Đồ án hộp số xe tải bách khoa đà nẵng

Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

Mục lục
LỜI NĨI ĐẦU ............................................................................................................ - 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ Ơ TƠ ....................................................... - 2 1.1. Cơng dụng của hộp số ôtô ................................................................................ - 2 1.2. Yêu cầu của hộp số ........................................................................................... - 2 1.3. Phân loại ........................................................................................................... - 2 1.3.1. Một số loại hộp số thường dùng ................................................................ - 3 1.3.2. Hộp số nhiều cấp ....................................................................................... - 6 1.4. Cơ cấu điều khiển ............................................................................................. - 8 1.4.1. Cơ cấu định vị và khóa hãm ...................................................................... - 9 1.4.2. Ống gài số. ............................................................................................... - 10 1.4.3. Bộ đồng tốc .............................................................................................. - 11 1.4.4. Các te hộp số ............................................................................................ - 17 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ BAN ĐẦU................. - 18 2.1. Tính tốn xác định các thông số yêu cầu ban đầu. ......................................... - 18 2.1.1. Tính tỷ số truyền của số thấp nhất. .......................................................... - 18 2.1.2. Tính số cấp của hộp số............................................................................. - 21 2.1.3. Tính tỷ số trung gian của hộ số ................................................................ - 21 2.2. Phương án thiết kế hộp số và sơ đồ động học hộp số. ................................... - 22 Chương 3. TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN .......................... - 24 3.1. Tính tốn kích thước cơ bản của trục và các cặp bánh răng hộp số. .............. - 24 3.1.1. Khoảng cách trục hộp số.......................................................................... - 24 -


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

3.1.2. Kích thước theo chiều trục cac-te hộp số ................................................ - 25 3.1.3. Tính tốn số răng của các bánh răng hộp số (hộp số 3 trục) ................... - 25 3.1.4. Kích thước trục hộp số. ............................................................................ - 29 3.1.5. Đường kính vịng chia và mơmen qn tính của bánh răng hộp số. ....... - 31 3.2. Xác định các thông số cơ bản của đồng tốc hộp số ........................................ - 34 3.2.1. Chọn loại bộ đồng tốc hộp số .................................................................. - 34 3.2.2. Mơmen qn tính khối lượng tổng cộng quy dẫn về trục li hợp ............. - 35 3.2.3. Mômen ma sát yêu cầu của bộ đồng tốc .................................................. - 39 3.2.4. Bán kính ma sát của bộ đồng tốc ............................................................. - 41 3.2.5. Chiều rộng bề mặt vành ma sát của bộ đồng tốc ..................................... - 43 3.2.6. Góc nghiêng của bề mặt hãm  ............................................................... - 44 3.2.7. Tính tốn kiểm tra các thơng số cơ bản của đồng tốc ............................. - 44 Chương 4. 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 ................................................................................ - 51 4.3. Bộ đồng tốc..................................................................................................... - 51 4.4. Cơ cấu điều khiển:
- 53 4.4.1. Đòn điều khiển: ........................................................................................ - 53 4.4.2. Định vị và khóa hãm: ............................................................................... - 54 4.5. Cơ cấu tránh gài ngẫu nhiên số lùi ................................................................. - 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... - 57 -


