Đồ án thiết kế hộp số xe khách

L: Số cấp số lùi của hộp số- Trục thứ cấp hộp số thường được chế tạo liền với bánh răng côn hay hypobit củatruyền lực chính hoặc bánh răng trụ tạo điều kiện đơn giản kết cấu và dễ bố trí

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương I TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ Ô TÔ 2

1.1 Công dụng, phân loại , yêu cầu 2

1.1.1 Công dụng 2

1.1.2 Yêu cầu 2

1.1.3 Phân loại 2

1.2 Loại và sơ đồ động hộp số 2

1.2.1 Hộp số hai trục 3

1.2.2 Hộp số 3 trục 4

1.2.3 Hộp số nhiều cấp 5

1.2.3.1 Hộp số phụ đặt phía trước 5

1.2.3.2 Hộp số phụ đặt phía sau 6

1.2.3.3 Hộp số phụ nhiều cấp với hộp số kiểu hành tinh 6

1.3 Cơ cấu điều khiển hộp số 8

1.3.1 Đặc điểm kết cấu cơ cấu điều khiển 8

1.3.2 Đặc điểm kết cấu cơ cấu định vị và khóa hãm 8

1.3.3 Ống gài số 9

1.3.4 Bộ đồng tốc hộp số ô tô 9

1.3.4.1 Bộ đồng tốc loại I (loại chốt hãm) 10

1.3.4.2 Bộ đồng tốc loại II ( loại răng hãm): 11

1.4 Phương án thiết kế hộp số và sơ đồ động học hộp số……… 17

1.4.1 Phương án thiết kế hộp số .17

1.4.2 Chọn sơ đồ động học hộp số thiết kế .19

Chương II TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 19

2.1 Tính toán xác định các thông số yêu cầu ban đầu 22

2.1.1 Tính tỷ số truyền của số thấp nhất 22

2.1.2 Tính tỷ số cấp của hộp số 24

2.1.3 Tính tỷ số trung gian cảu hộp số thường 25

2.1.4 Tính tỷ số truyền số lùi 25

Chương III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN 26

3.1 Tính toán kích thước cơ bản của trục và các cặp bánh răng hộp số 26

3.1.1 Khoảng cách trục hộp số 27

3.1.2 Kích thước theo chiều trục cac-te hộp số 27

3.1.3 Tính toán số răng của các bánh răng hộp số (hộp số 3 trục) 27

3.1.4 Kích thước trục hộp số 30

3.1.4.1 Đối với trục sơ cấp 30

3.1.4.2 Đối với trục thứ cấp 31

3.1.5 Đường kính vòng chia và mômen quán tính của bánh răng hộp số 27

3.2 Xác định các thông số cơ bản của đồng tốc hộp số 30

3.2.1 Chọn loại bộ đồng tốc hộp số 30

3.2.2 Mômen quán tính khối lượng tổng cộng quy dẫn về trục li hợp 31

3.2.2.1 Mômen quán tính J1 31

3.2.2.2 Mômen quán tính J2.ia-2 33

3.2.2.3 Mômen quán tính quy dẫn của các bánh răng trên trục thứ cấp Jz3 33

3.2.3 Mômen ma sát yêu cầu của bộ đồng tốc 40

3.2.4 Bán kính ma sát của bộ đồng tốc 36

3.2.5 Chiều rộng bề mặt vành ma sát của bộ đồng tốc 38

3.2.6 Góc nghiêng của bề mặt hãm  38

3.2.7 Tính toán kiểm tra các thông số cơ bản của đồng tốc 39

3.2.7.1 Mômen ma sát thực tế của đồng tốc 39

3.2.7.2 Thời gian chuyển số thực tế của đồng tốc 39

3.2.7.3 Công trượt của đôi bề mặt côn ma sát của đồng tốc 41

3.2.7.4 Công trượt riêng của đôi bề mặt côn ma sát của đồng tốc 41

Chương IV MÔ TẢ CHI TIẾT KẾT CẤU HỘP SỐ THIẾT KẾ 49

4.1 Loại hộp số thiết kế và các thông số sau khi thiết kế: 49

4.2 Bánh răng và trục hộp số: 50

4.3 Bộ đồng tốc: 50

4.4 Cơ cấu điều khiển: 52

4.4.1 Đòn điều khiển: 52

4.4.2 Định vị và khóa hãm: 52

4.5 Cơ cấu tránh gài ngẫu nhiên số lùi: 54

KẾT LUẬN 55

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh Bên cạnh đó kỹ thuậtcủa nước ta cũng từng bước tiến bộ Trong đó phải nói đến ngành cơ khí động lực và sản xuấtôtô, chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ôtô nổi tiếng trên thế giới cùng sản xuất và lắpráp ôtô Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu

và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết Có như vậy ngành ôtô của nước ta mới phát triển được

Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ tính toán thiết kế hộp số xe khách Đây là một

bộ phận chính, không thể thiếu trong ôtô Nó dùng để thay đổi số vòng quay và mômen củađộng cơ truyền đến các bánh xe chủ động cho phù hợp với điều kiện làm việc của ôtô, ngắttruyền động của động cơ khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian lâu dài

Đồ án này là một phần quan trọng trong nội dung học tập của sinh viên, nhằm tạo điềukiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng những kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thểcủa ngành

Trong quá trình thực hiện đồ án này, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làmviệc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất Tuy nhiên, vì bản thâncòn ít kinh nghiệm nên việc hoàn thành đồ án này không thể không có những thiếu sót

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tình truyền đạt lại

những kiến thức quý báu cho em Đặc biệt, em xin gởi lời cảm ơn đến thầy TS Nguyễn Văn Đông đã nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án Em mong muốn nhận được sự xem

xét và chỉ dẫn của các thầy

Đà Nẵng, ngày 23 tháng 07 năm 2020

Sinh viên thực hiện

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ Ô TÔ

1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu

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 chủđộng cho phù hợp với điều kiện làm việc luôn luôn thay đổi của ô tô mà tự động cơ không thểđáp ứng được

Ngoài ra hộp số còn dùng để tách lâu dài động cơ khỏi hệ thống truyền lực khi cần thiết nhưkhi khởi động, chạy không tải, chạy theo quán tính Dẫn động các bộ phận công tác trên các xechuyên dùng như xe có tời kéo,tời đổ…

1.1.2 Yêu cầu

- Có tỷ số truyền và số lượng tay số thích hợp, đảm bảo được chất lượng động lực và tínhkinh tế nhiên liệu cần thiết cho ô tô

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

- Có vị trí trung gian (số 0) để có thể tách 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

- Theo phương pháp điều khiển chia ra các loại : Điều khiển bằng tay; Điều khiển tự động

và bán tự động

- Theo số cấp phân ra các loại : 3, 4, 5 và nhiều cấp

- Theo sơ đồ động, phân ra :

 Hộp số với các trục cố định (2, 3 hay nhiều trục )

 Hộp số hành tinh (1 dãy, 2 dãy…)

- Theo số lượng phần tử điều khiển cần thiết để gài số truyền phân ra : một, hai hay baphần tử điều khiển

- Theo số lượng dòng lực phân ra : 1, 2 hay 3 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…

 Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, làm việc êm dịu và có hiệu suất cao ở các tay số trunggian Dễ bố trí và đơn giản được kết cấu hệ thống truyền lực khi xe đặt động cơ ở cầu chủđộng.

 Nhược điểm: Không có số truyền thẳng vì thế các bánh răng, ổ trục không đượcgiảm tải ở số truyền cao làm tăng mài mòn và tiếng ồn Kích thước theo chiều ngang lớn hơnhộp số ba trục ở cùng tỷ số truyền

Hình 1.1.Sơ đồ hộp số 2 trục Chú thích:

I: Trục sơ cấp của hộp số; II: Trục thứ cấp của hộp số;

1: Số cấp số 1 của hộp số; 2: Số cấp số 2 của hộp số;

3: Số cấp số 3 của hộp số; 4: Số cấp số 4 của hộp số;

L: Số cấp số lùi của hộp số

- Trục thứ cấp hộp số thường được chế tạo liền với bánh răng côn hay hypobit củatruyền lực chính hoặc bánh răng trụ tạo điều kiện đơn giản kết cấu và dễ bố trí

- Các phương án bố trí số lùi, số tiến và đồng tốc của hộp số này như trên Đồng tốc các

số cao đôi khi đặt trên trục chủ động để giảm momen quán tính quy dẫn

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

1.2.2 Hộp số 3 trục

 Ưu điểm: Có khả năng tạo số truyền thẳng nên hiệu suất cao nhất; khi làm việc ở sốtruyền thẳng, các bánh răng, ổ trục và trục trung gian hầu như được giảm tải hoàn toàn nêngiảm được mài mòn, tiếng ồn và mất mát công suất

