Đồ án thiết kế hop so 7000 kg

Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
LỜI NÓI ĐẦU
Ô tô máy kéo là phương tiện sản xuất và kinh doanh trong sinh hoạt, không thể
thiếu trong đời sống. Cùng với sự phát triển chung của khoa học, ngành ôtô cũng có
những bước phát triển mới với nhiều thành quả quan trọng. Chúng ta cần phải có
kiến thức sâu rộng, những vấn đề liên quan đến ngành công nghiệp ôtô. Muốn vậy,
ta phải hiểu và nắm vững các kiến thức cơ bản nhất để làm nền tảng cho những
bước phát triển tiếp theo.
Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ tính toán thiết kế hộp số xe tải với tải
trọng 7 tấn. Đây là một bộ phận chính, không thể thiếu trong ôtô nhằm để thay đổi
số vòng quay và mômen của động cơ truyền đến các bánh xe chủ động đủ để thắng
sức cản chuyển động của ôtô thay đổi khá nhiều trong quá trình làm việc.
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.
Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tình
truyền đạt lại những kiến thức quý báu cho em. Đặc biệt, em xin gởi lời cảm ơn đến
thầy Nguyễn Văn Đông đã nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm đồ án. Em vô
cùng mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy.

Đà Nẵng, ngày …. tháng …. năm 2013
Sinh viên thực hiện

Bùi Thanh Minh

-1-

Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải

Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ ÔTÔ

1.1. Công dụng và yêu cầu của hộp số ôtô
1.1.1. Công dụng
Hộp số là thiết bị dùng để thay đổi số vòng quay và mômen của động cơ truyền
đến các bánh xe chủ động đủ để thắng sức cản chuyển động của ôtô thay đổi khá
nhiều trong quá trình làm việc.
Ngoài ra hộp số còn dùng để:
- Thay đổi chiều quay của trục bị động so với trục chủ động để xe có thể chạy lùi.
- Ngắt truyền động lâu dài giữa động cơ và các bánh xe chủ động khi cần thiết
như: Khi cho xe đứng yên trong thời gian dài mà không cần phải tắt máy, khi khởi
động, cho xe chạy xuống dốc, chạy theo quán tính,...
1.1.2. Yêu cầu
Để đảm bảo các công dụng trên, ngoài các yêu cầu chung về sức bền và kết
cấu gọn nhẹ thì hộp số phải thỏa mãn các yêu cầu đặc trưng sau:
- Phải có đầy đủ tỷ số truyền cần thiết nhằm đảm bảo tốt tính chất động lực và
tính kinh tế nhiên liệu cho ôtô khi làm việc.
- Khi gài số không sinh ra các lực va đập lên các răng nói riêng và hệ thống
truyền lực nói chung. Muốn vậy hộp số ôtô phải có các bộ đồng tốc để gài số hoặc
ống để gài số.
- Phải có vị trí trung gian để có thể ngắt truyền động của động cơ khỏi hệ
thống truyền lực trong thời gian lâu dài. Phải có cơ cấu chống gài hai số cùng lúc để
đảm bảo an toàn cho hộp số không bị gãy vỡ răng.
- Phải có số lùi để cho phép xe chuyển động lùi. Đồng thời phải có cơ cấu an
toàn chống gài số lùi một cách ngẫu nhiên.

- Điều khiển nhẹ nhàng, làm việc êm dịu, tin cậy và hiệu suất cao.

-2-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
1.2. Phân loại
Với các yêu cầu nêu trên, tùy theo tính chất truyền mômen cũng như sơ đồ
động học, hiện nay hộp số cơ khí ôtô có thể phân loại như sau:
- Dựa vào tính chất truyền mômen, có thể phân hộp số ôtô ra làm hai kiểu:
+ Kiểu hộp số vô cấp là kiểu hộp số có mômen truyền qua hộp số biến đổi liên
tục và do đó tỷ số truyền động học cũng thay đổi liên tục. Hộp số này dùng trên ôtô
chủ yếu là kiểu truyền động bằng thủy lực.
+ Kiểu hộp số có cấp là kiểu hộp số gồm một số cấp hữu hạn (thường từ 3 đến
20 cấp). Ứng với mỗi cấp có giá trị mômen và do đó tốc độ truyền qua hộp số
không đổi.
- Dựa trên số trục chứa các cặp bánh răng truyền số có thể chia hộp số ôtô ra
làm hai loại sau:
+ Hộp số hai trục: Là loại hộp số có trục sơ cấp gắn với bánh răng chủ động
của số truyền, trục thứ cấp chứa bánh răng bị động.
+ Hộp số ba trục: Là hộp số có trục sơ cấp gắn bánh răng chủ động của số
truyền, trục trung gian chứa bánh răng trung gian và trục thứ cấp chứa bánh răng bị
động. Điều đặc biệt là trục sơ cấp và trục thứ cấp (trục thứ ba) bố trí đồng tâm.
- Dựa theo số cấp của hộp số, có thể phân chia ra hai loại:
+ Hộp số thường có số cấp nhỏ hơn hoặc bằng 6.
+ Hộp số nhiều cấp có số cấp lớn hơn 6 (thường từ 8 đến 20 cấp).
1.2.1. Một số loại hộp số thường dùng
1.2.1.1. Hộp số ba trục (hộp số đồng tâm)
Trên ôtô hiện nay sử dụng nhiều các loại hộp số có trục cố định, điều khiển
bằng tay. Loại hộp số này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, hiệu suất cao (0,96 ÷

