thuyết minh đồ án thiết kế ô tô

Thiết kế hộp số ôtô
LỜI NÓI ĐẦU
Ô tô là phượng tiện sản xuất và kinh doanh trong 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 mới với những thành quả quan trọng.
Những biến đổi mà đòi hỏi phải có những nhận thức mới, sâu rộng. Những vấn
đề đó có liên quan đến công nghệ ô tô.
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 thiết kế ôtô là một bước cũng cố và phát triển những hiểu biết
cơ bản có từ những môn học có liên quan.
Để hoàn thành đồ án này em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình
của thầy TS. Nguyễn Hoàng Việt, các thầy trong bộ môn và các bạn trong lớp.
Mặc dù đã thiết kế và làm hết sức nhưng do thời gian, trình độ, kinh nghiệm
còn hạn chế về nhiều mặt nên quá trình làm đồ án em không thể tránh khỏi
những thiếu sót, rất mong sự thông cảm, quan tâm giúp đỡ của các thầy trong
bộ môn.
Đà Nẵng, ngày 4 tháng 6 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Võ Tấn Long
-1-
1
Thiết kế hộp số ôtô
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ ÔTÔ
1.1. Công dụng, yêu cầu của hộp số
1.1.1. Công dụngcủa hộp số
- Hộp số dùng để thay đổi số vòng quay và mômen của động cơ đến các
bánh xe chủ động (cả về độ lớn và hướng), cho phù hợp với điều kiện làm việc
luôn luôn thay đổi của ô tô, mà tự bản than động cơ không thể đáp ứng được

do:
+Hệ số thích ứng momen thấp (K
m
=1,05-1,25).
+Số vòng quay ổn định tối thiểu tương đối cao.
+Chiều quay không tự thay đổi được.
-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 x echo động cơ chạy không tải, khi cho xe chạy theo quán
tính,
+Dẫn động các bộ phận công tác khác trên các xe chuyên dùng như: Tời kéo,
cần cẩu, xe tự đổ,
1.1.2. Yêu cầu của hộp số
Để đảm bảo các công dụng nêu trên, thì hộp số phải đảm bảo thỏa mãn
các yêu cầu đặc trưng sau:
- Hộp số phải có đủ tỷ số truyền cần thiết nhằm đảm bảo tốt tính chất động lực
và tính kinh tế nhiên liệu khi làm việc.
-Khi gài số không sinh ra các lực va đập lên các răng nói riêng và hệ thống
truyền lực nói chung. Muốn vậy, hộp số ô tô phải có các bộ đồng tốc để gài số
hoặc ống dễ gài số.
- Hộp số phải có vị trí trung gian để có thể ngắt truyền động của động cơ khỏi
hệ thống truyền lực trong thời gian lâu dài. Phải có cơ cấu chống gài 2 số cùng
lúc để đảm bảo an toàn cho hộp số không bị gãy, vỡ răng.
- Hộp số phải có số lùi để cho phép xe chuyển động lùi để, đồng thời phải có
cơ cấu chống tự động gài số lùi một cách ngẫu nhiên.
-2-
2
Thiết kế hộp số ôtô
- Điều khiển nhẹ nhàng, làm việc êm dịu và hiệu suất cao.
- Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, bền vững, giá thành rẻ.

1.2. Phân loại hộp số
-Theo phương pháp điều khiển chia ra các loại: điều khiern 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 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 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. Một số sơ đồ hộp số thông dụng
Hộp số ba trục cố định có trục sơ cấp và thứ cấp đồng tâm được sử dụng phố
biến nhất. Hộp số hai trục cố định thường chỉ sử dụng trên các ô tô du lịch, thể
thao hoặc máy kéo. Số cấp các hộp số đơn thường không vượt quá sáu.
1.3.1. Hộp số hai trục
-Ưu điểm:
+Kết cấu đơn giản, làm việc êm dịu và có hiệu 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:
+Không 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 nhất bị hạn chế (i
h1
<4-4,5), (Muốn khắc phục
phải giảm tỷ số truyền của tay số cao nhất và tăng i
o
). Với đặc điểm đó nó