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

LỜI NĨI ĐẦU

Trong thời kỳ cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, công nghiệp ô tô là
nghành công nghiệp quan trọng hàng đầu mà Nhà nước ta đặc biệt quan tâm và chú
trọng để phát triển để thể hiện thế mạnh của Việt Nam trên trường khu vực và Quốc tế.
Là sinh viên ngành “cơ khí động lực khoa Cơ khí giao thơng” em ln cố gắng
phấn đấu nhiều hơn để có một khối kiến thức thật vững chắc cho công việc sau này. Đồ
án mơn học tính tốn và thiết kế ô tô là một đồ án quan trọng đối với sinh viên khoa Cơ
khí giao thơng hồn thành mơn học thiết kế ô tô. Đồ án giúp sinh viên tự tìm hiểu các
kiến thức trên lý thuyết và thực tế để sinh viên có thể hiểu một cách sâu rộng, tổng quát
hơn về môn học và kiến thức ngành nghề sau này.
Trong đồ án thiết kế ô tô này em được giao nhiệm vụ: “ Tính tốn thiết kế hộp
số ô tô ”.
Thông qua sự hướng dẫn tận tình và dễ hiểu của thầy TS. Nguyễn Văn Đông
đã giúp em hồn thành đồ án mơn học này và có thêm một số kiến thức để áp dụng cho
thực tế. Do thời gian hoàn thành đồ án và sự hiểu biết của em cịn hạn chế nên khơng
tránh đươc sai sót nên em mong sự góp ý của thầy và các bạn.

Đà Nẵng, ngày 09 tháng 05 năm 2020
Sinh viên thực hiện

Trần Văn Kiên

-1-


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ Ơ TƠ

1.1. Cơng dụng của hộp số ôtô
Hộp số là thiết bị dùng để thay đổi số vịng quay và mơmen của động cơ truyền
đến các bánh xe chủ động (cả về trị số và hướng), cho phù hợp với điều kiện làm việc
luôn luôn thay đổi của ô tô mà tự bản thân động cơ không thể tự đáp ứng được.
Ngồi ra hộp số cịn dùng để:
- Thay đổi chiều quay của trục bị động so với trục chủ động để xe có thể chạy lùi.
- Dẫn dộng các bộ phận công tác trên các xe chuyên dùng như xe có tời kéo, xe tự
đổ, cần cẩu…và các thiết bị khác.
- Ngắt truyền động lâu dài giữa động cơ và các bánh xe chủ động khi cần thiết
như: Khi cho xe đứng yên trong thời gian dài mà không cần phải tắt máy, khi khởi
động, cho xe chạy xuống dốc, chạy theo quán tính,...
1.2. Yêu cầu của hộp số
Để đảm bảo các cơng dụng trên, ngồi các yêu cầu chung về sức bền và kết cấu
gọn nhẹ thì hộp số phải thỏa mãn các yêu cầu đặc trưng sau:
- Có tỷ số truyền và số lượng tay số thích hợp, đảm bảo được chất lượng động lực
và tính kinh tế nhiên liệu cần thiết cho ơ tô

- Khi làm việc êm dịu, chuyển số nhẹ nhàng thuận tiện, khơng va đập.
- Phải có vị trí trung gian (số “0”) để có thể ngắt truyền động của động cơ khỏi hệ
thống truyền lực trong thời gian lâu dài.
- Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, bền vững
- Hiệu suất cao, kích thước khối lượng nhỏ, giá thành rẻ
1.3. Phân loại
Với các yêu cầu nêu trên, tùy theo tính chất truyền mơmen cũng như sơ đồ động
học, hiện nay hộp số cơ khí ơtơ có thể phân loại như sau:

-2-


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

- Theo phương pháp điều khiển chia ra các loại: Điều khiển bằng tay, điều khiển
tự động và bán tự động.
- Theo số cấp (Chỉ tính số tiến) phân ra các loại: 3,4,5 và nhiều cấp.
- Theo số lượng phần tử điều khiển cần thiết để gài một số truyền, phân ra: Một,
hai hay ba phần tử điều khiển. Số lượng phần tử điều khiển lớn hơn một thường dùng
trong hộp số nhiều cấp.
- Theo số lượng dòng lực, phân ra: Một, hai hay ba dòng. Tăng số lượng dòng lực
làm phức tạp kết cấu. Tuy vậy cho phép giảm tải trọng tác dụng lên các bánh răng, trục
và ổ trục cũng như kích thước của chúng.
1.3.1. Một số loại hộp số thường dùng
1.3.1.1. Hộp số ba trục (hộp số đồng tâm)
Trên ôtô hiện nay sử dụng nhiều các loại hộp số có trục cố định, điều khiển bằng
tay. Loại hộp số này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, hiệu suất cao (0,96 ÷ 0,98), kích
thước và trọng lượng nhỏ.
Kết cấu hộp số đồng trục thường có ít nhất 3 trục chuyển động, có trục sơ cấp và
trục thứ cấp lắp đồng trục, ngồi ra cịn có thêm trục trung gian. Trục trung gian có thể

