Khóa luận tốt nghiệp Đề tài hộp số trên ô tô

ĐỀ TÀI: HỘP SỐ

MỞ ĐẦU
1.

Lí do chọn đề tài
Với lịch sử hơn 100 năm kể từ khi chiếc xe ôtô đầu tiên ra đời, có thể
nói cho đến nay, nền công nghiệp ôtô đã đạt được những bước tiến vượt
bậc, với những sáng chế mới, những công nghệ mới. Từ những chiếc xe
ôtô từ thuở khai sinh còn rất thô sơ với công suất nhỏ, giá thành cao đến
những chiếc xe ôtô hiện đại ngày nay, những chiếc xe thể thao công suất
lớn, hay những chiếc “siêu xe”, và trong tương lai là xe “sạch”, xe hơi bay.
Từ lúc ra đời cho đến nay ôtô đã được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực
như giao thông vận tải, quốc phòng an ninh, nông nghiệp, công nghiệp, du
lịch...Các tiến bộ khoa học đã được áp dụng nhằm mục đích làm giảm
cường độ lao động cho người lái, đảm bảo an toàn cho xe, người, hàng hoá
và tăng chất lượng kéo vận tốc cũng như tăng tính kinh tế nhiên liệu của
xe. Cho đến bây giờ, ngành ôtô giữ một ví trí quan trọng trong hoạt động
và phát triển của xã hội.
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của nền kinh tế xã hội, do vậy
ngành công nghiệp ô tô cũng không phải là ngoại lệ. Kể từ khi ra đời đến
nay chiếc ô tô đóng vai trò quan trọng và cần thiết trong đời sống xã hội.
Nó tạo nên một mạng lưới rộng lớn về vận chuyển người và hàng hóa trên
toàn thế giới. Những chiếc xe ngày nay là thành quả của việc ứng dụng
công nghệ của các ngành khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện-điện
tử, ngành công nghệ thông tin. Nhưng để cải tiến và ứng dụng những kỹ
thuật tiên tiến đó cần đội ngũ các nhà khoa học, các nhà quản lý, độ ngũ
kỹ sư có trình độ lẫn tay nghề cao. Để đáp ứng yêu cầu đó thì cần đòi hỏi


đội ngũ này có chất lượng ngay từ khi đào tạo. Chất lượng đào tạo là mục

tiêu hàng đầu của các trường. Trong quá trình đào tạo thì có nhiều yếu tố
làm nên chất lượng đào tạo, trong đó cơ sở vật chất và trang thiết bị dạy
học. Hiện nay đa số các tài liệu dùng cho các ngành kỹ thuật, đặc biệt là
cơ khí ô tô là rất ít và hiếm, nếu có thường là những tài liệu hướng dẫn sử
dụng hay lý thuyết chung, rất ít các tài liệu về kết cấu xe cụ thể. Do đó
việc học tập và nghiên cứu của các học viên, sinh viên là rất khó khăn. Xét
về kiến thức thực tế lại càng phải đặt câu hỏi lớn. Vì hiện nay đa số ở các
trường đào tạo kỹ thuật tại Việt Nam có cơ sở vật chất, trang thiết bị giảng
dạy, máy móc thực tế dành cho học viên, sinh viên là không nhiều. Cho
nên để ứng dụng giữa lý thuyết được học vào thực tế có phần trở ngại. Với
việc không có những trang thiết bị, mô hình thực tế, song có mô hình hoạt
động được mô phỏng trên máy tính sẽ giúp các học viên, sinh viên tiếp thu
lý thuyết cũng như hiểu kết cấu của các hệ thống, bộ phận, chi tiết nhanh
hơn, hiểu kỹ hơn và hiệu quả hơn trong học tập, nghiên cứu. Góp phần
giúp nâng cao hiệu quả đào tạo, chất lượng đào tạo. Từ đó các học viên,
sinh viên vận dụng từ lý thuyết sang thực tế nhanh hơn, hiệu quả cao hơn.
Sự phát triển không ngừng của lĩnh vực công nghệ thông tin là một điều
có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Nó đã và đang được ứng dụng vào nhiều
lĩnh vực, nhiều ngành quan trọng. Tại sao chúng ta không ứng dụng những
thành quả của ngành công nghệ thông tin vào việc đào tạo, nghiên cứu,
học tập của các trường đào tạo và của học viên, sinh viên? Rõ ràng cùng
một lúc sử dụng càng nhiều phương tiện, lĩnh vực vào giảng dạy, nghiên
cứu, học tập thì mức độ tiếp thu của người học càng tốt, càng nhanh, càng
sâu sắc, và bền vững.


Chính vì vậy việc tìm hiểu kết cấu, khai thác có hiệu quả các hệ thống,
cụm, cơ cấu trên xe là hết sức cần thiết. Có thể nói, ôtô là ngành tập trung
những thành tựu nổi bật của thời đại. Ở Việt Nam khi nền kinh tế thị
trường mở cửa, hàng loạt nhà đầu tư nước đã đầu tư vào Việt Nam ở tất cả

