TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ CƠ KHÍ 2 TRỤC, 4 CẤP CHO Ô TÔ DU LỊCH

MỤC LỤC


LỜI NÓI ĐẦU
Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất
nước.Ngành công nghiệp ôtô là một trong những ngành đang trong quá trình
phát triển mạnh, với nhiều các nhà máy sản xuất tiên tiến mọc lên. Công
nghiệp ôtô là ngành công nghiệp rất quan trọng cần được ưu tiên phát triển để
góp phần phục vụ có hiệu quả quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá và xây
dựng tiềm lực an ninh, quốc phòng của đất nước. Ngày nay do kinh tế ngày
càng phát triển, đời sống ngày càng cao, việc các gia đình, các cá nhân có xe
riêng phục vụ việc di chuyển không còn xa lạ nữa. Nhưng giá thành của xe
hiện vẫn còn cao so với thu nhập bình quân của đất nước. Vì vậy vấn đề lớn
đặt ra cho đất nước ta là phải xây dựng và phát triển ngành công nghiệp ô tô
Việt Nam để đến năm 2020 trở thành một ngành công nghiệp quan trọng của
đất nước, có khả năng đáp ứng ở mức cao nhất nhu cầu thị trường trong nước
và tham gia vào thị trường khu vực và thế giới. Hiện nay đất nước ta mới chỉ
tập trung chính vào việc lắp ráp xe dựa trên việc nhập khẩu các bộ phận đơn
lẻ. Cho nên việc cần thiết cho phát triển nền công nghiệp ô tô lâu dài là phải
tự chế tạo các bộ phận trong nước để có thể giảm giá thành sản phẩm. Theo
177/2004/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ Về việc phê duyệt quy hoạch
phát triển ngành công nghiệp ôtô Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến 2020
thì các loại xe du lịch cao cấp phấn đấu đạt tỷ lệ sản xuất trong nước 20 - 25%
vào năm 2005 và 40 - 45% vào năm 2010, đáp ứng phần lớn nhu cầu thị
trường trong nước. Việc sản xuất một số loại động cơ, hộp số, bộ truyền động
và phụ tùng trong nước cũng là một vấn đề quan trọng trong chiến lược phát
triển ngành công nghiệp ôtô của chính phủ. Theo chiến lược phát triển của
chính phủ, sản lượng sản xuất hộp số đạt 100.000 bộ/năm vào 2010, khoảng
200.000 bộ/năm vào năm 2020, tỷ lệ sản xuất trong nước đạt 90% vào năm
2010. Hộp số là một bộphận không thể thiếu của ôtô, nó ảnh hưởng trực tiếp
đến quá trình điều khiển của xe ôtô. Ngày nay, hộp số ôtô khá phong phú về

chủng loại và kết cấu. Trong quá trình học tập tại trường và qua các đợt thực
tập trong lẫn ngoài trường em đã nắm bắt được các kiến thức cơ bản về hộp
số xe ôtô, từ kết cấu đến công nghệ chế tạo cơ bản… Em cho rằng việc thiết
kế chế tạo hộp số tại thời điểm hiện tại là thích hợp với các quá trình công
nghệ hiện có tại Việt Nam.
2


Trong đợt làm đồ án tốt nghiệp, em đã được nhận đề tài “ TÍNH TOÁN
THIẾT KẾ HỘP SỐ CƠ KHÍ 2 TRỤC, 4 CẤP CHO Ô TÔ DU LỊCH ”
Trong quá trình làm công tác tốt nghiệp em đã được thầy hướng dẫn,
cùng các thầy trong bộ môn, đã có những góp ý, hướng dẫn tận tình giúp em
hoàn thành công tác tốt nghiệp. Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do tài liệu,
năng lực có hạn nên chắc chắn đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót.
Em rất mong được sự góp ý của các thầy cùng các bạn để luận văn được hoàn
thiện hơn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Hoàng
Anh Tấn đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn
thành đồ án tốt nghiệp.
Thái Nguyên, ngày……tháng…….năm 2016
Sinh viên thực hiện

3


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ
1.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại hộp số
1.1.1. Công dụng
Trên các bộ phận tổng thành của ôtô thì hộp số là bộ phận rất quan trọng
và không thể thiếu trong hệ thống truyền lực.Với tốc độ của động cơ cao thì

