Thuyết minh ĐATN thiết kế hộp số ô tô

MỤC LỤC

1


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, vận tải đóng một vai trò trọng yếu của quá trình phân phối và lưu
thông hàng hóa cũng như con người. Nó được coi là huyết mạch nuôi sống nền kinh
tế của mỗi quốc gia. Để thực hiện vai trò đó thì ô tô là phương tiện được sử dụng rất
phổ biến ở hầu hết các quốc gia. Đối với Việt Nam, với nền kinh tế đang phát triển
thì việc lựa chọn đúng dòng xe cho phát triển kinh tế là hết sức cần thiết.
Để tăng tính kinh tế cho việc vận chuyển bằng ô tô, chúng ta cần nghiên cứu
sâu rộng hơn về hộp số. Bởi vì hộp số là một trong những bộ phận quan trọng của
hệ thống truyền lực trên ô tô. Nó làm nhiệm vụ biến đổi mô men phù hợp với điều
kiện cản của mặt đường, giúp tăng tính tiết kiệm nhiên liệu cho xe. Ngày nay việc
sử dụng hộp số tự động đang là xu thế của ngành công nghiệp ô tô, nhưng hộp số cơ
khí vẫn được dùng phổ biến hiện nay, đặc biệt là trên các xe ô tô vận tải.
Với đề tài đồ án tốt nghiệp: “ Thiết kế tính toán hộp số cơ khí cho xe tải 2,5
tấn”. Dựa trên các thông số tham khảo của xe Thaco Aumark 250A, em đã tính toán
thiết kế hộp số phù hợp với các chức năng và yêu cầu của ô tô. Ngoài ra, em đã ứng
dụng thiết kế 3D trên Solidworks và đánh giá độ bền các chi tiết bằng COSMOS,
giúp cho việc tính toán thiết kế trực quan và hiệu quả hơn. Sau 4 tháng làm việc, em
đã hoàn thành đề tài đồ án tốt nghiệp dưới sự hướng dẫn tận tình của TS. Hoàn
Thăng Bình.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Hoàng Thăng Bình cùng tất cả các thầy cô giáo
trong Viện Cơ Khí Động Lực đã truyền cho em những kiến thức suốt 5 năm học
qua.
Với thời gian có hạn, đồ án tốt nghiệp của em khó tránh khỏi những thiếu sót.
Em rất mong nhận được những ý kiến góp ý của các thầy giáo và bạn bè.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Bang

2


CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ
1. 1. Công dụng, yêu cầu, phân loại của hộp số trên ô tô
1.1.1. Công dụng

Hộp số dùng để:
- Thay đổi tốc độ và mô men truyền (hay lực kéo) trên các bánh xe chủ động phù
hợp với điều kiện chuyển động.
- Thay đổi chiều chuyển động (tiến hoặc lùi).
- Ngắt động cơ lâu dài khỏi hệ thống truyền lực.
Trên một số ô tô, chức năng thay đổi mômen truyền có thể được đảm nhận nhờ
một số cụm khác ( hộp phân phối, cụm cầu xe) nhằm tăng khả năng biến đổi mô
men đáp ứng mở rộng điều kiện làm việc của ô tô.
1.1.2. Yêu cầu

Cấu tạo của hộp số cần đáp ứng một số yêu cầu cơ bản sau:
- Có dãy tỉ số truyền hợp lý, phân bố các khoảng thay dổi tỉ số truyền tối ưu, phù
hợp với tính năng động lực học yêu cầu và tính kinh tế vận tải.
- Phải có hiệu suất truyền lực cao.
- Việc chuyển số phải được thực hiện dễ dàng, tiện lợi, khi làm việc không gây
tiếng ồn và không phát sinh các tải trọng động.
- Đảm bảo tại một thời điểm làm việc hộp số chỉ gài vào một số truyền nhất định
một cách chắc chắn.
- Có vị trí trung gian để có thể ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong
thời gian dài.

- Có cơ cấu báo hiệu khi gài số lùi.
- Kết cấu phải nhỏ, gọn, dễ điều khiển, bảo dưỡng và sửa chữa.
- Có khả năng bố trí cụm trích công suất để dẫn động các thiết bị phụ khác.
1.1.3. Phân loại

Hộp số trên ô tô được phân loại theo các đặc điểm kết cấu sau:
•

Theo đặc điểm thay đổi tỷ số truyền: hộp số vô cấp và hộp số có cấp.
- Hộp số vô cấp được dùng để tạo thành hệ thống truyền lực (HTTL) vô cấp,

trong đó hộp số có tỷ số truyền biến đổi liên tục, trong khoảng tỷ số truyền (R) định
3


sẵn, từ thấp đến cao và ngược lại. Trên ô tô bộ truyền vô cấp thường gặp: biến mô
men thủy lực, bộ truyền đai đặt biệt, ....