mọi lĩnh vực, trong đó có nền công nghiệp ô tô, đã mở ra cơ hội làm việc
cho nhiều người. Nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển, hiện nay
nhiều loại xe hiện đại đã và đang được nhập khẩu vào Việt Nam.
Hiện nay chúng ta đang sống trong thời đại phát triển về khoa học và
công nghê cao. Song song với sự phát triển đó thì nhu cầu của con người
ngày càng khắt khe hơn, đa dạng hơn. Trên ô tô cũng vậy nhằm đáp ứng
những yêu cầu đó các bộ phận trên xe cũng không ngừng cải tiến để
hướng đến sự hoàn hảo nhất. Khi xe chuyển động để có thể tận dụng tối đa
nhất công suất động cơ, làm cho xe có thể đi lùi lại thì phải cần đến hộp
số. Hộp số là bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền động của ôtô. Nó
giúp thay đổi moment, tốc độ và đổi chiều quay từ động cơ đến các cơ cấu
dẫn động bánh xe ở sau nó.
Với điều kiện thời gian có hạn, nội dung trong khóa luận tốt nghiệp tập
trung vào việc tìm hiểu các thông số kỹ thuật và kết cấu của hộp số trên
môt số dòng xe ô tô hiện nay, áp dụng vào thực tiễn khai thác sử dụng hộp
số.
2.
3.

4.

Mục đích nghiên cứu của đề tài
Làm rõ những tính năng của hộp số và ứng dụng thực tiễn của nó.
Khách thể và đối tượng nghiên cứu
- Khách thể nghiên cứu: Một số mẫu xe ô tô (Kĩ thuật ô tô).
- Đối tượng nghiên cứu: Hộp số ô tô
Nhiệm vụ nghiên cứu
Tìm hiểu chi tiết về thông số kĩ thuật, kết cấu của một số loại hộp số.

5. Giả thuyết khoa học
Nếu tìm hiểu rõ ràng về những thông số kĩ thuât, chi tiết kết cấu của hộp số
thì sẽ chỉ ra được những tính năng mới của hộp số và ứng dụng những tính
năng đó vào thực tế.
6. Phạm vi nghiên cứu
Một số mẫu xe ô tô
7. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tài liệu, tìm hiểu qua các chuyên gia kĩ thuật, xưởng, gara ô tô.
8. Cấu trúc của đề tài
Gồm 3 chương:
- Chương 1: Cơ sở lý thuyết
- Chương 2: Hộp số sàn (MT)
- Chương 3: Hộp số tự động (AT, CVT)
NỘI DUNG
Chương 1: Cơ sở lý thuyết
1.1 Sự ra đời và phát triển của hộp số
1.1.1 Sự ra đời và phát triển của hộp số sàn
Được ví như trái tim của hệ thống truyền lực, hộp số biến đổi mô-men, tốc độ
làm việc của động cơ sao cho phù hợp với điều kiện làm việc của bánh xe trên
đường. Kể từ khi phát minh nổi tiếng của George Selden về bộ truyền động cầu
trước kết hợp với động cơ 3 xi lanh đặt nằm ngang trở thành thiết kế trên xe hơi,
có rất ít ý tưởng mới phù hợp.


Giới thiệu vào năm 1894, bản phác thảo đầu tiên của hộp số cận đại do hai kỹ sư
người Pháp, Louis-Rene Panhard và Emile Levassor đưa ra đã không mang về
cho hai ông vinh quang mà ngược lại phải nhận những chỉ trích.
Buổi thuyết trình không thành công, chiếc xe mô hình bị chết máy, nội dung bị
cắt bớt chỉ còn trình bày trên bảng đen. Một tờ báo viết "kẻ bịp bợm đã dùng
nhiều trò mánh khóe để lừa gạt công chúng hâm mộ cùng với chiếc xe mới”. Có

lẽ các nhà phát minh nên bỏ qua buổi nói chuyện công nghệ và sử dụng mô tả
vừa đủ. Những gì họ đã làm thật thô thiển.

Chiếc xe do George Selden thiết kế vào năm 1877.
Thời ấy, kết cấu truyền động khá đơn giản bằng bộ truyền đai hoặc bộ truyền
bánh răng côn. Xe chỉ có thể chạy với tốc độ đa 32 km/h. Khi gặp vật cản trên
đường, tài xế phải dừng lại gài số thấp.


F. W. Lanchester, một trong những người tiên phong trong lĩnh vực ôtô ở Anh,
mô tả về chiếc xe của ông gồm hai cấp truyền đai, một cho tốc độ thấp, cần mômen lớn và một ở tốc độ cao, mô-men nhỏ.
Một năm sau cuộc hộp báo tai tiếng, Panhard and Levassor nổi danh trở lại
không những chỉ với riêng hộp số mà còn toàn bộ hệ thống truyền lực. Lần này,
họ đã có chiếc xe đầu tiên sẵn sàng chạy khi đạp ga. Bên cạnh đó họ cũng đã có
rất nhiều thay đổi về ý tưởng. Thực tế, nó là một mẫu đã đáp ứng được hầu hết
các yêu cầu của xe được xây dựng vào những năm 90 và cả những năm sau đó.
Không giống như mẫu xe hiện thời, thiết kế mới có động cơ đặt dọc phía trước,
truyền công suất ra cầu sau thông qua ly hợp và hộp số trượt 3 cấp và cầu chuyển
động bằng xích. Nó gần giống như hệ thống truyền lực trên các xe hiện đại,
nhưng chưa có vi sai và bán trục chủ động. Tuy nhiên, vào năm 1898, điều này
đã trở thành hiện thực khi nhà triệu phú Louis Renault kết nối công suất thành
công từ động cơ đặt dọc, qua hộp số tới cầu sau “sống” bằng trục kim loại.
Cầu sau “sống” hay còn gọi là vi sai cầu sau, cái mà Renault đã làm phù hợp với
ý tưởng phát triển của một người Mỹ có tên C. E. Duryea vào năm 1893. Vì đã
khắc phục vấn đề mòn lốp, nên phát minh này được hầu hết các nhà sản xuất ôtô
áp dụng. Vi sai bao gồm một cụm bánh răng răng khớp làm nhiệm vụ phân chia
công suất cho hai bánh của cầu sau. Nó cho phép bánh phía ngoài quay nhanh
hơn bánh trong khi xe quay vòng.
Năm 1904, hộp số sàn sang số trượt của Panhard-Levassor đã được hiện thực
hóa bởi hầu hết các nhà sản xuất ôtô. Dù tồn tại dưới dạng này hay dạng khác thì