-3-
3
Thiết kế hộp số ôtô
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.
-Sơ đồ động:
+Trục thứ cấp hộp số thường được chế tạo liền với bánh răng côn hay hypoit
của truyền lực chính (khi động cơ đặt dọc) hoặc bánh răng trụ (khi động cơ đặt
ngang) tạo điều kiện đơn giản kết cấu và dễ bố trí.
+ Đồng tốc của số 1,2 thường đặt trên trục bị động vì khó 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
ngắn chiều dài hộp số.
Hình 1.1: Sơ đồ hộp số 2 trục
1.3.2. Hộp số ba trục
-Ưu điểm:
+Hộp số đồng trục cho phép tạo ra số truyền thẳng bằng cách nối trực tiếp các
trục sơ cấp và thứ cấp( không qua cặp bánh răng nào) nên hiệu suất cao. 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.
-4-
4
Thiết kế hộp số ôtô
+Ở các số truyền khác, momen truyền qua hai cặp bánh răng, do đó có thể tạo
ra được tỷ số truyền lớn tới (7-9) với kích thước khá nhỏ gọn. Nhờ đó giảm
được trọng lượng toàn bộ của ô tô.
-Nhược điểm:
+Hiệu suất giảm ở các tay số trung gian.

+Ổ bi gối đỡ trước trục thứ cấp, do bố trí trong lỗ ở phần bánh răng công xôn
của trục sơ trục sơ cấp, nên làm việc căng thẳng vì kích thước bị hạn chế bởi
điều kiện kết cấu.
-Sơ đồ động:
+Sơ đồ động của các hộp số ba trục có số 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 tay số đều sử dụng cặp bánh răng nghiêng thường xuyên ăn
khớp.
+Để đảm bảo độ cứng vững giữa hai gối đỡ trên trục không bố trí quá 6 cặp
bánh răng.
+ Bánh răng các tay số thấp (như số 1 và số lùi) chịu lực lớn, thời gian làm việc
ít hơn, bố trí sát gối đỡ sau. Bánh răng các 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 bánh răng tốt hơn nên giảm được tiếng ồn và mài mòn.
+Để tăng độ cứng vững cũng có thể tăng số lượng các gối đỡ và dùng hộp số
nhiều ngăn.
-5-
5
Thiết kế hộp số ôtô
Hình 1.2: Sơ đồ hộp số 3 trục 4 cấp
1-Trục sơ cấp; 2-Trục trung gian; 3-Trục thứ cấp; 4-Trục trung gian số lùi
1.4. 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 nhiều cấp được tạo thành bắng cách ghép thêm vào
phía trước hoặc phía sau hộp số cơ sở (hộp số chính-loại ba 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.
1.4.1. Hộp số phụ dặt trước
Hộp số phụ đặt phía trước là hợp lý về kết cấu trong trường hợp nó chỉ có
một cặp bánh răng để tạo số thấp, còn số cao là số truyền thẳng-nối trực tiếp

vào của hộp số phụ với trục sơ cấp của hộp số chính. Tỷ số truyền số thấp của
hộp số phụ này không lớn, có tác dụng chủ yếu là chia nhỏ dãy tỷ số truyền của
hộp số chính, nên còn được gọi là hộp số chia. Hộp số chia có ưu điểm là: kết
cấu đơn giản, đảm bảo tính thống nhất hóa cao cho hộp số chính (có thể dùng
như một hộp số độc lập), hiệu suất tương tự như hộp số chính khi gài số thấp ở
-6-
6
Thiết kế hộp số ôtô
hộp số phụ. Nhược điểm của hộp số chia là yêu cầu khoảng cách trục ra của
hộp số chính lớn.
III
I
II
4
3
2
1
L
5
2
p
1
p
Z
ap
Z
ac
Hình 1.3: Hộp số ba trục với hộp số phụ đặt phía trước
Ip-Trục sơ cấp hộp số phụ; I-Trục sơ cấp hộp số chính; III-Trục thứ cấp hộp số
chính; II-Trục trung gian; 1p,2p-Vị trí gài cấp số 1, cấp số 2 của số phụ