Hình 1.1: Hộp số vô cấp CVT
- Hộp số có cấp, tạo thành HTTL có cấp, được dùng phổ biến trên ô tô. Tỷ
số truyền trong hộp số thay đổi với các giá trị cố định khác nhau, do vậy còn được
gọi là bộ truyền gián đoạn. Mức độ gián đoạn phụ thuộc vào số lượng tỷ số truyền
bên trong hộp số. Hộp số có cấp được phân loại: hộp số 3 cấp, 4 cấp,...nhiều cấp số.
•

Theo số trục của hộp số (không kể trục số lùi)
- Hộp số ba trục: có trục chủ động (trục sơ cấp) và trục bị động (trục thứ

cấp) được thiết kế đồng trục. Phần lớn các số truyền đều thông qua hai cặp bánh
răng ăn khớp, nếu nối trực tiếp trục chủ động và trục bị động có thể tạo ra số truyền

thẳng. Cấu trúc này thường gặp trên ô tô có cầu sau chủ động.
- Hộp số hai trục: tất cả các số truyền truyền qua một cặp bánh răng ăn khớp.
Trong một số trường hợp số truyền cao nhất có thể truyền qua nhiều cặp bánh răng.
Cấu trúc này thường gặp trên ô tô có động cơ đặt trước, cầu trước chủ động.
•

-

Theo phương pháp điều khiển chuyển số của hộp số
- Hộp số điều khiển bằng tay.
- Hộp số diều khiển tự động.
- Hộp số điều khiển bán tự động
• Theo cấu trúc truyền lực giữa các bánh răng
- Hộp số thông thường: có các bánh răng ăn khớp ngoài với trục cố định
Hộp số hành tinh: kết hợp các bánh răng ăn khớp trong và ăn khớp ngoài có trục di
động.
4


a) Hộp số 3 trục 4 số tiến

b) hộp số hành tinh
Hình 1.2: sơ đồ hộp số thông thường và hộp số hành tinh
• Theo loại bánh răng
- Hộp số sử dụng bánh răng thẳng.
- Hộp số sử dụng bánh răng nghiêng (hay sử dụng).
- Hộp số sử dụng bánh răng chữ V.
- Hộp số sử dụng kết hợp nhiều loại bánh răng.
1.2. Sơ đồ vị trí hộp số trong hệ thống truyền lực
Vị trí hộp số ô tô được bố trí trên hai sơ đồ hệ thống truyền lực thường gặp dưới

đây:

Hình 1.1: Hộp số đặt dọc, cầu sau chủ động
1. Động cơ; 2. Ly hợp; 3. Hộp số cơ khí 3 trục; 4. Các đăng; 5. Cụm cầu chủ động

5


Hình 1.2: Hộp số đặt ngang, cầu trước chủ động
1. Động cơ; 2. Ly hợp; 3. Hộp số cơ khí 2 trục; 4. Cụm cầu chủ động
Cấu tạo chung của hộp số
Với tính chất đa dạng của hộp số, trong đồ án này em xin trình bày cấu tạo của

1.3.

hộp số cơ khí thông thường.

Hình 1.3: cấu tạo hộp số cơ khí ô tô tải 5 số tiến
Cấu tạo hộp số cơ khí có cấp điển hình được trình bày như hình 1.3 trên. Nó
bao gồm các bộ phận cơ bản sau:
a) Bộ phận đảm nhận chức năng truyền và biến đổi mô men bao gồm: các cặp bánh

răng ăn khớp, các trục và ổ đỡ trục, vỏ hộp số.
6


b) Bộ phận điều khiển chuyển số đảm nhận chức năng chuyển số theo sự điều khiển

của người lái và khả năng giữ nguyên trạng thái làm việc trong quá trình xe hoạt
động. Bộ phận này bao gồm: cần số, các đòn kéo, thanh trượt, nạng gài, khớp gài,

cơ cấu định vị, khóa hãm, cơ cấu bảo hiểm gài số lùi.
Vị trí gài các số truyền của cần số là các điểm mút của các nhánh ( 1, 2, 3, 4, 5,
L). Tại các vị trí trung gian của cần số, mô me truyền ra phía sau bị ngắt.

CHƯƠNG II

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
7


2.1. Các phương án lựa chọn hộp số
2.1.1. Phương án 1: hộp số cơ khí ba trục

Là hộp số có đa số các số truyền ih truyền qua hai cặp bánh răng ăn khớp. Với
cấu trúc tỉ số truyền truyền qua hai cặp bánh răng ăn khớp nên chiều quay của trục
chủ động và trục bị động không thay đổi, cho phép thực hiện một số giá trị tỉ số
truyền lớn, tuy nhiên hiệu quả truyền lực sẽ thấp do phải truyền qua nhiều cặp bánh
răng ăn khớp. Trên hình 1.3 là hộp số dùng cho ô tô tải với 5 số tiến và 1 số lùi. Các
số tiến 1, 2, 3, 4 đều truyền qua 2 cặp bánh răng ăn khớp, số 5 là số truyền thẳng,
được thực hiện bằng cách gài cứng trục sơ cấp và trục thứ cấp lại với nhau, số lùi
thực hiện truyền qua 3 cặp bánh răng nhằm đảo chiều quay của trục bị động.
Cấu trúc truyền và biến đổi mô men được xét cụ thế ở 2 loại hộp số sau:
- Hộp số 3 trục 5 cấp