0,98), kích thước và trọng lượng nhỏ.
Kết cấu hộp số đồng trục thường có ít nhất 3 trục chuyển động, có trục sơ cấp
và trục thứ cấp lắp đồng trục, ngoài ra còn có thêm trục trung gian. Trục trung gian
có thể có một hoặc hai hoặc ba trục bố trí xung quanh trục sơ cấp và thứ cấp nhằm
-3-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
tăng độ cứng vững cho trục thứ cấp duy trì sự ăn khớp tốt nhất cho các cặp bánh
răng lắp trên trục.
* Ưu điểm:
+ Có số truyền thẳng, bằng cách nối trực tiếp trục sơ cấp và trục thứ cấp. Khi
làm việc ở số truyền thẳng, các bánh răng, ổ trục và trục trung gian hầu như được
giảm tải hoàn hoàn toàn nên giảm được mài mòn, tiếng ồn và mất mát công suất nên
đạt được hiệu suất cao nhất. Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với hộp số ôtô vì phần
lớn thời gian làm việc của hộp số là số truyền thẳng (chiếm tỷ lệ từ 50% ÷ 80%). Vì
vậy hộp số kiểu này được sử dụng nhiều trên các loại xe ôtô (từ xe du lịch cho đến
xe khách và xe tải).
+ Các số truyền khác, mômen truyền qua hai cặp bánh răng, do đó có thể tạo
được tỷ số truyền lớn với kích thước khá nhỏ gọn. Nhờ đó giảm được trọng lượng
toàn bộ của ôtô.
* Nhược điểm:
+ Trục thứ cấp phải bố trí gối lên trục sơ cấp thông qua ổ bi đặt bên trong phần
rỗng của đầu trục ra trục sơ cấp, 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 cho ổ bi
này dễ bị tình trạng quá tải. Tuy nhiên cách bố trí này hộp số có khả năng truyền
thẳng nên ổ bi này làm việc cũng không nhiều nên ít ảnh hưởng đến tuổi thọ của ổ
bi.

-4-

Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải

Hình 1.1- Sơ đồ động hộp số ba trục.
Chú thích:
I: Trục sơ cấp;
IV: Trục số lùi;

II: Trục trung gian;
A,B: Bộ đồng tốc;

III: Trục thứ cấp
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
1.2.1.2. Hộp số hai trục
Loại hộp số hai trục là kiểu hộp số thông dụng của truyền động hộp số cơ khí
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 này 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 , 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.
Kiểu hộp số này phù hợp với hệ thống truyền lực có cầu chủ động bố trí cùng
phía trên động cơ (cụm động cơ, ly hợp, hộp số bố trí ngay trên cầu chủ động).
Chiều chuyển động là ngược nhau, truyền động được dẫn ra trục thứ cấp có chiều
ngược với chiều truyền động dẫn vào đối với trục sơ cấp.

-5-

Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải

Hình 1.2- Sơ đồ động hộp số hai trục.
Chú thích:
I: Trục sơ cấp của hộp số;

II: Trục thứ cấp của hộp số;

1: Số cấp số 1 của hộp số;

2: Số cấp số 2 của hộp số;

3: Số cấp số 3 của hộp số;

4: Số cấp số 4 của hộp số;

L: Số cấp số lùi của hộp số;
* 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.

-6-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
1.2.2. Hộp số nhiều cấp
Hộp số nhiều cấp được tạo thành bằng cách ghép thêm vào phía trước hay phía sau
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 hoặc tăng.