Ở các số truyền khác, mô men truyền qua 2 cặp bánh răng, do đó có thể tạo được tỷ số truyềnlớn hơn (7-9) với kích thước khá nhỏ gọn Nhờ đó giảm được trọng lượng toàn bộ của ô tô

 Nhược điểm: Trục thứ cấp cần phải bố trí gối lên trục sơ cấp thông qua ổ bi đặt bêntrong phần rỗng của đầu ra trục sơ cấp, do bị khống chế bởi điều kiên kết cấu nên ổ bi này cóthể không được chọn theo tiêu chuẩn tính toán ổ bi mà phải tính toán thiết kế riêng

Ở các số truyền trung gian sự truyền momen được thực hiện qua hai cặp bánh răng ăn khớpnhau nên làm việc không êm, hiệu suất thấp

Sơ đồ nguyên lý của hộp số 3 trục :

Hình 1.2.Sơ đồ động hộp số ba trục.

Chú thích:

I: Trục sơ cấp; II: Trục trung gian; III: Trục thứ cấp

IV: Trục số lùi; 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 số3, cấp số 4 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 phía sau hộp số

cơ sở ( hộp số chính - loại 3 trục ) một hộp giảm tốc gọi là hộp số phụ Hộp số phụ thường cómột số truyền thẳng và một số truyền giảm hay tăng

1.2.3.1 Hộp số phụ đặt phía trước

Hộp số phụ đặt phía trước là hợp lý về kết cấu trong trường hợp, nó chỉ có một bánh răng

để tạo số thấp còn số cao là số truyền nối trực tiếp trục vào của hộp số phụ với trục sơ cấp củahộp số chính

Tỷ số truyền thấp của hộp số phụ này không lớn, có tác dụng chủ yếu là chia nhỏ dãy tỷ sốtruyền của hộp số chính nên gọi là hộp số chia

Sơ đồ động hộp số :

III I

1, 2, 3, 4, 5, L :Vị trí gài cấp số 1, số 2, số 3, số 4, số 5 và số lùi của hộp số

Zap : Cặp bánh răng dẫn động trục trung gian từ hộp số phụ

Zac : Cặp bánh răng dẫn động trục trung gian từ hộp số chính

Ip : Trục sơ cấp hộp số phụ ; I : Trục sơ cấp hộp số chính ( Thứ cấp hộp số phụ )

II : Trục trung gian ; III : Trục thứ cấp hộp số chính

1.2.3.2 Hộp số phụ đặt phía sau

Hộp số phụ đặt phía sau thường là loại có trục cố định với hai cặp bánh răng 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 gọi là hộp giảm tốc

- Ưu điểm: Giảm khoảng cách trục và tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hộp sốchính

- Nhược điểm: + Giảm tính thống nhất hoá của hộp số chính

+ Hiệu suất giảm khi gài số truyền thấp

1.2.3.3 Hộp số phụ nhiều cấp với hộp số kiểu hành tinh

- Để nâng cao hiệu suất của hộp số nhiều cấp, nên hộp số có từ 8 đến 10 cấp thì hộp số phụ

thường được thiết kế kiểu hành tinh Bộ truyền bánh răng kiểu hành tinh sẽ cho hiệu suất

cao hơn nhiều so với kiểu truyền động bánh răng ăn khớp thông thường

- Tuy nhiên, do đặc điểm kết cấu của bộ truyền hành tinh nên hộp số có cấu tạo phức tạp,cồng kềnh hơn.

Chú thích :I: Trục sơ cấp hộp số chính ; II: Trục trung gian ; III: Trục thứ cấp hộp số

chính ;IIIp: Trục thứ cấp của hộp số phụ hành tinh được nối với cần C của cơ cấu hành tinh ; 1,

2, 3, 4, 5, L : Vị trí gài cấp số 1, số 2, số 3, số 4, số 5 và số lùi của hộp số ;

1p, 2p : Vị trí gài cấp số 1, số 2 của hộp số phụ

1.3 Cơ cấu điều khiển hộp số

1.3.1 Đặc điểm kết cấu cơ cấu điều khiển

-Cơ cấu điều khiển có nhiệm vụ truyền lực tác động của lái xe đến ống gài số, hay bánh răng ditrượt, hoặc bộ đồng tốc để dịch chuyển chúng vào vị trí gài số hoặc vị trí trung gian Phầnlớn cơ cấu điều khiển số trên ôtô là hệ thống đòn điều khiển đơn giản Chúng gắn trực tiếplên nắp hộp số bằng khớp cầu Khớp cầu cho phép điều khiển số với 6 vị trí gài số