Hộp số có 5 số tiến, 1 số lùi với 3 trục cơ bản sau:
Trục chủ động I (trục sơ cấp) đồng thời là trục bị động của li hợp đặt trên 2 ổ
lăn. Mộ gối vào trong bánh đà, một đặt lên vỏ hộp số. Trục bố trí bánh rang Z a
thường xuyên ăn khớp với bánh răng Z a’ . Trong lòng bánh răng bố trí gối đỡ cho
trục III.
Trục trung gian II đặt trên 2 ổ lăn của vỏ hộp số. trên trục bố trí bánh răng

nghiêng Za’, Z4’, Z3’, ZL’, Z2’ nhờ các then hoa bán nguyệt và một bánh răng thẳng Z 1’
chế tạo liền trục.
Trục bị động III (trục thứ cấp) bố trí trên 2 ổ lăn. Một gối trên vỏ, một gối
trên lòng bánh răng Za’. Trục mang theo: 3 bánh răng nghiêng Z 4, Z3, Z2 lắp quay
trơn trên trục, một bánh răng thẳng Z1 di trượt bằng then hoa đảm bảo cho việc dịch
chuyển gài sô trực tiếp, hai bộ khớp gài dạng đồng tốc G 2, G3 di trượt trên then hoa
của trục. Các bánh răng Z4, Z3, Z2 chỉ liên kết với trục khi khớp gài G 2, G3 được gài
vào vị trí tương ứng. Khi một bánh răng được gài, các bánh răng khác quay lồng
không. Vị trí khớp gài G 3 có thế bố trí nối với bánh răng Z a để tạo nên số truyền
thẳng. Khớp gài G1 đặt trên bánh răng Z1 dùng để di trượt trực tiếp bánh răng sang
vị trí số 1 hay số lùi.
Việc bố trí thêm trục IV ( trục số lùi) cho phép tạo thành số lùi với 3 cặp bánh
răng ăn khớp.
8


Hình 2.1 Sơ đồ hộp số 3 trục 5 cấp
Các vị trí gài số:
số
1
2

Vị trí gài
≡

G3, G2 0 ; G1=1
≡

G1, G3 0 ; G2=2
≡

3

G1, G3 0 ; G2=3

4

G1, G2 0 ; G3=4

5

G1, G2 0 ; G3=5

lùi

≡

≡

Dòng truyền
×

I, za

×

I, za

×

I, za

×

I, za

z’a , II, z’1
z’a , II, z’2
z’a , II, z’3
z’a , II, z’4

×
×
×
×

I, III
I, za

≡

G3, G2 0 ; G1=L

×

×

z’a , II,
×

z’L zL1, zL2 z1, III
-

Hộp số 3 trục 4 số tiến

Sơ đồ hộp số:

9

z1 , III
z2 , III
z3 , III
z4 , III


Hình 2.2. Sơ đồ hộp số 3 trục 4 số tiến
Các vị trí gài số :
số

Vị trí gài
≡

1

G3, G1 0 ; G2=1
≡

2

Dòng truyền

I, za

G1, G3 0 ; G2=2

I, za

3

G1, G2 0 ; G3=3

I, za

4

G1, G2 0 ; G3=4

lùi

≡

≡

≡

×

×
×

z’a , II, z’1
z’a , II, z’2
z’a , II, z’3

×

×
×

z1 , III
z2 , III
z3 , III

I, III
I, za

G3, G2 0 ; G1=L

×
×

z’a , II,
×

z’L zL2 zL1, III
Các bánh răng trên trục trung gian II chế tạo liền trục và trục bị động đặt trên
3 gối tựa, giúp cho hộp số tuy có kích thước chiều dài lớn song vẫn đảm bảo độ
cứng vững cao. Trục bị động dài có ổ bi đỡ ở giữa tạo điều kiện bố trí cần chuyển
số phù hợp với vị trí điều khiển của người lái và rút ngắn chiều dài các đăng nối ra
cầu sau chủ động.

Hộp số sử dụng 2 ống gài dạng đồng tốc G 2, G3 ở các số truyền tiến. Bánh
răng Z1 được bố trí chạy trơn trên trục thứ cấp. Bánh răng được gài với trục khi ống
gài G2 liên kết với bánh răng Z1. Kết cấu như vậy cho phép chuyển từ số 2 về số 1
kể cả khi tốc độ ô tô còn cao, mà không xảy ra tải trọng va đập lớn.
10


Bánh răng số lùi ZL1 được đặt cố định ở khoang sau của hộp số. Bánh răng
Z’L đặt cố định trên trục trung gian và không ăn khớp trực tiếp với bánh răng Z L1.
Bánh răng ZL2 đặt trên trục lùi IV, có thể di chuyển được nhờ khớp gài G 1. Khớp gài
G1 có 2 vị trí : tương ứng với 2 vị trí gài số lùi (L) hay không gài (0). Khi cần số ở
vị trí L, bánh răng ZL2 được gạt dọc trục IV tạo khả năng ăn khớp giữa Z L1 và Z’L,
thực hiện đảo chiều quay của trục bị động III.
Hộp số này có ưu điểm sau:
-

Tỷ số truyền lớn mà kích thước, khối lượng của hộp số bé.

Có số truyền thẳng. Khi ô tô chuyển động với số truyền thẳng các bánh răng và
các trục chỉ quay trơn, không chịu tải, hiệu suất truyền lực của hộp số là cực đại, độ
ồn giảm. Thời gian hộp số làm việc ở số truyền thẳng có thể chiếm 50 ÷ 70% tổng
thời gian chuyển động, do đó hạn chế mài mòn bánh răng.

Hình 2.3: Đường truyền công suất hộp số 3 trục
Nhược điểm:
-

Kết cấu phức tạp so với hộp số 2 trục.
Giá thành cao.

