Tính toán, thiết kế hộp số trên xe tải nhẹ, dựa trên xe tải nhẹ của hãng suzuki

MỤC LỤC


LỜI NÓI ĐẦU
Trong đời sống kinh tế - xã hội ngày nay, giao thông vận tải giữ một vai
trò hết sức quan trọng, nó giúp nâng cao và thúc đẩy mạnh mẽ sự giao thương
hàng hóa và phát triển kinh tế. Và khi nhắc đến vận tải người ta sẽ nghĩ ngay
đến ô tô. Ô tô tuy không phải là phương tiện giao thông vận tải duy nhất,
nhưng nó là phương tiện phổ biến nhất, cơ động nhất. Do yêu cầu ngày càng
cao về vận chuyện nên ngành công nghiệp ô tô đã cho ra đời hàng loạt chủng
loại, mẫu mã với tính năng và đặc điểm sử dụng khác nhau để phù hợp với
từng mục đích và điều kiện sử dụng của con người.
Với sự phát triển ngày càng cao của khoa học và kỹ thuật, ngành công
nghiệp ô tô đã chế tạo ra nhiều loại ô tô với hộp số có tính năng kỹ thuật rất
cao đảm bảo đáp ứng mọi điều kiện làm việc của ô tô.
Trong học phần đồ án tốt nghiệp em được thầy giao cho đề tài: Tính
toán, thiết kế hộp số trên xe tải nhẹ. Nội dung của đề tài này giúp em hệ
thống lại được những kiến thức đã học về hộp số, bước đầu tham gia vào thiết
kế. Cụ thể là hộp số cơ khí, tham khảo thông số xe tải nhẹ của hãng Suzuki .
Do thời gian có hạn, kiến thức còn hạn chế nên đồ án còn nhiều thiếu
sót, em rất mong các thầy, các bạn đóng góp ý kiến để đề tài của em được
hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Thạc sĩ Nguyễn Khắc Minh và các
thầy trong khoa đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt
nghiệp.
Thái Nguyên, ngày 3/5/2016
Sinh viên
Đào Văn Dương

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ
1.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại
1.1.1. Công dụng
Hộp số dùng để :
- Thay đổi tốc độ và mô men truyền (hay lực kéo) trên các bánh xe,
- Thay đổi chiều chuyển động (tiến hoặc lùi),
- Tách động cơ lâu dài khỏi hệ thống truyền lực khi cần thiết mà không
cần tắt máy như: khi ô tô chạy không tải, khởi động động cơ ô tô, cho xe chạy
theo quán tính …
- Dẫn động các bộ phận công tác khác trên các xe chuyên dùng như: tời
kéo, cần cẩu, xe tự đổ …
1.1.2. Yêu cầu
Hộp số cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
- Có dãy tỉ số truyền hợp lý, phân bố các khoảng thay đổi tỉ số truyền
tối ưu, phù hợp với tính năng động lực học yêu cầu và tính kinh tế vận tải. Do
ô tô phải làm việc trên nhiều địa hình khác nhau, mỗi địa hình lại có các yêu
cầu động lực học khác nhau nên hộp số phải có các tỉ số truyền thích hợp để
tạo ra mô men và số vòng quay thích hợp với từng điều kiện làm việc của ô tô
- Phải có hiệu suất truyền lực cao,
- Khi làm việc không gây tiếng ồn, chuyển số nhẹ nhàng, không phát
sinh các tải trọng động khi làm việc,
Đối với các hộp số sử dụng các bộ truyền có cấp (các tỉ số truyền cố
định ), khi chuyển số, thường xảy ra thay đổi giá trị tốc độ, mô men và gây
nên tải trọng động. Hạn chế các xung lực và mô men biến động cần có các bộ
phận ma sát (đồng tốc, khớp ma sát, bộ truyền thủy lực..) cho phép làm đều
tốc độ của các phần tử truyền và nâng cao độ bền, độ tin cậy trong làm việc
của hộp số.

3

- Đảm bảo tại một thời điểm làm việc chỉ gài vào một số truyền nhất
định một cách chắc chắn (cơ cấu định vị, khóa hãm, bảo vệ …),
- 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
- Theo phương pháp điều khiển :
+ Điều khiển bằng tay,
+ Điều khiển tự động
+ Điều khiển 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.