1.2.2.1. Hộp số phụ đặt phía trước hộp số chính
Nó chỉ có một cặp bánh răng để tạo số thấp, còn số cao là số truyền thẳng nối
trực tiếp trục vào của hộp số phụ với trục sơ cấp của hộp số chính. Tỷ số truyền thấp
của hộp số phụ này không lớn, có tác dụng chủ yếu là chia nhỏ dãy tỷ số truyền của
hộp số chính nên còn gọi là hộp số chia.

Hình 1.3- Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí trước
Chú thích:
1p, 2p: Vị trí gài cấp số 1, cấp số 2 của số phụ ;
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;
- Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản, đảm bảo tính thống nhất hoá cao cho hộp số chính.
+ Hiệu suất tương tự như hộp số chính khi gài số thấp ở hộp số phụ.
-7-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải

- Nhược điểm:
+ Yêu cầu khoảng cách trục hộp số lớn hơn, do mômen trên trục ra của hộp số chính
lớn.

1.2.2.2. Hộp số phụ đặt phía sau hộp số chính
Thường là loại có trục cố định với hai cặp bánh răng hành tinh. Có một số
truyền thẳng và một số truyền giảm với tỷ số truyền khá lớn (khoảng số truyền lớn
hơn của hộp số chính) nên gọi là hộp giảm tốc.

Hình 1.4- Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ kiểu hành tinh
Chú thích:
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
I: Trục sơ cấp của hộp số chính;

II: Trục trung gian

III: Trục thứ cấp của hộp số chính (chính là trục sơ cấp của hộp số phụ hành tinh ),
IIIp: Trục thứ cấp của hộp số phụ hành tinh được nối với cần C của cơ cấu hành
tinh
- Ưu điểm:
+ Giảm khoảng cách trục và tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hộp số chính.
- Nhược điểm:
+ Giảm tính thống nhất hoá của hộp số chính.
+ Hiệu suất giảm khi gài số truyền thấp.

-8-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải

1.3. Cơ cấu điều khiển hộp số
1.3.1. Đặc điểm kết cấu cơ cấu điều khiển
Cơ cấu điều khiển có nhiệm vụ truyền lực tác động của lái xe đến ống gài số
hay bánh răng di trượt hoặc bộ đồng tốc để dịch chuyển chúng vào vị trí cần gài số
hoặc trả về vị trí trung gian. Phần lớn cơ cấu điều khiển trên ô tô là hệ thống đòn
điều khiển đơn giản. Chúng được gắn trực tiếp lên nắp hộp số bằng khớp cầu. Khớp
cầu cho phép đòn điều khiển số với 6 vị trí gài số.
Khi hộp số bố trí xa buồng lái (vị trí của nắp hộp số vượt ra ngoài tầm với
của lái xe) như khi buồng lái đặt ngay trên động cơ hoặc động cơ bố trí ở đuôi xe
(phổ biến trên xe khách) thì đòn điều khiển vẫn bố trí cạnh lái xe. Trong trường hợp
này thì dùng thêm đòn điều khiển trung gian để truyền động đến các thanh trượt trên
nắp hộp số ở vị trí xa người lái. Hệ thống này là hệ thống điều khiển họp số từ xa.
Có 2 loại: cơ khí và thủy lực nhưng cơ khí dùng phổ biến hơn.
1.3.2. Đặc điểm kết cấu cơ cấu định vị và khóa hãm
+ Cơ cấu định vị:
Cơ cấu định vị có nhiệm vụ giữ đúng vị trí của các bánh răng di trượt gài số
hay bánh răng của bộ đồng tốc ( hoặc ống gài) mỗi khi gài số hoặc nhả số, đảm bảo
cho các bánh răng nhả số hoàn toàn hay ăn khớp hết chiều dài của răng. Lực định vị
vừa đủ lớn để tránh hiện tượng tự gài số hay nhả số ngẫu nhiên.
Cơ cấu định vị thường dùng loại bi lò xo tác dụng lên hốc hãm của thanh trượt
( dùng để gắn các càng gạt số).
Lò xo định vị
Bi định vị
Thanh trượt

-9-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
Hình 1.5- Kết cấu cơ cấu định vị số.

+ Khóa hãm:
Khóa hãm có nhiệm vụ chống gài 2 số cùng một lúc tránh làm gãy vỡ răng
hộp số. Để đảm bảo điều này, khi một số đã gài vào thì khõa hãm sẽ khóa chặt
cưỡng bức các thanh trượt của các số kia ở vị trí trung gian. Chỉ cho phép một số
được gài mà thôi.