Zap-cặp bánh răng dẫn động trung gian từ hộp số phụ.
Zac- cặp bánh răng dẫn động trung gian từ hộp số chính.
1.4.2. Hộp số phụ đặt sau
Hộp số phụ đặt phía sau 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 được gọi là hộp giảm
tốc. Hộp số này có ưu điểm là giảm được khoảng cách trục và tải trọng tác
dụng lên các chi tiết của hộp số chính. Nhược điểm của nó là giảm tính thống
nhất hóa của hộp số chính (không thể sử dụng độc lập do khoảng tỷ số truyền
nhỏ), hiệu suất giảm khi gài số truyền thấp.
-7-
7
Thiết kế hộp số ôtô
I
II
III
III
p
Z
a
Z
a
4
3
2
L
1
Hình 1.4: Hộp số ba trục với hộp số phụ đặt phía sau
I-Trục sơ cấp hộp số chính; II-Trục trung gian hộp số chính; III-Trục thứ cấp
hộp số chính (cũng chính là trục sơ cấp của hộp số phụ); IIIp-Trục thứ cấp hộp

số phụ.
-8-
8
Thiết kế hộp số ôtô
Chương 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ
2.1. Xác định tỷ số truyền và số cấp của hộp số
-Tỷ số truyền và số cấp hộp số phải đảm bảo cho xe có chất lượng động lực
học và tính kinh tế nhiên liệu tốt nhất (trong điều kiện sử dụng cho trước).
-Điều khiển hộp số dễ dàng thuận tiện.
2.1.1. Tỷ số truyền của số thấp nhất
Tỷ số truyền của tay số 1 được tính theo [3] gồm ba điều kiện như sau:
-Khả năng thắng sức cản lớn nhất trong điều kiện sử dụng cho trước:

max bx
h1
e max 0 t
.G.r
i
M .i .
ψ
≥
η
(2.1)
-Khả năng tạo lực kéo lớn nhất theo điều kiện bám:

bx
h1
e max 0 t
.G .r
i

M .i .
ϕ
ϕ
≤
η
(2.2)
-Khả năng chuyển động với tốc độ ổn định tối thiểu để có thể cơ động trong
điều kiện địa hình chập hẹp:

e min bx
h1
a min 0
.r
i
v .i
ω
≤
(2.3)
Trong đó:
+
max
ψ
= 0,24: Hệ số cản lớn nhất của đường.
+G = 10500.9,81= 103005 [N] : Trọng lượng toàn bộ xe.
+
bx
r
= 0,45 [m] : Bán kính làm việc bánh xe.
+
e max

M
= 440 [Nm]: Mômen cực đại của động cơ
+
t
η
: Hiệu suất hệ thống truyền lực.
t
η
= 0,82
÷
0,85. Chọn
t
η
=0,85
-9-
9
Thiết kế hộp số ôtô
+φ: Hệ số bám giữ lốp với mặt đường.
φ =(0,6÷0,8). Chọn φ =0,8
+G
φ
: Trọng lượng bám của xe [N].
G
φ
=m
cd
.G
cd
[N]
Với G

cd
: Trọng lượng phân bố cầu chủ động.
G
cd
=(0,5÷0,75)G
a
Đối với ô tô khách cầu sau chủ động, có thể lấy:
G
cd
=0,7.G
a
=0,7.103005=72103,5[N]
+m
cd
: Hệ số phân bố tải trọng lên cầu chủ động.
m
cd
=(1,2÷1,35). Chọn m
cd
= 1,25
Từ đó suy ra: G
φ
=m
cd
.G
cd
=72103,5.1,25 = 90129[N]
+ω
emin
: Tốc độ góc ổn định nhỏ nhất của động cơ khi đầy tải [rad/s].

