đồ án môn học kết cấu và tính toán ôtô

Đồ án
Kết cấu và tính toán ôtô
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
Contents
LỜI NÓI ĐẦU 3
HỘP SỐ XE BUÝT 4
I.Công dụng, phân loại và yêu cầu: 4
1.Công dụng: 4
2.Phân tích yêu cầu: 4
3.Phân loại: 4
II.Phân loại sơ bộ: 5
III.Xác định số tỷ số truyền và giá trị các số truyền trung gian 8
1.Số tỷ số truyền (số cấp) hộp số 8
2.Xác định tỷ số truyền các tay số trung gian 9
3.Xác định các thông số cơ bản của hộp số 13
IV.Tính toán đồng tốc: 24
1.Nhiệm vụ tính toán: 24
2. Trình tự tính toán: 25
Sinh viên: Võ Như Tuấn 2 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
LỜI NÓI ĐẦU
Ô tô máy kéo là phương tiên sản xuất, kinh doanh và sinh hoạt, không thể
thiếu được trong đời sống hiện nay. Cùng với sự tiến bộ chung của khoa học, ngành
ôtô cũng có những bước phát triển mạnh mẽ với những thành quả kinh ngạc. Những
biến đổi mà đòi hỏi phải có những nhận thức sâu rộng về các vấn đề đó có liên quan
đế công nghệ ôtô mới có thể nhận thấy tầm quan trọng của nó.
Tuy vậy muốn tiếp thu những kiến thức mới này thì phải nắm vững những
kiến thức cơ bản nhất. Những kiến thức này sẽ làm nền tản cho bước phát triển tiếp
theo.
Vì vậy đồ án kết cấu và tính toán ôtô là một bước cũng cố và phát triển
những hiểu biết cơ bản có từ những môn học có liên quan.

Lần đầu tiên làm quen với việc tính toán thiết kế nên có rất nhiều khó khăn
phức tạp. Với những nhận thức còn hạn chế về nhiều mặt nên quá trình làm đồ án
em còn vướng phải những thiếu sót, rất mong sự quan tâm giúp đỡ của các thầy
trong bộ môn.
Để hoàn thành đồ án này em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình
của thầy LÊ VĂN TỤY, các thầy trong bộ môn và các bạn trong lớp.
Sinh viên thực hiện
VÕ NHƯ TUẤN
Sinh viên: Võ Như Tuấn 3 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
HỘP SỐ XE BUÝT
I. Công dụng, phân loại và yêu cầu:
1. Công dụng:
Động cơ đốt trong dùng trên ôtô máy kéo có hệ số thích ứng thấp, đối với động
cơ xăng hệ số này bằng 1,1 ÷ 1,2 và đối với động cơ điezen k = 1,05 ÷ 1,15.
Do đó mômen quay của động cơ ôtô máy kéo không thể đáp ứng nổi yêu cầu
cần thiết để thắng sức cản chuyển động thay đổi khá nhiều khi ôtô máy kéo làm
việc. Muốn giải quyết được vấn đề này, trên ôtô máy kéo cần phải đặt hộp số.
Hộp số dùng để thay đổi số vòng quay và mômen của động cơ truyền đến các
bánh xe chủ động (cả về hướng và trị số), cho phù hợp với điều kiện làm việc luôn
luôn thay đổi của ôtô máy kéo.
Ngoài ra hộp số còn dùng để:
- Tách lâu dài động cơ khỏi hệ thống truyền lực khi cần thiết: như khi khởi động
động cơ, khi dừng xe, cho động cơ chạy không tải, khi cho xe chạy theo quán tính.
- Dẫn động các bộ phận công tác trên cac xe chuyên dung: như xe có tời kéo, xe
tự đổ, cần cẩu và các thiết bị khác.
2. Phân tích yêu cầu:
- Hộp số ôtô phải có tỷ số truyền và lượng tay số thích hợp, đảm bảo được chất
lượng động lực và tính kinh tế nhiên liệu cần thiết cho ôtô máy kéo.
- Làm việc êm dịu, chuyển số nhẹ nhàn 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 rẽ.
3. Phân loại:
- Theo phương pháp điều khiển chia ra các loại: điều khiển bằng tay, điều khiển
tự động và bán tự động.
Sinh viên: Võ Như Tuấn 4 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
- Theo số cấp (chỉ tính số tiến) 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) 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 phân tử điều khiển lớn hơn một thường
dùng trong hộp số nhiều cấp.
- Theo 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.
II. Phân loại sơ bộ:
Trên ôtô 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 làm việc cao (0,96 ÷ 0,98),
giá thành rẽ, kích thước và trọng lượng nhỏ.
Hộp số ba trục cố định có trục sơ cấp và trục thứ cấp đồng tâm được sử dụng
phổ biến nhất. Hộp số hai trục cố định thường chỉ sử dụng trên các ôtô 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. Hộp số hành
tinh với trục không cố định chủ yếu sử dụng trong truyền động thuỷ cơ.
Sinh viên: Võ Như Tuấn 5 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô

Trên hình (a) trình bày sơ đồ động học hộp số ba cấp với các khối bánh răng
chuyển động. Mômen quay động cơ truyền qua ly hợp đến trục sơ cấp B của hộp số,
đầu cuối trục sơ cấp có bánh răng số 1 luôn ăn khớp với bánh răng 2 ở trục trung
gian C của hộp số. Các bánh răng ở trục trung gian thường được chế tạo thành một
khối liền hay chế tạo chúng riêng biệt và nối ghép với trục bằng then.
Đầu trước của trục thứ cấp A được đặt trong ổ thanh lăn hình trụ lồng vào lỗ
đằng sau trục sơ cấp.
Trên khối bánh răng chuyển động I có bánh răng ngoài 6 để gài số truyền II và
đai răng 9 để gài số truyền thẳng, nghĩa là số truyền III. Khối bánh răng chuyển
động II có bánh răng 4 của số truyền I và số lùi. Khi gài cặp bánh răng tương ứng sẽ
có các số truyền khác nhau.
Để điều khiển dễ dàng ở hộp số 3 cấp thường lắp bộ đồng tốc. Lúc đó các bánh
răng sẽ luôn ăn khớp và các bánh răng quay trơn trên trục thứ cấp A khi bộ đồng tốc
nằm ở vị trí trung gian.
Ưu và nhược điểm:
• Ưu điểm:
Hộp số ba trục có khả năng tạo số truyền thẳng bằng cách nối trực tiếp các trục
sơ cấp 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, mômen truyền qua hai cặp bánh răng, do đó có thể tạo
được tỷ số truyền lớn tới (7 ÷ 9) với kích thước khá nhỏ gọn. Nhờ đó giảm được
trọng lượng toàn bộ của ôtô máy kéo.
• Nhược điểm:
Hiệu suất giảm ở các tay số trung gian.
Ổ bi gối đỡ trước trục sơ cấp do bố trí trong lổ ở phần bánh răng công xôn của
trục sơ cấp nên làm việc căn thẳng, vì kích thước bị hạn chế bởi điều kiện kết
cấu.
Sinh viên: Võ Như Tuấn 6 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô

Hộp số nhiều cấp:
Hộp số nhiều cấp được tạo thành bằng cách ghép thêm vào phía trước hay phía
sau hộp số cơ sở (hộp số chính loại 3 trục) một hộp giảm tốc gội là hộp số phụ. Hộp
số phụ thường có một số truyền thẳng và một số truyền giảm hay tăng.
• Hộp số phụ đặt phía trước:
Nó chỉ có một cặp bánh răng để tạo số thấp, còn số cao là số truyền thẳng,
nối trực tiếp trục vào của hộp số phụ với trục sơ cấp của hộp số chính. Tỷ số
truyền thấp của họp số phụ này không lớn, có tác dụng chủ yếu là chia nhỏ dãy tỷ
số truyền của hộp số chính nên còn gọi là hộp số chia.
Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, đảm bảo tính thống nhất hoá cao cho hộp số chính.
- Hiệu suất tương tự như hộp số chính khi gài số thấp ở hộp số phụ.
Nhược điểm:
- Yêu cầu khoản cách trục hộp số lớn hơn, do mômen trên trục ra của hộp số
chính lớn.
Hộp số phụ đặc phía sau hộp số chính: 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 gọi là hộp giảm
tốc.
Ưu điểm:
- Giảm khoảng cách trục và tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hộp số
chính.
Nhược điểm:
- Giảm tính thống nhất hoá của hộp số chính.
- Hiệu suất giảm khi gài số truyền thấp.
Sinh viên: Võ Như Tuấn 7 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
III. Xác định số tỷ số truyền và giá trị các số truyền trung
gian.
1. Số tỷ số truyền (số cấp) hộp số.

Số cấp của hộp số (n) được xác định phụ thuộc vào:
- Chủng loại và công dụng của ôtô.
- Vào giá trị khoảng tỷ số truyền K
i
= i
h1
/i
hn
.
Trong đó:
i
h1
: tỷ số truyền tay số một của hộp số.
i
hn
: tỷ số truyền tay số cao nhất của hộp số.
Nói chung tăng số cấp hộp số sẽ tăng được mức độ sử dụng công suất động cơ,
tăng tính kinh tế nhiên liệu, tốc độ trung bình và bởi vậy tăng năng suất và giảm giá
thành vận chuyển. Tuy vậy tăng số cấp sẽ làm phức tạp kết câu và quá trình điều
khiển, tăng kích thước, và giá thành hộp số. Đối với ôtô tải và buýt số cấp hộp số có
thể từ n = 5 ÷ 22 ứng với K
i
= 5 ÷ 25, K
i
càng lớn số cấp càng tăng. Sau đây là bảng
số liệu thống kê số cấp n của ôtô tải và buýt theo giá trị khoảng truyền K
i
.
Bảng 1.1. Bảng giá trị tay số của ôtô tải và buýt theo khoảng tỷ số truyền K
i

:
Khoảng số
truyền K
i
5,7 ÷ 8,5 7,9 ÷ 9,35 8 ÷ 10 9,2 ÷ 18,5 13 ÷ 19,4 17 ÷ 24,7
Số cấp n 5 6 8 10 16 20
Tuy nhiên hiên nay có xu hướng tăng số cấp và khoảng tỷ số truyền khi tăng
khối lượng ôtô, đặc biệt là đối với các đoàn xe kéo moóc, để bù lại cho sự giảm
công suất riêng của chúng. Tăng số cấp và khoảng tỷ số truyền của hộp số các ôtô
tải trọng lớn, cho phép sử dụng hiệu quả hơn công suất động cơ khi ôtô làm việc với
các mức tải và điều kiện đường xá khác nhau. Đối với các ôtô này, trong vùng các
số hay sử dụng nhất, khoảng cách giữa tỷ số truyền giữa các tay số kề.
q
i,i+1
= i
hi
/i
h(i+1)
cần phải nằm trong khoảng giới hạn 1,35 ÷ 1,45. Khoảng này lớn sẽ
làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu và giảm chất lượng động lực học của ôtô và khó
chuyển tay số. Khoảng cách nhỏ quá lại làm cho người lái khó khăn trong vân đề
lựa chọn tay số thích hợp. Ở các tay số ít sử dụng hơn, khoảng cách giữa các số có
thể tăng lên. Tuy vậy không nên quá 1,6 ÷ 1,7 để đảm bảo khả năng chuyển sô.
Sinh viên: Võ Như Tuấn 8 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
Kết hợp hai điều kiện trên và giả thuyết dãy tỷ số truyền bố trí theo cấp số
nhân, có thể xác định sơ bộ theo:

1
lg

lg
1
lg
lg
1
+≤≤+
c
hn
h
t
hn
hi
q
i
i
n
q
i
i
(1.1)
Trong đó:
q
t
: khoảng cách tỷ số truyền hai số liên tiếp ở vùng số thấp.
q
t
= 1,6 ÷ 1,7 chọn q
t
= 1,7
q

c
: khoảng cách tỷ số truyền hai số liên tiếp ở vùng số cao.
q
c
= 1,35 ÷ 1,45 chọn q
c
= 1,35
n: số cấp của hộp số
i
h1
= 5,8: giá trị tỷ số truyền thấp nhất của hộp số
i
hn
= 1: giá trị tỷ số truyền cao nhất của hộp số
Từ (1.1) ta có:
1
35,1lg
1
8,5
lg
1
7,1lg
1
8,5
lg
+≤≤+ n
4,3 ≤ n ≤ 6,8
Theo tính toán trên ta chọn hộp số 5 cấp (n = 5)
2. Xác định tỷ số truyền các tay số trung gian.
a. Tỷ số truyền các tay số trung gian.

Tỷ số truyền các tay số trung gian được xác định theo hai quy luật cấp số nhân
hoặc cấp số điều hoà.
Khi xác định theo quy luật cấp số nhân sẽ đảm bảo cho động cơ làm việc ở chế
độ như nhau khi tăng tốc độ ôtô ở các số khác nhau.
Khi tính theo cấp số điều hoà khoảng biến thiên tốc độ ở các tay số khi xe tăng
tốc đều bằng nhau và bước ở các số truyền cao sẽ nhỏ hơn khá nhiều so với các số
truyền thấp.
Đối với xe buýt, với hai phương án trên ta chọn hệ thống tỷ số truyền của các
số trung gian trong hộp số theo cấp số nhân.
Sinh viên: Võ Như Tuấn 9 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
Ôtô thông thường hay sử dụng ở số cao của hộp số, nhưng ở khu vực này thì
số lượng tỷ số truyền ít so với số lượng tỷ số truyền có được ở số thấp, đây là một
nhược điểm khi chọn hệ thống tỷ số truyền cho các số trung gian theo cấp số nhân.
Đối với hộp số có cấp thì lượng số truyền bị hạn chế, do đó sẽ hạn chế khả
năng vận tốc trung bình của ôtô và hệ số sử dụng tải trọng của động cơ. Nhưng khi
chọn theo cấp số nhân thì đảm bảo động cơ làm việc ở chế độ như nhau khi tăng tốc
độ ôtô ở các tay số khác nhau.
Theo lý thuyết ôtô máy kéo, chọn tỷ số truyền của các số trung gian theo cấp
số nhân và tỷ số truyền thứ m nào đó được xác định theo công thức.
1
1
−
=
n
h
hn
q
i
i

(2.1)
với
55,1
1
8,5
15
1
1
≈==
−
−n
hn
h
i
i
q
Tỷ số truyền tay số 2: i
h2
74,3
55,1
8,5
12
1
2
===
−
q
i
i
h

h
Tỷ số truyền tay số 3: i
h3

41,2
55,1
8,5
213
1
3
===
−
q
i
i
h
h
Tỷ số truyền tay số 4: i
h4

55,1
55,1
8,5
314
1
4
===
−
q
i

i
h
h
Tỷ số truyền số lùi: i
hl
được xác định khi bố trí chung hộp số, thường chọn
i
hl
= (1,2 ÷ 1,3)i
h1
i
hl
= 1,2.i
h1
= 1,2.5,8 = 6,96
Vậy tỷ số truyền các tay số của xe cần thiết kế sơ bộ:
i
h1
= 5,8; i
h2
= 3,74; i
h3
= 2,41; i
h4
= 1,55; i
h5
= 1; i
hl
= 6,96
b. Sơ đồ động học của hộp số xe cần thiết kế.

Sơ đồ động của các hộp ba trục có trục thứ cấp như nhau, khác nhau chủ yếu
ở số lượng các cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp và cách bố trí số lùi. Ở hầu hết các
Sinh viên: Võ Như Tuấn 10 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
tay số đều sử dụng cặp bánh răng nghiêng thường xuyên ăn khớp. Để gài số, có thể
dùng ống gài hoặc bộ đồng tốc. Riêng đối với các bánh răng số một và số lùi có thể
dùng các phương án sau:
Phương án 1: Bánh răng số một và số lùi luôn ăn khớp thường sử dụng trong
trường hợp thời gian làm việc ở số một và số lùi khá lớn.
Ưu điểm: mặt đầu các vành răng không bị ăn mòn, hành trình của nạng
chuyển số nhỏ.
Nhược điểm: cần đặt tự do trên trục thứ cấp một bánh răng số lùi kích thước
khá lớn, do đó làm tăng số lượng các bánh răng và mômen quán tính các chi tiết
quay, bởi vậy tăng tải trọng tác dụng lên các đồng tốc.
Phương án 2: Không cần bố trí bánh răng số lùi trên trục thứ cấp. Tuy nhiên
vẫn còn có hai phương án không cần có bánh răng số lùi đặt riêng trên trục thứ cấp.
Bố trí bánh răng số lùi không luôn luôn ăn khớp, để gài số ta dịch chuyển bánh răng
trên trục số lùi. Loại này thường bố trí ở hộp số 4 cấp. Cả bánh răng số lùi và số
một không luôn luôn ăn khớp, để gài số lùi và số một dùng bánh răng di trượt. Bánh
răng trung gian (đặt trên trục số lùi) có thể làm một hay hai vành răng. Loại này
thường dùng bố trí cho hộp số 5 cấp.
Phương án một vành răng có kết cấu đơn giản hơn. Tuy vậy điều kiện làm
việc của bánh 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.
Với những ưu nhược điểm như đã phân tích ở trên ta chọn phương án bố trí
số lùi là cả bánh răng số một và số lùi đều không luôn luôn ăn khớp. Vì có đặc điểm
gài số lùi rất dễ dàng, chỉ cần dịch chuyển bánh răng số 1.
Sinh viên: Võ Như Tuấn 11 06C4LT
l

