đồ án thiết kế ô tô

LỜI NÓI ĐẦU
Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển
mạnh.Bên cạnh đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến
bộ.Trong đó phải nói đến ngành cơ khí động lực và sản xuất
ôtô,chúng ta đã liên doanh với khá nhiều hãng ôtô nổi tiếng trên thế
giới cùng sản xuất và lắp ráp ôtô.Để góp phần nâng cao trình độ và
kỹ thuật, ội ngũ kỹ thuật của ta phải tự nghiên cứu và chế tạo,đó là
yêu cầu cấp thiết.Có như vậy ngành ôtô của nước ta mới phát triển
được.
Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ tính toán thiết kế hộp
số xe du lịch.Đây là một bộ phận chính, không thể thiếu trong ôtô.Nó
dùng để thay đổi số vòng quay và mômen của động cơ truyền đến
các bánh xe chủ động cho phù hợp với điều kiện làm việc của ôtô,
ngắt truyền động của động cơ khỏi hệ thống truyền lực trong thời
gian lâu dài.
Đồ án này là một phần quan trọng trong nội dung học tập của
sinh viên,nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng
những kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành.
Trong quá trình thực hiện đồ án này,em đã cố gắng tìm tòi,
nghiên cứu các tài liệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong
muốn hoàn thành đồ án tốt nhất.Tuy nhiên, vì bản thân còn ít kinh
nghiệm nên việc hoàn thành đồ án này không thể không có những
thiếu sót.

1


PHẦN 1
TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ Ô TÔ
1.1 Công dụng và yêu cầu của hộp số.
1.1.1

Công dụng của hộp số.

Hộp số dùng để thay đổi số vòng quay và momen 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 ôtô máy kéo mà tự
bản thân ôtô máy kéo không đáp ứng được, và tận dụng tối đa công
suất của động cơ.
Ngoài ra, hộp số còn dùng để :
- Tách lâu dài động cơ khỏi hệ thống truyền lực khi cần thiết,
như khi khởi động động cơ, khi dừng xe cho động cơ chạy không tải,
khi cho xe chạy theo quán tính…
- Dẫn động các bộ phận công tác trên các xe chuyên dùng, như
xe có tời kéo, xe tự đổ, cần cẩu…. và các thiết bị khác.
1.1.2 Yêu cầu của hộp số.
- Có dãy tỉ số truyền phù hợp nhằm đảm bảo tốt tính năng
động lực và tính năng kinh tế nhiên liệu cần thiết.
- Khi gài số không sinh ra các lực va đập lên các răng nói riêng
và hệ thống truyền lực nói chung.
- Hộp số phải có vị trí trung gian để có thể ngắt truyền động
khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian dài, phải có cơ cấu chống
gài hai số cùng lúc để đảm bảo an toàn cho hộp số không bị gãy vỡ.
- Hộp số phải có số lùi để cho phép xe chuyển động lùi, đồng
thời phải có cơ cấu an toàn chống gài số lùi ngẩu nhiên.
- Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, bề vững.
- Hiệu suất cao, kích thước khối lượng nhỏ, giá thành rẻ.
1.2 Phân loại hộp số.
2

•

Theo phương pháp điều khiển.

Chia ra các loại: Điều khiển bằng tay, điều khiển tự động và bán tự
động
a. Hộp số cơ khí ( điều khiển bằng tay).
Là hộp số điều khiển hoàn toàn bằng kết cấu cơ khí, dựa trên
tỉ số truyền khác nhau của các cặp bánh răng ăn khớp.
+ Ưu điểm: kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, giá thành thấp,
dễ bảo dưỡng, sửa chữa, hiệu suất cao.
+ Nhược điểm: cồng kềnh, mất nhiều thời gian để chuyển số,
điều khiển nặng nhọc, khó tạo cảm giác êm dịu khi chuyển số.
b. Hộp số tự động.
Là hộp số mà nhờ các tính chất bên trong của kết cấu, sự thay
đổi tỷ số truyền được thực hiện tùy động tùy theo điều kiện đường
xá.
+ Ưu điểm: có thể tự động chuyển đổi số, thích nghi với các
loại đường, điều khiển dễ dàng, tải trọng động nhỏ, tuổi thọ chi tiết
cao.
+ Nhược điểm: kết cấu phức tạp, giá thành cao, khó sửa chữa.
c. Hộp số bán tự động.
Là hộp số có cấp do người lái thực hiện chuyển số, tuy nhiên
việc chuyển số được thực hiện không phải bằng sức lực của người lái
mà sử dụng các cơ cấu trợ lực, các hộp số loại này làm việc với ly
hợp tự động.
+ Ưu điểm: đơn giản về kết cấu, giảm bớt các thao tác cho
người lái.
+ Nhược điểm: tăng giá thành, khó khăn trong việc bảo dưỡng
sửa chữa.