Với xe khách sử dụng động cơ diesel: ω
emin
= 600÷800[vg/ph].
Chọn ω
emin
= 850[vg/ph] = 89,01[m/s].
+v
amin
: Tốc độ chuyển động ổn định nhỏ nhất [km/h] mà xe có thể thực hiện
được dễ dàng cơ động khi địa hình chật hẹp.
v
amin
= 4÷5[km/h]. Chọn v
amin
=4[km/h] = 1,11[m/s]
+Giá trị tỷ số truyền của truyền lực chính i
0
được xác định theo [1], tốc độ
chuyển động lớn nhất của xe v
amax
= [m/s], tốc độ góc lớn nhất của động cơ
ω
emax
[rad/s] như sau:
i
0
=
e max bx
hn amax
.r

i .v
ω
(2.4)
Với:
+i
hn
= 1: Tỷ số truyền cao nhất của hộp số.
+
max
ω
[rad/s] : Tốc độ góc lớn nhất của động cơ, được xác định theo loại động
cơ và chủng loại xe thiết kế. Với động cơ diesel, xe khách
e max
ω

=
N
ω
-10-
10
Thiết kế hộp số ôtô
+
N
ω
: Là tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ, ta có:

e max
ω
=
N

n .
2600.
30 30
π
π
=
= 272,27 [rad/s]

Vậy:
e max
ω
= 272,27 [rad/s].

V
max
[km/h]: Tốc độ cực đại của xe.
V
max
=110 [km/h] = 30,56 [m/s].
Thay số vào (2.4) ta tính được:

e max bx
0
hn max
.r 272,27.0,45
i 4,01
i .v 1.30,56
ω
= = =

- Tính ih1 theo điều kiện (2.1).

max a bx
h1
e max t 0
.G .r
0,24.103005.0,45
i 7,42
M . .i 440.4,01.0,85
ψ
≥ = =
η
-Tính ih1 theo điều kiện (2.2).

bx
h1
e max 0 t
.G .r
0,8.72103,5.0,45
i 17,3
M .i . 440.4,01.0,85
ϕ
ϕ
≤ = =
η
-Tính ih1 theo điều kiện (2.3).
e min bx
h1
a min 0
.r 89,01.045

i 9
v .i 1,11.4,01
ω
≤ = =
Kết hợp 3 điều kiện trên ta chọn i
h1
=7,42


2.1.2. Tính số cấp của hộp số
Số cấp của hộp số được xác định phụ thuộc vào:
+Chủng loại và công dụng của ô tô.
+Vào khoảng tỷ số truyền
h1
i
hn
i
k
i
=
Trong đó: i
h1
là tỷ số truyền tay số một của hộp số.
-11-
11
Thiết kế hộp số ôtô
i
hn
là tỷ số truyền tay số cao nhất của hộp số.
Nếu coi tỷ số truyền của hộp số được bố trí theo cấp số nhân, thì đối với hộp

số ít cấp công bội của dãy tỷ số truyền thường nằm trong giới hạn q=1,35 1,4,
một số trường hợp có thể lớn hơn. Đối với các hộp số nhiều cấp, trong vùng
các số hay sử dụng nhất, khoảng cách giữa các cấp (tức tỷ số truyền giữa các
tay số kề nhau q
i,i+1
= i
hi
/i
h(i+1)
) cần phải nằm trong giới hạn 1,31,4. Khoảng
này lớn sẽ làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu và giảm chất lượng động lực học
của ô tô và khó chuyển tay số. Khoảng cách nhỏ quá lại làm cho người lái khó
khăn trong vấn 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
bảo đảm khả năng chuyển số.
-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 [3]:
)lg(
)lg(
1, +iti
i
q
K
 n- 1 
)lg(
)lg(
1, +ici
i
q
K

(2.5)
Trong đó: +q
ti,i+1
: khoảng cách tỷ số truyền hai số liên tiếp ở vùng số thấp
q
ti,i+1
= 1,61.7. Chọn q
ti,i+1
= 1,7
+q
ci,i+1
: khoảng cách tỷ số truyền hai số liên tiếp ở vùng số cao
q
ci,i+1
= 1,31,4. Chọn q
ci,i+1
= 1,4 ;
+n: số cấp
+Tỷ số truyền thấp nhất i
1
= 7,42
+Tỷ số truyền ở tay số cao nhất i
hn
= 1
K
i
= i
1
/i
hn