z
2
z
3
1L
Z
z
5
z
2
z
3
z
5
z
4
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí số lùi trên ôtô thiết kế
Z
1
: bánh răng bị động; Z
2
: bánh răng chủ động
số 1; Z
l1
: bánh răng dẫn động trục số lùi; Z
l1
’ :
bánh răng bị động của trục số lùi; Z
l2
: bánh răng

chủ động số lùi

Z

L

2

Za

Za'

Z

4

'

Z

3

'

Z

2

'

Z

1

'

Z

4

Z

3

Z

2

Z

1

Z

L

1

Z

L

1

'

1

2

3

4

5

6

2

3

1

L

4

5

Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
Bánh răng các tay số thấp (như số một và số lùi) chịu lực lớn thời gian làm
việc ít hơn, nên bố trí sát gối đỡ sau. Bánh răng 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 các bánh răng tốt hơn nên giảm được tiếng ồn và mài mòn.
Hầu hết các tay số đều dùng bánh răng trụ răng nghiêng và đồng tốc. Các tay
số một và lùi có thể có răng thẳng gài bằng phương pháp di trượt. Mặt khác ở các
tay số 2,3,4,5 khi sang số vì tốc độ lớn nên mặt dù đã cắt bộ ly hợp song do quán
tính nên các bánh răng còn quay với tốc độ khác nhau, nếu gài vào sẽ sinh ra lực va
đập. Để khắc phục hiện tượng trên và đơn giản hoá thao tác cho người lái nên trên
hộp số có bố trí bộ đồng tốc để gài số ở số hai và số ba, số bồn và số năm. Để khi
hai bánh răng chưa đồng tốc thì cơ cấu này không cho chúng gài vào nhau bằng
cách tạo ra một lực cản chống lại lực của tay người lái tác dụng lên cần số. Dùng
mômen ma sát giữa các bề mặt côn tiếp xúc để khắc phục mômen quán tính, các
bánh răng dần dần đồng đều tốc độ và lực cản nêu trên dần dần bị triệt tiêu, lúc đó
lực của tay người lái đủ thắng định vị lò xo bi, gạt các bánh răng ăn khớp với nha
một cách êm dịu.
Sinh viên: Võ Như Tuấn 12 06C4LT
Hình 2.3. Sơ đồ động học của hộp số xe cần thiết kế
1. Trục sơ cấp; 2. Bộ đồng tốc; 3. Bánh răng di trược;
4. Trục thứ cấp; 5. Trục trung gian; 6. Trục số lùi
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
3. Xác định các thông số cơ bản của hộp số.
Khi tính toán thiết kế hộp số, trước tiên cần xác định sơ bộ các thông số cơ
bản của nó, dựa theo các công thức kinh nghiệm, các bảng biểu hoặc đồ thị đã xây
dựng được trên cơ sở phân tích các số liệu thống kê. Sau đó, tiến hành điều chỉnh
chính xác dựa vào kết quả các tính toán kiểm tra bền, hình học và số liệu tiêu
chuẩn…
a. Khoảng cách trục.
Đối với hộp số ôtô loại trục cố định, khoảng cách trục A có thể xác định sơ

bộ theo một trong các công thức kinh nghiệm sau:
3
1max

hea
iMKA =
(3.1)
Trong đó:
- K
a
: hệ số kinh nghiêm, có giá trị như sau:
Đối với ôtô du lịch: K
a
= 8,9 ÷ 9,6
Đối với ôtô tải và buýt: K
a
= 8,6 ÷ 9,6
Ta chọn K
a
= 8,9
- M
emax
: mômen quay cực đại của động cơ
M
emax
= 400 (N.m)
- i
h1
: tỷ số truyền thấp nhất.
i

h1
= 5,8
Thay vào công thức (3.1) ta có:
8,1178,5.4009,8
3
==A
(mm)
Chọn: A = 118 (mm)
b. Kích thước chiều trục của hộp số.
Kích thước chiều trục của hộp số được xác định dựa vào kích thước chiều
rộng của các chi tiết lắp trên trục như: Bánh răng, ổ trục, ống gài và đồng tốc… Các
kích thước này có thể xác định sơ bộ theo khoảng cách trục A như sau:
- Chiều rộng các vành răng:
b ≈ (0,19 ÷ 0,23).A (3.2)
Chọn: b ≈ 0,21.118 = 24,78 (mm) lấy b = 25 (mm)
Sinh viên: Võ Như Tuấn 13 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
- Chiều rộng các ổ bi:
B ≈ (0,20 ÷ 0,25).A (3.3)
Chọn: B ≈ 0,22.A = 0,22.118 = 25,96 (mm)
B = 26 (mm)
- Chiều rộng của các ống gài và đồng tốc: phụ thuộc vào kết cấu của
chúng. Đối với đồng tốc gài hai phía, thường chiều rộng:
H ≈ (0,4 ÷ 0,55).A (3.4)
Chọn: H ≈ 0,43.A = 0,43.118 = 50,96 (mm)
H = 51 (mm)
- Kích thước chiều trục L
h
của cạc te hộp số
L

