động chọn tỉ số phù hợp.
21 truyền phù hợp với điều kiện chuyển động của ô tô, do đó tạo điều kiện sử dụng gần như tối ưu công suất động cơ
Vì vậy, hộp số tự động có những chức năng cơ bản sau:
Để tối ưu hóa công suất động cơ, cần thiết lập các cấp tỉ số truyền phù hợp, giúp điều chỉnh moment xoắn từ động cơ đến các bánh xe chủ động Điều này cho phép thích ứng với moment cản luôn thay đổi, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của phương tiện.
Giúp cho xe thay đổi chiều chuyển động
Đảm bảo cho xe dừng tại chỗ mà không cần tắt máy hoặc tách ly hợp
Ngoài ra ECT còn có khả năng dự phòng và tự chẩn đoán
2.3.2.1 Các tay số và tình huống sử dụng các tay số của hộp số tự động
Cụm tay số của xe hộp số tự động thường được bố trí ở cạnh vành tay lái (số tay) hoặc trên sàn xe giữa ghế lái và ghế phụ (số sàn) Số lượng vị trí chọn số phụ thuộc vào cấu trúc của hộp số tự động, thường có 4 số tiến và 1 số lùi.
Hình 2 3: Các dạng tay số
Số “P”: số đỗ xe tại chỗ Tay số này sử dụng khi dừng xe không lâu bên lề đường hoặc chờ khách mà máy vẫn nổ
Số “R”: số lùi Tay số này dùng khi xe cần lùi
Số “N”: số không (hay số MO) Tay số này sử dụng khi dừng xe lâu, khi xe nghỉ hoạt động
Số “D” là tay số tiến cơ bản, được sử dụng để khởi hành xe và trong hầu hết các tình huống chạy tiến Tuy nhiên, cần lưu ý không sử dụng tay số này khi muốn tận dụng công suất động cơ để phanh, như trong các trường hợp xuống dốc, chạy đường núi, kéo móc, hoặc khi di chuyển trên đường trơn lầy, cát, hoặc tuyết Khi ở tay số “D”, xe có khả năng hoạt động ở tất cả các số tiến từ 1, 2, 3, D đến O/D.
Số “3”: tay số với 3 cấp số tiến cơ bản (chỉ có ở một số ít xe) Tay số này sử dụng như số “D” nhưng không có hiệu lực điều khiển O/D
Số “2” hoặc số S trên xe là số ngưỡng chạy tiến, cho phép sử dụng trong một vùng tốc độ nhất định Tay số này được thiết kế để lợi dụng động cơ nhằm giảm tốc độ xe trong các tình huống như kéo móc, xe quá tải, lên hoặc xuống dốc, và di chuyển trên đường núi Khi sử dụng tay số này, xe có thể khởi hành từ cấp số 1 và tự động chuyển sang cấp số 2, nhưng không thể vượt quá cấp số 3 Hệ điều khiển O/D không có tác dụng khi ở tay số này.
Số “L” hoặc số 1 trên xe là số ngưỡng chậm, chỉ cho phép một cấp tốc độ (cấp 1) mà không thể chuyển sang cấp độ 2 Khi sử dụng tay số này, người lái có thể tận dụng tối đa khả năng phanh động cơ, rất hữu ích trong các tình huống như leo dốc ngắn gồ ghề, xuống dốc dài hoặc di chuyển trên đường trơn lầy.
Nút công tắc “O/D”: công tắc điều khiển số truyền tăng Công tắc này chỉ có hiệu lực ở tay số “D”
Núm chốt định vị số là thiết bị quan trọng giúp người dùng xác định vị trí cần chọn Để chuyển đổi giữa các vị trí như “N”, “R”, “P”, “D”, “2” và “L”, người dùng cần ấn nút này và giữ cho đến khi vào đúng số, sau đó mới nhả tay ra để hoàn tất quá trình định vị.
GIỚI THIỆU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH CẮT CÁC LOẠI HỘP SỐ TRÊN Ô TÔ
VẬN HÀNH MÔ HÌNH VÀ ỨNG DỤNG
Vận hành mô hình
Những lưu ý trước khi vận hành
Đã được học về hộp số ngang
Kiểm tra tổng quát mô hình để xác định xem có khăn che hoặc đồ vật nào ảnh hưởng đến hoạt động của nó hay không Đồng thời, cần xem xét có vật dụng nào cản trở hoạt động của các bánh răng không.
Để cần số ở vị trí trung gian
Các loại xe ô tô khác nhau thường có vị trí số khác nhau, và các vị trí này được ghi rõ trên núm cần số Khi lái xe, việc tìm hiểu kỹ về vị trí số của loại xe mình đang điều khiển là rất quan trọng.
Hình 4 1: Vị trí các tay số của mô hình hộp số ngang theo hướng nhìn từ trên xuống
Khi điều khiển cần số, bạn sẽ thay đổi sự ăn khớp giữa các bánh răng trong hộp số, từ đó tác động đến sức kéo và tốc độ di chuyển của xe ô tô.