= 7,42/ 1 =8.5

Thay số vào công thức (2.5) ta có:
log(7,42)
log(1,7)
 n- 1 
log(7,42)
log(1,4)
⇒ 4,7 n  6,9
Chọn hộp số có 5 cấp (n=5).
-12-
12
Thiết kế hộp số ôtô
Đối với xe ô tô xe khách thường làm việc với các số truyền cao nên số
truyền trung gian được xác lập theo cấp số điều hòa nhằm sử dụng tốt nhất
công suất của động cơ khi sang số theo [2] như sau:
Hình 2.1: Đồ thị sang số khi tỷ số truyền bố trí theo cấp số điều hòa.
-Khi tính theo số cấp số điều hòa, 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 ở các số truyền thấp. Theo quy luật này tỷ số truyền các tay số trung gian
được xác định theo [3]:
1
hi h1 h1
i 1 m i
i i .i (2.6)
m 1 m 1
−
− −
 
= +

 
− −
 
Ở đây:
+i: Số thứ tự tay số
+n: Số cấp hộp số.
-13-
13
Thiết kế hộp số ôtô
+m: Số hiệu tay số truyền thẳng.
Thay số vào (2.6) lần lượt ta tính được các tỷ số truyền các số trung gian.
-Tỷ số truyền tay số 2:
1
h2
2 1 5 2
i 7,42. .7,42 2,85
5 1 5 1
−
− −
 
= + =
 
− −
 
-Tỷ số truyền tay số 3:
1
h3
3 1 5 3
i 7,42. .7,42 1,76
5 1 5 1

−
− −
 
= + =
 
− −
 
-Tỷ số truyền tay số 4:
1
h3
5 1 5 4
i 7,42. .7,42 1,28
5 1 5 1
−
− −
 
= + =
 
− −
 
-Tỷ số truyền số lùi được chọn theo [3]:

hl
i
= (1,2 ÷ 1,3).i
h1



Chọn i

hl
=1,2.i
h1

hl
i
= 1,2.i
h1
= 1,2.7,42 = 8,9
Vậy tỷ số truyền các tay số của xe cần thiết kế sơ bộ là :
i
h1
= 7,42; i
h2
= 2,85; i
h3
= 1,76; i
h4
= 1,28;
hl
i
= 8,9
2.2. Phân tích chọn loại/kiểu và sơ đồ động học
2.2.1. Chọn loại/kiểu hộp số
Khi thiết kế hộp số cần phải căn cứ vào điều kiện sử dụng tức là hộp số
lắp trên xe gì, điều kiện làm việc, công nghệ chế tạo,… là loại ôtô khách dùng
để vận chuyển chở người, điều kiện làm việc thường xuyên thay đổi tải, có tỷ
số truyền lớn. Qua phân tích đặc điểm của một số loại hộp số đã nêu ở phần
phân loại hộp số, nên ta chọn hộp số ba trục cố định, có trục sơ cấp và trục thức
cấp đồng tâm có 5 cấp như đã tính toán ở trên.

-14-
14
Thiết kế hộp số ôtô
Sơ đồ động học 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 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.
Ưu điểm nổi bật của hộp số ba trục là cho phép tạo ra số truyền thẳng
(không qua cặp bánh răng truyền động nào) nên hiệu suất cao nhất. Điều này
rất có ý nghĩa với hộp số ô tô vì phần lớn thời gian làm việc của hộp số là
truyền thẳng (50÷80%), cho phép nâng cao hiệu suất truyền của hộp số và do
đó giảm việc tiêu hao nhiên liệu và tang tuổi thọ chung cho hộp số. Vì vậy hộp
số loại này được sử dụng phổ biến trên hầu hết các loại ô tô.
Tuy vậy, hộp số kiểu này có nhược điểm là trục thứ cấp bố trí gối lên trục sơ
cấp thông qua ổ bi đăt trong phần rỗng của đầu ra trục sơ cấp. Do bị khống chế
bởi điều kiện kết cấu nên ổ bi này có thể không được chọn theo tiêu chuẩn tính
toán ổ bi mà phải tính toán thiết kế riêng. Tuy nhiên, nhờ đặc điểm nổi bật là có
khả năng truyền thẳng, nên thực tế ổ bi này có thời gian làm việc không nhiều,
ít ảnh hưởng đến tuổi thọ của ổ bi.
Ở tất cả các hộp số ôtô ta phải bố trí thêm số lùi, ta có thể dùng các phương
án sau để bố trí số lùi.
- 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 nâng
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.
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
-15-
15
Thiết kế hộp số ôtô
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.
Hình 2.2: Sơ đồ bố trí số lùi trên ôtô thiết kế
Z’
1
- bánh răng bị động số 1. Z
1
- 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.
2.2.2. Sơ đồ động hộp số