h
= (2,7 ÷ 3,0).A (3.5)
L
h
= 3,0.A = 3,0.118 = 354 (mm)
c. Các thông số chính của bánh răng:
a. Mô đuyn (m
n
và m
s
):
Khi chọn mô đuyn cần lưu ý một số vấn đề sau:
- Để giảm tiếng ồn khi làm việc, nên chọn mô đuyn nhỏ và tăng chiều rộng
bánh răng.
- Để giảm khối lượng hộp số (khi giữ nguyên khoảng cách trục) thì
ngược lại, nên tăng mô đuyn và giảm chiều rộng bánh răng.
- Đối với ôtô tải và buýt, vấn đề giảm tiếng ồn, không yêu cầu cao như
ôtô du lịch, vì thế khi chọn mô đuyn bánh răng trong hộp số ôtô tải và buýt cần
ưu tiền vấn đề giảm khối lượng hộp số.
- Mô đuyn xác định độ bền uốn của răng, vì thế các bánh răng chịu tải
khác nhau cần phải có mô đuyn khác nhau. Tuy vậy, xét theo quan điển công
nghệ, thì chỉ nên dùng hai giá trị mô đuyn: một chung cho các bánh răng
nghiêng và một chung cho các bánh răng thẳng, để đơn giản hoá quá trình chế
tạo và sửa chữa.
Theo các số liệu thống kê:
- Ôtô du lịch cỡ đặt biệt nhỏ và nhỏ (thể tích làm việc của động cơ V
lv
<
1,8lít, trọng lượng khô G
k

< 1150 kg):
Sinh viên: Võ Như Tuấn 14 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
m = 2,25 ÷ 2,75.
- Ôtô du lịch cỡ trung: m = 2,75 ÷ 3,0.
- Ôtô tải, buýt:
+ Cỡ nhỏ và trung bình: m = 3,5 ÷ 4,25
+ Cỡ lớn: m = 4,25 ÷ 5,00
(Giá trị mô đuyn bằng 5 hay đôi khi bằng 6, thường chỉ dùng cho cặp bánh
răng số 1 của ôtô tải lớn, khi số răng nhỏ (z = 12), hoặc cặp bánh răng đầu ra của
hộp giảm tốc phụ đặc phía sau hộp số chính của hộp số nhiều cấp)
Ta chọn mô đuyn cho hộp số thiết kế
- Bánh răng trụ răng thẳng: mt = 4
- Bánh răng trụ răng nghiêng: m
n
= 3,5
b. Góc nghiêng của răng (β):
Góc nghiêng β được chọn theo hai điều kiện:
Điều kiện 1: Đảm bảo độ trùng khớp chiều trục (εβ) không nhỏ hơn một, để
bánh răng ăn khớp được êm dịu, tức là:
εβ = b.tgβ/ts = b.sinβ/(π.mn) > 1
hay β > arsin(π.mn/b)
Điều kiện 2: Lực chiều trục tác dụng lên các bánh răng nghiêng của trục
trung gian phải tự cân bằng, để giảm lực tác dụng lên các ổ trục. Muốn vậy, hướng
nghiêng của tất cả các bánh răng trên trục phải giống nhau và thoả mãn điều kiện:
tgβi/tgβ1 = ri/r1
Ở đây: βi, ri - Góc nghiêng và bán kính vòng lăn của bánh răng tay số thứ i
trục trung gian.
β1, r1 - Góc nghiêng và bán kính vòng lăn của bánh răng luôn luôn ăn
khớp với bánh răng trục sơ cấp.

Thực tế, lực chiều trục không thể cân bằng hoàn toàn và trên nhiều ôtô máy
kéo người ta sử dụng các bánh răng có góc nghiêng β như nhau, để tạo điều kiện
thuận lợi cho công nghệ và sửa chữa.
Theo số liệu thống kê, góc nghiêng các bánh răng hộp số ôtô hiện nay nằm
trong khoảng:
Sinh viên: Võ Như Tuấn 15 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
- Đối với ôtô du lịch hộp số 3 trục: β = 22
0
÷ 34
0
- Đối với ôtô vận tải và khách: β = 18
0
÷ 30
0
Theo xe thiết kế ta chọn: β = 22
0
Góc nghiêng β sau khi chọn cần phải tính chính xác lại theo khoảng cách
trục và các thông số khác của bánh răng.
c. Xác định số răng của các bánh răng hộp số thiết kế.
Đối với hộp số 3 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 cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp. Nghĩa là nó luôn làm việc với bất kì
gài số truyền nào (trừ số truyền thẳng). Vì vậy khi phân chia tỷ số truyền cho cặp
bánh này cần phải có giá trị đủ nhỏ để vừa đảm bảo tuổi thọ cho cặp bánh răng luôn
luôn ăn khớp, vừa để cho số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền
thấp không được quá nhỏ.
Gọi Z
g1
, Z

g2
, Z
g3
, Z
g4
: là số răng của các bánh răng trên trục trung gian.
Z’
g1
, Z’
g2
, Z’
g3
, Z’
g4
: là số răng của các bánh răng trên trục thứ cấp.
Z
a
, Z’
a
: là số răng của các bánh răng luôn luôn ăn khớp.
i
g1
, i
g2
, i
g3
, i
g4
: là tỷ số truyền của các bánh răng; Z
g1

– Z’
g1
; Z
g2
– Z’
g2
; Z
g3
– Z’
g3
; Z
g4
– Z’
g4
.
i
a
: tỷ số truyền của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp.
Kinh nghiệm cho thấy, tỷ số truyền i
h1
phân phối tương đối hợp lý, nếu
Z
g1
= 12 ÷ 16 - Đối với hộp số ôtô tải và khách (thường có i
h1
= 6 ÷ 8).
Như vậy đối với hộp số thiết kế với i
h1
= 5,8 ta chọn: Z
g1