-Khi hộp số có vị trí xa buồng lái như khi buồng lái đặt ngay trên động cơ hoặc động cơ bố trí

ở đuôi xe thì đòn điều khiển vẫn bố trí bên cạnh lái xe Trong trường hợp này phải dùngthêm đòn điều khiển trung gian để truyền động lên các thanh trượt gắn trên nắp hộp số ở xa

vị trí người lái

-Hệ thống điều khiển này gọi là hệ thống điều khiển hộp số từ xa Điều khiển từ xa thực hiệnnhờ hệ thống đòn điều khiển cơ khí hoặc điều khiển thủy khí nhờ các van phân phối và cácxilanh lực

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

+ Cơ cấu định vị:

Cơ cấu định vị có nhiệm vụ giữ đúng vị trí của các bánh răng di trượt gài số hay bánhrăng của bộ đồng tốc ( hoặc ống gài) mỗi khi gài số hoặc nhả số, đảm bảo cho các bánh răngnhả số hoàn toàn hay ăn khớp hết chiều dài của răng Lực định vị vừa đủ lớn để tránh hiệntượng tự gài số hay nhả số ngẫu nhiên

Cơ cấu định vị thường dùng loại bi lò xo tác dụng lên hốc hãm của thanh trượt (dùng đểgắn các càng gạt số)

Hình 1.7 : Kết cấu cơ cấu định vị số.

+ Khóa hãm:

Khóa hãm có nhiệm vụ chống gài 2 số cùng một lúc tránh làm gãy vỡ răng hộp số Đểđảm bảo điều này, khi một số đã gài vào thì khõa hãm sẽ khóa chặt cưỡng bức các thanh trượtcủa các số kia ở vị trí trung gian Chỉ cho phép một số được gài mà thôi

+ Cơ cấu an toàn khi gài số lùi:

Trên hộp số ô tô phải có cơ cấu an toàn tránh gài một số ngẫu nhiên khi mà xe đangchuyển động tịnh tiến; làm gãy vỡ răng hộp số cũng như quá tải cho hệ thống truyền lực

Cơ cấu này thường dùng chốt cản với sức ép lò xo lớn gây cản nhiều khi tiến hành gài

số lùi so với gài số tiến

Thanh hãm

Hình 1.8: Kết cấu khóa hãm.

1.3.3 Ống gài số

Hầu hết các bánh răng gài số của hộp số ô tô thường được lắp lồng không lên trục, bánhrăng di trượt chỉ dùng hạn chế ở số lùi hoặc số một Để tiến hành gài số đối với các bánh răngquay trơn trên trục ta phải dùng ống gài hoặc bộ đồng tốc nhằm nối cứng bánh răng với trụcthông 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 ốnggài được vát nhọn và cứ một răng lại khuyết đi một răng; đồng thời về phía các đai răng củabánh răng gài số, cứ cách một răng có một răng ngắn hơn

1.3.4.1 Bộ đồng tốc loại I (loại chốt hãm)

Hình 1.9 Kết cấu bộ đồng tốc loại I (bộ phân nối kiểu liền).

- 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 (hoặc 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 chốnggài 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 mômen ma sát giữa vành ma sát (3)với bề mặt ma sát trên bánh răng gài số (4) nhằm làm đồng đều tốc độ giữa chúng trước khigài số

- Bộ phận định vị: Gồm bi định vị (6) và chốt (5) 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 tiến hành gài số

Bộ đồng tốc loại này được sử dụng khá phổ biến trên các xe tải và xe khách cỡ trungbình và lớn nhờ kết cấu vững chắc và tin cậy

Hình 1.10.Kết cấu bộ đồng tốc loại Ib (bộ phân nối kiểu rời).

1.3.4.2 Bộ đồng tốc loại II ( loại răng hãm):

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

- Bộ phận nối (1): làm nhiệm vụ nối bánh răng quay trơn (4) với trục (7) Bộ phận nối có

cấu tạo tương tự ống gài; di trượt dọc trục bằng khớp nối then hoa (hình 1.10) Các răng của

bộ phận nối (1) được vát nghiêng với góc β đủ nhỏ để chống gài số khi bánh răng gài (4) chưađồng đều tốc độ với trục (7)

Hình 1.11.Kết cấu bộ đồng tốc loại IIa (kiểu định vị).