không thể đảm bảo cho ôtô hoạt động được, để đảm bảo cho ôtô hoạt động
bình thường, phù hợp với từng điều kiện đường xá cũng như yêu cầu chuyển
hướng của ôtô, người ta chế tạo một bộ phận gọi là hộp số để đảm bảo các
yêu cầu nói trên.
Hộp số dùng để thay đổi tỷ số truyền của hệ thống truyền lực trong quá
trình chuyển động của ôtô nhằm thay đổi lực kéo ở các bánh xe chủ động và
thay đổi vận tốc chuyển động của ôtô trong khoảng rộng tuỳ ý theo sức cản
bên ngoài.
Thực hiện chuyển động lùi của ôtô:
Tách động cơ đang làm việc ra khỏi hệ thống truyền lực trong khoảng
thời gian tuỳ ý (Khi nạp bình điện, cho động cơ chạy không tải để tăng nhiệt
độ nước làm mát trước khi khởi hành, để bôi trơn động cơ tốt hơn, để quay
trục thử công suất, để bơm lốp hoặc khí nén cho việc bảo dưỡng…)
Sự cần thiết phải thay đổi tỷ số truyền của hệ thống truyền lực là do sức
cản chuyển động xe phụ thuộc vào điều kiện đường xá và vận tốc xe thay đổi
trong khoảng rất rộng ( 25-30 lần ), mà mô men xoắn của động cơ chỉ thay
đổi trong giới hạn 15÷25% khi bướm ga mở hoàn toàn. Mô men xoắn của
động cơ có thể thay đổi trong khoảng rộng hơn bằng cách tăng giảm lượng
nhiên liệu, khi động cơ sẽ làm việc ở chế độ không đủ tải và do đó tiêu hao
nhiên liệu sẽ tăng lên . Để giảm mức tiêu hao nhiên liệu thì nên cho động cơ
làm việc ở chế độ gần chế độ đủ tải, còn lực kéo cần thiết cho sự chuyển động
có được bằng cách thay đổi tỷ số truyền của hệ thống truyền lực. Việc sử dụng
hộp số trong hệ thống truyền lực cho phép kết hợp sự làm việc của động cơ ở
các chế độ kinh tế với khả năng của xe vượt được các cản chuyển động lớn và
sự thay đổi vận tốc trong khoảng rộng.

4


1.1.2. Yêu cầu

* Hộp số cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Có tỷ số truyền thích hợp để đảm bảo chất lượng động lực học và tính
kinh tế nhiên liệu của ô tô
-Có khả năng trích công suất ra ngoài để dẫn động các thiết bị phụ
-Điều khiển sang số đơn giản,nhẹ nhàng
-Hiệu suất truyền động cao
-Kết cấu đơn giản dễ chăm sóc,bảo dưỡng
1.1.3. Phân loại hộp số
Có rất nhiều cách phân loại hộp số như: phân loại hộp số theo đặc tính
truyền mômen, theo đặc điểm môi trường truyền mômen, theo phương pháp
dẫn động điều khiển, phân loại theo hộp số cơ khí có cấp... Dưới đây trình bày
một số cách phân loại cơ bản.
a) Theo đặc tính truyền mô men
-Hộp số vô cấp
- Hộp số có cấp
-Hộp số kết hợp vô cấp với có cấp.
Hộp số vô cấp đảm bảo có được mọi giá trị của tỷ số truyền trong một
khoảng nào đó. Bằng cách thay đổi vô cấp mô men xoắn truyền đến các bánh
xe chủ động mà đảm bảo khả năng làm việc của động cơ ở chế độ kinh tế nhất
trong một khoảng vận tốc rộng, cho phép tận dụng công suất lớn của động cơ
cho chuyển động. Khi sử dụng hộp số vô cấp, lực kéo tại các bánh xe chủ
động thay đổi liên tục từ từ, không cần phải cắt dòng công suất dẫn đến các
bánh xe khi chuyển số nên nó nâng cao được chất lượng động lực học và tăng
được tính năng thông qua của ôtô. Tuy nhiên hộp số vô cấp có nhược điểm là
kết cấu phức tạp, hiệu suất truyền động thấp.
Hộp số có cấp đảm bảo thay đổi liên tục giá trị số truyền và mô men
xoắn đến các bánh xe chủ động. Nhờ cơ cấu điều khiển mà người lái tác động
làm thay đổi tỷ số truyền và mô men xoắn cho phù hợp với lực cảnbên ngoài.
Hộp số có cấp là bộ biến mô men xoắn và nó được sử dụng rộng rãi vì kết
cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành hạ.

5


b) Theo đặc điểm môi trường truyền mô men
Hộp số cơ khí: Truyền mô men xoắn bằng các bộ truyền cơ khí, phổ biến
nhất là bộ truyền bánh răng.
Hộp số loại thuỷ lực: Truyền mô men xoắn nhờ năng lượng dòng chất
lỏng. Loại này có thể là thuỷ động hoặc thuỷ tĩnh.Hộp số loại thuỷ lực có kết
cấu phức tạp, giá thành chế tạo cao, hiệu suất truyền thấp.Ngoài những nhược
điểm trên bộ truyền lực thuỷ tĩnh còn có trọng lượng lớn và kém độ tin cậy
khi làm việc.
Hộp số loại điện: Truyền mô men xoắn từ động cơ đốt trong đến các
bánh xe chủ động nhờ dòng điện. Loại này cũng ít được sử dụng do có trọng
lượng lớn và có hiệu suất thấp.
Hộp số loại liên hợp thường là hộp số thuỷ cơ - kết hợp giữa bộ biến mô
men thuỷ lực với hộp số hành tinh tạo thành truyền động thuỷ cơ và có thể tự
động chuyển số.
c) Theo phương pháp dẫn động điều khiển hộp số .
- Điều khiển bằng tay;
- Điều khiển tự động;
- Điều khiển bán tự động.
d) Phân loại theo hộp số cơ khí có cấp
+ Theo số lượng trục chia ra hộp số đồng trục, hai trục hoặc ba trục.
* Hộp số đồng trục: Các trục lồng vào nhau kết hợp với khớp ma sát gài
số.
* Hộp số hai trục: Trục sơ cấp (trục vào) và trục thứ cấp (trục ra) bố trí
không đồng tâm nhau
* Hộp số ba trục: Trục sơ cấp và trục thứ cấp đặt đồng tâm nhau và thêm
trục trung gian