= 16 (răng).
Từ công thức kinh nghiệm:
β
cos2
)'.(
11 ggn
ZZm
A
+
=

1
1
1
'
g
g
g
Z
Z
i =
Suy ra:
1
.
cos 2
1
1
−=
gn
g

Zm
A
i
β

Các số liệu đã chú thích ở trên.
Sinh viên: Võ Như Tuấn 16 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
Ta có:
6875,21
16.4
188.2
1
=−=
g
i
Vậy tỷ số truyền của cặp bánh răng truyền động chung (luôn luôn ăn khớp)
158,2
6875,2
8,5
1
1
===
g
h
a
i
i
i
Và tỷ số truyền của các cặp bánh răng khác.

714,1
158,2
7,3
2
2
===
a
h
g
i
i
i
112,1
158,2
4,2
3
3
===
a
h
g
i
i
i
695,0
158,2
5,1
4
4
===

a
h
g
i
i
i
Theo công thức trên ta sẽ xác định được số răng của các bánh răng chủ động
tương ứng:
)1.(
cos 2
gkn
gk
im
A
Z
+
=
β
( )
79,19
158,215,3
180
1416,3.22
cos.118.2
=
+







=
a
Z
Chọn: Z
a
= 20 (răng)
( )
03,23
714,11.5,3
180
1416,3.22
cos.118.2
2
=
+






=
g
Z
Chọn: Z
g2
= 23 (răng)
( )

6,29
112,11.5,3
180
1416,3.22
cos.118.2
3
=
+






=
g
Z
Chọn: Z
g3
= 30 (răng)
( )
8,36
695,01.5,3
180
1416,3.22
cos.118.2
4
=
+







=
g
Z
Chọn: Z
g4
= 37 (răng)
Sinh viên: Võ Như Tuấn 17 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
Số răng bị động của các cặp bánh răng ăn khớp tương ứng được xác định
theo tỷ số truyền gài số của chính nó:
Z’
gk
= Z
gk
.i
gk
Ta có:
Z’
g1
= 16.2,6875 = 43 (răng)
Z’
g2
= 23.1,714 = 39,4
lấy Z’
g2

= 40 (răng)
Z’
g3
= 30.1,112 = 33,36
lấy Z’
g3
= 33 (răng)
Z’
g4
= 37.0,695 = 25,7
lấy Z’
g4
= 26 (răng)
Z’
a
= 20.2,158 = 43,16
lấy Z’
a
= 43 (răng)
Tính chính xác lại khoảng cách trục do làm tròn số răng:
( ) ( )
119
180
1416,3.22
cos.2
43205,3
cos.2
'.
=







+
=
+
=
β
aan
ZZm
A
(mm)
Tính chính xác lại góc nghiêng của bánh răng để đảm bảo khoảng cách trục
của chúng đều bằng:
( )
A
ZZm
kkk
k
.2
'.
cos
+
=
β
* Xác định số răng của bánh răng gài số lùi.
Gọi: Z
l1

- là số răng của bánh răng số lùi lắp trên trục trung gian.
Z’
l1
, Z
l2
- là số răng của bánh răng số lùi lắp trên trục số lùi.
Z’
l2
- là số răng của bánh răng số lùi lắp trên trục thứ cấp.
Ta có:
225,3
158,2
96,6
===
a
hl
gl
i
i
i
Để dẫn động bánh răng số lùi dùng một trục trung gian (gọi là trục số lùi).
Để đảm bảo sự ăn khớp và tránh hiện tượng cắt chân răng ta chọn:
Z
l1
= 16 (răng)
Sinh viên: Võ Như Tuấn 18 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
Z
l2
= 16 (răng)

Z’
l2
= Z’
g1
= 43 (răng)
Ta có: i
gl
= i
gl1
.i
gl2
i
gl2
= Z’
l2
/Z
l2
= 43/16 = 2,6875
Suy ra: i
gl1
= i
gl
/i
gl2
= 3,225/2,6875 = 1,2
Z’
l1
= i
gl1
.Z

l1
= 1,2.16 = 19,2
Chọn: Z’
l1
= 19 (răng)
Vậy tỷ số truyền thực tế của tay số lùi:
i
hl
= i
a
.i
gl
= i
a
.i
gl1
.i
gl2
=
86,6
16
43
.
16
19
.
20
43'
.
'

.
'
2
2
1
1
==
l
l
l
l
a
a
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Xác định khoảng cách trục số lùi với trục trung gian (L
tg
) và trục thứ cấp
(L
tc
). Khoảng cách trục được xác định theo số răng và mô đuyn của bánh răng dựa
vào công thức:
( )
β
cos.2
'. ZZm

L
n
+
=
Trong đó:
L - Khoảng cách trục (mm)
m
n
- mô đuyn của bánh răng (mm)
Z, Z’ - Số răng của bánh răng chủ động và bị động
Ta có:
( )
66
180
1416,3.22
cos.2
1916.5,3
=






+
=
tg
L

( )

118
2
4316.4
=
+
=
tc
L
Kết quả tính toán các thông số bánh răng được cho bảng:
Tỷ số truyền i
z
i
a
=2,15 i
g1
= 2,6875 i
g2
= 1,739 i
g3
= 1,1 i
g4
= 0,7
Số răng chủ động 20 16 23 30 37
Số răng bị động 43 43 40 33 26
Mô đuyn m [mm] 3,5 4 3,5 3,5 3,5
Góc nghiêng β 22
0
6’30” 0 22
0
6’30” 22