•

Theo tính chất truyền momen.
Có thể chia hộp số thành hai loại: hộp số vô cấp và hộp số có

cấp .
a. Hộp số vô cấp
Kiểu hộp số vô cấp có momen truyền qua hộp số biến đổi liên
tục, cho phép thay đổi liên tục trong một giới hạn nào đó giá trị tỉ số
truyền và momen xoắn truyền đến bánh xe chủ động.
3


+ Ưu điểm: Động cơ và hệ thống truyền lực ít bị quá tải, ôtô sẽ
có tính năng thông qua cao, momen xoắn truyền đến các bánh xe
chủ động liên tục và êm dịu do đó tăng tuổi thọ các chi tiết trong
hộp số.
+ Nhược điểm:Kết cấu phức tạp, đắt tiền, chế tạo phức tạp,
hiệu suất truyền lực nhỏ hơn truyền lực có cấp, tăng tiêu hao nhiên
liệu khi ô tô hoạt động ở tốc độ thấp.
b. Hộp số có cấp
Kiểu hộp số có cấp gồm một số cấp hữu hạn ( từ 3÷20 cấp).
Ứng với mỗi cấp có một giá trị momen và do đó tốc độ truyền qua
hộp số là không đổi.
+ Ưu điểm: Tính năng động lực cũng như tính năng kinh tế
nhiên liệu tăng, kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, đảm bảo tỷ số truyền
cần thiết đáp ứng được các điều kiện sử dụng của xe.
+ Nhược điểm: Phải thường xuyên thực hiên các thao tác
chuyển số để phù hợp với sức cản của đường.
•

Theo số trục chứa các cặp bánh răng truyền số.
Có thể chia hộp số thành hai loại:Hộp số hai trục và hộp số ba

trục.
a. Hộp số hai trục
Hộp số hai trục có trục sơ cấp lắp bánh răng chủ động và trục
thứ cấp lắp bánh răng bị động của các số truyền tương ứng. Hộp số
hai trục không tạo được số truyền thẳng do muốn tạo ra một tỷ số
truyền phải qua một cặp bánh răng.

Hình 1.1. Sơ đồ động hộp số hai trục.

4


I: Trục sơ cấp của hộp số;

II: Trục thứ cấp của

1: Số cấp số 1 của hộp số;

2: Số cấp số 2 của

3: Số cấp số 3 của hộp số;

4: Số cấp số 4 của

hộp số;

hộp số;

hộp số;
L: Số cấp số lùi của hộp số;
Sơ đồ hộp số kiểu này phù hợp với hệ thống truyền lực có cầu
chủ động bố trí cùng phía với động cơ như trên một số xe du lịch.
Chiều chuyển động trên trục ra ngược với chiều chuyển động trên
trục vào. Việc thiết kế truyền lực chính của cầu chủ động dùng bánh
răng trụ được đơn giản hơn khi dùng bánh răng nón. Hộp số hai trục
dùng phổ biến trên máy kéo và các loại xe chuyên dùng khác.
b. Hộp số ba trục
Hộp số ba trục có trục sơ cấp và thứ cấp lắp đồng trục với
nhau, ngoài ra còn có thêm trục trung gian nhằm tăng độ cứng cho
trục thứ cấp và duy trì sự ăn khớp tốt nhất giữa các căp bánh răng.
Sơ đồ động hộp số ba trục:

Hình 1.2.Sơ đồ động hộp số ba trục.