+ Theo đặc điểm bố trí trục có hộp số trục ngang, hộp số trục dọc
* Hộp số trục ngang: Các đường tâm trục vuông góc với trục đối xướng
dọc của ôtô
* Hộp số trục dọc: Các đường tâm trục nằm trong mặt phẳng song song
với trục đối xứng dọc của ôtô
+ Theo đặc tính động học của trục bao gồm hộp số có trục cố định hoặc
di động.
6


* Hộp số số trục cố định là đường tâm các trục cố định. Đây là hộp số cơ
khí đơn giản.
* Hộp số có trục di động - hộp số hành tinh
+ Theo số lượng số truyền có hộp số truyền có hộp số 3 hoặc 4 hoặc 5
cấp.
1.2. Một số dạng hộp số
Ngày nay với nền khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ trên ô tô sử
dụng nhiều loại hộp số khác nhau, mỗi loại có những tính năng riêng, có hai
loại cơ bản là hộp số có cấp và hộp số vô cấp, đây là hai loại hộp số mà ôtô du
lịch dùng phổ biến. Hộp số có cấp chia làm 2 loại là: Hộp số ba trục và sau
đây là một số dạng hộp số được dụng rộng dãi và phổ biến.
1.2.1. Hộp số hai trục
Loại hộp số hai trục 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 hai trục không thể tạo rađược số truyền thẳng nhiều hộp số nhiều
trục nêu trên mặc dầu rằng tỷ số truyền của một cấp số nào đó bằng một (ih =
1) vì phải thông qua một cặp bánh răng ăn khớp (dĩ nhiênphải có số răng bằng
nhau). Điều đó có nghĩa là hiệu suất của mọi cấp số truyền trong hộp số này
luôn nhỏ hơn một (η<1).

7


Hình a

Hình b
Hình 1.1. Hộp số hai trục

Hình a: Sơ đồ cấu tạo hộp số hai trục 4cấp
Hình b: Dòng truyền mômen
Nguyên lý làm việc của hộp số như sau:
Khi ống gài 3 và 4 ở vị trí trung gian mặc dù các bánh răng trên trục sơ
cấp và thứ cấp luôn ăn khớp với nhau nhưng các bánh răng trên trục thứ cấp
quay trơn với trục nên hộp số chưa truyền mômen (số 0). Các số truyền của
hộp số được thực hiện như sau:
- Số 1: để gài số 1, người ta điều khiển ống gài 3 dịch chuyển sang phải
cho vấu gài ăn khớp với bánh răng Z '1 khi đó dòng truyền mômen từ trục 1 →
Z1→ Z'1→ ống gài 3 → trục 2.
- Số 2: để gài số 2, người ta điều khiển ống gài 3 dịch chuyển sang trái
cho vấu gài ăn khớp với bánh răng Z '2 khi đó dòng truyền mômen từ trục 1 →
Z2→ Z'2→ ống gài 3 → trục 2.

8


- Số 3: để gài số 3, người ta điều khiển ống gài 4 dịch chuyển sang phải
cho vấu gài ăn khớp với bánh răng Z '3 khi đó dòng truyền mômen từ trục 1 →
Z3→ Z'3→ ống gài 4 → trục 2.
- Số 4: để gài số 4, người ta điều khiển ống gài 4 dịch chuyển sang trái
cho vấu gài ăn khớp với bánh răng Z '4 khi đó dòng truyền mômen từ trục 1 →

Z4→ Z'4→ ống gài 4 → trục 2.

Hình1.2: Cấu tạo Hộp số thực tế
Về cơ bản cấu tạo chung của hộp số hai trục cũng bao gồm các chi tiết
như đã trình bày ở trên. Trong hình 2.2 còn thể hiện đây là hộp số hai trục 5
cấp, có cả số lùi và truyền lực cuối cùng có bộ vi sai. Vì hộp số có 5 cấp nên
trên trục sơ cấp và thứ cấp có 5 cặp bánh răng luôn ăn khớp với nhau. Trong
đó bánh răng chủ động số 1, số 2 cố định trên trục sơ cấp. Bánh răng chủ
động số 3, số 4, số 5 quay trơn trên trục sơ cấp. Bánh răng bị động số 1, số 2
quay trơn trên trục thứ cấp. Bánh răng bị động số 3, số 4, số 5 cố định trên
trục thứ cấp (thường bánh răng quay trơn được bố trí cạnh đồng tốc gài số).
Vì có 5 số nên hộp số có 3 ống gài đồng tốc.
Ngoài ra để đảo chiều quay của trục thứ cấp khi lùi xe hộp số còn có
thêm 1 bánh răng số lùi có thể di trượt trên trục số lùi để ăn khớp với một