có một hoặc hai hoặc ba trục bố trí xung quanh trục sơ cấp và thứ cấp nhằm tăng độ
cứng vững cho trục thứ cấp duy trì sự ăn khớp tốt nhất cho các cặp bánh răng lắp trên
trục.
* Ưu điểm:
+ Có số truyền thẳng, bằng cách nối trực tiếp trục sơ cấp và trục thứ cấp. Khi làm
việc ở số truyền thẳng, các bánh răng, ổ trục và trục trung gian hầu như được giảm tải
hồn hồn tồn nên giảm được mài mịn, tiếng ồn và mất mát công suất nên đạt được
hiệu suất cao nhất. Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với hộp số ơtơ vì phần lớn thời gian
làm việc của hộp số là số truyền thẳng (chiếm tỷ lệ từ 50% ÷ 80%). Vì vậy hộp số kiểu
này được sử dụng nhiều trên các loại xe ôtô (từ xe du lịch cho đến xe khách và xe tải).

-3-


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

+ Các số truyền khác, mômen truyền qua hai cặp bánh răng, do đó có thể tạo được
tỷ số truyền lớn (7÷ 9) với kích thước khá nhỏ gọn. Nhờ đó giảm được trọng lượng
tồn bộ của ơtơ.
* Nhược điểm:
+Hiệu suất giảm ở các tay số trung gian.
+Ổ bi gối đỡ trước trục thứ cấp, do bố trí trong lỡ ở phần bánh răng công xôn của
trục sơ cấp nên làm việc căng thẳng vì kích thước bị hạn chế bởi điều kiện kết cấu.

Hình 1.1- Sơ đồ động hộp số ba trục.
I: Trục sơ cấp;
IV: Trục số lùi;

II: Trục trung gian;
A,B: Bộ đồng tốc;

III: Trục thứ cấp
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
1.3.1.2. Hộp số hai trục
Loại hộp số hai trục là kiểu hộp số thông dụng của truyền động hộp số cơ khí gồm
một trục sơ cấp gắn các bánh răng chủ động và một trục thứ cấp gắn các bánh răng bị
động của các cấp số truyền tương ứng. Loại hộp số này không thể tạo ra được số truyền
thẳng như hộp số nhiều trục mặc dù tỷ số truyền của một cấp số nào đó bằng một, vì
phải thơng qua cặp bánh răng ăn khớp.

-4-


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

Kiểu hộp số này phù hợp với hệ thống truyền lực có cầu chủ động bố trí cùng phía
trên động cơ (cụm động cơ, ly hợp, hộp số bố trí ngay trên cầu chủ động). Chiều
chuyển động là ngược nhau, truyền động được dẫn ra trục thứ cấp có chiều ngược với
chiều truyền động dẫn vào đối với trục sơ cấp.
* Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, làm việc êm dịu và có hiệt suất cao ở các tay số trung gian
+ Dễ bố trí và đơn giản được kết cấu, hệ thống truyền lực khi xe đặt động cơ gần
cầu chủ động.
* Nhược Điểm:
+ Khơng có số truyền thẳng, vì thế các bánh răng ổ trục không được giảm tải ở
số truyền cao-làm tăng mài mòn và tiếng ồn.
+ Giá trị tỷ số truyền tay số thấp bị hạn chế (ih1<4÷4,5 ). Với đặc điểm đó, nó
thường được sử dụng trên các ô tô du lịch và thể thao có động cơ bố trí cạnh cầu chủ

động hoặc trên máy kéo có hộp số bố trí chung trong cùng một vỏ với truyền lực chính.