chúng vẫn còn được sử dụng cho đến thời gian gần đây. Hiển nhiên, đã có những
cải tiến, thay đổi quan trọng nhất là hệ thống đồng bộ hóa cho phép quá trình ăn
khớp giữa cách bánh răng diễn ra một cách trôi chảy, không phát sinh va đập.


Hộp số trang bị bộ đồng tốc được Cadillac sử dụng lần đầu tiên vào năm 1928.
Sau khi được Porsche phát triển, phát minh này đã trở nên phổ biến cho đến tận
ngày nay.
Khoảng thời gian kể từ khi hộp số sàn xuất hiện cho đến thời điểm phát minh ra
bộ đồng tốc, có một sự cố gắng khác cũng nhằm đơn giản quá trình sang số. Đó
chính là hộp số có cấu tạo từ bộ truyền bánh răng hành tinh, xuất hiện lần đầu
tiên trên mẫu Ford Model T 1908.
VD: Ford Model T 1908.

Bộ truyền bánh răng hành tinh bao gồm một bánh răng trung tâm hay còn được
gọi là bánh răng mặt trời, một số bánh răng hành tinh ăn khớp xung quanh. Ngày
nay, bộ truyền hành tinh được sử dụng trên hộp số tự động nhiều hơn trên số sàn.


Một vài loại số sàn phức tạp sử dụng bánh răng hành tinh đã được đưa ra, Wilson
Preselector là một trong những hộp số như thế. Nó từng được sử dụng vào những
năm 30. Hệ thống sử dụng 4 bộ truyền bánh răng hành tinh riêng rẽ, cho phép lái
xe chọn trước một tỷ số truyền bằng cách di chuyển cần điều khiển nhỏ cạnh trục
lái.

1.1.2 Sự ra đời và phát triển của hộp số tự động
Kể từ khi hộp số Panhard-Levassor ra đời, tất cả các phát minh hay cải tiến khác
đều nhằm mục đích làm cho quá trình sang số dễ dàng hơn. Tất nhiên dễ nhất là
quá trình chuyển số được thực hiện một cách tự động. Đó là lý do giải thích vì
sao Sturtevant, anh trai của Boston, giới thiệu hộp số tự động vào năm 1904.

Quả văng ly tâm điều khiển sự ăn khớp của các bánh răng theo tốc độ, Quá trình
sang số không cần đến sự đóng mở của ly hợp. Tuy nhiên bộ truyền này gặp lỗi,
trọng lượng thường lệch bề một bên.
Những cố gắng đầu tiên trong viêc tự động hóa một phần quá trình chuyển số bắt
đầu xuất hiện từ năm 1915. Khi đó, hãng ZF đã sản xuất hôp số cơ khí với các
cặp bánh răng luôn ăn khớp có quá trình điều khiển cơ cấu gài số được tự động
hóa. Nhờ đó, người lái chỉ phải làm động tác chọn số và tác động lên bàn đạp ly
hợp. Do có kết cấu phức tạp và quá trình chuyển số khó khăn, nên hộp số này đã
không được tiếp tục phát triển. Những năm sau đó cho tới trước Chiến tranh Thế
giới thứ hai, ZF và một số hãng khác như General Motors và Maybach đã nghiên
cứu tự động hóa một phần quá trình điểu khiển các loại hộp số có bộ đồng tốc.
Tuy nhiên, phải đến sau Chiến tranh Thế giới thứ hai, khi ngành công nghiệp ô tô
thế giới phát triển mạnh, việc hoàn thiện các hộp số mới được quan tâm nhiều
hơn. Bản thiết kế đầu tiên của hộp số tự động có biến mô thủy lực và hộp số


hành tinh với các cơ cấu điều khiển là các phanh và li hợp ma sát nhiều đĩa được
H.Rieseler thực hiện vào năm 1925. Tuy nhiên, nó mới chỉ dừng lại ở bản vẽ
thiết kế mà chưa được ứng dụng để sản xuất.
Reo đã có một sự cố gắng đầy ý nghĩa vào năm 1934 khi cho ra đời hộp số Reo
Self-Shifter gồm hai bộ truyền mắc nối tiếp. Bộ truyền thứ nhất tự động chuyển
số bằng cách điều khiển quá trình đóng mở ly hợp ma sát nhiều đĩa theo tốc độ
xe. Bộ truyền thứ 2 được điều khiển bằng tay nhưng chỉ sử dụng khi động cơ cần
tỷ số truyền thấp.
VD: Sơ đồ cấu tạo hộp số Reo Self Shifter.