Chú thích:

1: Bộ phận nối, 2: Vành răng hãm, 3: Vành ma sát, 4:Bánh răng, 5: Thanh trượt, 6: Bi định

vị, 7: Trục hộp số, α: Góc nghiêng của mặt côn ma sát, r ms : Bán kính ma sát trung bình, β: Góc nghiêng của bề mặt hãm, r β : Bán kính trung bình mặt hãm.

- Bộ phận hãm (2): có nhiệm vụ chống lại việc gài số khi 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 bộphận nối (1) nhằm chống lại việc gài số khi bánh răng (4) chưa đồng đều tốc độ với trục (7)

- 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 côntrên bánh răng gài số (4) khi bắt đầu tiến hành gài số

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

Chú thích:

1: Bộ phận nối (ống nối), 2: Vành răng hãm, 3: Vành côn ma sát, 4: Bánh răng gài số, 5: Thanh trượt định vị, 6: Lò xo định vị thanh trượt, 7: Trục hộp số, α: Góc côn của vành ma sát, β: Góc nghiêng phản lực của các vành răng hãm.

Bộ đồng tốc loại IIb có thanh trượt (5) làm nhiệm vụ định vị thay cho viên bi (6) của bộđồng tốc loại IIa

Thanh trượt (5) làm luôn nhiệm vụ định vị, còn lò xo định vị được thay bởi hai vòng lò

xo (6), nhờ vậy tránh được hiện tượng bị lệch lò xo khi vào gài số

Nhược điểm của kiểu này là ma sát giữa hốc định vị và gờ của thanh định vị là ma sáttrượt thay vì ma sát lăn như loại IIa, nên hốc định vị có thể dễ mòn hơn loại IIa Tuy vậy lựcđịnh vị này nhỏ, hơn nữa bộ đồng tốc làm việc trong dầu nên nhược điểm này có thể khắcphục được nhờ chúng luôn luôn được bôi trơn trong dầu

Bộ đồng tốc loại IIc có cấu tạo bộ phận định vị kiểu ống trụ.

Hình 1.13.Kết cấu bộ đồng tốc loại IIc (ống trụ đẩy định vị).

Chú thích:

1: Bộ phận nối, 2: Vành răng hãm, 3: Vành ma sát, 4: Bánh răng, 5: Cơ cấu định vị, 5a: Ống trụ định vị, 5b: Chốt định vị, 6: Lò xo định vị, r ms : Bán kính ma sát trung bình, r β : Bán kính trung bình của mặt hãm.

Thanh đẩy (5) biến thể thành ống trụ (5a) Lò xo định vị (6) lại trở thành lò xo trụ, đượclồng trong ống trụ (5a) và chốt định vị (5b) Nhờ vậy lò xo không bị lệch như kiểu IIa Ở đâyống trụ (5a) vừa làm chức năng thanh đẩy vừa làm nhiệm vụ định vị Do trụ đẩy (5a) có kíchthước bé nên cần phải có thêm các lò xo định vị phụ (5c) giữ cho các vành ma sát (3) luôn tỳsát trục đẩy

Hình 1.19.Kết cấu bộ đồng tốc loại IId (kiểu lò xo định vị hướng trục).

Chú thích:

1: Bộ phận nối, 2: Vành răng hãm, 3: Vành côn ma sát, 4: Bánh răng gài số, 5: lò xo định vị, β: Góc nghiêng của răng hãm, r β : bán kính trung bình mặt hãm, r ms : Bán kính ma sát trung bình.

Tuy đơn giản, nhược điểm của đồng tốc này là lực chiều trục của lò xo định vị vì nó có

xu hướng làm nhả số Để tránh trả số đối với kiểu đồng tốc này, đòi hỏi lực của cơ cấu định vịbên thanh trượt phải lớn Điều này lại dẫn đến mòn các hốc định vị trên thanh trượt và do đólại dễ bị nhả số

1.4 Phương án thiết kế hộp số và sơ đồ động học hộp số

1.4.1 Phương án thiết kế hộp số

Bước quan trọng khi thiết kế hộp số phải phân tích đặc điểm kết cấu của hộp số ôtô vàchọn phương án hợp lý Việc phân tích này phải dựa trên các yêu cầu đảm bảo hộp số làm việctốt chức năng:

- Hộp số ô tô phải có đủ tỉ số truyền cần thiết nhằm đảm bảo tốt tính chất động lực và tínhnăng kinh tế nhiên liệu khi làm việc