2.1.2. Phương án 2: hộp số 2 trục.
Là hộp số có đa số các số truyền i h truyền qua một cặp bánh răng ăn khớp.
Các hộp số này rất phù hợp với hệ thống truyền lực của xe ô tô con, đòi hỏi tốc độ
cao ( giá trị ih không cần lớn ).
Xét sơ đồ hộp số 2 trục 5 cấp:

11


Hình 2.4: Sơ đồ hộp số 2 trục 5 cấp
Các vị trị gài số:
số
1
2
3
4
5

Vị trí gài

Dòng truyền

≡

G1, G2 0 ; G3=1

I, z1

G1, G2 0 ; G3=2

I, z2

G1, G3 0 ; G2=3

I, z3

G1, G3 0 ; G2=4

I, z4

G2, G3 0 ; G1=5

I, z5

≡

≡

≡
≡

≡

lùi

G1,G3, G2 0 ;
×

×

×
×

×
×

×

z’1 , II, C1
z’2 , II, C1
z’3 , II, C1
z’4 , II, C1
z’5 , II, C1

×

×
×

×
×

C1
C2
C2
C2
C2

×

I,zL zL1 zL2 , II

×

L L1 L2
Trục chủ động I (trục sơ cấp) đồng thời là trục bị động của li hợp đặt trên 2
ổ lăn. Trên trục bố trí 2 bộ khớp gài dạng đồng tốc, gắn then hoa trên trục. Các bánh
răng chủ động số 1 và số 2 và số lùi bố trí chế tạo liền trục.
Trục bị động II (trục thứ cấp) bố trí trên 2 ổ lăn. Trục mang theo: 3 bánh
răng bị động lắp then hoa trên trục, thực hiện nhận momen truyền sang trục bị động.
Các bánh răng bị động tương ứng với số 1 số 2 lắp quay trơn trên trục thông qua các
ổ con lăn (được chế tạo từ 2 nửa). Các bánh răng số 1 và số 2 chỉ liên kết với trục
nhờ khớp gài đồng tốc G3. Khớp gài G3 bố trí trên trục bị động có kết cấu rãnh chứa
nạng gạt và 1 bánh răng số lùi L 2. Bánh răng L2 trên khớp gài G3 không liên kết với
bánh răng số lùi L trên trục chủ động, do vậy không ảnh hưởng tới việc chuyển số 1
và số 2. Trên trục bị động của hộp số bố trí 1 cặp bánh răng trụ răng nghiêng C 1,C2
12


có tỉ số truyền lớn đóng vai trò như bánh răng truyền lực chính trong các cầu xe
thông thường. Trong lòng bánh răng bị động C 2 bố trí các cụm vi sai và bán trục
truyền mo men ra các bánh xe. Số lùi được thực hiện nhờ việc dịch chuyển bánh
răng L1, tới vị trí đồng thời ăn khớp với bánh răng L và bánh răng L 2. Nhờ vậy, trục
bị động thực hiện đảo chiều quay khi gài số lùi. Khi dịch chuyển bánh răng L 1, khớp
gài G3 ở vị trí trung gian, đóng vai trò truyền mo men thông qua then hoa của khớp
gài sang trục bị động của hốp số.
Hộp số 2 trục có ưu điểm là:
- Có hiệu suất cao, bởi vì ở tất cả các số truyền làm việc sự ăn khớp chỉ qua
một cặp bánh răng.
- Kết cấu đơn giản tiện lợi khi sử dụng.

Khuyết điểm:
- Không cho phép rạo được số truyền thẳng.
- Tỷ số truyền ở tay số 1 thường không cao ( không quá 4) vì nó được tạo bởi
một cặp bánh răng ăn khớp. nếu muốn tăng tỷ số truyền thì phải tăng kích thước
chung của hộp số.
2.2. Các phương án lựa chọn bộ phận điều khiển chuyển số.

Bộ phận điều khiển chuyển số trong hộp số có cấp yêu cầu:
-

Điều khiển chuyển số nhanh chóng.
Thiết lập một vị trí và giữ ổn định các vị trí gài.
Đảm bảo: gài hết chiều dài cần thiết trong các khớp gài, có vị trị trung gian

-

để động cơ làm việc không tải lâu dài.
Hạn chế khả năng xảy ra va đập gây ồn trong các chi tiết truyền mô men của

-

hộp số.
Có khả năng tạo cảm giác khi thực hiện gài số lùi.

Đáp ứng các yêu cầu trên, kết cầu của bộ phận điều khiển chuyển số rất đa dạng,
nhưng có thể chia ra các phần cơ bản sau: điều khiển chuyển số, định vị, khóa hãm,
bảo hiểm gài số.
2.2.1. Cơ cấu dẫn động chuyển số.

Cơ cấu điều khiển chuyển số được phân loại thành:

•

Điều khiển trực tiếp ngay trên nắp của hộp số.
Điều khiển từ xa thông qua: các kết cấu đòn hoặc cáp, thông qua các truyền
động khí nén, thủy lực hay tổ hợp khí nén thủy lực, điện…
Cơ cấu dẫn động chuyển số trực tiếp trên nắp hộp số.
13


Các chi tiết của cơ cấu điều khiển chuyển số trực tiếp, được trình bày trên hình
2.5. Phần lớn các chi tiết của cơ cấu chuyển số nằm trên nắp hộp số, cần số được bố
trí dưới sàn xe ngay cạnh vị trí ghế ngồi của người lái. Các chi tiết bao gồm: cần số,
trục trượt nạng gạt, vành gài và bánh răng dược gài số.
Cần số 1 được cấu tạo như một đòn bẩy có gối cầu 6 làm nhiệm vụ khớp xoay.
Đầu trên của cần số, được người lái điều khiển dịch chuyển theo hai hướng: hướng
A dùng để chọn trục trượt gài số, trục B dùng để đẩy trục trượt 3 thực hiện di
chuyển nạng gạt 4. Khớp gài số 5 di chuyển cùng với nạng gạt 4 liên kết các khớp
răng gài số.