Hình 1.6- Kết cấu khóa hãm.
+ Cơ cấu an toàn khi gài số lùi:
Trên hộp số ô tô phải có cơ cấu an toàn tránh gài một số ngẫu nhiên khi mà
xe đang chuyển động tịnh tiến, làm gãy vỡ răng hộp số cũng như quá tải cho hệ
thống truyền lực
Cơ cấu này thường dùng chốt cản với sức ép lò xo lớn gây cản nhiều khi tiến
hành gài số lùi so với gài số tiến.
1.3.3. Ống gài số
Hầu hết các bánh răng gài số của hộp số ô tô thường được lắp lồng không lên
trục, bánh răng di trượt chỉ dùng hạn chế ở số lùi hoặc số một. Để tiến hành gài số
đối với các bánh răng quay trơn trên trục ta phải dùng ống gài hoặc bộ đồng tốc
nhằm nối cứng bánh răng với trục thông qua các khớp răng: nó có thể là răng trong
hoặc răng ngoài.

-10-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
Để quá trình gài số bằng ống gài được dễ dàng và nhanh chóng hơn, các răng
của ống gài được vát nhọn và cứ một răng lại khuyết đi một răng; đồng thời về phía
các đai răng của bánh răng gài số, cứ cách một răng có một răng ngắn hơn.
Ống gài số chỉ sử dụng để thực hiện việc gài số cho số lùi hoặc số thấp nhất
cho hộp số ôtô, còn hầu hết các số khác của hộp số phải dùng bộ đồng tốc để gài số

nhằm đảm bảo việc gài số được êm dịu, không gây va đập răng cho hộp số nói riêng
và cũng như cho hệ thống truyền lực nói chung.
1.3.4. Bộ đồng tốc hộp số ô tô
Trên hầu hết các hộp số có cấp hiện nay, người ta dùng bộ đồng tốc quán tính
để nối ghép trục với các bánh răng quay trơn mỗi khi gài số nhằm tránh va đập cho
các bánh răng và hệ thống truyền lực. Bộ đồng tốc có nhiệm vụ làm đồng đều nhanh
chóng tốc độ bánh răng quay trơn trên trục so với tốc độ của trục rồi mới cho gài số.
Ngược lại khi chưa đồng tốc thì không thể thực hiện việc gài số.
- Bộ đồng tốc loại I (loại chốt hãm)

Hình 1.7- Kết cấu bộ đồng tốc loại 1.
+ Bộ phận nối (1): Có cấu tạo tương tự ống gài, nối then hoa với trục; tức là
có thể di trượt về phía phải (hoặc trái) để nối với bánh răng gài số (4) khi đã đồng
đều tốc độ.
-11-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
+ Chốt hãm (2): Có nhiệm vụ tạo phản lực tác dụng ngược lên bộ phận nối (1)
để chống gài số khi chưa đồng đều tốc độ giữa bộ phận nối (1) và bánh răng gài số
(4).
+ Vành ma sát (3) của đồng tốc: Có nhiệm vụ tạo ra mômen ma sát giữa vành
ma sát (3) với bề mặt ma sát trên bánh răng gài số (4) nhằm làm đồng đều tốc độ
giữa chúng trước khi gài số.
+ Bộ phận định vị: Gồm bi định vị (5) và chốt (6) có nhiệm vụ giữ cho các
vành ma sát ở vị trí trung gian khi bộ đồng tốc không thực hiện gài số; đồng thời
cho phép đưa vành ma sát (3) vào tiếp xúc trước với vành ma sát trên bánh răng (4)
khi tiến hành gài số.
Bộ đồng tốc loại này được sử dụng khá phổ biến trên các xe tải và xe khách
cỡ trung bình và lớn nhờ kết cấu vững chắc và tin cậy.

Hình 1.8-Kết cấu bộ đồng tốc loại Ib (bộ phận nối kiểu rời).
- Bộ đồng tốc loại II (loại răng hãm):
Trên một số ôtô du lịch, vận tải và khách cỡ nhỏ, kích thước các bánh răng
hộp số nhỏ, không đủ không gian để thiết kế đồng tốc loại I. Hơn thế nữa, tải trọng
tác dụng bề mặt hãm nói chung không lớn nên có thể sử dụng chính bề mặt nghiêng
của các răng để làm bộ phận hãm. Tùy theo kết cấu cụ thể mà đồng tốc loại răng
hãm có nhiều kiểu dáng khác nhau nhưng đều có chung nguyên tắc cấu tạo sau:
-12-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
+ Bộ phận nối (1): làm nhiệm vụ nối bánh răng quay trơn (4) với trục (7). Bộ
phận nối có cấu tạo tương tự ống gài; di trượt dọc trục bằng khớp nối then hoa
(hình 1.9). Các răng của bộ phận nối (1) được vát nghiêng với góc β đủ nhỏ để
chống gài số khi bánh răng gài (4) chưa đồng đều tốc độ với trục (7).