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.
-16-
16
Thiết kế hộp số ôtô
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 bốn và
số năm. Để khi hai bánh răng chưa đồng tốc thì không thể gài vào nhau được.
Từ những phân tích trên ta thiết kế sơ đồ động học của hộp số xe khách 5 số
tiến và một số lùi như sau:
1
L
2
3
4
5
6
5
3 1
4
2
Z'
Z
Z

Z
Z
Z
Z
Z
Z'
Z'
Z'
Z'
Z'
a
4
3
2
1
a
4
3
2
1
L1
L1
L2
Hình2.3: Sơ đồ động học của hộp số xe cần thiết kế.
1- Trục sơ cấp; 4- Trục thứ cấp;
2- Bộ đồng tốc; 5- Trục trung gian;
3- Bánh răng di trược; 6- Trục số lùi;
-17-
17
Thiết kế hộp số ôtô

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

3
a emax h1
A K . M .i
≈
[mm] (2.7)
Trong đó:
+k
a
: Hệ số kinh nghiệm, có giá trị nằm trong khoảng sau:
Đối với xe vận tải k
a
= 8,6÷ 9,6. Chọn k
a
= 8,6.
+M
emax
[mm]: Mô men quay cực đại của động cơ.
Theo số liệu cho trước ta có: M
emax
= 440 [Nm]
+i
h1
: Tỷ số truyền số thấp nhất của hộp số, i

h1
= 7,42
Thay các số liệu vào (2.7) ta tính được khoảng cách trục sơ bộ là:
-18-
18
Thiết kế hộp số ôtô
A= 8,6.
3
440.7,42
=127,58 [mm]
Chọn sơ bộ A = 128 [mm].
2.4. Kích thước theo chiều trục cac-te hộp số
Kích thước theo chiều trục của cac-te hộp số có thể được xác định bằng
tổng chiều dài (theo chiều trục) của các chi tiết lắp trên trục trung gian hộp số.
Bao gồm: chiều trộng của các bánh răng b [mm], chiều rộng của các bộ đồng
tốc (hoặc ống gài) H [mm], chiều rộng của các ổ đỡ trục B [mm].
Đối với ôtô, các thông số này thường được xác định theo [1] kích thước
khoảng cách trục A như sau:
- Chiều rộng bánh răng:
b ≈ (0,19 ÷ 0,23).A
Chọn: b ≈ 0,23.128 = 29 [mm]
- Chiều rộng ổ đỡ:
B ≈ (0,20 ÷ 0,25).A
Chọn: B ≈ 0,2.128 = 25,6 [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:
-19-
19
Thiết kế hộp số ôtô
H ≈ (0,4 ÷ 0,55).A

Chọn H ≈ 0,4.128 = 51 [mm]
-Kích thước chiều trục L
h
của cacte hộp số:
Đối với xe khách 5 cấp: L
h
= (2,7÷3).A
Chọn L
h
= 3.128 =384[mm]
2.5. Tính toán số răng của các bánh răng hộp số
Để đảm bảo các bánh răng hộp số ôtô làm việc êm dịu, xu hướng chọn
mô-duyn m
k
có giá trị nhỏ, ngược lại góc nghiêng của răng β
k
thường có giá trị
lớn theo [1] như sau:
- Mô-duyn: Xe khách: m = (3,5÷ 5,0) [mm].
Chọn: m = 3,5[mm] cho các số truyền cao 2,3,4,5.
Chọn: m = 4 [mm] cho các số truyền thấp (số một và số lùi).
- Góc nghiêng: Xe khách β = (18
0
÷ 26
0
)
Chọn: β = 26
0
cho các số truyền cao 2,3,4,5.
Chọn: β = 18