Hình 1.1. Hộp số cơ khí
- Ưu điểm: kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, giá thành thấp, dễ bảo
dưỡng và sửa chữa…

4


- Nhược điểm: kết cấu cồng kềnh, hiệu suất thấp, mất nhiều thời gian
chuyển số, điều khiển nặng nhọc (thường phải dùng cơ cấu trợ lực)…
Ngoài ra dùng hộp số tay có nhược điểm là không tạo được cảm giác
êm dịu mỗi khi chuyển số
b. Hộp số tự động

Hình 1.2. Hộp số tự động

- Nguyên lý làm việc của hộp số tự động là khi cài số, mô men dẫn
động từ động cơ được truyền tới trục hộp số thông qua biến tốc thủy lực. Cảm
biến tốc độ gắn trên trục ra của hộp số thông báo cho CPU về tốc độ hiện tại
của xe, CPU sẽ điều khiển các van thủy lực để đóng mở các đĩa ma sát, để
liên kết các trục bánh răng trong hộp số cho ra một số thích hợp nhất với tốc
độ và tải trọng của xe.
- Ưu điểm: Có thể tự động đổi số, mô men được truyền liên tục, động
lực không bị ngắt quãng. Thích nghi với mọi loại đường, điều khiển dễ dàng,
an toàn thoải mái cho người sử dụng; tải trọng động nhỏ, tuổi thọ chi tiết cao.
5


- Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, giá thành cao, và khó sửa chữa.
Hộp số tự động được phân làm hai loại chính: Hộp số có cấp (AMT và
AT), hiện nay loại AT được sử dụng rộng rãi; Hộp số tự động vô cấp CVT
(truyền động bằng dây đai kim loại).
c. Hộp số bán tự động (DCT: Dual - Clutch Transmission)
Dùng hộp số tay có nhược điểm là không tạo được cảm giác êm dịu
mỗi khi chuyển số, còn hộp số tự động có kết cấu quá phức tạp và làm gia
tăng lượng tiêu thụ nhiên liệu. Nhưng có một loại hộp số có thế loại bỏ được
các nhược điểm trên, đó là hộp số ly hợp kép: Dual - Clutch Transmission
(DCT) hay còn gọi là hộp số bán tự động.

Hình 1.3. Hộp số bán tự động.
Kết cấu đặc biệt của DCT chính là hệ trục trung tâm gồm hai trục đồng
trục lồng nhau. Trục thứ nhất (màu đỏ): một đầu (bên trái) liên kết với ly hợp
thứ nhất (màu đỏ) bằng then hoa, trên thân trục bao gồm 3 bánh răng có kích
thước khác nhau ăn khớp với các bánh răng trên trục thứ cấp thứ nhất, tạo ra
6

các cấp số: 1, 3, 5. Trục còn lại (màu xanh), một đầu lắp với ly hợp thứ 2
(màu xanh), trên thân trục gồm 2 bánh răng ăn khớp với 2 bánh răng trên trục
thứ cấp thứ hai tạo ra 2 cấp số 2, 4 và thêm một số lùi.
- Theo tính chất truyền mô men:
+ Kiểu hộp số có cấp
+ Kiểu hộp số vô cấp.
a. Hộp số vô cấp (CVT: Continuously variable transmission)
Có mô men truyền qua hộp số biến đổi liên tục do đó tỷ số truyền động
học cũng biến đổi liên tục. Hộp số vô cấp trên ô tô chủ yếu là kiểu truyền
bằng thủy lực hay còn gọi là biến mô.
Kiểu hộp số vô cấp cho phép thay đổi liên tục trong một giới hạn nào
đó giá trị tỷ số truyền và momen xoắn đến các bánh xe chủ động tương ứng
với yêu cầu của đường đặc tính kéo lý tưởng. Tùy theo các lực cản bên ngoài,
mô men có thể thay đổi một cách tự động hoặc do cơ cấu điều chỉnh riêng tác
dụng lên các số truyền. Hộp số vô cấp trên ôtô chủ yếu là kiểu truyền động
bằng thủy lực (gọi là bộ biến mô hoặc bộ biến đổi mô men), thường được sử
dụng trên một số kiểu ôtô tải nặng, ôtô kéo, ôtô du lịch cao cấp và ôtô bus.
+ Ưu điểm: ôtô có truyền động vô cấp sẽ có tính năng thông qua tốt
nhờ momen xoắn truyền đến các bánh xe chủ động liên tục và êm dịu nên
giảm được quá tải cho các chi tiết của hệ thống truyền lực, tăng được tuổi thọ
của các chi tiết này; giúp người lái dễ dàng vận hành xe.
+ Nhược điểm: kết cấu phức tạp, đắt tiền; đòi hỏi chế tạo và chăm sóc
phức tạp; có hiệu suất truyền lực nhỏ hơn truyền lực có cấp.
b. Hộp số có cấp
Gồm một số cấp hữu hạn (thường từ 3 đến 20 cấp). Ứng với mỗi cấp có
một giá trị mô men và do đó tốc độ truyền qua hộp số là không đổi. Trên ôtô
hiện nay dùng nhiều nhất hộp số có cấp điều khiển bằng tay, bởi vì nó có kết
7