Hình 1.9- Kết cấu bộ đồng tốc loại IIa (kiểu định vị).
1: Bộ phận nối, 2: Vành răng hãm, 3: Vành ma sát, 4:Bánh răng, 5: Trục hộp số, 6:
Bi định vị, 7:Thanh đẩy , α: Góc nghiêng của mặt côn ma sát, r ms: Bán kính ma sát
trung bình, β: Góc nghiêng của bề mặt hãm, rβ: Bán kính trung bình mặt hãm.
+ Bộ phận hãm (2): có nhiệm vụ chống lại việc gài số khi bánh răng (4) chưa
đồng đều tốc độ với trục (5). Bộ phận hãm có cấu tạo gồm vành răng hãm (2) gắn
lên vành côn ma sát (3). Các răng của vành răng hãm đều được vát nghiêng với góc
vát β cùng với răng trên bộ phận nối (1) nhằm chống lại việc gài số khi bánh răng
(4) chưa đồng đều tốc độ với trục (5).
+ Bộ phận ma sát: gồm các vành ma sát (3) có nhiệm vụ làm đồng đều tốc độ
giữa bánh răng gài số (4) với bộ đồng tốc.
+ Bộ phận định vị: có nhiệm vụ giữ cho các vành ma sát ở vị trí trung gian khi
bộ đồng tốc không làm việc; đồng thời cho phép đưa vành ma sát (3) vào tiếp xúc

trước với bề mặt côn trên bánh răng gài số (4) khi bắt đầu tiến hành gài số.
-13-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải

Chương 2. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU
2.1. Tính toán xác định các thông số yêu cầu ban đầu
2.1.1. Tính tỷ số truyền của số thấp nhất
* Số liệu cho trước :
- Xe tải, động xăng
- Trọng lượng toàn bộ của xe : Ga = 13800 [KG].
- Công suất cực đại Nemax = 135 [kW] ở tốc độ nN = 3200 [vòng/phút].
- Mômen cực đại Memax = 490 [N.m] ở tốc độ nM = 1800 [vòng/phút].
- Tốc độ cực đại của xe Vmax = 105 [km/h].
- Bán kính làm việc của bánh xe: rbx = 400 [mm] = 0,45 [m].
- Hệ số cản lớn nhất của đường: = 0,33
* Tỷ số truyền của tay số 1 được tính theo điều kiện kéo [1]:
ih1

(2.1)

Trong đó :
Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường, theo đề : = 0,33
Ga: Trọng lượng toàn bộ xe, theo đề : Ga= 13800.9,8= 135240 [N]
rbx: Bán kính làm việc bánh xe, theo đề: rbx = 0,45 [m]
Memax: Mômen cực đại, theo đề: = 490 [Nm]
: Hiệu suất hệ thống truyền lực, theo [1]: = 0,850,93, chọn = 0,9
i0: Tỷ số truyền của truyền lực chính, được tính theo [1]:
(2.2)

Với:
ihn: Tỷ số truyền cao nhất của hộp số, thường chọn ihn = 1
: Tốc độ lớn nhất của động cơ, [rad/s] ; được xác định theo [1]:
Với động cơ Diezel, xe tải: =
-14-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
: Là tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ, ta có:
= nN. π /30 = 3200. π / 30 = 334,93 [rad/s]
: Tốc độ cực đại của xe, [km/h]
Theo đề: = 105 [km/h] = 29,16 [m/s].
Lần lượt thế số vào (2.2) rồi (2.1) ta được:

* Kiểm tra theo điều kiện bám, theo [2] ta có:
ih1

(2.3)

Trong đó:
: Trọng lượng bám của xe, [N]
Theo [1] thì trọng lượng bám của xe được xác định như sau:

G φ = G cd .m cd

[N]