5


I: Trục sơ cấp;

II: Trục trung gian;

III: Trục thứ

cấp
IV: Trục số lùi;

A,B: Bộ đồng tốc;

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
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 ( có thể coi bằng một nếu như bỏ qua các
tổn thất khác). Điều này rất có ý nghĩa với hộp số ô tô vì phần
lớn thời gian làm việc của hộp số là truyền thẳng (chiếm tỷ lệ
đến 50÷ 80%), cho phép nâng cao hiệu suất truyền của hộp số
và do đó giảm tiêu hao nhiên liệu và tăng tuổi thọ chung cho
hộp số. Vì vậy hộp số loại này được sử dụng phổ biến trên hầu
hết các loại ôtô.
Tuy vậy, hộp số kiểu này có nhược điểm có nhược điểm là
trục thứ cấp phải bố trí gối lên trục sơ cấp thông qua ổ bi đặt
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. Điều
này có thể làm ổ bi này dễ bị tình trạng quá tải. Tuy nhiên, nhờ
đặc điểm nổi bật là hộp số 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.
•

Dựa theo số cấp của hộp số.
Chia hộp số thành hai loại: hộp số thường và hộp số nhiều cấp.

a. Hộp số thường.
Kiểu hộp số thường số có số cấp nhỏ hơn hoặc bằng 6.
+ Ưu điểm: Giảm số lần gài, đơn giản cơ cấu điều khiển, giảm
được khối lượng của hộp số do đó góp phần giảm tự trọng của ôtô.
6


+ Nhược điểm:Số cấp nhỏ làm giảm tính năng động lực và tính
kinh tế nhiên liệu của ô tô.
b. Hộp số nhiều cấp.
Đối với ôtô tải lớn thường xuyên hoạt động trong điều kiện
nặng nhọc, nhiều loại đường khác nhau thì số cấp của nó có thể lên
tới 8 đến 20 cấp. Hộp số nhiều cấp được tạo thành bằng cách thêm
vào trước 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 hay tăng tốc.
+ Ưu điểm : Tính năng động lực học và tính kinh tế nhiên liệu
tăng, tăng khả năng tải, giúp ôtô làm việc được trong điều kiện
nặng nhọc.
+ Nhược điểm:Kết cấu phức tạp, hộp số cồng kềnh, cơ cấu điều
khiển phức tạp.
Ngoài ra dựa vào kết cấu của hộp phụ có thể chia ra: hộp số
nhiều cấp với hộp số phụ kiều bánh răng thường,hộp số nhiều cấp
với hộp số phụ kiều bánh răng hành tinh.
Dựa vào vị trí bố trí hộp số phụ có thể chia ra: hộp số nhiều
cấp với hộp số phụ bố trí phía trước, hộp số nhiều cấp với hộp số phụ
bố trí phía sau.
•

Hộp số nhiều cấp với hộp số phụ (kiểu chia) bố trí phía

trước:

Hình 1.6.Sơ đồ động hộp số nhiều cấp với hộp số phụ
bố trí phí trước (kiểu chia).
1p, 2p: Vị trí gài cấp số 1, cấp số 2 của số phụ ;

7


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;
•

Hộp số nhiều cấp với hộp số phụ (hành tinh) bố trí
phía trước:

Hình 1.7.Sơ đồ động hộp số nhiều cấp với hộp số phụ
bố trí phí trước (kiểu hành tinh).
I: Trục sơ cấp hộp số chính (nối trục bánh răng Zb hộp
số phụ);

8


II: Trục trung gian hộp số chính;
III: Trục thứ cấp hộp số chính;
1p, 2p: Vị trí gài cấp số 1, cấp số 2 của số phụ.
•

Hộp số nhiều cấp với hộp số phụ kiểu bánh răng
thường bố trí phía sau:

Hình 1.8.Sơ đồ động hộp số nhiều cấp với hộp số phụ
kiểu bánh răng thường bố trí phí sau.
III: Trục thứ cấp hộp số chính;
IIIp: Trục thứ cấp hộp số phụ;
1p, 2p: Vị trí gài cấp số 1, cấp số 2 của số phụ.

9


PHẦN 2
TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU
2.1 Thông số cho trước
+ Loại ô tô:

Xe du lịch

+ Trọng lượng toàn bộ:

1550 [KG]

+ Động cơ Xăng có:
Công suất cực đại: 63 [kW]

Ở tốc độ: 6000 [vòng/phút]

Mô men cực đại: 120 [Nm]

Ở tốc độ: 3200 [vòng/phút]

+ Bán kính làm việc bánh xe:

300 [mm]

+ Tốc độ cực đại của xe:

140 [km/h]

+ Hệ số cản lớn nhất của đường:

0.55

2.2 Tính tỷ số truyền của số thấp nhất
a. Tính tỷ số truyền số thấp nhất ihI theo điều kiện kéo
Giá trị tỷ số truyền số thấp nhất ihI được xác định theo điều
kiện kéo sau :

ihI ≥

ψ max .Ga .rbx

M e max .i0 .ηt

(1)

Trong đó:
-

Ga : Trọng lượng toàn bộ xe (N)
Ga = 1550 KG = 1550.9,81 = 15205.5 (N)

-

Ψmax : Hệ số cản lớn nhất của đường
Ψmax = 0,55

-

-

rbx : bán kính làm việc của bánh xe chủ động (m)
rbx = 0,3 m
Memax : mômen cực đại của động cơ (Nm)
Memax = 120 Nm

ηt

: hiệu suất của hệ thống truyền lực
Đối với xe du lịch (0,85÷0,92)

ηt

-

Chọn = 0,9
i0 : tỷ số truyền lực chính
10


i0 =

ωe max .rbx
ihn .vmax

(2)

Trong đó :

ihn : tỷ số truyền cao nhất của hộp số, thường chọn i hn = 1

-

(do truyền thẳng)
-

ωe max

:tốc độ góc lớn nhất của động cơ,đối với xe du lịch
=(1,0÷1.25)ωN

ωN

Với
cơ

ωe max =

-

ωe max

là tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động

1.2.π .nN 1.2.π .6000
=
= 628 ( rad / s)
60
60

vmax : vận tốc cực đại của xe, vmax = 140 km/h = 38,89 m/s
Thay vào công thức (2),
i0 =

ωe max .rbx 628.0,3
=
= 4,84
ihn .vmax
1.38,89

ta có :
Tiếp tục thay các thông số trên vào công thức (1),

ihI ≥

Ta có:

ψ max .Ga .rbx 0, 55.15205,5.0,3
=
= 4,8
M e max .i0 .ηt
120.4,84.0, 9

(3)

b. Tính tỷ số truyền số thấp nhất ihI theo điều kiện bám
Kiểm tra điều kiệm bám :

ihI ≤

ϕ.Gϕ .rbx
M e max .i0 .ηt

(4)

Trong đó :
-

Gφ : trong lượng bám của xe (N)
Gφ = Gcd.mcd

+ Gcd : là trọng lượng phân bố lên cầu chủ động. Đối với ô
tô du lịch,thường

cầu trước là cầu chủ động.
Gcd = 0,5.Ga = 0,5.15205,5 = 7602,75 (N)
11


+ mcd là hệ số phân bố lại tải trọng lên cầu chủ động
mcd=(1,2÷1,35)chọn 1,2
suy ra : Gφ = 1,2.7602,75 = 9123,3 (N)
-

φ : hệ số bám giữa lốp với mặt đường,
xe du lịch thường xuyên hoạt động trên đường nhựa hoặc bê
tông có hệ số bám φ =(0,7÷0,8), chọn φ = 0,7.

Thay các thông số vào (3) :
ihI ≤

ϕ.Gϕ .rbx
M e max .i0 .ηt

=

0, 7.9123,3.0,3
= 3, 665
120.4,84.0,9

Vì 3,665<4,8 nên xe có 2 cầu chủ động nên Gcd = Ga
ihI ≤

ϕ.Gϕ .rbx

M e max .i0 .ηt

=

0, 7.15205,5.0,3
= 6,1
120.4,84.0,9

c. Tính tỷ số truyền ih1 theo điều kiện khả năng chuyển động với tốc
độ ổn định tối thiểu để xe có thể cơ động trong điều kiện chật hẹp.
Ta có :
ihI ≥

0,377.ne min .rbx
Va min .i0

(6)

Trong đó: - nemin là số vòng quay ổn định tối thiểu của động
cơ,với động
xăng n emin =(4001200 v/p) chọn nemin
= 500 v/p
- V amin là tốc độ chuyển động ổn định nhỏ nhất mà
xe có thể thực hiện được để dễ dàng cơ động vượt qua địa hình chật
hẹp, chọn Vamin =5km/h
Thay các thông số vào công thức (4) ta có :
ihI ≥

0,377.500.0,3
= 2,34

5.4,84

Từ (3),(5),(7) ta có :

(7)

ihI ≥ 4,8

ihI ≥ 2.34  
i ≤ 6,1     
 hI

12


Ta lấy:

ih1 = 4,8

2.3 Số cấp của hộp số
Số cấp của hộp số được xác định theo công thức:

log( Ki )
log( Ki )
≤ n −1 ≤
log(qti ,i +1 )
log(qci ,i +1 )