- Khi gài số không sinh ra các lực va đập lên các bánh răng nói riêng và hệ thống truyền lựcnói chung Muốn vậy, hộp số phải có các bộ đồng tốc để gài số hoặc ống dễ gài số

- Hộp số phải có vị trí trung gian để ngắt truyền động của động cơ ra khỏi hệ thống truyền lựctrong thời gian dài Phải có cơ cấu chống gài hai số cùng lúc để đảm bảo an toàn không bịgãy vỡ răng

- Hộp số phải có số lùi để cho phép xe chuyển động lùi, đồng thời xe có cơ cấu an toàn chốnggài số lùi một cách ngẫu nhiên

- Điều khiển nhẹ nhàng, êm dịu và hiệu suất cao

- Thay đổi mômen xoắn truyền từ động cơ đến bánh xe chủ động

- Cho phép ôtô chạy lùi

- Tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực khi dừng xe mà động cơ vẫn làm việc

- Kết cấu đơn giản, gọn, dễ chế tạo, điều khiển nhẹ nhàng, có độ bền và độ tin cậy cao

Ôtô cần thiết kế là ôtô khách, với kết quả tính ở trên số cấp n của hộp số thiết kế là n =

5 nên ta có 2 phương án chọn kiểu/loại hộp số Đó là:

+ Hộp số 3 trục:

Ưu điểm:

- Kết cấu hộp số nhỏ gọn, giúp tiết kiệm vật liệu chế tạo, giảm giá thành xe…

- Có số truyền thằng, khi làm việc ở số truyền thẳng, các bánh răng, ổ trục, trục trung

gian gần như được giảm tải hoàn toàn nên giảm được mài mòn, tiếng ồn, mất mátcông suất

- Khi các số truyền khác mômen truyền qua hai cặp bánh răng do đó có thể tạo ra được tỉ

số truyền lớn với kích thước nhỏ gọn, nhờ đó giảm được trọng lượng toàn bộ xe

Nhược điểm:

- Hiệu suất giảm ở các tay số trung gian.

- Trục thứ cấp phải bố trí gối lên trục sơ cấp thông qua ổ bi đặt bên trong phần rỗng của

đầu ra trục sơ cấp, nên làm việc căng thẳng vì kích thước bị hạn chế bởi điều kiện kếtcấu

+ Hộp số 2 trục:

Trục sơ cấp gắn các bánh răng chủ động, trục thứ cấp gắn các bánh răng bị động

Ưu điểm:

- Hiệu suất cao vì mỗi số chỉ qua 1 cặp bánh răng.

- Kết cấu đơn giản.

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

động

Nhược điểm:

- Kích thước chiều ngang lớn hơn hộp số ba trục đồng tâm khi có cùng tỷ số truyền (ởhộp số đồng tâm, mỗi tỷ số truyền thì ít nhất qua hai cặp bánh răng nên kích thước gọn hơnnhưng hiệu suất thấp hơn trừ số truyền thẳng)

- Kích thước hộp số lớn sẽ kéo theo trọng lượng lớn, nhất là khi xe có tỷ số truyền lớn

- Không thể tạo ra được số truyền thẳng như hộp số nhiều trục mặc dù tỷ số truyền củamột cấp số nào đó bằng một ( i h 1), vì phải thông qua cặp bánh răng ăn khớp Điều đó cónghĩa là hiệu suất của mọi cấp số truyền này đều nhỏ hơn một

Đối với xe khách thì yêu cầu phải gài êm dịu, nhẹ nhàng Ở đây, hộp số thiết kế là loại nàygồm 5 cấp (5 số tiến, 1 số lùi), trong đó số 5 là số truyền thẳng, nên ta bố trí đồng tốc ở các số 1,

2, 3, 4, 5 và phương án bố trí bánh răng số lùi chủ động ZL luôn luôn ăn khớp bánh răng số lùitrung gian ZL'', và bánh răng ZL''' luôn ăn khớp bánh răng ZL'.

Z2 Z3

Z4 Z'a

1: Vị trí gài cấp số tiến số 1; 2: Vị trí gài cấp số tiến số 2;

3: Vị trí gài cấp số tiến số 3; 4: Vị trí gài cấp số tiến số 4;

5 Vị trí gài cấp số tiến số 5; L: Vị trí gài cấp số lùi;

I: Trục sơ cấp; II: Trục trung gian;

III: Trục thứ cấp;

Z A , Z’ A : Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng truyền động chung;

Z 1 ,Z’ 1 : Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số 1;

Z 2 , Z’ 2 : Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số 2;

Z 3 , Z’ 3 : Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số 3;

Z 4 , Z’ 4 : Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số 4;

Z L , Z’' L : Cặp bánh răng chủ động và trung gian gài số lùi;

Chương II TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 2.1 Tính toán xác định các thông số yêu cầu ban đầu.