Với:
Gcd: Trọng lượng phân bố lên cầu chủ động, [N]
Theo [2] thì:

mcd: Hệ số phân bố tải trọng lên cầu chủ động. Theo [1] thì:
, Chọn
Chọn: G = (0,7.Ga). mcđ = 0,7.135240.1, 25 = 118335 [N].
φ: Hệ số bám giữa lốp với mặt đường. Theo [1] thì:
; Chọn φ = 0,75
rbx: Bán kính làm việc bánh xe, theo đề: rbx = 0,45 [m]
: Mômen cực đại, theo đề: = 490 [Nm]
i0: Tỷ số truyền của truyền lực chính, i0 = 5,68
: Hiệu suất hệ thống truyền lực, = 0,9
-15-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
Thay các số liệu trên vào (2.3), ta được:

* Kiểm tra theo điều kiện tốc độ tối thiểu của ôtô. Theo [1]
(2.4)
Trong đó:
: Tốc độ góc ổn định nhỏ nhất của động cơ khi đầy tải, [rad/s]
Vamin: Tốc độ chuyển động tịnh tiến nhỏ nhất của ôtô, [m/s]
Đối với xe vận tải thì chọn theo khoảng kinh nghiệm sau. Theo [1]
= 500 600 [v/ph] , Chọn = 600 [v/ph] = 62,83 rad
Vamin = 24 km/h , Chọn Vamin = 4 km/h = 1,11 m/s
Thay các số trên vào (2.4) ta được:

Dựa vào các điều kiện (2.1), (2.3), (2.4) trên ta có:
-

Theo điều kiện kéo: ih1 8,01

-

Theo điều kiện tốc độ tối thiểu: ih1 15,93

-

Theo điều kiện bám: ih1 4,47

Với các điều kiện này thì 8,01 ih1 15,93, thỏa mãn
Ta chọn ih1 = 8,01
2.1.2. Tính số cấp của hộp số
Đối với hộp số căn cứ vào đặc tính động lực cũng như sự bố trí hệ thống truyền
lực mà có thể chọn từ 3 đến 5 cấp.
Cấp số truyền được xác định theo [1]:
(2.5)
q - Công bội của cấp số truyền ta có thể chọn theo [1] đối với hộp số thường thì:
q = (1,5 1,8). Vì xe tải nên ta chọn q = 1,7
Vậy :
-16-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
Chọn số nguyên n* = 5 và là số truyền thẳng i5 = 1
Đối với ô tô tải, thường làm việc ở các số truyền trung gian và thấp, nên các số
truyền trung gian được xác lập theo cấp số nhân với công bội như sau:
(2.6)
Trong đó:
q*: Công bội của dãy tỷ số truyền hộp số.
n*: Số cấp hộp số đã làm tròn nguyên. Kết quả (2.5): n* = 5
ihn: Tỷ số truyền cao nhất của hộp số. ihn= 1

ih1: Tỷ số truyền số thấp nhất của hộp số. Kết quả tính trên: ih1=5,05
Thế số vào (2.6) ta được:

Tỷ số truyền trung gian của hộp số:

Trong đó:
ihk: Tỷ số truyền trung gian thứ k của hộp số, k = 2÷( n*-1)
i2 =

i h1
(q*) 2-1 = = 4,76

i3 =

i h1
(q*)3-1 = = 2,83

= 1,68
Tỷ số truyền số lùi:

ihl

được xác định khi bố trí chung hộp số, được chọn theo [3]:
ihl = (1,2 ÷ 1,3).ih1 , chọn ihl= 1,2. ih1
ihl = 1,2.ih1 = 1,2.8,01 = 9,61

Vậy tỷ số truyền các tay số của xe cần thiết kế sơ bộ là:

-17-

Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
ih1 = 8,01; ih2 = 4,76; ih3 = 2,83; ih4 = 1,68; ihl = 9,61
2.2. Chọn loại / kiểu và sơ đồ động học hộp số
2.2.1. Chọn loại / kiểu hộp số
Khi thiết kế hộp số ta phải căn cứ vào điều kiện sử dụng tức là lắp trên xe gì, điều
kiện kĩ thuật, công nghệ chế tạo... để chọn loại hộp số cho phù hợp. Nên ta chọn
hộp số ba trục cố định, có trục sơ cấp và trục thứ cấp đồng tâm cho ôtô đang thiết
kế, vì hộp số ba trục cố định, có trục sơ cấp và trục thức cấp đồng tâm có ưu điểm:
- Có khả năng tạo số truyền thẳng bằng cách nối tiếp các trục sơ cấp và thứ cấp.
- Khi làm việc ở số truyền thẳng, các bánh răng, ổ trục và trục trung gian hầu như
được giảm tải hoàn toàn nên giảm được mài mòn, tiếng ồn và mất mát công suất.
- 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
+ Tuy nhiên loại hộp số này cũng có 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.
2.2.2. Sơ đồ động học 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.
Ở đây, hộp số thiết kế là loại ôtô tải gồm 5 cấp (5 số tiến, 1 số lùi), trong đó số 5
là số truyền thẳng, nên ta bố trí đồng tốc ở các số 2, 3, 4, 5 và phương án bố trí
bánh răng số lùi là không luôn luôn ăn khớp, bánh răng số lùi là bánh răng thẳng.
Để gài số lùi ta dịch chuyển bánh răng số 1 trên trục số lùi, các bánh răng số lùi
được bố trí sát gối đỡ. Các bánh răng ở tay số khác làm việc nhiều nên bố trí ở
khoảng giữa trục là vùng có góc xoay nhỏ nhất nhờ đó điều kiện ăn khớp của các