1. Cần số
2. Đầu trong cần số
3. Trục trượt gài số

4. Nạng gạt
5. Khớp gài số
6. Gối cầu cần số

7. Cơ cấu định vị
8. Vành đồng tốc
9. Bánh răng được gài

Hình 2.5: các chi tiết trong cơ cấu điều khiển chuyển số trực tiếp
Mỗi trục trượt có thể đảm nhận gài 2 số. Tùy theo số lượng số truyền của
hộp số hình thành số lượng trục trượt gài số cần thiết. Trên hình 2.6 sử dụng 5 số
tiến, 1 số lùi và có 3 trục trượt. Các trục trượt được bố trí sao cho khi tất cả các vị trị
nạng gạt nắm ở vị trí trung gian thì các rãnh nằm trên trục trượt nằm thẳng hàng với
nhau, đảm bảo đầu trong cần số có thể di chuyển giữa các rãnh.

14


Các trục trượt di chuyển
theo hướng dọc trục, trên các lỗ
của nắp hộp số và mang theo các
nạng gài. Trên mỗi trục trượt có 3
rãnh định vị tương ứng với 3 vị trí
gài số. Ở nắp hộp số bố trí cơ cấu
bi, lò xo 7 và kết hợp với rãnh
định vị của các trục trượt hình
thành cơ cấu định vị cho các trục
trượt. Nhờ cơ cấu định vị mà các
trục trượt không tự do di chuyển.
Hình 2.6: bố trí các trục trượt trong hộp số
•

Cơ cấu dẫn động chuyển số từ xa

Trong nhiều hệ thống truyền lực khoảng cách từ vị trí người lái tới nơi đặt hộp
số xa cần thiết bố trí điều khiển từ xa.
Trên hình 2.7 trình bày cơ cấu điều khiển chuyển số dùng trục nối dài. Cần chuyển

số thực hiện hai dịch chuyển: A – dịch chuyển lắc ngang, B – dịch chuyển đẩy dọc
xe. Hai dịch chuyển trên được dẫn qua trục nối, trục trung gian và thực hiện di
chuyển các trục trượt và nạng gạt để trục trượt trên nắp hộp số và gài các nạng gạt
vào số như sau:
Cần số 1
Trục nối 2
A – dịch chuyển Quay
lắc ngang
B – dịch chuyển Đẩy dọc
đẩy dọc

Trục trung gian 3
Đẩy ngang

Trục trượt 4
-

Quay

Đẩy dọc

Chức năng
Chọn
trục
trượt
Gài số

Một số ô tô con sử dụng hai dây cáp truyền hai chuyển vị điều khiển chuyển
số từ chỗ ngồi tới hộp số như hình 2.8. Mỗi sợi cáp có chức năng truyền một
chuyển vị của cần số tới hộp số: A – chọn trục trượt, B – gài số.

Một số ô tô còn sử dụng các cơ cấu điều khiển chuyển số bằng cơ khí – khí
nén, thủy lực hay tổ hợp cơ khí – khí nén thủy lực điện từ.

15


Hình 2.7:

cơ cấu điều khiển dùng

Hình 2.8: cơ cấu điều khiển dùng cáp

trục nối dài

nối dài

2.2.2. Cơ cấu đảm bảo an toàn chuyển số
• Cơ cấu định vị, khóa hãm trục trượt

Cơ cấu định vị trên sử dụng loại bi và lò xo dùng để gài số đúng vị trí và tránh
nhảy số sau khi đã được gài. Bộ phận định vị đặt trên hộp số liên hệ với các rãnh
lõm trên các trục trượt. Mỗi trục trượt có 3 rãnh lõm. Khoảng cách giữa các rãnh
lõm tương ứng với hành trình dịch chuyển của bánh răng. Rãnh lóm giữa dùng để
định vị bánh răng ở vị trị trung gian, còn 2 lỗ bên dùng để định vị các số tương ứng.
Các bi 12 được nén bởi lò xo 11 và nằm tron nắp hộp số 2.
Khi gài số trục trượt dịch chuyển dọc trục, viên bi đẩy lên và lò xo bị nén lại.
khi đã gài được số thì rãnh lõm trên trục sẽ trùng với vị trí đặt viên bi. Nhờ có lực
căng của lò xo, viên bi giữ được trục trượt ở nguyên vị trí này cho tới khi chuyển số
khác.
Bộ phận khóa hãm dùng để ngăn ngừa hiện tượng gài đồng thời hai trục trượt

cùng một lúc. Nguyên tắc hoạt động của nó là: khi một trong các thanh trượt đã ở vị
trí gài số thì các thanh trượt khác bị khóa cứng.
•

Bảo hiểm số lùi
Cơ cấu bảo hiểm gài số lùi dùng để tránh gài số lùi 1 cách ngẫu nhiên. Khi gài

số lùi người lái phải tác động một lực đủ lớn mới đưa được đầu số lùi vào vị trí
dịch chuyển trục trượt số lùi. Do vây, người lái có cảm giác nặng hơn khi cài số
khác. Kết cấu được thể hiện trên mặt cắt A – A bằng các chi tiết lò xo tỳ 7, chốt tỳ

16


8, chốt khóa 9. Lực tác dụng của người lái cần thắng lực cản của lò xo 7 để trục
trượt 14 vào vị trí gài số.