Công suất cực đại: Nemax = 141.680 [kW] ở tốc độ nN = 3800 [vòng/phút]

Mômen cực đại: Memax = 440 [N.m] ở tốc độ nM = 2400 [vòng/phút]

+Bán kính làm việc của bánh xe : rbx = 317.967 [mm] = 0,317967 [m]

+Tốc độ cực đại của xe: Va max = 140 [km/h]

+Hệ số cản lớn nhất của đường: ψmax = 0,55

* Tỷ số truyền của tay số 1 được tính theo điều kiện kéo [1]:

ih1 =

ψmax G a r bx

M e max i0.η t (2.1)

Trong đó :

ψmax : Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường, theo đề : ψmax = 0,55

G a : Trọng lượng toàn bộ xe, theo đề : G a = 2800.9,81= 27468 [N]

rbx : Bán kính làm việc bánh xe, theo đề: rbx = 0,317967 [m]

M emax : Mômen cực đại, theo đề: M e max = 440 [Nm]

η t

: Hiệu suất hệ thống truyền lực, theo [2]: η t

= 0,85 ¿ 0,93Chọn η t

= 0,93

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

ω e max r bx

i hn v a max (2.2)Trong đó :

ihn : Tỷ số truyền cao nhất của hộp số, thường chọn ihn = 1

ωemax : Tốc độ lớn nhất của động cơ, [rad/s] ; được xác định theo [1]:

Với động cơ Diesel, xe khách: ωemax

2.1.3 Tính tỷ số trung gian của hộp số thường

Đối với xe khách thường làm việc ở các số truyền cao, nên các số truyền trung gian đượcxác lập theo cấp số điều hòa nhằm sử dụng tốt nhất công suất động cơ khi sang số như sau

Chương III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

3.1 Tính toán kích thước cơ bản của trục và các cặp bánh răng hộp số.

3.1.1 Khoảng cách trục hộp số.

Khoảng cách trục là một trong những thông số quan trọng quyết định kích thước cacte

hộp số nói chung và các chi tiết bên trong của hộp số (bánh răng, đồng tốc, ổ bi)

Hình 3.1 Sơ đồ tính toán sơ bộ kích thước hộp số

Khoảng cách trục A [mm] của hộp số ôtô được xác định sơ bộ theo [1]:

A K  a.3 Memax ih1

[mm] (3.1)Trong đó:

ka : Hệ số kinh nghiệm, có giá trị nằm trong khoảng sau:

Đối với xe du lịch (khách), hộp số thường, ka = 8,9  9,3; Chọn ka = 9,3

Memax :Mô men quay cực đại của động cơ, [mm]

Theo đề: Memax = 440 [Nm]

1

i : Tỷ số truyền số thấp nhất của hộp số.

Theo kết quả tính ở trên, ta có: ih1 = 3,6098375

Thế các số liệu vào ta tính được khoảng cách trục sơ bộ là:

A=9,3 √3440.3,6098375=¿108,5083243[mm]

Chọn sơ bộ A = 109 [mm] (3.1)

3.1.2 Kích thước theo chiều trục cac-te hộp số

Kích thước theo chiều trục của cac-te hộp số l [mm] có thể được xác định bằng tổngchiều dài (theo chiều trục) của các chi tiết lắp trên trục trung gian hộp số Bao gồm: chiều rộngcủa các bánh răng b [mm], chiều rộng của các bộ đồng tốc (hoặc ống gài) H [mm], chiều rộngcủa các ổ đỡ trục B [mm]

Đối với ôtô máy kéo, các thông số này thường được xác định theo kích thước khoảngcách trục A như sau: với A = 109 [mm]

+ Chiều rộng bánh răng: b ≈ (0,19 ÷ 0,23)A (với hộp số thường)

3.1.3 Tính toán số răng của các bánh răng hộp số (hộp số 3 trục)

Đối với hộp số ba 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 làcặp bánh răng luôn ăn khớp Nghĩa là nó luôn luôn làm việc với bất kỳ số truyền nào (trừ sốtruyền thẳng) Vì vậy khi phân chia tỷ số truyền cho cặp bánh răng này phải có giá trị đủ nhỏ