-18-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
bánh răng tốt hơn nên giảm được tiếng ồn và mài mòn. Từ những phân tích trên ta
thiết kế sơ đồ động học của hộp số xe tải 5 số tiến và một số lùi như sau:

Hình 2.1- Sơ đồ động học hộp số xe du lịch thiết kế
Chú thích:

1: Vị trí gài cấp số tiến số 1;

2: Vị trí gài cấp số tiến số 2;

3: Vị trí gài cấp số tiế số 3;

4: Vị trí gài cấp số tiến số 4;

5: Vị trí gài cấp số 5;

L: Vị trí gài cấp số lùi;

-19-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải

Chương 3.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

3.1. Tính toán kích thước cơ bản của trục và các cặp bánh răng hộp số
B

Z4'
H

T1

b

?

Z2'

Z3'

Z1'

Za

T2

Za'

T3

Zl
Z4

Z3

Z2

Z1

L2

3.1.1. 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).
Khoảng cách trục A [mm] của hộp số ôtô được xác định sơ bộ theo [1]:
[mm]

(3.1)

Trong đó:
ka: Hệ số kinh nghiệm, có giá trị nằm trong khoảng sau:
Đối với xe tải ka = 8,6 9,6; Chọn ka = 9,0
Memax: Mô men quay cực đại của động cơ, [mm]
Theo đề: Memax = 490 [mm]

ih1

: Tỷ số truyền số thấp nhất của hộp số.
Theo kết quả tính ở trên, ta có: ih1 = 8,01

Thế các số liệu vào ta tính được khoảng cách trục sơ bộ là:
A =9,0. = 141,97 [mm]

-20-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
Chọn sơ bộ A = 142 [mm].
3.1.2. Kích thước theo chiều trục cac-te hộp số
Kích thước theo chiều trục của cac-te hộp số 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 bánh răng b [mm], chiều rộng của các bộ đồng tốc (hoặc ống
gài) H [mm], chiều rộng của các ổ đỡ trục B [mm].
Đối với ôtô máy kéo, các thông số này thường được xác định theo kích thước
khoảng cách trục A như sau: với A = 142 [mm]
- Chiều rộng bánh răng:
b ≈ (0,19 ÷ 0,23).A
Chọn: b ≈ 0,22.142 = 28,4 [mm], lấy b = 29 [mm]
- Chiều rộng ổ đỡ:
B ≈ (0,25 ÷ 0,28).A
Chọn: B ≈ 0,26.142 = 36,92 [mm], lấy B = 37 [mm]
- Chiều rộng của đồng tốc (hoặc ống gài) phụ thuộc vào kết cấu của chúng. Đối với
đồng tốc gài hai phía, thường chiều rộng:
H ≈ (0,4 ÷ 0,55).A
Chọn: H ≈ 0,5.142 = 71 [mm], lấy H = 71 [mm]
3.1.3. Tính toán số răng của các bánh răng hộp số
3.1.3.1. Môduyn và góc nghiêng số răng của bánh răng hộp số
Để đảm bảo các bánh răng hộp số ôtô làm việc êm dịu, 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 tải: m = (3,5 5,0) [mm]
Chọn:

m = 3,5 [mm] cho các số truyền cao

Chọn : m = 4 [mm] cho số truyền thấp (số một, số 2 và số lùi)
- Góc nghiêng: Xe tải:  = (180  260)