(8)

Trong đó:
-

n : số cấp của hộp số.
Ki : giá trị khoảng tỷ số truyền Ki= ihI/ihn kết quả tính ihI = 4,8
ihn : tỷ số truyền tay số cao nhất (i hn=1).
qci,i+1 =1,3÷1,4 khoảng cách giữa các tay số cao, chọn q ci,i+1
= 1,4
qti,i+1 =1,6÷1,7 khoảng cách giữa các tay số thấp, chọn q ti,i+1
=1,7
.
Thay các thông số vào công thức (8) :
3,9≤n≤5,6 chọn số nguyên n = 4
Vậy số cấp hộp số là 4.

Đối với ô tô du lịch và khách liên tỉnh, thường làm việc ở các số
truyền cao, nên các số truyền trung gian được xác lập theo cấp số
điều hòa nhằm sử dụng tốt nhất công suất động cơ khi sang số như
sau:
m −i
 i −1
ihi = ih1 
ih1 +
m − 1
 m −1

−1

(9)

Trong đó:
i

: Số thứ tự tay số

n

: Số cấp hộp số đã làm tròn nguyên. n = 4
m

: Số hiệu tay số truyền thẳng. Nếu số truyền thẳng là số

truyền cao nhất thì m=n, nếu hộp số có số truyền tăng thì m= n-1, ở
đây m=n=4

13


ih1

: Tỷ số truyền số thấp nhất của hộp số. Kết quả tính trên:

ih1 = 4,8

Tỷ số truyền trung gian cuả hộp số:
−1

4 − 2
 2 −1
ih 2 = 4,8 

4,8 +
= 2,117
4 − 1 
 4 −1
−1

4 − 3
 3 −1
ih3 = 4,8 
4,8 +
= 1, 358
4 − 1 
 4 −1

Tỷ số truyền số lùi:

ihl

được xác định khi bố trí chung hộp số, được chọn :
ihl
ihl

= (1,2 ÷ 1,3).ih1 , chọn

ihl

= 1,2. ih1

= 1,2.ih1 = 1,2.4,8 = 5,76

Vậy tỷ số truyền các tay số của xe cần thiết kế sơ bộ là:
ih1 = 4,8; ih2 = 2,117; ih3 = 1,358; ih4 =1;

ihl

= 5,76

2.4 Chọn loại và sơ đồ động của hộp số
2.4.1 Chọn loại hộp số
Ôtô cần thiết kế là ôtô du lịch, vận chuyển người có tuyến
đường đi không cố định, có thể di chuyển đường dài, đòi hỏi tính
năng tăng tốc tốt nên phần lớn thời gian làm việc là ở số truyền
thẳng, các số truyền trung gian khác rất ít sử dụng, với kết quả tính
ở trên số cấp n của hộp số thiết kế là n = 4 nên ta có 2 phương án
chọn kiểu/loại hộp số. Đó là:
+ Hộp số 3 trục:
Ưu điểm:

14


-

Có số truyền thằng, 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 mòn, tiếng ồn, mất mát công suất.

-

Kết cấu hộp số nhỏ gọn, giúp tiết kiệm vật liệu chế tạo, giảm

giá thành xe…

-

Khi các số truyền khác mômen truyền qua hai cặp bánh răng do
đó có thể tạo ra được tỉ số truyền lớn với kích thước nhỏ gọn, nhờ
đó giảm được trọng lượng toàn bộ xe.
Nhược điểm:

- Hiệu suất giảm ở các tay số trung gian.
- Trục thứ cấp phải bố trí gối lên trục sơ cấp thông qua ổ bi đặt

bên trong phần rỗng của đầu ra trục sơ cấp, nên làm việc căng
thẳng vì kích thước bị hạn chế bởi điều kiện kết cấu.
+

Hộp số 2 trục:
Trục sơ cấp gắn các bánh răng chủ động, trục thứ cấp gắn
các bánh răng bị động.
Ưu điểm:
-

Hiệu suất cao vì mỗi số chỉ qua 1 cặp bánh răng.

-

Kết cấu đơn giản.