Năm 1937, Oldsmobile tung ra hộp số bán tự động 4 cấp được gọi “ hộp số an
toàn tự động”. Tài xế không cần sử dụng tới bàn đạp ly hợp và cần số khi xe
chuyển từ số 1 sang số 2 hoặc từ 3 lên 4. Áp suất dầu điều khiển bộ truyền hành
tinh. Điểm sang số được thiết lập sẵn theo tốc độ động cơ. Đã có 28.000 chiếc

Oldsmobile 1938 trang bị hộp số này. Khía cạnh an toàn mà các nhà sản xuất đưa
ra ở đây: lái xe có thể tập trung trên đường nhiều hơn vì không cần thao tác


chuyển số. Hộp số an toàn xuất hiện như một điềm báo trước sự ra đời của hộp
số GM Hydra-Matic vào năm 1939. Ngay sau đó, Oldsmobile đã trang bị cho các
mẫu xe phiên bản 1940. Buick đã được trang bị hộp số bán tự động 5 cấp trên
bản đặc biệt vào năm 1938, nhưng đã có một số vấn đề phát sinh nên nó chỉ được
hiện thực hóa vào những năm tiếp theo.
Hydra-Matic gồm 3 bộ truyền bánh răng hành tinh, điều khiển thủy lực. Bộ kết
nối thủy lực làm nhiệm vụ truyền công suất từ động cơ sang hộp số thay cho ly
hợp.
Danh tiếng về bộ kết nối thủy lực đi tới Chrysler, nơi đã phát triển mẫu ý tưởng
vào năm 1937. Tuy nhiên, Chrysler đã không sử dụng cho đến năm 1941, khi
hộp số Chrysler Fluid Drive được giới thiệu. Tuy đây không phải hộp số tự động,
nhưng nó là hộp số tiêu chuẩn cùng kết nối thủy lực, không có ly hợp.
Ý tưởng đã có từ lâu, nhưng đến năm 1948 hộp số tự động hoàn toàn mới xuất
hiện, sử dụng biến mô thủy lực và bộ truyền bánh răng hành tinh như ngày nay.
Chiếc Buick Roadmaster vinh dự là mẫu xe đầu tiên trang bị Dynaflow, một
trong những mẫu hộp số tự động hiện đại, như là một option giá 244 USD. Trong
vòng 3 năm, 85% Buick đã có Dynaflow.
Hòa chung vào lịch sử phát triển của hộp số, ngành công nghiệp ôtô cũng chứng
kiến sự ra đời của nhiều phát minh khác liên quan tới hệ thống truyền lực. Trong
thời kỳ đầu khởi tạo hộp số, đai ốp da, ly hợp nhiều đĩa, ly hợp ma sát ướt cũng
dần được sử dụng phổ biến. Ly hợp đĩa được Duryea sử dụng lần đầu tiên vào
năm 1893 nhưng mãi tới năm 1921 thiết kế này mới được Herbert Frood hoàn
thiện khi tìm ra vật liệu chịu mài mòn, chống lại hiện tượng cháy đĩa ma sát sau
thời gian ngắn sử dụng.

Được sử dụng lần đầu tiên trên chiếc Peerless 1902, đến năm 1908 khớp các
đăng được cải tiến sử dụng ổ bi. Hupmobile 1930 mở đường cho việc trang bị ổ
bi kim, cái mà vẫn được tồn tại cho đến hiện tại.
Khóa vi sai sử dụng lần đầu tiên trên xe tải năm 1903 với mục đích tăng lực bám
cho bánh xe khi đi trên đường trơn trượt, nhưng chúng vẫn không được sử dụng
cho mãi đến năm 1956 khi mà Studebaker sản xuất thiết bị này cho xe dân dụng.
Năm 1906, Otto Zachow và William Besserdich xây dựng thành công chiếc xe
truyền động 4 bánh. Một năm sau, họ mở công ty có tên gọi Four Wheel Drive
Auto Co. Packard tạo ra thêm mốc phát triển mới bằng việc giới thiệu bộ truyền
lực chính sử dụng bánh răng công xoắn. Và cũng chính Packard đã đưa bánh
răng Hypoid vào cầu sau với mục đích cắt giảm tiếng ồn. Chrysler và DeSoto
Airflow cho ra đời bộ khởi động nhanh tự động vào 1934.
Năm 1956, Fichtel và Sachs sản xuất ô tô con DKW (tiền thân của Audi hiện
nay) có trang bị ly hợp bán tự động Saxomat điều khiển bằng điện nhằm tự động
hóa một phần quá trình chuyển số. Khi người lái tác động lên cần điều khiển để
chuyển số thì hệ thống điều khiển tự động ngắt ly hợp và đóng nó lại sau khi quá
trình sang số được hoàn tất. Năm 1967, hộp số bán tự động 3 cấp có biến mô
thủy lực cho ô tô con của VW sản xuất.
Bắt đầu từ năm 1995, các nhà sản xuất đã cho ra đời thế hệ mới các hộp số cơ
khí được tự động hóa quá trình điều khiển sử dụng trên ô tô con và ô tô tải, ô tô
chở khách loại nhỏ (dưới 3,5 tấn). Thế hệ hộp số này được chế tạo theo hướng
lấy nguyên các hộp số cơ khí có sẵn trên các ô tô đang sản xuất hàng loạt và chế
tạo thêm vào đó các bộ phận điều khiển được tự động hóa (“add-ons”). Hướng
phát triển này đã được coi là giải pháp hữu hiệu để tự động hóa quá trình điều


khiển hộp số cơ khí của ô tô. Và cho tới nay vẫn tiếp tục được ứng dụng và phát
triển, đặc biệt là đối với các ô tô tải.
Một xu hướng mới trong tự động hóa điều khiển hộp số ô tô là các hộp số với ly
hợp kép. Loại hộp số này bắt đầu xuất hiện vào khoảng sau năm 2000 và đến nay