9


bánh răng chủ động số lùi trên trục sơ cấp và vành răng trên ống gài của bộ
đồng tốc số 1 và số 2 ở vị trí trung gian.
Vì hộp số hai trục thường bố trí ở xe du lịch cầu trước chủ động nên
ngoài các bộ phận nêu trên thì cặp bánh răng truyền lực cuối cùng và bộ vi sai
cũng được bố trí luôn trong cụm hộp số.
Nguyên lý làm việc của hộp số khi gài các số truyền khác nhau được thể
hiện ở các hình vẽ sau:
Trục sơ cấp
(bánh răng chủ
động số 1)

Bánh răng bị

động số 1

Ống và vành
trượt thứ nhất

Bộ vi sai

Vành răng bộ
vi sai

Trục thứ cấp
(bánh răng vi
sai chủ động)

Hình1.3: Dòng truyền momen khi gài số 1
Trục sơ cấp
(bánh răng chủ
động số 2)

Bánh răng bị
động số 2

Ống và vành
trượt thứ nhất

Bộ vi sai

Vành răng bộ
vi sai

Trục thứ cấp
(bánh răng vi
sai chủ động)

Hình1.4: Dòng truyền mômen khi gài số 2

10


Trục sơ cấp

Ống và
vành trượt
thứ hai

Bộ vi sai

Bánh răng
chủ động
số 3

Vành răng
bộ vi sai

Bánh răng
bị động số
3

Trục thứ cấp (bánh
răng vi sai chủ

động)

Hình 1.5: Dòng truyền mômen khi gài số 3
Trục sơ
cấp

Ống và vành
trượt thứ hai

Bộ vi sai

Bánh răng
chủ động
số 4

Vành răng
bộ vi sai

Bánh răng
bị động số
4

Trục thứ cấp
(bánh răng vi sai
chủ động)

Hình1.6: Dòng truyền mômen khi gài số 4
Trục sơ
cấp

Ống và vành
trượt thứ ba

Bộ vi sai

Bánh răng
chủ động
số 5

Vành răng
bộ vi sai

Bánh răng
bị động số
5

Trục thứ cấp
(bánh răng vi sai
chủ động)

Hình1.7: Dòng truyền mômen khi gài số 5
11


Trục sơ cấp (dẫn động
bánh răng chủ động số
lùi)

Bộ vi sai

Bánh răng trung
gian số lùi

Vành
răng bộ vi
sai

Ống và vành
trượt thứ
nhất

Trục thứ cấp
(bánh răng bị
động số lùi)

Hình1.8: Dòng truyền mômen khi gài số lùi
Hộp số này 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.
- Có thể tăng nhiều độ cứng vững và độ bền của các chi tiết, bởi vì trong
hộp số này không có cụm nào bị nào bị hạn chế bởi điều kiện kích thước.
- Kết cấu đơn giản tiện lợi khi sử dụng.
Khuyết điểm của hộp số này là có kích thước lớn, vì tỷ số truyền của hộp
số chỉ do một cặp bánh răng ăn khớp nên trọng lượng sẽ lớn. Về mặt cấu tạo
và nguyên lý làm việc của các cơ cấu điều khiển tương tự hộp số 3 trục. Nó
chỉ khác hộp số 3 trục về sự bố trí các trục và số lượng các trục mà thôi. Hộp
số này thường dùng cho xe du lịch với cầu trước chủ động.
Ngày nay, hộp số hai trục được dùng rất phổ biến trên ôtô du lịch (xe có
tải trọng phân bố lên hai cầu tương đương nhau). Do đảm bảo tính gọn nhẹ
của hệ thống truyền lực, không sử dụng các đăng trong điều kiện không gian

gầm xe chặt hẹp. Kiểu hộp số này gồm hai cụm bộ phận cùng lắp đặt chung
trong một vỏ hộp: Cụm hộp số sang số bằng tay và bộ vi sai. Công suất động
cơ được truyền đến trục sơ cấp rồi đến trục thứ cấp hộp số. Bánh răng chủ
động của trục thứ cấp truyền mômen cho bộ vi sai làm quay các bán trục.
Hộp số hai trục lắp với bộ truyền lực chính và vi sai thành một cụm, vỏ
hộp số bao kín bộ truyền lực chính và vi sai, vỏ hộp được lắp với vỏ cầu trước
nhờ các bulông. Hộp số hai trục không có trục trung gian, trục sơ cấp nối
thẳng ra bánh đà để truyền công suất.
12


1.2.2. Hộp số ba trục
Với loại hộp số này, kết cấu thường có ít nhất 3 trục truyền động: trục sơ
cấp và thứ cấp lắp đồng trục với trục sơ cấp, ngoài ra còn có thêm trục trung
gian. Trục trung gian có thể có một, hai, hoặc ba trục bố trí chung quanh trục sơ
cấp và thứ cấp nhằm làm tăng độ cứng vững cho trục thức cấp, duy trì sự ăn
khớp tốt nhất cho các cặp bánh răng lắp trên trục.

Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý của hộp số ba trục.
Nguyên lý làm việc của hộp số như sau:
Khi ống gài 4 và 5 ở vị trí trung gian mặc dù các bánh răng trên trục sơ
cấp, thứ cấp và trục trung gian luôn ăn khớp với nhau nhưng các bánh răng
trên trục thứ cấp quay trơn với trục nên hộp số chưa truyền mômen (số 0).
Các số truyền của hộp số được thực hiện như sau:
- Số 1: để gài số 1, người ta điều khiển ống gài 5 dịch chuyển sang phải
cho vấu gài ăn khớp với bánh răng Z1 khi đó dòng truyền mômen từ trục 1 →
Z4→ Z'4 → trục trung gian → Z'1→ Z1→ ống gài 5 → trục 2.
- Số 2: để gài số 2, người ta điều khiển ống gài 5 dịch chuyển sang trái
cho vấu gài ăn khớp với bánh răng Z2 khi đó dòng truyền mômen từ trục 1 →
Z4→ Z'4 → trục trung gian → Z'2→ Z2→ ống gài 5 → trục 2.