Thao tác chuyển số của mô hình hộp số ngang:
Khi chuyển từ số "0" sang số "1", số "0" biểu thị trạng thái không có bánh răng nào ăn khớp, với trục sơ cấp và trục thứ cấp không chuyển động Số "1" mang lại lực kéo lớn nhất nhưng với tốc độ chậm nhất, thường được sử dụng khi bắt đầu xuất phát hoặc khi leo dốc cao Để thực hiện chuyển đổi này, bạn chỉ cần kéo nhẹ cần số xuống về phía số "1" và sau đó đẩy qua phải vào vị trí số "1".
Để chuyển từ số "1" sang số "2", bạn cần kéo nhẹ cần về số "0" và sau đó đẩy qua trái vào số "2" Mặc dù lực kéo ở số "2" nhỏ hơn so với số "1", nhưng tốc độ lại lớn hơn.
Khi chuyển từ số "2" sang số "3", lực kéo sẽ nhỏ hơn nhưng tốc độ lại lớn hơn Để thực hiện việc này, bạn cần đẩy cần số về vị trí "0" trước khi chuyển sang bên phải để vào số "3".
Khi chuyển từ số "3" sang số "4", lực kéo của số "4" nhỏ hơn nhưng tốc độ lại lớn hơn Để thực hiện việc này, bạn cần đẩy cần số về số "0" trước, sau đó kéo sang trái để vào số "4".
Khi chuyển từ số "4" sang số "5", lực kéo sẽ giảm nhưng tốc độ sẽ tăng lên Để thực hiện việc này, bạn cần kéo cần số về vị trí "0", sau đó đẩy lên phía số "5" và cuối cùng đẩy qua bên phải để vào số "5".
Số lùi (R) là cần thiết khi lùi xe Để chuyển sang số lùi, bạn cần kéo cần số từ vị trí "0" lên phía số lùi, sau đó đẩy sang trái để vào số lùi.
Hình 4 2: Mô hình đang ở tay số 1
Hình 4 3: Mô hình đang ở tay số 2
Hình 4 4: Mô hình đang ở tay số 3
Hình 4 5: Mô hình đang ở tay số 4
Hình 4 6: Mô hình đang ở tay số lùi (R)
Những lưu ý trước khi vận hành
Đã được học về hộp số ngang
Kiểm tra tổng quát mô hình để xác định xem có khăn che hay vật dụng nào ảnh hưởng đến hoạt động không Cần xem xét kỹ lưỡng để phát hiện các vật cản trở hoạt động của các bánh răng.
Kiểm tra mức dầu trong xylanh ly hợp xem có đủ không
Để cần số ở vị trí trung gian
Trong mô hình hộp số dọc, việc chuyển số yêu cầu người lái phải kết hợp đạp và nhả bàn đạp ly hợp Điều này giúp nối và ngắt chuyển động từ bánh đà đến các trục của hộp số, đảm bảo quá trình chuyển số diễn ra mượt mà và hiệu quả.
Thao tác đạp bàn đạp ly hợp:
Để ngắt sự truyền động lực từ bánh đà đến hộp số, bạn cần dùng mũi bàn chân trái đạp mạnh bàn đạp xuống sát Việc đạp bàn đạp ly hợp phải được thực hiện một cách dứt khoát.
Thao tác nhả bàn đạp ly hợp:
Nhả bàn đạp ly hợp giúp kết nối chuyển động từ bánh đà đến hộp số, đảm bảo quá trình chuyển đổi diễn ra mượt mà mà không bị dừng đột ngột hoặc rung giật Để thực hiện việc nhả bàn đạp ly hợp đúng cách, cần tuân thủ một trình tự nhất định.
Khoảng 2/3 hành trình đầu của việc nhả ly hợp diễn ra nhanh chóng, giúp đĩa ma sát tiếp xúc với bánh đà Trong khi đó, khoảng 1/3 hành trình sau được thực hiện từ từ, nhằm tăng dần mô men quay truyền từ bánh đà đến hộp số.
Chú ý: Khi nhả hết bàn đạp ly hợp phải đặt chân xuống sàn, không nên thường xuyên đặt chân lên bàn đạp để tránh hiện tượng trượt ly hợp
Thao tác chuyển số của mô hình hộp số dọc:
Khi chuyển từ số "0" sang số "1", số "0" biểu thị trạng thái không có bánh răng nào ăn khớp, với trục sơ cấp và trục thứ cấp không chuyển động Số "1" mang lại lực kéo lớn nhất nhưng tốc độ chậm nhất, thường được sử dụng khi bắt đầu xuất phát hoặc khi leo dốc cao Để thực hiện chuyển đổi này, bạn chỉ cần kéo nhẹ cần số qua bên trái về phía số "1".
"1" rồi đẩy lên vào số "1"