vẫn là một giải pháp được các hãng sản xuất ô tô tiếp tục nghiên cứu phát triển
do có ưu thế về mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn so với hộp số tự động truyền
thống. Hiện nay, các hộp số với ly hợp kép loại ma sát ướt đang được sử dụng
phổ biến trên các loại ô tô. Nó có khả năng truyền tải mô men lớn hơn 300Nm.
Ly hợp kép ma sát khô thường được sử dụng trong các trường hợp có mô men ở
đầu vào nhỏ hơn (dưới 300Nm).
Trong những năm gần đây, một dạng hệ thống truyền lực tự động mới được sử
dụng ngày càng nhiều trên ô tô, đó là truyền lực vô cấp (continuously variable
transmission, viết tắt là CVT). Truyền lực vô cấp bằng dây đai thang lần đầu tiên
được phát triển bởi Van Doorne vào năm 1950, sau đó được đưa vào sản xuất
công nghiệp năm 1958 (DAF 600). Hệ thống truyền lực này sử dụng dây đai cao
su có tiết diện hình thang với các puli có thể thay đổi bán kính tiếp xúc với dây
đai, nhờ đó tỉ số truyền được thay đổi một cách liên tục. Tuy nhiên, CVT không
nhận được sự hưởng ứng rộng rãi của các nhà sản xuất ô tô thế giới lúc bấy giờ,
vì sự trượt của dây đai gây tổn hao công suất truyền (hiệu suất chỉ khoảng 7075%) và giảm tuổi thọ của nó. Để khắc phục hiện tượng này người ta đã sử dụng
2 bộ truyền đai lắp song song, nhưng mô men đầu vào vẫn bị giới hạn ở 100Nm.
Sự phát triển của truyền lực vô cấp chỉ thực sự bắt đầu khi Van Doorne sáng chế
ra loại dây đai bằng thép vào đầu những năm 1970 và sau đó là bộ truyền xích
của Audi (1999). Từ đó đến nay truyền lực vô cấp đang được tiếp tục nghiên cứu
phát triển và sử dụng ngày càng rộng rãi hơn trên các loại ô tô con. Khả năng
truyền mô men của CVT dung dây đai hiện nay có thể lên tới 350 Nm.


Nếu như trước Chiến tranh Thế giới thứ hai, hộp số ô tô con và ô tô tải khác
nhau chủ yếu ở kích thước, thì ngày nay vấn đề đó đã được thay đổi về cơ bản.
Do phạm vi hoạt động của các loại ô tô tải ngày càng rộng hơn, đòi hỏi hộp số và
hệ thống truyền lực phải đáp ứng được mọi điều kiện vận hành phức tạp hơn.
Nghĩa là vùng biến thiên tỉ số truyền phải rộng hơn và số cấp trong hộp số phải
nhiều hơn. Ngoài ra, vì lí do tiết kiệm nên trước chiến tranh chỉ có các hộp số ô
tô con là được trang bị bộ đồng tốc để chuyển số, còn các ô tô tải chỉ bắt đầu

được trang bị từ những năm 1950.
Ngày nay, hộp số tự động trở nên phổ biến trên ô tô con, nhưng lại không được
sử dụng nhiều trên ô tô tải vì lí do kinh tế. Trên các ô tô tải trọng lớn chỉ có xe
buýt là được trang bị hộp số tự động một cách tương đối rộng rãi do điều kiện
chuyển động trong thành phố ngày càng khó khăn hơn, đòi hỏi phải tạo điều kiện
làm việc tốt nhất cho người lái.
1.2 Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu
1.2.1 Công dụng
o

Thay đổi lực kéo ở bánh xe chủ động của ôtô cho phù hợp với điều

o
o

kiện cản của mặt đường.
Thay đổi chiều chuyển động của ôtô (tiến hoặc lùi).
Cho xe dừng tại chỗ mà không cần tắt máy hoặc cắt bộ ly hợp ( vị trí

o

số 0).
Dẫn động lực ra ngoài cho bộ phận công tác đối với xe chuyên dùng
(xe có tời kéo, xe ôtô cần trục …).

1.2.2 Phân loại
Việc phân loại hộp số thông thường được dựa trên các yếu tố sau:
o

Theo bánh răng.

o
o

Theo cơ cấu đổi số.
Theo phương pháp điều khiển.
a. Phân loại theo cơ cấu điều khiển
- Hộp số điều khiển cơ khí
- Hộp số điều khiển tự động
b. Phân loại theo cấp số
- Hộp số có cấp
- Hộp số vô cấp
1.2.3 Yêu cầu
Hộp số cần đảm bảo các yêu cầu sau:
o

Tỷ số truyền cần thiết để có tốc độ chuyển động thích hợp, lực kéo

o

cần thiết trên các bánh chủ động và đảm bảo tính kinh tế của ôtô.
Hiệu suất truyền lực cao, làm việc không ồn, sang số nhẹ nhàng,

o

không sinh ra lực va đập ở các bánh răng.
Kết cấu gọn gàng, chắc chắn, dễ điều khiển, bảo dưỡng hoặc kiểm tra
khi hư hỏng.

1.3 TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG
1.3.1 Truyền động bánh răng
Để truyền chuyển động và làm thay đổi momen xoắn từ trục khuỷu động cơ đến
các bánh xe dẫn động, thông thường trên ôtô được truyền qua các bánh răng của
hộp số, được gọi là truyền động bánh răng.