- Số 3: để gài số 3, người ta điều khiển ống gài 4 dịch chuyển sang phải
cho vấu gài ăn khớp với bánh răng Z3 khi đó dòng truyền mômen từ trục 1 →
Z4→ Z'4 → trục trung gian → Z'3→ Z3→ ống gài 4 → trục 2.

13


- Số 4: để gài số 4, người ta điều khiển ống gài 5 dịch chuyển sang trái
cho vấu gài ăn khớp với bánh răng Z4 khi đó dòng truyền mômen từ trục 1 →
Z4 ống gài 4 → trục 2 (truyền thẳng).

Hình 1.10: Cấu tạo thực tế hộp số 3 trục
Trục sơ cấp của hộp số đồng thời là trục ly hợp được chế tạo liền với
bánh răng luôn ăn khớp gọi là bánh răng chủ động chính (số 4). Trục thứ cấp
được đặt đồng trục với trục sơ cấp. Một đầu của trục thứ cấp được tựa trên ổ
bi nằm ở vỏ hộp số, đầu còn lại gối vào ổ bi kim trong phần rỗng của bánh
răng chủ động chính. Trục trung gian được gối trên hai ổ đỡ nằm trong vỏ hộp
số, đặt song song và cách trục sơ cấp và thứ cấp một khoảng nào đó.Để thực
hiện việc gài số, trong hộp số cũng có các ống gài đồng tốc.Vì hộp số có 5 số
tiến nên trong hộp số phải sử dụng 3 ống gài đồng tốc. Ngoài ra hộp số còn có
bánh răng số lùi có thể di trượt trên trục số lùi để thực hiện gài số lùi khi lùi
xe.
Nguyên lý làm việc của hộp số khi gài các số truyền khác nhau được thể
hiện ở các hình vẽ sau:

14


Trục sơ cấp

Bánh răng chủ
động chính số 4

Ống trượt và vành trượt
thứ nhất

Trục thứ cấp

Bánh răng
trung gian

Bánh răng bị
động số 1

Hình1.11: Dòng truyền mômen khi gài số 1
Trục sơ cấp

Trục thứ cấp

Bánh răng chủ
động chính số 4

Ống trượt và vành trượt
thứ nhất

Bánh răng
trung gian

Bánh răng bị
động số 2

Hình1.12: Dòng truyền mômen khi gài số 2
Các tay số tiếp theo có đường truyền số tương tự như khi gài số 1 và số 2
như trên.
Hộp số này có các ưu điểm sau:
- Khi cùng kích thước bên ngoài như nhau loại hộp số này cho ta tỷ số
truyền lớn. Đặc điểm này rất quan trọng vì hiện nay động cơ cao tốc được
dùng nhiều trên ôtô. Như thế nghĩa là nếu cần đảm bảo một tỷ số truyền như
nhau thì loại hộp số này có kích thước bé, trọng lượng cũng bé hơn, do đó
giảm được toàn bộ trọng lượng ôtô.
- Trục sơ cấp và trục thứ cấp đặt đồng tâm cho nên có thể làm số truyền
thẳng nghĩa là gài cứng trục sơ cấp và trục thứ cấp lại với nhau. Trong trường
15


hợp này hiệu suất sẽ cao nhất, coi như bằng một, bởi vì truyền động không
qua một cặp bánh răng nào cả.
- Đối với ôtô rất quan trọng bởi vì thời gian làm việc của ôtô ở số truyền
thẳng chiếm tỷ lệ cao 50÷80%
- Trên các đoạn đường bằng phẳng có thể gài số truyền thẳng, do đó thời
gian sử dụng các tay số trung gian sẽ ít, cho nên có thể làm bánh răng và ổ bi
ở các tay số này với kích thước nhỏ.
Nhược điểm :
Hộp số có số truyền thẳng có khuyết điểm là ổ bi đằng trước (theo chiều
chuyển động của ôtô) của trục thứ cấp được đặt vào lỗ đằng sau của trục sơ
cấp. Do điều kiện kết cấu của hộp số (kích thước trục sơ cấp, ổ bi này không
thể làm to được, cho nên khi làm việc có lực tác dụng thì ổ bi này sẽ ở tình
trạng căng thẳng). Trong hộp số các bánh răng có nhiêm vụ truyền động giữa
các trục. Để truyền động được các bánh răng trên các trục phải ăn khớp với
nhau. Bánh răng trong hộp số được lắp cố định trên trục bằng then bán

nguyệt, then bằng (hoặc liền khối với trục), bánh răng lắp lồng không trên
trục nhờ bạc lót.
1.2.3. Hộp số tự động kiểu hành tinh
Hộp số tự động kiểu hành tinh có cấu tạo gồm biến mô thuỷ lực (BMM)
và hộp số hành tinh (HSHT) có cấu trúc chung một cụm và được lắp liền sau
động cơ. Hộp số tự động thay thế chức năng làm việc của ly hợp ma sát và
hộp số cơ khí có cấp. Hộp số tự động có hệ thống điều khiển điện tử, thuỷ lực
phức tạp làm việc cùng với thiết bị vi tính (ECU, ECT...) thực hiện đóng ngắt
thay đổi các số truyền.