cấu đơn giản, giá rẻ và bảo đảm tỷ số truyền cần thiết đáp ứng được điều
khiển sử dụng.
- Ưu điểm: tính năng động lực cũng như tính năng kinh tế nhiên liệu
tăng, công suất sử dụng để tăng tốc lấy đà cũng nhanh hơn.
- Nhược điểm: số lần gài số nhiều làm phức tạp điều khiển và kéo dài
thời gian lấy đà.
* Theo số cấp chia làm 2 loại: hộp số thường và hộp số nhiều cấp.
- Hộp số thường (từ 3-6 cấp):
Kiểu hộp số thường có số cấp nhỏ hơn hoặc bằng 6. Số cấp ảnh hưởng
đến tính năng động lực cũng như tính kinh tế nhiên liệu của ôtô. Số cấp tăng
lên thì tính năng động lực cũng như tính kinh tế nhiên liệu đều tăng. Công
suất sử dụng để lấy đà và tăng tốc cũng nhanh hơn. Nhưng lúc đó số lần gài
số phải tăng theo làm phức tạp điều khiển và kéo dài thời gian lấy đà.

Hình 1.4. Hộp số 5 cấp

8


- Ưu điểm: số cấp của hộp số càng ít thì sẽ giảm số lần gài số, đơn giản
cơ cấu điều khiển, vì thế nên phù hợp với ôtô du lịch, xe con, có phần lớn thời
gian làm việc là số truyền thẳng; giảm số lượng đồng tốc, giảm được khối
lượng của hộp số, góp phần giảm tự trọng của ôtô.
- Nhược điểm: số cấp của hộp số nhỏ làm giảm tính năng động lực
cũng như tính kinh tế nhiên liệu của xe; khả năng sử dụng công suất để tăng
tốc và lấy đà chậm hơn hộp số nhiều số.
- Hộp số nhiều cấp (từ 8-20 cấp):
Kiểu hộp số nhiều cấp có số cấp hộp số lớn hơn 6. Đối với ôtô tải lớn
và rất lớn hoạt động trong điều kiện nặng nhọc thì số cấp của hộp số có thể từ

8 đến 20 cấp. Với đặc điểm như vậy thì hộp số phải có thêm cơ cấu điều khiển
phụ và khi đó kết cấu hộp số được chia làm hai phần: hộp số chính và hộp số
phụ.
Trong đó số cấp của hộp số chính thường từ 4÷5 cấp, còn số cấp của
hộp số phụ từ 2÷4 cấp. Dựa vào kết cấu của hộp số phụ ta có thể chia ra: hộp
số nhiều cấp với hộp số phụ kiểu bánh răng thường, hộp số nhiều cấp với hộp
số phụ kiểu hành tinh, hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí phía sau, hộp số
nhiều cấp với hộp số phụ bố trí phía trước.Một số loại hộp số nhiều cấp
thường dùng:

Hình 1.5. Hộp số 9 cấp
9


Hình 1.6. Hộp số 18 cấp
- Ưu điểm: số cấp càng tăng lên thì tính năng động lực cũng như tính
kinh tế nhiên liệu đều tăng, công suất sử dụng để lấy đà và tăng tốc cũng
nhanh hơn; tăng khả năng tải cho ôtô, giúp ôtô tải lớn làm việc trong điều
kiện nặng nhọc.
- Nhược điểm: kết cấu phức tạp, hộp số cồng kềnh; cơ cấu điều khiển
phức tạp.
- Theo số trục chứa các cặp bánh răng truyền số:
+ Hộp số hai trục
+ Hộp số ba trục (trục sơ cấp và thứ cấp bố trí đồng tâm).
a. Hộp số hai trục:
Gồm trục sơ cấp gắn các bánh răng chủ động và trục thứ cấp gắn các
bánh răng bị động của các cấp số truyền tương ứng. Hộp số hai trục không thể
tạo ra truyền thẳng như hộp số ba trục vì phải thông qua một cặp bánh răng ăn
khớp (số răng bằng nhau), hiệu suất của hộp số hai trục luôn bé hơn 1.

10


Hình 1.7. Hộp số hai trục
- Nguyên lí làm việc: hộp số hại trục không có trục trung gian như hộp
số ba trục do đó momen từ trục sơ cấp của hộp số thông qua sự ăn khớp của
các bánh răng gắn trên trục sơ cấp và thứ cấp để truyền mô men ra ngoài.
Hộp số hai trục không thể tạo ra số truyền thẳng như hộp số ba trục ( dù
có tỉ số truyền ở một tay số nào đó i = 1) vì phải thông qua một cặp bánh răng
ăn khớp nào đó. Do đó hiệu suất của hộp số hai trục nhỏ hơn hộp số ba trục.
Chiều truyền động của trục thứ cấp của hộp số hai trục ngược với chiều
truyền động dẫn vào của trục sơ cấp. Hộp số hai trục phù hợp với hệ thống
truyền lực có cầu chủ động bố trí cùng phía với động cơ. Điều này thuận lơi
cho việc thiết kế truyền lực chính của cầu chủ động với kiểu bánh răng trụ.
Như vậy hệ thống truyền lực với hộp số hai trục cho kết cấu gọn hơn và hiệu
suất nói chung cao hơn.
- Ưu điểm: kết cấu đơn giản, làm việc êm dịu và có hiệu suất cao ở các
tay số trung gian. Dể bố trí và đơn giản được kết cấu hệ thống truyền lực khi
xe đặt động cơ ở gần cầu chủ động.
- Nhược điểm: không có số truyền thẳng vì thế các bánh răng, ổ trục
không được giảm tải ở số truyền cao làm tăng mài mòn và tiếng ồn.Kích
thước theo chiều ngang lớn hơn hộp số ba trục ở cùng tỉ số truyền.

11


b. Hộp số ba trục: (hộp số đồng tâm)
Gồm: trục sơ cấp I, trục thứ cấp III lắp đồng trục với nhau, ngoài ra còn
có thêm trục trung gian (có thể là 1, 2, hoặc 3 trục ) bố trí chung quanh trục sơ
cấp và thứ cấp nhằm tăng độ cứng cho trục thứ cấp và duy trì sự ăn khớp tốt

nhất giữa các cặp bánh răng.
- Nguyên lí làm việc: mô men truyền từ trục sơ cấp của hộp số thông
qua cặp bánh răng chủ động gắn trên trục ăn khớp với các bánh răng lắp trên
trục trung gian làm cho trục trung gian quay theo. Các bánh răng trên trục
trung gian quay và ăn khớp với các bánh răng gắn trên trục thứ cấp của hộp số
để truyền mô men ra ngoài. Mỗi cặp bánh răng ăn khớp sẽ cho tỉ số truyền cố
định ứng với mỗi tay số nhất định. Tuỳ theo số cấp của hộp số mà có số lượng
cặp bánh răng trên các trục cho phù hợp.
Hộp số 3 trục có thể có một, hai hoặc ba trục trung gian bố trí xung
quanh trục sơ cấp và trục thứ cấp nhằm làm tăng độ cứng vững cho trục thứ
cấp, duy trì sự ăn khớp tốt nhất cho các bánh răng lắp trên trục. Hộp số 3 trục
có chiều truyền động được dẫn ra từ trục thứ cấp cùng chiều với truyền động
dẫn vào trục sơ cấp.