để vừa đảm bảo tuổi thọ cho cặp bánh răng luôn ăn khớp vừa để cho số răng chủ động của cặpbánh răng gài số ở số truyền thấp không được nhỏ quá

Theo kinh nghiệm: số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp của xe

du lịch (khách) là : Z1 = (17-15) với ih1 lớn

Xe khách có ih1 = 3,6098375 nên ta chọn Z1 = 17

.( 1 )

cos 2

1 1

1 1

g

i m

A Z



1

cos 2

1 1

1

Z m

A

(3.2)Trong đó :

A : Khoảng cách trục, [mm]

Kết quả tính ở (3.1): A = 109 [mm]

ig1: Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số một

β1: Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số một, [độ];

β1= (22-34 ) độ, Chọn 1 = 220

m1: Mô-duyn pháp tuyến của cặp bánh răng gài số một, [mm]

m1= ( 2,25-3 ) Chọn m1 = 3

Thế số liệu vào (3.2) ta có:i g 1 = 2∗109∗cos223∗17 −1=¿ 2,963256476

Suy ra tỷ số truyền của cặp bánh răng truyền động chung:

i a=i h 1

i g 1=

3,60983752,963256476 = 1,218199469

Với:

ia : Tỷ số truyền cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp

ih1: Tỷ số truyền số một của hộp số

ig1: Tỷ số truyền cặp bánh răng gài số ở số một

Từ đó suy ra tỷ số truyền của các cặp bánh răng gài số cho các số truyền khác:

igk: Tỷ số truyền cặp bánh răng gài số thứ k bất kỳ (trừ số truyền thẳng)

ihk: Tỷ số truyền số thứ k bất kỳ của hộp số (trừ số truyền thẳng)

ia: Tỷ số truyền cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp

Thế số vào ta có:i g 2=i h 2

i a=

0,4577655871,218199469=¿1,793240146

i g 3=i h 3

i a =

0,6385103911,218199469=¿1,285622974

i g 4=i h 4

i a =

0,8192551961,218199469=¿1,001987699

Khi đã có được ia và ik thì số răng của bánh răng chủ động tương ứng Za và Zk được xácđịnh theo công thức :

Z k=2 A cos β k

m k (1+i gk)

Z n=2 A cos β n

m n (1+i gn)Trong đó :

igk : Tỷ số truyền của bánh răng gài số thứ k

βk :Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số thứ k [rad]

mk : Mô-duyn pháp tuyến của cặp bánh răng gài số thứ k

Vậy :

Za = 2 A cos β a

m a (1+i a)=

2.109 cos(220)3.(1+1,218199469) = 30,37389605 chọn Za = 31

Z2 = 2 A cos β2

m2.(1+i g 2)=

2.109 cos(220

)3.(1+1,793240146) = 24,120862 chọn Z2 = 25

Số răng bị động của các cặp bánh răng ăn khớp tương ứng được xác định theo tỷ số truyền gài

Bảng 3.1.Kết quả tính toán các thông số bánh răng.

Đường kính trục hộp số có thể tính sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau:

3.1.4.1.Đối với trục sơ cấp.

Đường kính sơ bộ của trục tính bằng [mm]:

3.1.5 Đường kính vòng chia và mômen quán tính của bánh răng hộp số.

Bán kính vòng chia của bánh răng được xác định theo [1]

Rk= mk Zk

2 cos βk [mm]

Trong đó:

mk: Mô-đuyn pháp tuyến của bánh răng thứ k

Zk: Số răng của bánh răng thứ k

βk: Góc nghiêng của bánh răng thứ k

Thay số vào ta tính được bán kính vòng chia bánh răng chủ động R, bánh răng bị động R’ Khoảng cách trục ăn khớp A, đường kính trục lắp bánh răng chủ động

d1, đường kính lắp bánh răng bị động d2 và cho trên bảng sau:

Bảng 3.2.Kết quả bán kính vòng chia và đường kính trục lắp bánh răng tương ứng.

Mômen quán tính khối lượng của bánh răng được qui dẫn về trục ly hợp

Kí hiệu Jqd

Jqd = Jk.ik-2Trong đó:

Jk - Mômen quán tính khối lượng của các bánh răng

ik - Tỷ số truyền tính từ trục ly hợp đến bánh răng thứ k+ Với các bánh răng trên trục trung gian

ik = ia