Hình 1.13: Hộp số tự động kiểu hành tinh.
16


Biến mômen thủy lực:

Hình 1.14: Biến mô thủy lực
BMM được cấu thành từ ba bộ phận chính sau: Phần chủ động gọi là
bánh bơm (B), phần bị động gọi là bánh tua bin (T), phần phản ứng gọi là
bánh dẫn hướng, trong biến mô có ly hợp ma sát và bộ phận giảm sóc. Phần
chủ động (B) được nối với trục khuỷu của động cơ, phần bị động (T) được nối
với trục hộp số hành tinh, phần dẫn hướng (D) được cố định trong vỏ hộp số
nhờ khớp một chiều. Bánh (B), bánh (T), bánh (D) có dạng hình xuyến và làm
việc theo tích chất xoáy của dầu thuỷ lực. Khi phần (B) quay, dầu sẽ chuyển
động sang phần (T), làm (T) quay. Phần (D) có tác dụng dẫn hướng tạo điều
kiện tăng mômen. Cấu tạo trong của bánh B, bánh T, bánh D đều có cánh, các
cánh này được sắp xếp sao cho ở trạng thái làm việc chất lỏng chuyển động
(từ trong ra ngoài và quay trở vào trong tuần hoàn kín) theo hình xuyến xoắn
ốc tạo lên bởi các cánh.
Các cánh của B,T,D đều cấu tạo theo quy luật: Tạo lên không gian dòng

chảy của chất lỏng ở gần tâm lớn, càng ra ngoài càng thu nhỏ, tạo điều kiện
nâng cao tốc độ dòng chảy khi chất lỏng đi ra xa tâm với động năng lớn.
17


Hình 1.15: Sơ đồ cấu tạo BMTL
Chất lỏng có áp suất đóng vai trò truyền năng lượng giữa B và T. Khi B
quay cùng với động cơ làm cho dầu chuyển động, dưới tác dụng của lực ly
tâm dầu chạy ra phía ngoài và tăng tốc độ. Ở tại mép biên ngoài, dầu đạt tốc
độ cao nhất và hướng theo các cánh trong bánh B đập vào cánh tua bin, tại
bánh T dầu truyền năng lượng và giảm dần tốc độ theo các cánh của bánh T
chạy vào phía trong. Khi dầu tới mép trong của bánh T, bị rơi vào cánh của
bánh D và theo các cánh dẫn chuyển sang bánh B, cứ như vậy chất lỏng
chuyển động tuần hoàn theo đường xoắn ốc. Qúa trình dầu di chuyển trong
bánh B là quá trình tích năng, quá trình dầu di chuyển trong bánh T là quá
trình truyền năng lượng, còn ở bánh D là quá trình đổi hướng chuyển động.
Đa số thời gian mômen của bánh T lớn hơn mô men của bánh B, bánh D bị
khóa bởi khớp một chiều, làm điểm tựa tựa cứng cho chất dòng lỏng và tạo
điều kiện tăng phản lực của dòng chảy. Khả năng tăng mômen lớn nhất có thể
đạt 2,5 - 2,8 lần ứng với khi xe khởi hành. Nếu mômen của B và T bằng nhau
lúc này bánh D quay tự do, vai trò của bánh D chỉ là hướng dòng chất lỏng,
giảm tổn thất thủy lực trong BMM.
Hộp số hành tinh :
Hộp số hành tinh so với hộp số có trục cố định có những ưu điểm sau:
- Khi có cùng kích thước bánh răng sẽ có tỷ số truyền lớn.
- Trục và ổ bi của bánh răng trung tâm và cần dẫn không chịu tải trọng
hướng kính do lực ăn khớp của các bánh răng gây nên.
18

- Có thể sang số mà không cần cắt công suất truyền từ động cơ, nghĩa là
không cần cắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, do đó thời gian và hành
trình gia tốc ngắn hơn so với hộp số thường dùng.
- Việc cài số được tiến hành bằng ly hợp và phanh, do đó tạo điều kiện
cho việc tự động hoá quá trình gài số.
- Làm việc không ồn, không cần bộ đồng tốc.
- Kết cấu của bộ truyền động hành tinh ăn khớp bên trong gọn gàng bố
trí sít sao hơn bộ truyền bánh răng thường.
- Có hiệu suất cao hơn.
Trong hệ thống truyền lực HSHT được đặt sau BMM. Khác với hộp số
cơ khí có cấp đơn giản, hộp số hành tinh có trục di động nhằm thực hiện các
chuyển động theo trong các bộ truyền bánh răng. Hộp số hành tinh điều khiển
bằng cần số hoặc điều khiển tự động.Ngày nay, hộp số hành tinh sử dụng phổ
biến trên ôtô con.
Hộp số hành tinh được tổ hợp từ các cơ cấu hành tinh (CCHT) cơ bản.
Trên ôtô có ba dạng cơ cấu cơ bản:
CCHT kiểu Wilson độc lập
CCHT theo sơ đồ Simpson
CCHT theo sơ đồ Ravigneaux
- Đặc điểm cấu tạo của cơ cấu hành tinh kiểu Wilson:

Hình 1.16: Cấu tạo và sơ đồ CCHT Wilson.
CCHT kiểu Wilson là bộ truyền bánh răng ăn khớp trong và ngoài, ba
trục. Các chi tiết gồm: một bánh răng mặt trời có vành răng ngoài M đặt trên
một trục quay, một bánh răng ngoại luân có vành răng trong N đặt trên một
19


trục quay khác cùng đường tâm với trục của M, các bánh răng hành tinh H
nằm giữa M và N và đồng thời ăn khớp với M và N, trục của các bánh răng H

nối cứng với nhau trên giá hành tinh G và chuyển động quay xung quanh
đường tâm trục của M và N, trục của G là trục thứ 3 của CCHT. Nguyên lý
làm việc của cơ cấu hành tinh Wilson được xem xét dưới dạng sơ đồ theo
bảng dưới đây.
Trong đó quan hệ của số vòng quay trên trục bị động chia cho số vòng
quay trên trục chủ động là tỷ số truyền của CCHT đang xét. Trong bảng gồm
7 trạng thái, phần tử liên kết được hiểu là phần tử nối với vỏ hoặc liên kết
giữa hai phần tử với nhau, tỷ số truyền được tính:

i=

ncd
nbd

=

M bd
M cd

Khả năng sử dụng được ghi rõ như: số truyền tăng tốc, chậm, thẳng hoặc
lùi. Giới hạn tỷ số truyền phụ thuộc vào khả năng chế tạo và kích thước của
các chi tiết. Khả năng sử dụng của hộp số ôtô:
Khả năng sử dụng tỷ số truyền phụ thuộc vào giới hạn làm việc của động
cơ. Vì vậy trong bảng 1 chỉ sử dụng một số trạng thái:
i = 2, 5 ÷ 5
*Trạng thái 1 có thể là số 1 với
(số truyền rất chậm)
i = 1,0 ÷ 2,0
*Trạng thái 6 có thể là số 2 với
(số truyền chậm)

i = 1,0
*Trạng thái 7 có thể là số 3 với
(số truyền thẳng)
i = 0,6 ÷ 0,8
*Trạng thái 5 có thể là số 4 với
(số truyền tăng tốc OD)

i = − ( 4,0 ÷ 1,5 )

*Trạng thái 3 có thể là số lùi với
(số truyền lùi)
*Trạng thai O là trạng thái có phần chủ động, bị động, nhưng các phần tử
khác chỉ quay không, còn trục bị động quay không tải. Ở trạng thái này bánh
răng hành tinh làm nhiệm vụ điều hoà tốc độ quay của các phần chủ động và
bị động, một khâu khác quay tự do, vì vậy nó được dùng để tạo nên số Mo, và
dùng để chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của hộp số trong sử dụng.
1.3. Lựa chọn phương án thiết kế hộp số
20


Qua phân tích ưu nhược điểm của từng phươn án thiết kế hộp số ở trên
và để phù hợp với yêu cầu thiết kế của đề tài ta lựa chọn phương án bố trí
động cơ và phương án thiết kế động cơ như sau:
Động cơ bố trí trên ôtô theo kiểu: Động cơ bố trí phía trước và ngoài
buồng lái, tuy có một số nhược điểm như: Làm giảm tầm nhìn của người lái,
thu nhỏ thể tích khoang hành khách, nhưng bố trí theo kiểu này chăm sóc
động cơ sẽ thuận tiện, không càn cách nhiệt cách âm. Đây là cách bố trí được
sử dụng rộng rãi trên ôtô du lịch ngàynay.

Hình 1.17: Sơ đồ bố trí động cơ

21


Hình1.18: Động cơ đặt nằm ngang, cầu trước chủ động

Hình 1.19: Sơ đồ hệ thống truyền lực
Với ô tô du lịch cỡ nhỏ, làm việc trong điều kiện đường khá tốt, thì ta lựa
chọn phương án truyền lực theo công thức 4x2, với cầu trước chủ động. Kiểu
này ngày nay được sử dụng khá phổ biến trên ô tô du lịch. Cầu trước chủ
động nhằm tận dụng trọng lượng của khối động lực tăng tính ổn định của xe,
giảm ảnh hưởng của lực bên, không cần bố trí các đăng trong điều kiện không
gian gầm chặt hẹp. Với cách bố trí này, trọng lượng xe được phân bố đều lên
hai cầu, nên kết cấu hệ thống truyền lực đơn giản dễ bảo dưỡng, sửa chữa.
22


Hộp số thiết kế theo kiểu : Hộp số cơ khí có cấp, điều khiển bằng tay, sử
dụng bộ đồng tốc ở tất cả các số tiến.
Kiểu này có ưu điểm:
- Giá thành rẻ, dễ chế tạo và kết cấu đơn giản.
- Quá trình gài số êm dịu dễ dàng, tránh va đập gây vỡ bánh răng (so với
loại hộp số không sử dụng bộ đồng tốc).
- Hiệu suất truyền động cao làm việc với độ tin cậy tốt.
- Dễ bảo dưỡng và sửa chữa.
Nhược điểm:
- Do điều khiển cơ cấu đi số bằng tay lên tốn sức lực của người lái.
- Tốn thời gian sang số, hộp số làm việc không được êm dịu như hộp số tự
động.
- Khi cần nhiều tỷ số truyền thì kết cấu hộp số sẽ cồng kềnh và phức tạp.