Hình 1.8. Sơ đồ hộp số ba trục
12


- Ưu điểm: có khả năng tạo số truyền thẳng nên hiệu suất cao nhất; khi
làm việc ở số truyền thẳng, các bánh răng, ổ trục và trục trung gian hầu như
được giảm tải hoàn toàn 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; có thể tạo được
tỷ số truyền lớn với kích thước khá nhỏ gọn, nhờ đó giảm được trọng lượng
toàn bộ của ô tô.
- Nhược điểm: 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, 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; ở các số truyền trung gian, sự truyền mômen
được thực hiện qua hai cặp bánh răng ăn khớp nhau nên làm việc không êm,
hiệu suất giảm.

1.2. Thông số xe tham khảo
- Phân loại xe ô tô:
Theo tiêu chuẩn của Hoa Kỳ [6]:
+ Xe tải hạng nhẹ: là những xe cỡ thường (khối lượng ≤ 6300 kg)
+ Xe tải hạng trung: khối lượng trong khoảng giữa 6300 kg và 15000 kg.
+ Xe tải hạng nặng: khối lượng trong khoảng giữa 15000 kg và 40000 kg.
Theo QCVN 05 : 2009/BGTVT do Cục Đăng kiểm Việt Nam biên
soạn, Vụ Môi trường trình duyệt, Bộ Giao thông vận tải ban hành theo Thông
tư số 31/2009/TT-BGTVT ngày 19/11/2009 thì:
+ Xe ô tô tải hạng nhẹ (Light duty vehicle): Xe có khối lượng toàn bộ lớn
nhất không lớn hơn 3500 kg, có ít nhất 4 bánh.

13


- Thông số xe tham khảo
Bảng 1.1. Thông số xe tải nhẹ của hãng Suzuki
Chiều dài tổng thể
Chiều rộng tổng thể
Chiều cao tổng thể
Chiều dài cơ sở
Khoảng sáng gầm xe
Bán kính quay vòng nhỏ nhất
Khối lượng xe không tải
Khối lượng xe có tải
Số chỗ ngồi
Loại động cơ
Số xylanh
Dung tích xy lanh
Đường kính và hành trình của piston

Công suất cực đại
Mô men xoắn cực đại
Dung tích bình xăng
Động cơ đạt tiêu chuẩn khí thải
Treo trước
Treo sau
Phanh trước
Phanh sau
Kiểu loại cabin
Tốc độ lớn nhất
Bán kính bánh xe

3240 mm
1395 mm
1765 mm
1840 mm
165 mm
4100 mm
500 kg
1450 kg
2
4 kì làm mát bằng nước
4
970 cc
65,5 mm x72 mm
31/5500 kW/rpm
68/3000 Nm/rpm
36 lít
EURO II
Lò xo

Nhíp lá
Đĩa
Tang trống
Khung thép hàn
91 km/h
0,35 m

14


CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN
CỦA HỘP SỐ
2.1. Tính toán xác định các thông số ban đầu
2.1.1. Xác định tỉ số truyền thấp nhất và cao nhất của hộp số
Bảng 2.1. Thông số chọn
Thông số

Kí hiệu

Giá trị chọn

ηt

Hiệu suất hệ thống truyền lực chính

0,85

λv

Theo quan điểm tăng tốc tốt

1

in

Tỷ số truyền của cấp số cao nhất

0,795

ϕ

Hệ số bám
Công bội

0,75

q
vmin

Vận tốc nhỏ nhất

1,8
5 [km/h]

- Tỷ số truyền thấp nhất được xác định theo điều kiện kéo cho trước, ta dùng
công thức sau [2] :

i1 ≥

ψ max .Ga .rbx

M e max .i0 .ηt

(2.1)

Trong đó:
Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường:
Trọng lượng toàn bộ xe:

Ga = 14500 [ N ]

15

ψ max = 0,33


Bán kính làm việc của bánh xe chủ động:
Mô men cực đại của động cơ:
Hiệu suất hệ thống truyền lực:

rbx = 0,35 [ m ]

M e max = 68 [ N .m ]

ηt = 0,85

nMemax = 3000 [ v / p ]
N e = 31[ Kw]
nNe = 5500 [ v / p ]

ω Ne = 575,667 [ rad / s ]

Tỷ số truyền lực chính xác định theo công thức sau [2] :

i0 =

ω Ne .λv .rbx 575,667.1.0,35
=
= 7,934
Vmax
25,395

(2.2)

Vmax = 91[ km / h] = 25,395 [ m / s ]

i1 ≥
Vậy ta có:

0,33.14500.0,35
= 3,652
68.7,934.0,85

- Kiểm tra theo điều kiện bám

i1 ≤

Gϕ .ϕ .rbx
M e max .i0 .ηt

(2.3)

Trong đó:

16


Trọng lượng bám của xe:

i1 ≤
Suy ra:

Gϕ = 0,75.14500 = 10875 [ N ]

10875.0,75.0,35
= 6, 225
68.7,934.0,85

(thỏa mãn)

- Điều kiện đảm bảo cho ô tô có khả năng di chuyển chậm:
Trong điều kiện địa hình xấu ô tô phải duy trì khả năng hoạt động với
vận tốc nhỏ nhất Vmin và không quá (4 ÷ 5) km/h
Đảm bảo điều kiện chuyển động với vận tốc tối thiểu Vmin theo yêu cầu thì:

i1 ≥

ωe min .rbx π .ne min .rbx
=
= 1,662
vmin .i0
30.vmin .i0

(2.4)

Trong đó:
Tốc độ góc ổn định nhỏ nhất của động cơ khi đầy tải:
Vận tốc chuyển động tịnh tiến nhỏ nhất của ô tô:

ωe min [ rad / s ]

vmin [ m / s ]

2.1.2. Số cấp của hộp số
- Số cấp hộp số phụ thuộc vào:
Chủng loại và công dụng của ô tô.

K i = i1 in
- Công thức xác định số cấp của hộp số như sau:

n=

log i1 − log in
+1
log q

(2.5)

17


Để nâng cao tính chất động lực học của ô tô, nâng cao hiệu suất của hệ

thống truyền lực, chúng ta chọn tỷ số truyền ở số cao nhất là số truyền tăng,
nghĩa là

in = 0,795

.

Đối với hộp số thường có công bội q = (1,5÷1,8). Chọn q = 1,8

n=
Suy ra:

log 3,652 − log 0,795
+ 1 = 3,594
log1,8

Chọn: n=4
2.1.3. Xác định tỉ số truyền các tay số trung gian
Vì ô tô theo đề tài là ô tô tải nên ta thiết kế hộp số có tỷ số truyền các
tay số trung gian theo cấp số nhân.
Theo quy luật cấp số nhân các cấp số trung gian được xác định như sau:

ii = i1( n−i ) ( n −1)

(2.6)

Tỷ số truyền tay số hai:

i2 = i1( 4−2) ( 4−1) = 3,6522 3 = 2,371
Tỷ số truyền tay số ba:

i3 = i1( 4−3) ( 4−1) = 3,6521 3 = 1,54

Tỷ số truyền tay số bốn:

i4 = i1( 4−4 ) ( 4−1) = 1

2.2. Phân tích chọn kiểu- loại và cách bố trí
Ô tô thiết kế là loại ô tô tải nhỏ chuyên dùng để chuyên chở hàng hóa,
làm việc ở điều kiện thường xuyên thay đổi tải, có tỷ số truyền lớn nên ta
chọn hộp số loại 3 trục cố định, có trục sơ cấp và thứ cấp đồng tâm vì: hộp số
này có ưu điểm nổi bật là trục sơ cấp và thứ cấp đồng tâm nên có thể làm tỷ
18


số truyền thẳng, trường hợp này hiệu suất bằng 1. Đây là điều quan trọng đối
với ô tô tải vì thời gian làm việc ở tỷ số truyền thẳng chiếm tỷ lệ cao. Mặt
khác khi ô tô chạy trên đường thẳng, thời gian sử dụng tay số truyền khác
giảm. Nên tuổi thọ ô tô được kéo dài.
Như vậy ta có thể vẽ sơ đồ động hộp số như sau:
Z2'

Z1'

Z3'

ZL
Z5'

Za

ZL1

Za'

Z3

Z1

Z2

Z5

ZL1'

ZL'

Hình 2.1. Sơ đồ động hộp số
- Xác định phương án bố trí trục số lùi:
Để thuận tiện trong việc điều khiển ô tô ta bố trí thêm một số lùi.
Tỷ số truyền tay số lùi: iL = (1,2  1,3). i1 = 1,2.3,652 = 4,382
Số lùi được bố trí theo các phương án sau:
+ Bánh răng số 5 và số lùi luôn ăn khớp.
+ Bánh răng số lùi không luôn ăn khớp.
+ Cả bánh răng số 5 và số lùi đều không luôn ăn khớp.