-

Dễ bố trí và đơn giản được kết cấu, hệ thống truyền lực khi xe
đặt động cơ gần cầu chủ động.
Nhược điểm:
- Kích thước chiều ngang lớn hơn hộp số ba trục đồng tâm

khi có cùng tỷ số truyền (ở hộp số đồng tâm, mỗi tỷ số truyền
thì ít nhất qua hai cặp bánh răng nên kích thước gọn hơn
nhưng hiệu suất thấp hơn trừ số truyền thẳng).
- Kích thước hộp số lớn sẽ kéo theo trọng lượng lớn, nhất là

khi xe có tỷ số truyền lớn.
15


- 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
(ih = 1)

, vì phải thông qua cặp bánh răng ăn khớp. Điều đó có

nghĩa là hiệu suất của mọi cấp số truyền này đều nhỏ hơn một.
Từ kết quả phân tích những ưu nhược điểm của hai phương án
trên cộng với số liệu của sơ bộ của hộp số thiết kế ta chọn phương
án hộp số thiết kế là hộp số 3 trục 4 cấp cố định, có trục sơ cấp và
trục thứ cấp đồng tâm.
2.4.2 Sơ đồ động học của hộp số
Sơ đồ động của hộp số loại 3 trục cố định có số cấp như nhau,
khác nhau chủ yếu ở các cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp và cách
bố trí số lùi. Ở hầu hết các tay số đều sử dụng bánh răng nghiêng

luôn luôn ăn khớp. Để gài số có thể dùng ống gài hay đồng tốc.
Đối với xe du lịch thì yêu cầu phải gài êm dịu, nhẹ nhàng. Ở
đây, hộp số thiết kế là loại ôtô tải gồm 4 cấp (4 số tiến, 1 số lùi),
trong đó số 4 là số truyền thẳng, nên ta bố trí đồng tốc ở các số 1,
2, 3, 4 và phương án bố trí bánh răng số lùi chủ động Z L1 luôn luôn
ăn khớp bánh răng số lùi trung gian Z’ L1, bánh răng số lùi bị động Z L
là bánh răng thẳng, nằm trên trục thứ cấp. Để gài số lùi ta dịch
chuyển bánh răng số lùi bị động Z L di trượt trên trục thứ cấp. Từ
những phân tích trên ta thiết kế sơ đồ động học của hộp số xe tải 4
số tiến và một số lùi như sau:

16


Hình 2.3.Sơ đồ hộp số xe du lịch 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;

L: Vị trí gài cấp số lùi;

D2

: Bộ đồng tốc gài số 3, số 4;

III: Trục thứ cấp;

IV: Trục số lùi;

D1

: Bộ đồng tốc gài số 1, số 2;

I: Trục sơ cấp;
II: Trục trung gian;
Z' L

: Bánh răngbị động di trượt

gài số lùi;
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;
ZL1, Z’L1 : Cặp bánh răng chủ động và trung gian gài số lùi;
17


18


PHẦN 3
TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA HỘP SỐ

3.1 Khoảng cách trục
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).

Hình 3.1. Sơ đồ tính toán sơ bộ kích thước hộp số
Đối với hộp số ô tô loại trục cố định, khoảng cách trục (a w) có thể
xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau:
aw = K a . 3 M emax .ih1

(mm)

(3.1)

Trong đó:
-

Ka
: Hệ số kinh nghiệm. Đối với ô tô du lịch: Ka = 8,99,3
Chọn Ka = 9,3

-

Memax : mômen quay cực đại của động cơ. Memax =120 [Nm]

-

ih1

: tỉ số truyền của tay số thấp nhất của hộp số

ih1

= 4,8

Thay vào công thức (3.1) ta được:
aw = K a . 3 M emax .ih1 = 9,3. 3 120.4,8 = 77,38

(mm)

Chọn sơ bộ ta lấy aw = 77(mm).
3.2 Kích thước theo chiều trục cac-te hộp số.