1.
2.
3.
4.

Nắp che
Nắp hộp số
Trục trượt
Nạng gạt
15.

5. Sợi

thép

khóa
6. Ốc
7. Lò xo tỳ
8. Chốt tỳ

9. Chốt khóa
10. Khóa bi
11. Lò xo định

13. Chốt khóa

trục
14. Trục số lùi

vị
12. Bi tỳ

Hình 2.8: Cơ cấu định vị, khóa hãm, bảo hiểm số lùi

2.2.3. Cơ cấu gài số
16. Khi chuyển số, để tránh các xung lực va đập ở các bánh răng, trên hộp sô sử

dụng một số dạng kết cấu gài số sau:
-

Gài trực tiếp bánh răng, gài qua ống dễ gài dùng cho số 1
và số lùi.

-

Gài qua các bộ gài đồng tốc được dùng cho các số truyền
cao.

•

Gài trực tiếp và gài qua ống dễ gài:

17


17. Gài trực tiếp thông qua việc dịch chuyển các bánh răng được thực hiện tùy

thuộc kết cấu bố trí bánh răng trên trục. Kết cấu sử dụng hai bánh răng liên kết then
hoa trên các trục, một bánh răng thường có cấu tạo răng thẳng.
Ống dễ gài số có thể có răng trong hoặc răng ngoài. Trên hình 2.9b

18.

trình bày cấu trúc của ống dễ gài số răng trong dùng để nối bánh răng 6 với trục 2
qua ống gài 4. Thực hiện gài số với các bánh răng nghiêng 6 cần thông qua vành
răng riêng 8 trên bánh răng. Bánh răng được đặt trên trên thông qua các ổ lăn kim 1,
ống gài lien kết then hoa với ống then hoa trên trục 5.
•

Bộ đồng tốc
19.
Bộ đồng tốc thường được phân theo các đặc điểm sau:
+) Theo mức độ san đều tốc độ:

20.

-

Bộ đồng tốc hoàn toàn: chỉ cho phép gài số khi tốc độ góc

-

của hai phần được gài với nhau hoàn toàn bằng nhau.
Bộ đồng tốc không hoàn toàn: cho phép gài số khi tốc độ
góc của hai phần được gài vẫn chưa hoàn toàn bằng nhau,
nhưng cần lực đủ lớn của người lái tác dụng lên cần số.
Dạng này chỉ sử dụng trên một số xe và bố trí ở các số
truyền thấp.

+) Theo đặc điểm kết cấu của phần tử khóa chia thành: đồng tốc có

21.

chốt hướng kính, đồng tốc cố chốt hướng trục.
Sau đây em chỉ xin trình bày về bộ đồng tốc quán tính hoàn toàn có

22.

chốt hướng tâm thường dùng cho ô tô tải. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động được thể
hiện trên hình 2.10.
Cấu tạo bộ đồng tốc quán tính hoàn toàn được tạo thành bởi các thành

23.

phần chính sau:
- Các bánh răng 2 lắp trên trục 1 thông qua các ổ lăn kim, không

24.

dịch chuyển dọc trục. Bánh răng nghiêng luôn luôn ăn khớp được quay trên trục.
Một vành răng thẳng 3 gắn liền với bánh răng bố trí bên cạnh ở phía gài số. Vành
răng 3 có bề mặt côn tạo nên khớp ma sát với vành ma sát của ống gài 4.
-

Moay ơ 5 nằm giữa hai bánh răng gài số, liến kết với trục 1 bằng then
hoa, ống gài 9 liên kết với moay ơ 5 bằng then hoa và có thể di trượt về
hai phía bằng nạng gạt, thực hiện gài ống gài với vành ma sát 4 và vành
răng nhỏ trên bánh răng gài số. Ống gài được định vị ở vị trí trung gian
18


nhờ rãnh ở giữa với cơ cấu chốt 7, lò xo 6 của moay ơ 5. Vành răng 3,
vành ma sát 4 và ống gài tạo nên một khớp gài số, thực hiện nối bánh
răng 2 với trục 1 của nó
25.

Hình 2.10: cấu tạo bộ đồng tốc quán tính hoàn toàn có chốt hướng

26.

tâm
-

Các vành ma sát 4 được chế tạo từ vật liệu chịu mài mòn và có hệ số ma
sát cao. Bề mặt trong của vành răng 4 là bề mặt côn dùng để ma sát với
bề mặt con trên bánh răng gài số 2, bề mặt ngoài có vành răng nhỏ dùng

-

để dẫn hướng răng rong của ống gài.
Phần tử khóa: được tạo bởi hình dạng đầu răng của vành ma sát 4. Đầu
răng có dạng đối xứng. Góc răng ( 2α = 110 o) có tác dụng tạo ra lực cản
dọc trục và không cho phép răng của ống gài 9 dịch chuyển gài số, khi
tốc độ góc của trục và bánh răng được gài chưa bằng nhau.Phần tử định
vị hình thành ở trạng thái trung gian của ống gài, nhờ cơ cấu chốt lò xo
19


và rãnh của ống gài. Ở
trạng thái gài số, răng
trong của ống gài 9 và
răng của vàn răng
thẳng 3 có dạng hình
chêm

ngược

nhau,

giúp định vị chắc chắn
27.
28.