Hình 1.2- Sơ đồ động hộp số hai trục.
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;
-5-


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

1.3.2. 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 gọi là hộp số phụ. Hộp số
phụ thường có một số truyền thẳng và một số truyền giảm hoặc tăng.
1.3.2.1. Hộp số phụ đặt phía trước hộp số chính
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
hộp số phụ này khơng lớn, có tác dụng chủ yếu là chia nhỏ dãy tỷ số truyền của hộp số
chính nên cịn gọi là hộp số chia.

Hình 1.3- Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí trước
1p, 2p: Vị trí gài cấp số 1, cấp số 2 của số phụ ;

1, 2, 3, 4, 5, L: Vị trí gài cấp số 1, số 2, số 3, số 4, số 5, 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 phu; I: Trục sơ cấp hộp số chính (thứ cấp hộp số phụ);
II: Trục trung gian; III: Trục thứ cấp hộp số chính;

-6-


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

- Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, đảm bảo tính thống nhất hố 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 khoảng cách trục hộp số lớn hơn, do mơmen trên trục ra của hộp số
chính lớn.

Hình 1.4- Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí phía trước kiểu hành tinh.
I- Trục sơ cấp của hộp số chính; II- Trục trung gian; III- Trục thứ cấp của hộp số
chính (chính là trục sơ cấp của hộp số phụ hành tinh ); 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, số lùi của hộp số.
1.3.2.2. Hộp số phụ đặt phía sau hộp số chính
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.

-7-

Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

- 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 hố của hộp số chính.
+ Hiệu suất giảm khi gài số truyền thấp.

Hình 1.5- Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ kiểu hành tinh
I- Trục sơ cấp của hộp số chính; II- Trục trung gian; III- Trục thứ cấp của hộp số
chính (chính là trục sơ cấp của hộp số phụ hành tinh ); 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, số lùi của hộp số.
1.4. 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 di trượt, hoặc bộ đồng tốc để dịch chuyển chúng vào vị trí gài số hoặc vị
trí trung gian. Phần lớn cơ cấu điều khiển số trên ơtơ là hệ thống địn điều khiển đơn
-8-


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

giản. Chúng gắn trực tiếp lên 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 đi xe thì địn điều khiển vẫn bố trí bên cạnh lái xe. Trong trường
hợp này phải dùng thêm 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 hiện nhờ hệ thống đòn điều khiển cơ khí hoặc điều khiển thủy khí nhờ các van
phân phối và các xilanh lực.
1.4.1. 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
bánh răng của bộ đồng tốc ( hoặc ống gài) mỗi khi gài số hoặc nhả số, đảm bảo cho các
bánh răng nhả số hoàn toàn hay ăn khớp hết chiều dài của răng. Lực định vị vừa đủ lớn
để tránh hiện tượng 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 để gắn các càng gạt số)

Hình 1.6- Cơ cấu định vị
-9-


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

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

Hình 1.7- Kết cấu khóa hãm
+ Cơ cấu an toàn khi gài số lùi:
Trên hộp số ơ tơ phải có cơ cấu an tồn tránh gài một số ngẫu nhiên khi mà xe
đang chuyển 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.
1.4.2. Ống gài số.