0
cho các số truyền thấp (số một và số lùi).
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 là cặp bánh răng luôn ăn khớp. Nghĩa là nó luôn luôn
làm việc với bất kỳ số truyền nào (trừ số truyền 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 cặp bánh
răng gài số ở số truyền thấp không được nhỏ quá.
Số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp của xe khách
được xác định theo [1] như sau Z
1
= (12
÷
16) với i
h1
= (6
÷
8).
Xe khách thiết kế có i
h1
= 7,42 nên ta chọn Z
1
=16
Z
1
=
1
1 g1
2.A.cos

m .(1 i )
β
+

-20-
20
Thiết kế hộp số ôtô
i
g1
1
1 1
2.A.cos
1
m .Z
β
= −

(2.8)
Trong đó:
+A [mm]: Khoảng cách trục, A = 128 [mm]
+i
g1
: Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số một.
+β
1
[rad]: Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số một.
Chọn β
1
= 18
0

+m
1
[mm]: Mô-duyn pháp tuyến của cặp bánh răng gài số một.
Chọn m
1
= 4 [mm]
Thay số liệu vào (2.8) ta được:

g1
18.
2.128.cos( )
180
i 1 2,8
4.16
π
= − ≈
Suy ra tỷ số truyền động của cặp bánh răng truyền động chung được xác định
theo [1]:
i
h1
=i
a
.i
g1

h1
a
g1
i 7,42

i 2,65
i 2,8
= = =
Trong đó:
+i
a
: Tỷ số truyền cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp.
+i
h
: Tỷ số truyền số một của hộp số.
+ i
g1
: 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:
i
gk
hk
a
i
i
=
(2.9)
Trong đó:
+i
gk
: Tỷ số truyền cặp bánh răng gài số thứ k bất kỳ (trừ số truyền thẳng).
+i
hk
: Tỷ số truyền số thứ k bất kỳ của hộp số (trừ số truyền thẳng).
-21-

21
Thiết kế hộp số ôtô
+i
a
: Tỷ số truyền cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp.
Thay số vào (2.9) ta được:

h2
g2
a
i 2,85
i 1,08
i 2,65
= = =

h3
g3
a
i 1,76
i 0,66
i 2,65
= = =

h4
g4
a
i 1,28
i 0,48
i 2,65
= = =

Khi đã có được i
a
và i
k
thì số răng của bánh răng chủ động tương ứng Z
a
và
Z
k
(k = 2 ÷ n, trừ số truyền thẳng), được xác định theo [1]:

Z
k
=
k
k gk
2.A.cos
m .(1 i )
β
+
(2.10)
Trong đó :
+i
gk
: Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số thứ k, k = a, 2 ÷ n (n là số cấp).
+β
k
[rad] : Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số thứ k.
+m
k

[mm] : Mô-duyn pháp tuyến của cặp bánh răng gài số thứ k.
Thay số lần lượt vào (2.10) ta được :

a
a
a ga
18.
2.128.cos( )
2.A.cos
180
Z 19,06
m .(1 i ) 3,5.(1 2,65)
π
β
= = =
+ +
Chọn Z
a
= 19

2
2
2 g2
26.
2.128.cos( )
2.A.cos
180
Z 31,61
m .(1 i ) 3,5.(1 1,08)
π

β
= = =
+ +
Chọn Z
2
= 32
-22-
22
Thiết kế hộp số ôtô

3
3
3 g3
26.
2.128.cos( )
2.A.cos
180
Z 39,6
m .(1 i ) 3,5.(1 0,66)
π
β
= = =
+ +
Chọn Z
3
= 40

4
4
4 g4

26.
2.128.cos( )
2.A.cos
180
Z 44,42
m .(1 i ) 3,5.(1 0,48)
π
β
= = =
+ +
Chọn Z
4
= 44
Số răng bị động của các cặp bánh răng ăn khớp tương ứng được xác định
theo [1] tỷ số truyền gài số của chính nó:
Z’
k
=Z
k
.i
gk
(2.11)
Vậy:
Z
1
’ = Z
1
.i
g1
= 16.2,8 = 44,8 Chọn Z