ống gài.
Nguyên lý làm việc:
Khi chưa gài số (a),

ống gài 9 nằm ở vị trí trung gian,
rãnh lõm của ống gài trùng với
chốt định vị 7. Ống gài 9, moay ơ
5 và trục 1 quay cùng tốc độ. Tốc
độ của bánh răng 2 và trục 1 không
cùng tốc độ và chênh nhau một
lượng Δω.
29.

Khi nạng gạt theo chiều lực F (b), quá trình thực hiện có thể chia thành

5 pha làm việc sau:
30.
Pha I: Lực dọc F tác dụng vào chốt định vị 7, ép chốt đi xuống, đẩy
vành ma sát 4 của ống gài ép sát vào vành ma sát 3 của bánh răng.
31.
Pha II: Dưới tác dụng của lực F, và tốc độ quay của bánh răng và trục
khác nhau, nên các răng của ống gài 9 và răng của vành ma sát 4 tỳ chặt vào nhau
trên mặt vát đầu răng. Ma sát sinh ra trên bề mặt ma sát rất lớn và phụ thuộc vào sự
chênh lệch tốc độ Δω. Góc vát α khá lớn, phản lực dọc P của răng lớn không cho
phép ống gài dịch chuyển tiếp.
32.
Pha III: Quán tính chuyển động của toàn bộ ô tô thông qua bánh xe và
hệ thống truyền lực rất lớn truyền tới cặp bề mặt ma sát, giúp cho các phần quay
được dần dần san đều tốc độ. Khi tốc dộ giữa

Hình 2.11: Nguyên lý làm việc bộ

đồng tốc
33.
phần gần bằng nhau, phản lực P nhỏ dần, lực F tiếp tục đẩy ống gài 3 dịch
chuyển.
34.

Pha IV: Nhờ sự giảm nhỏ phản lực P, răng của ống gài tiếp cận vành

răng 3, thực hiện gài bánh răng với trục.
20


35.

Pha V: Vành răng 9 gài hết chiều dài răng định vị bộ đồng tốc ở vị trí

gài số. Kết thúc quá trình gài số (c).
36.
Khi chuyển số sang số gài tiếp theo, bộ đồng tốc chuyển về vị trí trung
gian, sau đó lập lại quá trình gài số theo các pha đã trình bày, nhưng theo hướng
ngược lại.
2.3.
Phương án lựa chọn hộp số cho xe thiết kế
37.

Với hộp số yêu cầu thiết kế là hộp số cho xe tải 2 tấn và xe tham khảo

là xe tải THACO AUMARK 250A, em lựa chọn hộp số cơ khí 3 trục 5 cấp để thiết

kế.
38. Hộp số lựa chọn có một số đặc điểm sau:
- Là hộp số có 5 số tiến và 1 số lùi, bố trí dọc thân xe để dẫn động cầu sau.
- Cơ cấu điều khiển chuyển số từ xa sử dụng hai cáp nối dài.
- Cặp bánh răng răng số 1, 2, 3, 4, 5, L đều là bánh răng nghiêng.
-

Sử dụng 3 bộ đồng tốc quán tính hoàn toàn có chốt hướng tâm để gài tất cả các
số.
39.
40. CHƯƠNG III
41. THIẾT

KẾ TÍNH TOÁN HỘP SỐ

42.
3.1. Bảng thông số kỹ thuật xe tham khảo
43.

Xe tham khảo: xe tải 2 tấn THACO AUMARK 250A

21


44.

45.

Hình 3.1: Xe Thaco Aumark 250A

46. Bảng 3.1: Bảng thông số kỹ thuật của xe tham khảo:
47. Thông số kỹ thuật
49. Kích
50. thư

ớc
56. Trọ

48.

51. Kích thước tổng thể

DxR xC

52. 6020 x 1900 x 2240

(mm)

54. Chiều dài cơ sở

55. 3360 (mm)

58. Trọng lượng bản thân

59. 2760 (kg)

61. Trọng lượng toàn tải

62. 5455 (kg)

66. Loại động cơ

67. Diesel 4 kỳ

ng
57. lượ

ng
63.
64.
65. Độn

g cơ

69. Công suất cực đại
72. Momen cực đại

70. 80

kW/3600

vòng/phút
73. 245

N.m/2300

75. Lốp

76. Kí hiệu lốp
79. Đường kính ngoài lớn

vòng/phút
77. 7.00 - 16/ 7.00 – 16
80. D = 780 (mm) = 0,78

81. Hệ

nhất
82. Số tay

(m)
83. Cơ khí, số sàn 5 cấp

74.

22


thố
ng
truy

85. Tỉ số truyền cầu xe

86. i0 = 5,571

88. Khả năng leo dốc

89. 28%

ền
lực
87. Đặc
tính
kéo
90.
3.2. Tính toán tỷ số truyền của các cấp số
91.

Tính toán tỉ số truyền cực đại ihmax

92.

Tỉ số truyền ihmax được tính theo điều kiện khắc phục sức cản lớn nhất

của đường. Ta có:
93.
94.

Ngoài ra để xe chuyển động được cần toản mãn điều kiện bám:

95.
96.

Trong hai công thức trên:

- Memax: Momen xoắn cực đại của động cơ. Memax = 245 N.m.
- G: Trọng lượng toàn tải của ô tô (N). G=54550 ( N )
- Ψmax: Hệ số cản lớn nhất của mặt đường: Ψmax = f + tanα
• f: hệ số cản lăn của đường. Chọn f = 0,02.