Hầu hết các bánh răng gài số của hộp số ô tô thường được lắp lồng không lên
trục, bánh răng di trượt chỉ dùng hạn chế ở số lùi hoặc số một. Để tiến hành gài số đối
với các bánh răng quay trơn trên trục ta phải dùng ống gài hoặc bộ đồng tốc nhằm nối
cứng bánh răng với trục thơng qua các khớp răng: nó có thể là răng trong hoặc răng
ngồi.
Để q trình gài số bằng ống gài được dễ dàng và nhanh chóng hơn, các răng
của ống gài được vát nhọn và cứ một răng lại khuyết đi một răng; đồng thời về phía các
đai răng của bánh răng gài số, cứ cách một răng có một răng ngắn hơn.
- 10 -


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

Ống gài số chỉ sử dụng để thực hiện việc gài số cho số lùi hoặc số thấp nhất cho
hộp số ơtơ, cịn hầu hết các số khác của hộp số phải dùng bộ đồng tốc để gài số nhằm
đảm bảo việc gài số được êm dịu, không gây va đập răng cho hộp số nói riêng và cũng
như cho hệ thống truyền lực nói chung.
1.4.3. Bộ đồng tốc
Bộ đồng tốc dùng để nối bánh răng với trục khi gài số. Nó có nhiệm vụ:
- Làm đồng đều tốc độ ở các phần cần gài trước khi chúng được nối với nhau;
- Không cho phép gài số khi các chi tiết cần nối chưa đồng đều tốc độ. Nhờ đó đảm
bảo q trình gài số được êm dịu dễ dàng.
- Phổ biến hiện nay là các đồng tốc qn tính có bề mặt ma sát dạng côn.
-Kết cấu đồng tốc rất đa dạng. Tuy nhiên, trong kết cấu bao giờ cũng có ba phần tử
chức năng là:
+ Phần tử ma sát: có nhiệm vụ làm đồng đều tốc độ góc các phần nối.
+ Phần tử khóa: có nhiệm vụ khơng cho gài số khi các phần cần gài chưa đồng tốc.
+ Phần tử định vị: có nhiệm vụ định vị các chi tiết ở vị trí trung gian và đã gài. Liên
kết định vị phải là dạng lien kết mềm để không làm ảnh hưởng đến q trình gài số của
đồng tốc.

• Ngun lý làm việc của đồng tốc
- Giai đoạn 1: Người lái thông qua nạng gạt và cơ cấu định vị, dịch chuyển bề mặt
côn bị động của phần tử ma sát, vào tiếp xúc với bề mặt côn chủ động đang quay, Nhờ
ma sát trên mặt côn, phần tử chủ động kéo phần tử bị động quay theo và đưa các chi
tiết của phần tử khố vào vị trí khóa, không cho các răng vào ăn khớp khi hai phần tử
chưa đồng tốc.
- Giai đoạn 2: Phần tử chủ động kéo phần bị động quay theo với tốc độ tăng dần.
Lực quán tính ép chặt hai mặt vát của phần tử khóa tạo nên phản lực N rất lớn, khơng
cho người lái đẩy các vành răng vào ăn khớp.

- 11 -


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

- Giai đoạn 3: Hai phần tử đã quay đồng tốc độ. Lực quán tính và phản lực N đã
triệt tiêu. Cơ cấu khóa hết tác dụng. Dưới tác dụng của người lái, các vành răng thắng
lực của lò xo định vị tiến hành ăn khớp và kết thức gài số.
- Bộ đồng tốc loại I (loại chốt hãm)

Hình 1.8- Kết cấu bộ đồng tốc loại I (bộ phận 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 chống gài số khi chưa đồng đều tốc độ giữa bộ phận nối (1) và bánh răng gài số (4).
+ Vành ma sát (3) của đồng tốc: Có nhiệm vụ tạo ra mơmen 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 khi gài số.
+ Bộ phận định vị: Gồm bi định vị (5) và chốt (6) có nhiệm vụ giữ cho các vành

ma sát ở vị trí trung gian khi bộ đồng tốc không thực hiện gài số; đồng thời cho phép

- 12 -


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

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
trung bình và lớn nhờ kết cấu vững chắc và tin cậy.

Hình 1.9- Kết cấu bộ đồng tốc loại Ib (bộ phận nối kiểu rời).
+ 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 hãm nói chung khơng lớn nên có thể sử dụng chính bề mặt nghiêng của các
răng để làm bộ phận hãm. Tùy theo kết cấu cụ thể mà đồng tốc loại răng hãm có nhiều
kiểu dáng khác nhau nhưng đều có chung 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) chưa đồng đều tốc độ với trục (7).