19


Kích thước theo chiều trục của cac-te hộp số nói chung 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 rộng của các vành
răng b[mm], chiều rộng của các bộ đồng tốc (hoặc ống gài) H[mm],
chiều rộng của các ổ bi B[mm].
Đối với ôtô du lịch, các thông số này thường được xác định theo
kích thước khoảng cách trục aw như sau :
Đối với hộp số thường:
Chiều rộng bánh răng ôtô du lịch : b ≈ (0,19 0,23)a w
b ≈ (14,63 [mm].chọn b = 16 mm
Chiều rộng ổ bi ôtô du lịch : B ≈ (0,25 0,28)a w
Chọn B ≈ (19,2521,56)mm.Chọn B = 20 [mm]
Chiều rộng đồng tốc (hoặc ống gài) ôtô du lịch có giá trị nằm
trong khoảng :

H ≈ (0,68 0,78)a w
Chọn H ≈ (52,3660,06) mm.Chọn H = 55 mm
3.3 Tính toán số răng của các bánh răng hộp số.
3.3.1 Môduyn và góc nghiêng số răng của bánh răng hộp số
Để bảo đảm các bánh răng hộp số ôtô làm việc êm, xu hướng
chọn mô-duyn mk có giá trị nhỏ, ngược lại góc nghiêng của răng βk
thường có giá trị lớn như sau :
+ Mô-duyn : Xe du lịch : m = 2,253,0
Chọn m = 2,25 [mm] cho các số truyền cao.
Chọn m = 2,5 [mm] cho số truyền thấp (số một và số lùi).
+ Góc nghiêng : Xe du lịch : β = 22340
Chọn β = 340 cho các số truyền cao.
Chọn β = 220 cho số truyền thấp (số một và số lùi).
3.3.2 Số răng của bánh răng hộp số:
+ Đối với hộp số ba trục đồng trục:
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
20


luôn luôn ăn khớp. Nghĩa là nó luôn luôn làm việc với bất kỳ gài số
truyền nào - trừ số truyền thẳng. Vì vậy khi phân chia tỷ số truyền
cho cặp bánh răng này, cần phải có giá trị đủ nhỏ để vừa bảo đảm
tuổi thọ cho cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp vừa để cho số răng
chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp không được nhỏ
quá.
Theo kinh nghiệm, số răng chủ động của cặp bánh răng gài số
ở số truyền thấp của ôtô du lịch : Z1 = 1715.
Xe thiết kế có ih1 =4,8 nên ta chọn Z1 = 17. Khi đã chọn được

số răng chủ động Z1 của cặp bánh răng gài số, ta tính được tỷ số
truyền ig1 của cặp bánh răng gài số ở số thấp đối với hộp số ba trục
kiểu đồng trục như sau:
2aw cosβ1

 Z1 = m (1 + i )

1
g1

i = 2aw cosβ1 − 1
 g1
m1Z1

Trong đó :
aw : Khoảng cách trục. aw = 77 [mm]
ig1 : Tỷ số truyền của cắp bánh răng gài số một.
β1 : Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số một [rad].
Chọn β1 = 220
m1 : Mô-duyn pháp tuyến của cặp bánh răng gài số
một, [mm]
Chọn m1 = 2,5 [mm]
Thay số vào công thức trên ta có :
ig 1 =

2aw cosβ1
2.77.cos (22°)
−1 =
− 1 = 2,36
m1Z1

2,5.17

Suy ra tỷ số truyền của cặp bánh răng truyền động chung
(luôn luôn ăn khớp):
ih1 = ia .ig1

ih1
4,8

ia = i = 2,36 = 2, 03
g1


Trong đó : - ia : Tỷ số truyền cặp bánh răng luôn luôn ăn
khớp.

- ih1 : Tỷ số truyền số một của hộp số.
- ig1 : Tỷ số truyền cặp bánh răng gài số ở số

một
21


Từ đó suy ra tỷ số truyền của các cặp bánh răng gài số cho các số
truyền khác:
igk =

ihk
ia

,

÷

k = 2 n*

Trong đó:
-

igk

: Tỷ số truyền cặp bánh răng gài số thứ k bất kỳ (trừ số

-

truyền thẳng).
ihk
: Tỷ số truyền số thứ k bất kỳ của hộp số (trừ số truyền

-

thẳng).
ia
: Tỷ số truyền cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp.
ig 2 =

Thế số vào ta có:

ih 2 2,117
=

= 1, 04
ia
2, 03

ig 3 =

(

Z'3

ig 4 = 1

)

Z'2

Z'1

Z'L

A

Za

ih 3 1,358
=
= 0, 67
ia
2, 03

Z'a Z3

Z2

Z1

ZL

Hình 3.3.1. Sơ đồ tính toán số răng của các bánh răng hộp số
22


Khi đã có được i a và ik thì số răng của bánh răng chủ động
tương ứng Za và Zk
(k = 2 ÷ n, trừ số truyền thẳng), được xác định :