1
’= 45
Z
2
’ = Z
2
.i
g2
=32.1,08 = 34,56 Chọn Z
2
’ = 35
Z
3
’ = Z
3
.i
g3
=40.0,66 = 26,4 Chọn Z
3
’ = 26
Z
4
’ = Z
4
.i
g4
=44.0,48 = 21,2 Chọn Z
4
’ = 21
Z

a
’ = Z
a
.i
ga
=19.2,65 = 50,35 Chọn Z
a
’ = 50
Tính chính xác lại khoảng cách trục do làm tròn số răng :

'
1 1 1
1
m .(Z Z )
A
2.cos
+
=
β
=
4(16 44)
18.
2cos( )
180
+
=
π
128,28 [mm]
Chọn A = 128 [mm] và tính chính xác góc nghiêng răng của các bánh
răng để đảm bảo khoảng cách trục của chúng đều bằng A = 128 [mm] :

cos
'
k k k
k
m .(Z Z )
2A
+
β =
(2.12)
Bảng 2.1 - Bảng kết quả tính toán các thông số bánh răng :
Tỷ số truyền i
z
a
i
=2,65
g1
i
=2,8
g2
i
=1,08
g3
i
=0,66
g4
i
=0,48
Số răng chủ động 19 16 32 40 44
Số răng bị động 50 45 35 26 21
Mô-duyn m [mm] 3,5 4 3,5 3,5 3,5

-23-
23
Thiết kế hộp số ôtô
Góc nghiêng β 19
0
22
’
17
0
36
’
23
0
38
’
25
0
31
’
27
0
17
’
Tỷ số truyền hộp
số
i
5
i
h1
= i

a
.i
g1
i
h2
= i
a
.i
g2
i
h3
= i
a
.i
g3
i
h4
= i
a
.i
g4
1 7,42 2,85 1,76 1,28
Chú ý rằng, để đảm bảo cho các bánh răng cùng lắp trên trục có cùng
khoảng cách, các bánh răng trong ôtô 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
k
k
k
k
2. A .m .cos
Z
Z'
m 1
Z
± ξ β
=
 
+
 ÷
 
2.6. Kích thước trục hộp số
Đường kính trục hộp số ôtô có thể tính sơ bộ như sau:
2.6.1. Kích thước trục sơ cấp
Đường kính sơ bộ của trục sơ cấp được xác định theo [1]:
d
1
= k
d
.(M
max
)
1/3
[mm] (2.13)
-24-

24
Thiết kế hộp số ôtô
Trong đó:
+k
d
= 4 ÷ 4,6 : Hệ số kinh nghiệm.
Chọn k
d
= 4
+M
emax
[Nm]: Mômen quay cực đại trục sơ cấp.
Với hộp số ba trục, trục sơ cấp là trục ly hợp, ta có:
M
max
= M
emax
= 440 [Nm]
Thay số vào (2.13) ta được:
d
1
= 4,0.(440)
1/3
= 30,42[mm]
Chọn: d
1
= 30 [mm]
Quan hệ giữa đường kính và chiều dài trục được tính theo công thức:
1
1

d
(0,16
l
=
÷ 0,18) chọn
1
1
d
0,16
l
=

Vậy chiều dài trục sơ cấp: l
1
=
30
187,3
0,16
=
[mm]
Chọn l
1
= 187 [mm]
2.6.2. Kích thước trục trung gian
Trục trung gian đóng vai trò như là một trục sơ cấp của các cặp bánh răng
gài số, được xác định theo [1], có tỷ số truyền là i
a
= 2,65.
=> d
2

= k
d
.(M
max
)
1/3
[mm] (2.14)

Trong đó:
+k
d
= 4 ÷ 4,6: Hệ số kinh nghiệm.
Chọn k
d
= 4
+M
emax
[Nm]: Mômen quay cực đại trục sơ cấp. Trục trung gian, đóng vai trò là
trục sơ cấp của các cặp bánh răng gài số (i
gk
). Ta có:
M
max
= M
emax
.i
a
=440.2,65 = 1166 [Nm]
Thay số vào (2.14) ta được:
d

2
= 4.(1166)
1/3
= 42mm
-25-
25