1.3.2 Tỷ số truyền trong truyền động bánh răng
1.3.2.1 Khái niệm về tỷ số truyền
Tốc độ quay của hai bánh răng khớp răng với nhau, tùy thuộc vào số răng hay
đường kính của mỗi bánh răng đó. Ví dụ bánh răng A dẫn động bánh răng B
cùng đường kính, A và B sẽ quay cùng một số vòng bằng nhau
Nếu bánh răng A có 12 răng, bánh răng B có 24 răng, bánh răng A phải quay 2
vòng để dẫn động bánh răng B quay một vòng. Ta nói tỉ số truyền động 2:1
1.3.2.2 Công thức tính tỷ số truyền
Tỷ số truyền của hai bánh răng ăn khớp với nhau là tỷ số giữa số vòng quay của
bánh răng chủ động trên số vòng quay của bánh răng bị động hay số răng của
bánh răng bị động trên số răng của bánh răng chủ động:
i=


Trong đó: n: Số vòng quay bánh răng.
N: Số răng của bánh răng.
D: Đường kính bánh răng.
Nếu:
•
•
•

i < 1: tỷ số truyền tăng

i = 1: tỷ số truyền thẳng
i > 1: tỷ số truyền giảm (nhanh)


1.4 Các thông số kỹ thuật
1.4.1 Tỷ số truyền ()
Hệ thống truyền lực phải cung cấp các tỷ số truyền để đáp ứng các yêu cầu
cơ bản sau đây trong hoạt động của ô tô:
o
o
o

Khắc phục được điều kiện cản nặng nhọc nhất
Đạt được vận tốc tối đa mong muốn
Động cơ hoạt động thường xuyên ở vùng tiết kiệm nhiên liệu.

Tỷ số truyền lớn nhất của hệ thống truyền lực được lựa chọn theo yêu cầu thứ
nhất . Từ yêu cầu thứ hai người ta xác định tỷ số truyền để ô tô đạt vận tốc cao
nhất . Còn tỷ số truyền nhỏ nhất được xác định từ yêu cầu thứ ba.

V

Hình a: Đồ thị quan hệ tốc độ động cơ và vận tốc ô tô
Trên hình a thể hiện đồ thị mô tả mối quan hệ giữa tốc độ của động cơ và vận tốc
của ô tô ở các tỷ số truyền khác nhau. Vùng biến thiên tốc độ của động cơ và vận
tốc của ô tô được giới hạn bởi các giá trị tỷ số truyền nhỏ nhất và tỷ số truyền
lớn nhất .


Các nhà thiết kế lựa chọn vùng biến thiên tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

của ô tô tùy theo mục đích sử dụng và điều kiện làm việc của nó. Chẳng hạn, các
quy định ngặt nghèo về hạn chế tốc độ trên đường trong những năm gần đây đã
làm giảm tầm quan trọng của vận tốc tối đa trên ô tô con. Trong khi đó, khả năng
tăng tốc của ô tô là một thông số động lưc học ngày càng được chú trọng hơn.
Các loại ô tô con cỡ lớn SUV thường phải có vùng biến thiên tỷ số truyền rộng,
vì:
o

Tỷ số truyền lớn để có thể hoạt động trong điều kiện đường xa khó khăn

o

nhất hoặc không đường xá.
Tỷ số truyền nhỏ để có thể chuyển động trên đường cao tốc với tốc độ
động cơ nhỏ nhằm tiết kiệm nhiên liệu.

Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực bao gồm: tỷ số truyền của bộ phận ly
hợp, tỷ số truyền của hộp số, tỷ số truyền của cầu chủ động.
Tỷ số truyền do ly hợp hoặc biến mô thủy lực tạo nên. Ly hợp ma sát chỉ
đóng vai trò kết nối và truyền mô men, nên nó có tỷ số truyền: =1. Biến mô
thủy lực có khả năng biến đổi mô men với tỷ số truyền 1.
Như vậy, tỷ số truyền của hệ thống truyền lực được tính như sau:

Tỷ số truyền là của cụm hộp số ô tô. Đối với các loại ô tô có tải trọng không
lớn, hộp số thường được cấu tạo thành môt cụm. Tuy nhiên, các hộp số của ô
tô tải có tải trọng lớn có thể có thêm một hộp chia ở trước hoặc sau hộp số
chính nhằm nhân số cấp số lên một số lần. Trong trường hợp này, tỷ số truyền
của các hộp chia phải được tính vào của hộp số.

Tỷ số truyền của truyền lực chính trong cầu chủ động thường được tạo bởi
một hoặc hai cặp bánh răng (côn hoặc trụ) đặt ở trung tâm cầu với tỷ số
truyền nằm trong khoảng từ 2. Trên cầu chủ động của các loại ô tô tải có tải
trọng lớn, để có tỷ số truyền >7, người ta bố trí thêm bộ giảm tốc ở hai bên
bánh xe đươc goi là truyền lực cuối.
Cần lưu ý rằng, trong các bộ truyền cơ khí (truyền lực bằng bánh răng, bằng
xích, bằng dây đai,…) mà không có hiện tượng trượt giữa phần chủ động và
bị động thì tỷ số truyền được hiểu như sau:
i= =
Trong đó: M là mô men trên trục, n là tốc độ quay của trục, chỉ số 1 tương
ứng với trục chủ động, chỉ số 2 tương ứng với trục bị động.
Biểu thức trên thể hiện sự bảo toàn năng lượng: mô men trên trục bị động
tăng lên bao nhiêu lần so với mô men trên trục chủ động thì vận tốc của nó
giảm đi bấy nhiêu lần. Tuy nhiên, điều này không còn đúng trong trường hợp
có sự trượt tương đối giữa phần chủ động và bị động, vì lúc này một phần
năng lượng mất đi và chuyển thành nhiệt. Khi đó, người ta thường sử dụng
các khái niệm sau:
o
o