0
6’30” 22
0
6’30”
Tỷ số truyền hộp i
h1
= i
a
.i
g1
= i
h2
= i
a
.i
g2
= i
h3
= i
a
.i
g3
= i
h4
= i
a
.i
g4
i
h5

= 1
Sinh viên: Võ Như Tuấn 19 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
số 5,778 3,738 2,365 = 1,505
Chú ý rằng, để đảm bảo cho các bánh răng cùng lắp trên trục có cùng
khoảng cách, các bánh răng trong ôtô và máy công trình phải được chế tạo theo sự
dịch chỉnh. Hệ số dịch dao tổng cộng ζ
k
của các cặp bánh răng thứ k phải thoả mãn
điều kiện ăn khớp đúng như sau:
( )








+
±
=
k
k
k
kkk
k
Z
Z
m

mA
Z
'
1
cos 2
βξ
d. Kích thước hộp số
a. Đường kính trục.
Đường kính trục của hộp số được chọn chủ yếu theo điều kiện cứng vững,
dựa vào các công thức kinh nghiệm sau:
- Đường kính trục sơ cấp (phần then hoa):
d
1
= K
d
.(M
emax
)
1/3
(mm)
Ở đây: K
d
= 4,0 ÷ 4,6 – Hệ số kinh nghiệm
Chọn K
d
= 4,6
M
emax
- Mômen cực đại của động cơ (Nm)
Ta có:

d
1
= 4,6.400
1/3
= 33,89 (mm)
chọn d
1
= 34 (mm)
- Đường kính trục trung gian (d
2
) và trục thứ cấp (d
3
):
+ Ở phần giữa (đối với trục bậc):
Đối với trục trung gian đóng vai trò trục sơ cấp của bánh răng gài số i
gk
.
Ta có: d
2
= 4,5.(M
max
)
1/3
Trong đó: M
max
= M
emax
.i
a
= 400.2,15 = 860 [N.m]

d
2
= 4,5.860
1/3

= 42.79 [mm]
Chọn: d
2
= 43 [mm]
Đối với trục thứ cấp:
d
3
= 0,45.A
Sinh viên: Võ Như Tuấn 20 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
Trong đó: A = 119 [mm] - Khoảng cách trục
d
3
= 0,45.119 = 53,55 [mm]
Chọn: d
3
= 53,5 [mm]
Quan hệ giữa đường kính trục và chiều dài trục được tính sơ bộ bằng
[mm].
d
1
= (0,16 ÷ 018) l
1
d
3

= (0,18 ÷ 0,21).l
3
Ta chọn:
l
1
= d
1
/0,16 = 34/0,16 = 212,5 [mm]
l
3
= d
3
/0,18 = 53,5/0,18 = 297,22 [mm]
Chiều dài trục chọn sơ bộ phải phù hợp sơ đồ tính theo tổng thể chiều dài
các chi tiết lắp trên trục. Tổng chiều dài trục l
2
có thể được xác định bằng:
l
2
= 6.b + 3.H + 2.B + 4.δ
b
Trong đó:
b - Chiều rộng bánh răng thiết kế
b = 25 [mm]
H - Chiều rộng đồng tốc
H = 51 [mm]
B - Chiều rộng ổ đở
B = 26 [mm]
δ
b

- Khe hở giữa hai bánh răng liền kề hoặc giữa răng và ổ đở.
δ
b
= 5 [mm]
Ta có: l
2
= 6.25 + 3.51 + 2.26 + 4.5 = 372 [mm]
b. Kích thước và loại ổ trục.
Trong các hộp số 3 trục, thường sử dụng ổ bi cầu và ổ bị trụ hướng kính một
dãy, loại nhẹ và trung bình. Theo số liệu thống kê, các kích thước d - đường kính
ngõng trục; D - đường kính ngoài; B - chiều rộng ổ (tính theo tỷ lệ tương đối đối
với khoảng cách trục A) có giá trị như sau:
Sinh viên: Võ Như Tuấn 21 06C4LT
d
B
D
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
Ổ phía sau của:
- Trục sơ cấp:
d = 0,45A = 0,45.119 = 53,5 [mm]
D = 0,90.A = 0,90.119 = 107,1 [mm]
B = 0,22.A = 0,22.119 = 26 [mm]
- Trục thứ cấp:
d = 0,4.A = 0,4.119 = 47,6 [mm]
D = 0,9.A = 0,9.119 = 10,7 [mm]
B = 0,22.A = 0,22.119 = 26 [mm]
-Trục trung gian:
d = 0,3.A = 0,3.119 = 35,7 [mm]
D = 0,72.A = 0,72.119 = 85,68 [mm]
B = 0,2.A = 0,2.119 = 24 [mm]

Ổ phía trước của:
- Trục trung gian:
d = 0,3.A = 0,3.119 = 35,7 [mm]
D = 0,61.A = 0,61.119 = 72,59 [mm]
B = 0,2.A = 0,2.119 = 24 [mm]
- Trục thứ cấp
d = 0,23.A = 0,23.119 = 27.37 [mm]
e. Đường kính vòng chia và mômen quán tính của bánh răng hộp số
thiết kế:
Bán kính vòng chia của bánh răng được xác định theo công thức:
k
kk
k
Zm
R
β
cos.2
.
=
Trong đó:
Sinh viên: Võ Như Tuấn 22 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
m
k
- mô đuyn pháp tuyến bánh răng thứ k
Z
k
- số răng của bánh răng thứ k
β
k