-21-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
Chọn:  = 240 cho các số truyền cao
Chọn :  = 180 cho số truyền thấp (số hai, số 1)
3.1.3.2. Số răng của bánh răng hộp số
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 luôn ăn khớp. Nghĩa là nó luôn luôn làm việc
với bất kỳ số truyền nào (trừ số truyền thẳng). Vì vậy khi phân chia tỷ số truyền cho
cặp bánh răng này phải có giá trị đủ nhỏ để vừa đảm bảo tuổi thọ cho cặp bánh răng
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 [1] số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp của ôtô
tải là Z1 = (12 16). Chọn Z1 =16

(3.2)
Trong đó :

A: Khoảng cách trục, [mm]
Kết quả tính ở (3.1): A = 142 [mm]
ig1: Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số một
β1: Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số một, [độ]; 1 = 180
m1: Mô-duyn pháp tuyến của cặp bánh răng gài số một, [mm]

Chọn m1 = 4
Thế số liệu vào (3.2) ta có:
ig1
Suy ra tỷ số truyền của cặp bánh răng truyền động chung, theo [1]:

Với:
ia: Tỷ số truyền cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp.
-22-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
ih1: Tỷ số truyền số một của hộp số.
ig1: Tỷ số truyền cặp bánh răng gài số ở số một.
Từ đó suy ra tỷ số truyền của các cặp bánh răng gài số cho các số truyền khác:
, k = 2n*
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.

Thế số vào ta có:

i h2
ig2 = i a =
i h3
ig3 = i a =

ig4 =
(; Direct)
Khi đã có được ia 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 theo [1]:

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, [rad]
+ mk: Mô-duyn pháp tuyến của cặp bánh răng gài số thứ k, [mm]
Vậy :
2.A.cos(βa )
Za = ma (1+i a ) = ; chọn Za = 21

-23-


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải

Z2 =

2.A.cos(β 2 )
m 2 (1+i g2 )

=

Z3 =

2.A.cos(β3 )
m3 (1+i g 3 )

= ; chọn Z3 = 35

Z4 =

; chọn Z2 = 23

; chọn Z4 = 44

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:

Vậy:

Z1’ = 16. 3,22 = 51,52 ;

chọn Z1’ = 52

Z2’ = 23. 1,91 = 44,02 ;

chọn Z2’ = 44

Z3’ = 35. 1,13 = 39,82 ;

chọn Z3’ = 40

Z4’ = 44. 0,67 = 29,75 ;

chọn Z4’ = 30

Za’ = 21. 2,48 = 52,24 ;

chọn Za’ = 52

Tính chính xác lại khoảng cách trục do làm tròn số răng
A = mn .(Z1+Z’1)/(2 cosβ1) = 14,99[mm]
Chọn A = 142 [mm] và tính chính xác góc nghiêng răng của các bánh răng để
đảm bảo khoảng cách trục của chúng đều bằng A = 119[mm] theo công thức:

Bảng 3.1. Kết quả tính toán các thông số bánh răng
ig1= 2,54

ia=1,99

ig2=1,69

ig3 = 1,13

=0,75

Số răng chủ động

16

21

23

35

44

Số răng bị động

52

52

44

40

27

Mô-duyn m [mm]

4

3,5

4

3,5

3,5

18°53’47

26°20’15

20°53’47

23°59’30

25°20’15

ih4= ia.ig4

ih5=1

Tỷ số truyền

Góc nghiêng β
Tỷ số truyền hộp
số

= 8,01

= 4,76

-24-

= 2,83

=1,68

(direct)


Tính toán thiết kế hộp số ôtô xe tải
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:

3.1.4. Kích thước trục hộp số
Đường kính trục hộp số ôtô có thể tính sơ bộ theo [1] như sau:
3.1.4.1. Đối với trục sơ cấp
Đường kính sơ bộ của trục tính bằng [mm]:
[mm]
Ở đây:
Kd = 4,0 ÷ 4,6 – Hệ số kinh nghiệm.
Chọn Kd = 4,0
Memax : Mômen 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 = 490 [Nm]
d1= 4,0.(490)1/3 = 31,53 [mm]

Vậy:
Chọn:

d1 = 32 [mm]

Còn trục trung gian, đóng vai trò là trục sơ cấp của các cặp bánh răng gài số
(igk), ta có:
Mmax = Memax.ia = 490.2,48 = 1219,02 [N.m]
d2 = 4.0(1219,02)1/3= 42,78 [mm]
Chọn:

d2 = 43 [mm]

3.1.4.2. Đối với trục thứ cấp
Đường kính và chiều dài trục, tính bằng [mm].
d3 = 0,45.A [mm]

-25-