Hệ số biến đổi tốc độ (tỷ số truyền động học):
v =
Hệ số biến đổi mô men (tỷ số truyền động lực học):

Chẳng hạn, đối với biến mô thủy lực thì hệ số biến đổi mô men (thường gọi tắt là
hệ số biến mô) đạt được giá trị tối đa khi biến mô trượt hoàn toàn, nghĩa là v= 0.
1.4.1.1 Tỷ số truyền lớn nhất
Tỷ số truyền lớn nhất được xác định theo ba điều kiện sau:

o

Ô tô phải khắc phục được lực cản lớn nhất (gồm cản lăn và cản do độ

o

dốc của đường) trong điều kiện đường xá xấu nhất.
Lực kéo tại các bánh xe không vượt quá lực bám trong điều kiện đường

o

tốt.
Đảm bảo tốc độ tối thiểu của ô tô khi cần chuyển động ổn định ở tốc đô
thấp.

Theo điều kiện cản, tỷ số truyền lớn nhất của hệ thống truyền lực được xác định
theo điều kiện khắc phục góc dốc cao nhất:

với là góc dốc mà xe phải vượt qua được theo yêu cầu.
Theo điều kiện bám, tỷ số truyền lớn nhất của hệ thống truyền lực bị hạn chế bởi
điều kiện lực kéo tối đa tại bánh xe không vượt quá lực bám:

Trong đó, là hệ số bám theo yêu cầu.
Trong một số trường hợp đặc biệt, đối với các ô tô có yêu cầu hoạt động ở vận
tốc rất thấp thì tỷ số truyền lớn nhất phải đáp ứng được vận tốc đó. Khi đó, tỷ số
truyền được tính như sau:

trong đó, tính theo v/ph, tính theo km/h, tính theo m.
Đối với ô tô con, người ta xác định tỷ số truyền theo điều kiện khắc phục lực cản
lớn nhất mà không kiểm tra hai điều kiện còn lại. Do ô tô con thường có công

suất riêng rất lớn nên ở tay số thấp nhất, các bánh xe chủ động sẽ bị trượt quay
trong mọi điều kiện đường xá, còn vận tốc tối thiểu ổn định của nó thường đạt
được khi động cơ hoạt động ở chế độ không tải.


1.4.1.2 Tỷ số truyền nhỏ nhất
Tỷ số truyền nhỏ nhất được xác định theo điều kiện đảm bảo cho ô tô đạt được
vận tốc lớn nhất theo thiết kế :

trong đó, tính theo v/ph, tính theo km/h, tính theo m.
Giá trị vận tốc tối đa của các loại ô tô được xác định theo yêu cầu của điều kiện
sử dụng. Vì vậy, phải được xác định riêng cho từng loại ô tô cụ thể.
1.4.2 Lực bám và hệ số bám
1.4.2.1 Khái niêm cơ bản về lực bám và hệ số bám
Để ô tô chuyển động được thì ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường
phải có độ bám nhất định. Khi truyền mô men xoắn lên mặt đường và vào trong
đất, mô men này sẽ làm xuất hiện những ứng suất tiếp tuyến và những ứng suất
khác của đất. Trị số của những ứng suất này không thể vượt quá những giới hạn
cho phép bởi tính chất cơ học của mặt đường hoặc độ bền cơ học của đất.
Trị số lớn nhất của mô men chủ động không những chỉ phụ thuộc vào mô
men của động cơ và tỷ số truyền của hệ thống truyền lực mà còn bị giới hạn bởi
khả năng bám của bánh xe chủ động với đường.
Một trong những đặc trưng cho khả năng bám là độ bám (hệ số bám), nếu
độ bám thấp thì bánh xe có thể bị trượt quay khi có mô men xoắn lớn truyền từ
động cơ đến bánh xe chủ động và lúc đó ô tô không thể tiến lên về phía trước
được. Trường hợp này thường xảy ra khi bánh xe chủ động đi trên đường đất lầy
hoặc trên bãi cát.


Ở một mức độ nào đó hệ số bám (kí hiệu là ) có thể xem tương tự như hệ

số ma sát trượt giữa hai bề mặt rắn trong cơ học. Tuy nhiên, điều đó không hoàn
toàn chính xác bởi khi có sự tác động tương hỗ giữa bánh xe với đường không
những chỉ có ma sát mà còn có sự bám cơ học của các vật thể.
Người ta có thể coi lực bám giữa bánh xe và mặt đường sinh ra do:
•
•
•

Ma sát giữa bánh xe và mặt đường.
Sự nén sâu của vấu bám xuống nền đường biến dạng.
Sự dịch chuyển giữa các lớp của nền đường biến dạng.

Nếu ta thừa nhận khái niệm trên thì hệ số bám ( được xem như là tỉ số giữa
lực kéo lớn nhất có thể có được ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với đường và
tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe (tải trọng thẳng đứng này thường
được gọi là trọng lượng bám ).