Zk =

2. A. cos β k
mk .(1 + i gk )

Zn =

2. A. cos β n
mn .(1 + i gn )

Trong đó :
igk

:Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số thứ k, k = a, 2 ÷ n (n là

số cấp).
βk

: Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số thứ k, [độ]

mk

: Mô-duyn pháp tuyến của cặp bánh răng gài số thứ k, [mm]

Vậy :
Za =

Z2 =

Z3 =

2. A.cos β a 2.77.cos(34°)
=
= 18, 73
ma .(1 + ia ) 2, 25.(1 + 2, 03)
2. A.cos β 2 2.77.cos(34°)
=
= 27,81
m2 .(1 + ig 2 ) 2, 25.(1 + 1, 04)
2. A.cos β3
2.76.cos(34°)
=
= 33,98
m3 .(1 + ig 3 ) 2, 25.(1 + 0, 67)

; chọn Za = 19

; chọn Z2 = 28

; chọn Z3 = 34

Số răng bị động của các cặp bánh răng ăn khớp tương ứng được
xác định theo tỷ số truyền gài số của chính nó:

Z ' k = Z k .i gk
Vậy:

Z1’ = 17.2,36= 40,1 ;

chọn Z1’ = 40
23


Z2’ = 28.1,04 = 29,1 ;
Z3’ = 34.0,67 = 22,78 ;

chọn Z2’ = 29
chọn Z3’ = 23

Za’ = 19.2,03 = 38,57 ;

chọn Z a’ = 39

Tính chính xác lại khoảng cách trục do làm tròn số răng

A=

m1.( Z1 + Z1' ) 2,5.(17 + 40)
=
= 76,8
2.cos β1
2.cos(22°)

[mm]

Chọn A = 77 [mm] và tính chính xác góc nghiêng răng của các
bánh răng để đảm bảo khoảng cách trục của chúng đều bằng A = 77
[mm] theo công thức:
cos β k =

mk ( Z k + Z 'k )
2. A

Ta có bảng kết quả sau:
Tỷ số truyền

i g1

iz

=
2,36

Số răng chủ
động

17

Số răng bị
động

ia

ig 2

ig 3
=1,04

=0,6
7

19

28

34

40

39

29

23

Mô-duyn m
[mm]

2,5

2,25

2,25

2,25

Góc nghiêng
β

22°16’57

32°1’11

33°36’48

33°36’4
8

Tỷ số truyền
hộp số

ih1 = ia .ig1
= 4,8

=2,03

ih 2 = ia .i g 2 ih3 = ia .i g 3
= 2,11

ih 4

=1

= 1,36

Bảng 3.3.2.Kết quả tính toán các thông số bánh răng.

24


Chú ý rằng, để đảm bảo cho các bánh răng cùng lắp trên trục
có cùng khoảng cách, các bánh răng trong ôtô và máy công trình
phải được chế tạo theo sự dịch chỉnh. Hệ số dịch dao tổng cộng ζk
của các cặp bánh răng thứ k phải thoả mãn điều kiện ăn khớp đúng
như sau:

Zk =

2.( A ± ξ k .mk ). cos β k
 Z' 
mk 1 + k 
Zk 


3.4 Kích thước trục hộp số

•

Đường kính trục hộp số có thể tính sơ bộ :

d = kd . 3 M max
Trong đó : - d1 : đường kính trục sơ cấp (mm)
- d2 : đường kính trục trung gian (mm)
- k d : Hệ số kinh nghiệm, k d = 44,6. Chọn kd
= 4,0.
- M max : Mô-men quay cực đại trục sơ cấp,
[Nm].
Với hộp số ba trục đồng trục, trục sơ cấp là trục ly hợp;
ta có: Mmax = Memax = 120 [Nm]
Còn trục trung gian; đóng vai trò là trục sơ cấp của các cặp
bánh răng gài
số (igk) ta có Mmax = Memax.ia = 120.2,03 = 243,6 [Nm]
thay số ta có :

d1 = k d . 3 M max = 4. 3 120 = 19, 73

mm lấy d1 = 20

mm
d 2 = kd . 3 M max = 4. 3 243, 6 = 24,98

mm lấy d2 =

25 mm
•

Đối với trục thứ cấp :
Đường kính và chiều dài trục, tính bằng [mm]:
d3 0,45.aw
Trong đó : aw là khoảng cách trục, aw = 77 [mm].
25