- 13 -


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

Hình 1.10- Kết cấu bộ đồng tốc loại IIa(kiểu định vị).

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 cơn ma sát, rms: Bán kính ma sát trung
bình, β: Góc nghiêng của bề mặt hãm, rβ: 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 bộ phận 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 côn trên bánh răng gài số (4) khi bắt đầu tiến hành gài số.

- 14 -


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

Hình 1.11- Kết cấu bộ đồng tốc loại IIb (kiểu thanh trượt định vị).
1: Bộ phận nối (ống nối), 2: Vành răng hãm, 3: Vành côn ma sát, 4: Bánh răng gài số,
5: Thanh trượt định vị, 6: Lò xo định vị thanh trượt, 7: Trục hộp số, α: Góc cơn 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 bộ đồng 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
sát trượt thay vì ma sát lăn như loại IIa, nên hốc định vị có thể dễ mịn hơn loại IIa.
Tuy vậy lực định vị này nhỏ, hơn nữa bộ đồng tốc làm việc trong dầu nên nhược điểm

này có thể khắc phục được nhờ chúng luôn luôn được bôi trơn trong dầu.
Bộ đồng tốc loại IIc có cấu tạo bộ phận định vị kiểu ống trụ.

- 15 -


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

Hình 1.12- Kết cấu bộ đồng tốc loại IIc(ống trụ đẩy định vị)
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, rms: Bán kính ma sát trung bình,
rβ: 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, được lồng trong ống trụ (5a) và chốt định vị (5b). Nhờ vậy lị xo khơng bị lệch như
kiểu IIa. Ở đây ống trụ (5a) vừa làm chức năng thanh đẩy vừa làm nhiệm vụ định vị.
Do trụ đẩy (5a) có kích thước bé nên cần phải có thêm các lị xo định vị phụ (5c) giữ
cho các vành ma sát (3) luôn tỳ sát trục đẩy.

Hình 1.13- Kết cấu bộ đồng tốc loại IId(kiểu lị xo định vị hướng trục).
1: Bộ phận nối, 2: Vành răng hãm, 3: Vành côn ma sát, 4: Bánh răng gài số, 5: lị xo
định vị, β: Góc nghiêng của răng hãm, rβ: bán kính trung bình mặt hãm, rms: Bán kính
ma sát trung bình.
- 16 -


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

Tuy đơn giản, nhược điểm của đồng tốc này là lực chiều trục của lị 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 vị bên thanh trượt phải lớn. Điều này lại dẫn đến mòn các hốc định vị trên

thanh trượt và do đó lại dễ bị nhả số.
1.4.4. Các te hộp số
- Các te đúc liền khối.
- Độ đồng trục của các hộp số sơ cấp và thứ cấp của hộp số 3 trục được đảm bảo
bới độ đồng trục của lỗ lắp các ổ trục trên các te và cổ trục.
- Các te của hộp số được định tâm nhờ vịng ngồi của ổ đỡ sau trục sơ cấp hay
vành định tâm trên mặt bích nắp ổ.
- Lỡ lắp ổ bi gối đỡ thứ hai của trục sơ cấp trên các te phải lớn hơn đường kính
bánh răng của trục sơ cấp để có thể luồn trục qua khi lắp ghép.
- Hộp số được bắt chặt với các te ly hợp.
- Ở các te hộp số, bên thành trái hoặc phải có thể có cửa để lắp hộp trích cơng suất.

- 17 -


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

CHƯƠNG 2:
2.1.

TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ BAN ĐẦU

Tính tốn xác định các thơng số u cầu ban đầu.