19


Ở đây ta chọn phương án gài số lùi và số 5 dùng đồng tốc, bánh răng trung

gian (đặt trên trục số lùi) làm hai vành răng.
Ngoài ra vì đây là loại xe tải và động cơ đặt dọc phía trước nên bố trí
trục số lùi và trục trung gian sao cho chiều cao của hộp số là thấp nhất để tăng
khoảng sáng gầm xe đồng thời hạ được chiều cao cabin.
2.3. Tính toán các thông số cơ bản
2.3.1. Khoảng cách trục
Khoảng cách trục A có thể xác định theo công thức kinh nghiệm [2]:

A = 18,7. 3 M e max

Trong đó:

M e max

(2.7)

là mô men quay cực đại của động cơ

Khi đó khoảng cách trục là:
Chọn A = 77

[ mm]

A = 18,7. 3 68 = 76,32

[ mm]

[ mm]

2.3.2. Chọn mô đun của bánh răng

Khi chọn mô đun cho các bánh răng phải đảm bảo yêu cầu:
Bánh răng làm việc ít ồn
Truyền mô men đều đặn, ăn khớp đúng mặc dù có sự sai lệch một ít về khoảng cách giữa
đường tâm các bánh răng ăn khớp.
Bánh răng phải đủ độ bền.
Để đơn giản công nghệ chế tạo và sửa chữa nên chọn thống nhất với nhau mô đun bánh
răng.
Mô đun của các số truyền cao và của các số truyền thấp phụ thuộc vào mô men cực đại
trên trục thứ cấp Mt :

20


M t = M e max .i1 .h = 68.3,652.0,96 = 238, 4

[ N .m]

(2.8)

h : hiệu suất trung bình hộp số, lấy h = 0,96

Hình 2.2. Đồ thị để chọn mô đun pháp tuyến hộp số ô tô
Dựa vào đồ thị và giá trị Mt ta chọn được mô đun m, kết hợp với các giá trị mô đun tiêu
chuẩn ta chọn:
Mô đun : m = 2,75

2.3.3. Chọn chiều rộng các bánh răng
Đối với bánh răng trụ răng nghiêng [3]:
b = (7 ÷ 8,6).m = (19,25÷23,65)

(2.9)

Chiều rộng bánh răng chủ động ta chọn b = 23 [mm], chiều rộng bánh răng bị động ta chọn b = 20
[mm]

2.3.4. Chọn góc nghiêng của bánh răng (βk)
Đối với xe tải: βk = 180 ÷ 260
Giá trị nhỏ ứng với tỷ số truyền thấp để giảm bớt lực dọc trục
Chọn βk = 250

2.3.5. Xác định số răng của các cặp bánh răng
Đối với hộp số ba trục, các số truyền đều phải qua hai cặp bánh răng. Trong đó 1 cặp bánh
răng được dùng chung cho tất cả các số truyền ( trừ số truyền thẳng) gọi là cặp bánh răng luôn ăn
khớp. Vì vậy khi phân chia tỷ số truyền cho các cặp bánh răng này cần phải có giá trị đủ nhỏ để

21


vừa đảm bảo tuổi thọ cho cặp bánh răng luôn ăn khớp để cho số răng chủ động của cặp bánh răng
gài số ở số truyền thấp không nhỏ quá.
Xác định số răng của cặp bánh răng luôn ăn khớp:
Số lượng răng Za của bánh răng chủ động của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp chọn điều
kiên không cắt chân răng, nghĩa là: Z a ≥ 13.
Ta chọn : Za = 17 (răng)
Số lượng răng Za’ của bánh răng bị động của cặp bánh răng luôn ăn khớp được xác định
theo công thức sau [1]:

Za ' =

2. A.cos β

− Z a = 33,75
m

(2.10)

Ta chọn: Za’ = 34 (răng)
Do đó tỉ số ia của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp là:

ia =

Z a ' 34
=
=2
Z a 17

(2.11)

Vậy tỉ số truyền của các cặp bánh răng được gài ở các số truyền khác của hộp số là:

i

i
= n
gn i
a

(2.12)