• tanα khả năng leo dốc của xe. Theo xe tham khảo: tanα = 0,28
97.

Ψmax = 0,02+ 0,28 =0,3

- ηt : Hiệu suất của hệ thống truyền lực. Chọn ηt = 0,85
- Gφ: Trọng lượng của ô tô phân bố lên cầu chủ động. Gφ ≈ 0,7G = 38185N
- φ: Hệ số bám của bánh xe chủ động với mặt đường. Chọn φ = 0,8.
-

rb là bán kính làm việc trung bình của bánh xe: rb = λr = 0,5λD
98.

Lốp áp suất thấp λ = 0,93 ÷ 0935. Chọn λ = 0,935. Ta có:
99. rb = 0,5.0,935.0,78 = 0,365 (m)

100.

Vậy tỉ số truyền ihmax nằm trong khoảng:

101.
102.
103.
104.

Ta chọn i1 = ihmax = 5,2
23


105.

106.
107.

Số truyền thẳng

108.

Hộp số đã chọn là hộp số ba trục có số truyền thẳng. Ta chọn số

truyền thứ tư là số truyền thẳng, ih4 = 1.

-

109.

Số truyền tăng

110.

Tỉ số truyền cực tiểu itmin ứng với Vmax trong điều kiện xe chở đầy tải,

chạy trên đường tốt. Khi vận hành có thể xảy ra:
Xe chở không đủ tải.
Xe chạy trên loại đường tốt hơn đường chọn khi thiết kế.
111.
Khi đó xe thừa công suất. Để tận dụng công suất trong trường hợp này
hộp số được bố trí thêm số truyền tăng i5.
112. i5 = (0,7 ÷0,8)i4 = 0,7 ÷ 0,8. Chọn i5 = 0,79.
113.

Tính toán tỉ số truyền các tay số trung gian

114.

Chọn quy luật phân bố tỉ số truyền là quy luật cấp số nhân. Công bội

của quy luật đó được tính theo công thức :
115.
116.

Sau khi có công bội a, ta tính được tỉ số truyền các số như sau:

117.

ih5 = 0,79;

ih4 = 1;ih3 = a.ih4 = 1,732.1 = 1,732

118.

ih2 = a.ih3 = 1,732.1,732 = 3,001

;

ih1 = 5,2

119.

Số lùi

120.

Số lùi phải đảm bảo vận tốc (v = 3 ÷ 4 km/h) để người lái lùi xe dễ

dàng.
121.

ihL = (1÷1,3) ih1=(1,1÷1,3).5,2= 5,2 ÷ 6,76. Chọn ihL = 5,5

3.3.
Lựa chọn các thông số cơ bản của bánh răng
3.3.1. Chọn vật liệu bánh răng
122.

Vật liệu làm bánh răng: thép 25XГM thấm các bon – ni tơ và tôi cải

thiện đạt các cơ tính sau:
123.

Độ cứng mặt răng HRC = 63.
Ứng suất uốn cho phép [σu] = 1000 Mpa.
Ứng suất tiếp xúc cho phép [σtx] = 23.HRC = 1449 Mpa.
Giới hạn bền cho phép [σb] = 900 Mpa.
Giới hạn chảy cho phép [σch] = 700 Mpa.
Mô đun đàn hồi E = 210000 N/m2.
3.3.2. Xác định khoảng cách giữa trục trung gian và trục thứ cấp
24


124.

Khoảng cách trục sơ bộ

được tính theo kinh nghiệm sau:

125.
126.

Trong đó ka là hệ số kinh nghiệm, đối với xe tải lắp động cơ diesel:

127.

ka= 20,5 ÷21.5. Chọn ka= 21. Ta có:

128.
129.

Theo giá trị tiêu chuẩn chọn aω= 140 mm.

130.

3.3.3. Mô đun

131.

Modun pháp tuyến mn của các bánh răng nghiêng trong hộp số ô tô tải

thường chọn theo kinh nghiệm trong khoảng m n = 3,5 ÷ 4,25. Theo tiêu chuẩn
ta chọn
132.

mn = 4.

133.

3.3.4. Góc nghiêng răng β

134.

Phần lớn các bánh răng trong hộp số ô tô được chế tạo với các răng

nghiêng để giảm độ ồn làm việc cũng như tăng độ bền của răng. Góc nghiêng của
răng β đối với hộp số xe tải được chọn trong khoảng: β = 18 ÷ 26 0
135.

Tuy nhiên trong khi chọn β cần lưu ý đến điều kiện đảm bảo độ êm

dịu làm việc và một số điều kiện làm việc khác. Độ êm dịu cao nhất khi hệ số trùng

εβ
khớp chiều trục ε là số nguyên. Tuy nhiên

không thể lớn hơn 1 do các bánh răng

εβ
có bề rộng giới hạn nên ta thường chọn

εβ
=1. Với điều kiện

=1, góc βɛ được xác

định:
136.
137.

Đối với ô tô tải bω = (7 ÷ 8 )mn = 28 ÷ 32 mm. Chọn bω = 28.

138.
139.

Tuy nhiên để giảm tải dọc trục tác động lên các ổ, ta chọn β = 260

140.

Với hộp số ba trục, chọn chiều nghiêng của răng về phía trái đối với

bánh răng trên trục sơ cấp và thứ cấp và nghiêng phải đói với các bánh răng trên
25