Từ công thức này có thể xác định lực kéo tiếp tuyến cực đại phát sinh theo
điều kiện bám giữa bánh xe chủ động với mặt đường như sau:

Nếu gọi Z là phản lực thẳng góc từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ
động ta có Z lúc đó lực bám có thể xác định .
Để cho bánh xe chủ động không bị trượt quay khi ô tô chuyển động phải
thỏa mãn điều kiện hay .
– mô men xoắn lớn nhất truyền đến bánh xe chủ động. Trong trường hợp
tổng quát nếu ở khu vực tiếp xúc của bánh xe chủ động với mặt đường có cả
phản lực tiếp tuyến X và lực ngang Y của đường lên bánh xe chủ động thì điều
kiện bám của bánh xe chủ động chuyển động không bị trượt là:

Trong đó:
- là hệ số bám của bánh xe chủ động với mặt đường theo hướng véc tơ
của hợp lực X và Y.
Từ các biểu thức trên tỉ lệ thuận với hệ số bám và trọng lượng bám , mà
lực kéo tiếp tuyến cực đại lại bị hạn chế bởi lực bám cho nên muốn sử dụng hết
lực kéo tiếp tuyến do động cơ truyền xuống, để thắng các lực cản chuyển động
thì cần thiết phải tăng lực bám tức là phải tăng hay hoặc tăng cả hai. Điều này
được ứng dụng trên các ô tô có tính năng thông qua cao. Để tăng lực bám ở
những ô tô này dùng lốp có vấu bám cao để tăng hệ số bám , đồng thời làm tất cả
các cầu đều là chủ động sẽ sử dụng toàn bộ trọng lượng của ô tô làm trọng lượng
bám .
1.4.2.2 Hệ số bám, các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám
Hệ số bám phụ thuộc vào loại đường, trạng thái mặt đường cũng như bề
mặt lốp, hệ số bám được xác định bằng thực nghiệm. Trên loại đường có bề mặt
cứng, hệ số bám hình thành chủ yếu do ma sát trượt giữa lốp và mặt đường và sự
tác động tương hỗ phân tử giữa vỏ lốp và độ nhấp nhô rất nhỏ của mặt đường.
Khi trên mặt đường cứng bị dính bùn và nước thì hệ số bám giảm đi rất nhiều vì
bùn, nước tạo thành cái chân giữa hai bề mặt làm việc. Trên các loại đường biến
dạng, các vấu của lốp bánh xe chủ động sẽ bám sâu vào trong đất tạo nên những
thành tựu, những thành tựu này làm việc chủ yếu chịu cắt và làm cho hệ số bám
tăng lên. Tuy nhiên, đến một giới hạn nào đó thì độ bền chắc của lớp đất sẽ bị
phá hủy và hệ số bám lại giảm xuống.


Ngoài ra, hệ số bám còn chịu ảnh hưởng bởi hình dáng hoa lốp. Lốp làm
việc trên mặt đường cứng có hoa lốp nhỏ để bám tốt ngược lại trên mặt đất mềm
lốp cần có vấu bám rộng và cao.
Như vậy, trị số của hệ số bám phụ thuộc vào rất nhiều thông số như: áp
suất hơi trong săm, tốc độ chuyển động của ô tô, dạng hoa lốp, tải trọng thẳng
đứng tác dung lên bánh xe, độ trượt của bánh xe chủ động và đường, trạng thái

mặt đường… nó bao gồm những thông số cấu tạo lẫn thông số sử dụng. Việc xác
định các yếu tố này để áp dụng trong tính toán gặp rất nhiều khó khăn. Vì vậy,
trong thực tế tính toán người ta sử dụng những giá trị trung bình của hệ số bám
của một số loại đường theo bảng sau:
Loại đường và tình trạng mặt đường
Đường nhựa hoăc đường bê tông
- Khô, sạch
- Ướt
Đường đất
- Pha sét khô
- Pha sét ướt
Đường cát
• Khô
• Ướt

Hệ số bám
0,70,8
0,350,45
0,50,6
0,20,4
0,20,3
0,40,5

Hệ số bám mà chúng ta nghiên cứu ở trên chính là hệ số bám theo mặt
phẳng dọc, tức là mặt phẳng chuyển động của ô tô được kí hiệu là . Ngoài ra, có
hệ số bám trong mặt phẳng ngang thẳng góc với mặt phẳng dọc hệ số bám này kí
hiệu là , nó cũng chịu ảnh hưởng của các yếu tố kể trên.
Hệ số bám dọc có thể xác định bằng phương pháp thực nghiệm đơn giản
sau: Dùng một xe trước kéo một xe sau mà xe sau được phanh cứng hoàn toàn.

Giữa hai xe có đặt lực kế để đo lực bám phát sinh ở xe sau. Khi biết trọng lượng
bám của xe sau là ta có thể xác định được hệ số bám dọc theo biểu thức: .
Trên thực tế tương đương và có phần lớn hơn cho nên người ta tính
theo .
Hệ số bám và lực bám có ý nghĩa quan trọng trong việc chuyển động an
toàn của ô tô vì nó quyết định khả năng phanh gấp và khả năng chống trượt lết,
ảnh hưởng đến tốc độ ổn định khi phanh và tính năng dẫn hướng của ô tô…
1.4.3 Các lực cản chuyển động của ô tô.
1.4.3.1 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên ô tô khi chuyển động
Trong quá trình sử dụng có lúc ô tô đi trên đường bằng hoặc đường dốc,
chuyển động đều hoặc nhanh dần, chậm dần, có khi đường tốt, khi đường xấu,
khi gió cản hoặc không có gió cản… Tùy theo từng trường hợp cụ thể mà ô tô
chịu những lực cản chuyển động khác nhau. Trong phần này chúng ta nghiên cứu
trường hợp tổng quát ô tô chuyển động nhanh dần lên dốc, có kéo móc có gió
ngược chiều.