Thay số vào ta có:

ig1 = 1,826; ig 2 = 1,185; ig 3 = 0,77; ig 5 = 0,398
Số răng của các cặp bánh răng dẫn động gài số khi khoảng cách trục A không đổi được tính
như sau [2]:

Z1 =

2 A.cos β
= 17,96
m.(1 + ig1 )
(2.13)

Chọn : Z1 = 18 (răng)
22


Z1' = Z1.ig1 = 32,87
(2.14)
Chọn : Z1’ = 33 (răng)

Z2 =

2 A.cos β
= 23,23
m.(1 + ig 2 )
(2.15)

Chọn : Z2 = 24 (răng)

Z 2 ' = Z 2 .ig 2 = 28,44
(2.16)

Chọn : Z2’ = 29 (răng)

Z3 =

2 A.cos β
= 28,67
m.(1 + ig 3 )
(2.17)

Chọn : Z3 = 29 (răng)

Z 3' = Z 3 .ig 3 = 22,33
(2.18)
Chọn : Z3’ = 23 (răng)

Z5 =

2 A.cos β
= 36,3
m.(1 + ig 5 )
(2.19)

Chọn : Z5 = 37 (răng)

Z 5' = Z 5 .ig 5 = 14,72
(2.20)
Chọn : Z5’ = 15 (răng)
Với số lùi ta chọn: ZL = 43 (răng) ; ZL’ = 14 (răng)
ZL1 = 21 (răng) ; ZL1’ = 15 (răng)
Sau khi tính được số răng của các cặp bánh răng gài số ta thấy tỉ số truyền của chúng đã

thay đổi, vì trong quá trình chọn có quá trình làm tròn số răng của các bánh răng.

23


Ta tính lại tỉ số truyền của các tay số:

i1 = 3,667; i2 = 2, 417;
i3 = 1,586; i5 = 0,811;
iL = 4,388
2.3.6. Tính chính xác khoảng cách giữa các trục
Việc làm tròn số răng không những ảnh hưởng đến tỉ số truyền mà còn có thể làm thay
đổi khoảng cách trục A. Vì vậy ta phải tính lại khoảng cách trục A của tất cả các bánh răng ăn khớp.

Với bánh răng trụ răng nghiêng ta áp dụng công thức sau [2] :
A=

m.( Z1 + Z 2 )
2.cos β

(2.21)

Khoảng cách trục của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp:

Aa =

m.( Z a + Z a ' )
= 77,37 [ mm ]
2.cos β

(2.22)

Khoảng cách trục của cặp bánh răng gài số 1:

A1 =

m.( Z1 + Z1' )
= 77,37 [ mm ]
2.cos β

(2.23)

Khoảng cách trục của cặp bánh răng gài số 2:

A2 =

m.( Z 2 + Z 2' )
= 80,41[ mm]
2.cos β

(2.24)

Khoảng cách trục của cặp bánh răng gài số 3:

A3 =

m.( Z 3 + Z 3' )
= 78,89 [ mm ]
2.cos β

(2.25)

24


Khoảng cách trục của cặp bánh răng gài số 5:

A5 =

m.( Z 5 + Z 5' )
= 78,89 [ mm ]
2.cos β

(2.26)

Vậy ta lấy A = 77,37[mm]

Khi đó ta giải quyết sai lệch khoảng cách trục bằng cách tính chính xác
lại góc nghiêng răng của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp, cặp bánh răng gài
số 1, cặp bánh răng gài số 5 ta dùng công thức sau [2]:

cos β 2 =

Suy ra :

m. ( Z 2 + Z 2' )
= 0,94
2. A

(2.27)

β 2 = 19°37°

cos β 3 =

m. ( Z 3 + Z 3' )
= 0,92
2. A

(2.28)

β 3 = 22°27°
Suy ra :

cos β 5 =

Suy ra :

m. ( Z 5 + Z 5' )
= 0,92
2. A

(2.29)

β 5 = 22°27°

2.3.7. Xác định các thông số hình học cơ bản của bánh răng
Việc xác định các thông số hình học của từng cặp bánh răng được tính toán và lập thành
bảng, nhằm thuận tiện cho quá trình tính bền các bánh răng và thiết lập các bản vẽ của hộp số.
Bảng 2.2. Thông số của cặp bánh răng trụ răng nghiêng luôn ăn khớp

STT

Tên gọi

Kí hiệu

25