2.1.1. Tính tỷ số truyền của số thấp nhất.
❖

Số liệu cho trước :

+Loại ôtô: xe tải

+Trọng lượng toàn bộ của xe : Ga = 7200 [kg].
+Động cơ Diesel có:
Cơng suất cực đại: Nemax = 110 [kW] ở tốc độ nN = 3200 [vịng/phút].
Mơmen cực đại: Memax = 370 [N.m]

ở tốc độ nM = 2000 [vịng/phút].

+Bán kính làm việc của bánh xe : rbx = 400 [mm] = 0,4 [m].
+Tốc độ cực đại của xe: Va max = 100 [km/h].
+Hệ số cản lớn nhất của đường:  max = 0,25
* Tỷ số truyền của tay số 1 được tính theo điều kiện kéo [1]:
ih1 

 max .Ga .rbx
M e max .i0 .t

(2.1)

Trong đó :
 max :

Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường, theo đề :  max = 0,25

Ga :

Trọng lượng toàn bộ xe, theo đề : Ga = 7200.9,81= 70632 [N]

rbx :

Bán kính làm việc bánh xe, theo đề:

rbx = 0,4 [m]

M e max : Mômen cực đại, theo đề: M e max = 370 [Nm]
t :

Hiệu suất hệ thống truyền lực, theo [1]:  t = 0,82  0,85 (đối với xe

tải).
Chọn  t = 0,84
i0 :

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

- 18 -


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

i0 =

e max .rbx

(2.2)

ihn .va max

Trong đó :
ihn :

Tỷ số truyền cao nhất của hộp số, thường chọn ihn = 1 (số truyền thẳng)

e max : Tốc độ lớn nhất của động cơ, [rad/s] ; được xác định theo [1]:
Với động cơ diesel, xe tải: e max =  N

N :

Là tốc độ góc ứng với cơng suất cực đại của động cơ, ta có:

 N = n N . π /30 = 3200. π / 30 = 335,1 [rad/s]
Khi đó: ωemax = 355,1 [rad/s]
Vmax :

Tốc độ cực đại của xe, [km/h]
Theo đề:

Vmax = 100 [km/h] = 27,77[m/s].

Lần lượt thế số vào (2.2) rồi (2.1) ta được:
335,1.0,4

i0 =

Vậy :

ih1 

1.27,77

= 4,82

0,25.70632.0,4
370.4,82.0,84

= 5,25

* Kiểm tra theo điều kiện bám, theo [1] ta có:
ih1 

G . .rbx

(2.3)

M e max .i0 .t

Trong đó :
G : Trọng lượng bám của xe, [N]

Theo [1] thì trọng lượng bám của xe được xác định:
G = Gcd .mcd . Trong đó:

Gcd: Trọng lượng phân bố lên cầu chủ động, [N]
Gcd = 0,7. Ga = 0,7.70632 =49442,4 [N]
mcd :hệ số phân bố tải trọng lên cầu chủ động

- 19 -


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

mcd = 1,2 - 1,35 (Theo [1])

chọn mcd =1,3
=> G = 49442,4.1,3= 64275,2 [N]
: Hệ số bám giữa lốp và mặt đường. Theo [1] chọn  = 0,8.
rbx: Bán kính làm việc của bánh xe. rbx = 0,4 [m].
Memax: Momen cực đại. Memax = 370 [N.m]
i0: Tỉ số truyền lực chính. i0 = 4,82
t: Hiệu suất truyền lực chính. t = 0,84
ih1 

Vậy :

64275,12.0, 4.0,8
= 13,72.
370.4,82.0,84

* Kiểm tra theo điều kiện tốc độ tối thiểu của ôtô. Theo [1]:
ih1 ≥

M e min .rbx
va min .i0

(2.4)

Trong đó :
va min : tốc độ chuyển động ổn định nhỏ nhất , [m/s]
va min = 4  5 (km/h), chọn va min = 4 [km/h] = 1,11 [m/s]

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

Đối với động cơ Diesel xe tải  e min =600 [v/ph],
chọn  e min = 600 [v/ph] =
Vậy:

ih1 

2.3,1416.600
=62,8 [rad/s]
60

62,86.0, 4
= 4,69
1,11.4,82

Theo 3 điều kiện trên : 4, 69  ih1  13, 72
Vậy chọn ih1 =5,25 theo điều kiện kéo (thỏa mãn cả điều kiện bám và tốc dộ tối
thiểu).