- 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 d
1
, đường kính lắp bánh răng bị động d
2
và cho trên bảng
Bảng 3.5. Kết quả tính bán kính vòng chia và đường kính trục lắp bánh răng
tương đương.
Z Z' R(mm) R'(mm) A(mm) d(mm) d'(mm)
Cặp bánh răng chung 20 43 37.78 81.22 119 34 43
Cặp bánh răng số 4 37 26 69.89 49.11 119 43 53
Cặp bánh răng số 3 30 33 56.67 62.33 119 43 53
Cặp bánh răng số 2 23 40 43.44 75.56 119 43 53
Cặp bánh răng số 1 16 43 32.27 86.73 119 43 53
Mômen quán tính khối lượng của các bánh răng có thể coi gần đúng là hình
trụ được xác định.
( )
2

44
kkx
k
rRb
J
−
=
ρπ
Trong đó:

b
k
- bề rộng bánh răng thứ k
R
k
- bán kính vòng chia bánh răng thứ k
r
k
- bán kính trục lắp bánh răng thứ k
ρ - khối lượng riêng của vật liệu làm bánh răng [Kg/m
3
]
Với vật liệu thép hoặc gang, có thể lấy ρ = 7800 [Kg/m
3
]
Thay số vào ta xác định được mômen quán tính khối lượng của các bánh
răng cho ở bảng.
Bảng 3.6. Kết quả tính toán mômen quán tính khối lượng các bánh răng:
J(kg.mm
2
) J'(kg.mm
2
) Jqd(kg.mm
2
) J'qd(kg.mm
2
)
Cặp bánh răng chung 598.297 13265.3 128.4617 2848.225
Cặp bánh răng số 4 7242.37 1716.41 1555.026 762.9732
Sinh viên: Võ Như Tuấn 23 06C4LT

Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
Cặp bánh răng số 3 3092.94 4467.37 664.0928 775.5694
Cặp bánh răng số 2 1025.72 9825.24 220.2347 717.6707
Cặp bánh răng số 1 266.762 17173.6 57.27707 510.5295
Mômen quán tính khối lượng của bánh răng được qui dẫn về trục ly hợp.
Kí hiệu J
qd
J
qd
= J
k
.i
k
-2
.
Trong đó:
J
k
- Mômen quán tính khối lương của các bánh răng
i
k
- Tỷ số truyền tính từ trục ly hợp đến bánh răng thứ k.
+ Với các bánh răng trên trục trung gian
i
k
= i
a
+ Với các bánh răng trên trục thứ cấp
i
k

= i
a
.i
gk
(k =1,2,3,4)
IV. Tính toán đồng tốc:
1. Nhiệm vụ tính toán:
Hiệu quả của đồng tốc được đánh giá bằng thời gian cần thiết để đồng tốc
làm đồng đều tốc độ các phần cần nối, gọi tắt là thời gian đồng tốc t
c
, khi người lái
tác dụng lên đòn điều khiển một lực cho phép và áp suất trên các bề mặt ma sát nằm
trong giới hạn qui định. Ngoài ra, đồng tốc còn phải đảm bảo được yêu cầu:
- Không cho phép gài số khi các phần cần nối chưa đồng tốc;
- Không bị kẹt dính các bề mặt ma sát và bề mặt hãm trong quá trình làm
việc.
Vì vậy, tính toán đồng tốc có các nhiệm vụ chính sau:
- Xác định các kích thước cơ bản, để đồng tốc đảm bảo được hiệu quả
yêu cầu, thể hiện qua chỉ tiêu - thời gian đồng tốc t
c
và tuổi thọ cần thiết - đánh giá
qua giá trị áp suất và công trượt riêng trên bề mặt ma sát.
- Xác định các thông số kết cấu, phải lưu ý điều kiện - đảm bảo không
kẹt dính các bề mặt ma sát và bề mặt hãm, trong bất cứ điều kiện sử dụng nào.
Sinh viên: Võ Như Tuấn 24 06C4LT
Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô
2. Trình tự tính toán:
2.1. Xác định các thông số cơ bản của đồng tốc hộp số.
a. Mômen quán tính khối lượng tổng cộng qui dẫn về trục li hợp.
Mômen quán tính khối lượng tổng cộng qui dẫn về trục li hợp được xác định

theo công thức sau:
J
Σ
= J
1
+ J
2
.i
a
-2
+
∑
=
−
m
k
kZ
iJ
k
1
2
.
+ J
l
.i
l
-2
Trong đó:
k - Chỉ số để chỉ bánh quay trơn trên trục thứ cấp
J

1
- Mômen quán tính khối lượng của trục sơ cấp hộp số (thường chính là
trục ly hợp) và tất cẩ các chi tiết nối với trục [kg.m
2
]
J
2
- Mômen quán tính khối lượng của trục trung gian và tất cả các chi tiết
gắn trên trục trung gian [kg.m
2
]
i
a
- Tỷ số truyền của cặp bánh răng luôn ăn khớp của hộp số.
J
Zk
- Mômen quán tính khối lượng của bánh răng bị động quay trơn trên
trục thứ cấp đồng thời ăn khớp với bánh răng chủ động trên trục trung
gian, của cặp bánh răng gài số thứ k [kg.m
2
]
i
k
- Tỷ số truyền của hộp số ứng với cặp bánh răng gài số thứ k
m - số lượng bánh răng quay trơn trên trục thứ cấp (thường xuyên ăn
khớp với bánh răng chủ động trên trục trung gian)
J
l
- Mômen quán tính khối lượng của bánh răng gài số lùi có quan hệ
động học thương xuyên với bánh răng trên trục trung gian [kg.m

2
]
i
l
- Tỷ số truyền các cặp bánh răng số lùi, tính từ trục sơ cấp hộp số đến
bánh răng số lùi có quan hệ động học.
Xác định các đại lượng thành phần trong công thức
- Mômen quán tính J
1
:
J
1
= J
tr1
+ J
lh
Với:
Sinh viên: Võ Như Tuấn 25 06C4LT