Lựa chọn sơ đồ động:

Hình 1.20: Sơ đồ động hộp số thết kế.
A-Trục sơ cấp, B-Trục thứ cấp, C-Trục số lùi. I: Bộ đồng tốc một(BĐT1),
II: Bộ đồng tốc II (BĐT2).
23


- Trục sơ cấp: trục sơ cấp hộp số có lắp các bánh răng lồng không, bánh
răng sử dụng là bánh răng nghiêng. Đầu trước của trục có then hoa để ăn
khớp với ly hợp và được định tâm trên bánh đà nhờ ổ bi. Ngoài ra, trục còn
được gối trên hai ổ bi cầu hướng kính đỡ chặn một dãy trong vỏ hộp, ổ bi được
định vị trong vỏ hộp nhờ vòng hãm xẻ rãnh với các bu lông, đầu nối với bánh
đà có phớt chắn dầu. Trên trục có các vách ngăn, vòng cách để hãm các bánh
răng, bộ đồng tốc tránh di chuyển dọctrục.
Bánh răng có lỗ khoan để đảm bảo lượng dầu bôi trơn cho ổ trượt. Bộ
đồng tốc sử dụng thuộc kiểu quán tính, ăn khớp với bánh răng nhờ vành răng,
bộ đồng tốc lắp trên trục bằng thenhoa.
- Trục thứcấp:
Trục thứ cấp liên kết với bánh răng nhờ then bán nghuyệt, trục quay trên
hai ổ bi hướng kính đỡ chặn, định vị trong vỏ hộp nhờ vòng hãm xẻ rãnh với
các bu lông, trên trục có bố trí các vòng cách để hãm các bánh răng tránh di
chuyển dọc trục. Một đầu trục có then hoa để lắp bánh răng của bộ truyền lực
chính, trên trục có vòng chặn ổ bi.
Bánh răng trên trục số lùi là bánh răng trụ răng thẳng, việc ăn khớp
không nhờ bộ đồng tốc mà di trượt trên trục nhờ ổ trượt. Để bố trí trục số lùi,
trên vỏ hộp số có bố trí vách ngăn. Trục số lùi lắp trên vỏ nhờ ổ trượt. Trục
được cố định trên vỏ hộp nhờ bulông và tấm hãm, bánh răng trên trục quay
trơn. Bánh răng số lùi trên trục sơ cấp cố định với trục nhờ then bằng, bánh
răng số lùi trên trục thứ cấp không ăn khớp trực tiếp với bánh răng trên trục

sơcấp.
Bánh răng trên trục sơ cấp và trục thứ cấp luôn ăn khớp với nhau để sẵn
sàng truyền công suất, trên vành bánh răng sơ cấp có vành răng ăn khớp với
bộ đồngtốc.
Cơ cấu điều khiển: Cơ cấu điều khiển theo kiểu bằng tay. Trên trục trượt
có các rãnh hãm và được hãm bằng bi dưới tác dụng của lực nén lò xo, để đảm
bảo không cho trục dịch chuyển tránh hiện tượng nhảy số ngẫu nhiên, tránh
cài hai số một lúc. Ngoài ra còn có cơ cấu định vị đúngsố.
Đường chạysố:
+ Số I: Dùng tay điều khiển cần gạt đẩy bộ đồng tốc I sang bên phải,
lúcnày xe chạy ở số I, đường truyền mômen như sau:
24


→

→ Z1 → Z11 → B

→

→ Z 2 → Z 22 → B

A BĐT1
+ Số II: Dùng tay điều khiển cần gạt đẩy bộ đồng tốc I sang bên trái lúc
này xe chạy ở số II, đường truyền mômen nhưsau:
A BĐT1
+ Số III: Dùng tay điều khiển cần gạt đẩy bộ đồng tốc II sang bên phải
lúc
này xe chạy ở số III, đường truyền mômen như sau:
→

→ Z 3 → Z 33 → B

A BĐT2
+ Số IV: Dùng tay điều khiển cần gạt đẩy bộ đồng tốc II sang bên trái lúc
này xe chạy ở số IV, đường truyền mômen như sau:
→
→ Z 4 → Z 44 → B
A BĐT2
+ Số lùi: Dùng tay điều khiển cần gạt đẩy bánh răng di trượt sang bên
trái, lúc này mômen được truyền đến trục thứ cấp cấp thông qua bánh răng
trung gian, đường truyền như sau:
→ Z L → Z L 2 → Z L1 → B

A
+ Số không: Khi hai bộ đồng tốc ở vị trung gian, cần gạt số lùi ở vị trí
trung gian, các khoá hãm và định vị giữ trục gài số ở vị trí trung gian, đảm bảo
dừng xe an toàn khi động cơ đang hoạtđộng.

25