- 20 -


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

2.1.2. Tính số cấp của hộp số.
Với xe tải, thiết kế xe theo tiêu chí tiêu hao nhiên liệu thấp, tính năng động lực học
không tốt lắm nên số cấp thường từ 4 đến cấp, đặc biết có thể lên đến 10÷20 cấp (hộp
số nhiều cấp).
Số cấp của hộp số được xác định theo cơng thức:
n=

log ih1 − log ihn
+1
log q

Trong đó:
n: số cấp hộp số
i h1 = 4,44: tỉ số truyền thấp nhất của hộp số
i hn = 1 : tỉ số truyền thẳng
q : công bội của dãy tỷ số truyền. Khi tính tốn có thể chọn cơng bội trung
bình q theo kinh nghiệm. Đối với hộp số thường q= 1,5-1,7
chọn q=1,5


n=

(log 5, 25 − log1)
+ 1 = 4,74
log1,5

Vậy ta chọn hộp số có 5 cấp (n= 5).
2.1.3. Tính tỷ số trung gian của hộ số
Đối với xe thường làm việc với các tay số truyền trung gian và số thấp nên số
truyền trung gian được xác lập theo cấp số nhân với cơng bội q như sau:

q*= (n-1)

Tính lại q:

i h1

i hn

i
5, 25
q* = (n − 1) h1 = (4 − 1)
= 1,51
i
1
hn

Các tỷ số truyền trung gian được tính: ihk =

ih1
q *( k −1)

- 21 -


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

Với ih1 = 5,25
ih2 =

5, 25
= 3, 47
1,51(2−1)

ih3 =

5, 25

= 2,30
1,51(3−1)

ih4 =

4,55
= 1,524
1,51(4−1)

ih5 = 1
Tỷ số truyền số lùi:
ihl được xác định khi bố trí chung hộp số, được chọn trong khoảng:
ihl = (1,2 ÷ 1,3).ih1, chọn ihl = 1,2.ih1 = 1,2 . 5,25 = 6,3
2.2.

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

Ta có hộp số 5 cấp nên có 2 phương án để chọn kiểu hộp số đó là hộp số 3 trục và 2
trục.
Ta thấy hiện nay đa số các loại xe (n<6) người ta đều chọn hộ số 3 trục. Dựa vào
đặc điểm cũng như ưu điểm của hộp số 3 trục nhiều và tốt hơn hộp số 2 trục nên ta
chọn hộp số 3 trục:
+ Có số truyền thẳng, 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 mịn, tiếng ồn, mất mát
cơng suất.
+ Kết cấu hộp số nhỏ gọn, giúp tiết kiệm vật liệu chế tạo, giảm giá thành xe,…
+ Khi các tỷ số truyền khác nhau mơ men truyền qua hai cặp bánh răng, do đó có
thể tao ra các tỷ số truyền lớn và kích thước nhỏ gọn, nhờ đó giảm đượcc tải trọng
tồn bộ xe.

- 22 -


Tính tốn thiết kế hộp số ơ tơ

❖ Sơ đồ động học hộp số 5 cấp:

Hình 2.1.Sơ đồ hộp số 5 cấp thiết kế
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; I-: Trục trung gian; II-: Trục thứ cấp;
ZA, Z’A- Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng truyền động chung;
Z1,Z’1- Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số 1;
Z2, Z’2: Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số 2;
Z3, Z’3- Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số 3;
Z4, Z’4- Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số 4;
ZL, Z’'L- Cặp bánh răng chủ động và trung gian gài số lùi;

- 23 -