Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình hộp số cơ khí để mô phỏng quá trình hoạt động của hộp số

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH
BAN CHẤP HÀNH TP. HỒ CHÍ MINH
---------------------CƠNG TRÌNH DỰ THI

GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA
LẦN THỨ XX NĂM 2018

TÊN CÔNG TRÌNH:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỘP SỐ CƠ KHÍ
ĐỂ MƠ PHỎNG Q TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỘP SỐ

LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: Kỹ thuật công nghệ
CHUYÊN NGÀNH: Kỹ thuật cơng nghệ

Mã số cơng trình: …………………………….
(Phần này do BTC Giải thưởng ghi)


1

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................................... 4
ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................................... 7
1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................................. 7
2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................................ 7
3. Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................................... 7
4. Phạm vi nghiên cứu ......................................................................................................... 8
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn, quy mô và phạm vi áp dụng ......................... 8
PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU ............................................................................. 9
CHƯƠNG 1: LÊN Ý TƯỞNG THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỘP SỐ .................................. 10

1.1 Lên ý tưởng thiết kế đối với hộp số ............................................................................ 10
1.2 Lên ý tưởng thiết kế khung đồ gá hộp số ................................................................... 10
1.3 Thiết kế và thi cơng mơ hình....................................................................................... 12
1.3.1 Lựa chọn phương án thiết kết tối ưu ....................................................................... 12
1.3.2 Giai đoạn 1: Vệ sinh hộp số .................................................................................... 13
1.3.3 Giai đoạn 2: Thi công làm mới và lắp đặt mơ hình ................................................ 15
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH ỨNG DỤNG TRÊN MƠ
HÌNH ................................................................................................................................... 23
2.1 Mục đích xây dựng các bài tập ứng dụng trên mơ hình hộp số............................... 23
2.2 Các bài tập ứng dụng trên mơ hình hộp số ơ tơ ........................................................ 23

2.2.1 Sang số cho hộp số cơ khí 3 trục trên ô tô.................................................... 23
2.2.2 Xác định các trục khi tiến hành sửa chữa/bảo dưỡng hộp số.................................. 26


2

PHẦN 2: MỤC TIÊU - PHƯƠNG PHÁP ....................................................................... 28
1. Mục tiêu của cơng trình................................................................................................. 28
2. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................. 28
PHẦN 3: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ ................................................................................... 29
1. Mục tiêu đạt được .......................................................................................................... 29
2. Hướng phát triển ........................................................................................................... 29
3. Kiến nghị ......................................................................................................................... 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 31


3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
- Xe FF (Front-wheel drive): xe có động cơ đặt trước, cầu trước dẫn động
- Xe FR (Rear-wheel drive): xe có động cơ đặt trước, cầu sau dẫn động
- Xe 4WD (4 wheels drive): xe có cả bốn bánh cùng được dẫn động
- Xe RR (Rear wheel drive): xe động cơ đặt sau, cầu sau dẫn động
- Xe Hybrid: xe sử dụng hai kiểu động cơ (điện và xăng)
- Xe Off-road: xe vượt địa hình
- KTV: Kỹ thuật viên
- NVH: Noise: tiếng ồn, vibration: sự rung động, hardness: sự xóc
- Redline: để chỉ giới hạn vòng tua máy


4

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Cấu trúc khung đồ gá mặt cạnh (mm)
Hình 1.2: Cấu trúc khung đồ gá mặt đứng (mm)
Hình 1.3: Dụng cụ cho việc thi cơng làm mới hộp số
Hình 1.4: Thân hộp số trước khi vệ sinh
Hình 1.5: Phần đầu hộp số trước khi vệ sinh
Hình 1.6: Các bộ phận bên trong hộp số
Hình 1.7: Tiến hành tháo dỡ các bộ phận
Hình 1.8: Tháo 4 lục giác cố định trục thứ cấp
Hình 1.9: Vệ sinh các bánh răng trên trục thứ cấp
Hình 1.10 - 1.11: Vệ sinh bên ngồi vỏ hộp số và xịt sơn
Hình 1.12 - 1.13: Hộp số sau khi cắt và làm mới
Hình 1.14: Hộp số được lắp ráp lại
Hình 1.15 - 1.16: Kiểm tra các chi tiết bên trong ly hợp
Hình 1.17: Gắn ly hợp vào hộp số để kiểm tra sự ăn khớp
Hình 1.18 - 1.19: Thi cơng trục cốt nối cố định bánh đà

Hình 1.20: Trục cốt sau khi được hồn thành và nối vào bánh đà
Hình 1.21 - 1.22: Đo đạc, thiết kế mặt bích để cố định lại bánh đà
Hình 1.23: Định vị cốt quay nối bánh đà và bánh răng dẫn động
Hình 1.24: Thi cơng gắn mơ-tơ vào vị trí trục đỡ


5

Hình 1.25: Cố định bàn đạp ly hợp và hộp dầu
Hình 1.26: Cố định xy-lanh phụ
Hình 1.27: Mơ hình mơ phỏng hộp số cơ khí 3 trục hồn thiện
Hình 2.1: Vị trí số 1 và các tay số khác trên tay số xe
Hình 2.2: Dải màu biểu thị vịng tua của xe khi cần sang số


6

TĨM TẮT
CHƯƠNG 1: LÊN Ý TƯỞNG THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỘP SỐ
1.1 Lên ý tưởng thiết kế đối với hộp số
1.2 Lên ý tưởng thiết kế khung đồ gá hộp số
1.3 Thiết kế và thi cơng mơ hình
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH ỨNG DỤNG TRÊN
MƠ HÌNH
2.1 Mục đích xây dựng các bài tập ứng dụng trên mơ hình hộp số
2.2 Các bài tập ứng dụng trên mơ hình hộp số ơ tơ


7

ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lý do chọn đề tài
- Ơ tơ ngày nay có trọng lượng chuyên chở ngày càng lớn, vận tốc di chuyển trên
đường ngày càng cao và hệ thống truyền lực ngày càng được đầu tư, nghiên cứu, đã
gặt hái được nhiều thành tựu và mang lại nhiều tiện ích cho người sử dụng.
- Hệ thống truyền lực bao gồm các bộ phận chính như: hộp số, trục các-đăng, bộ vi sai
đã có những cải tiến tốt hơn nhằm nâng cao hiệu suất làm việc của ô tô.
- Giáo cụ trực quan phục vụ trong học tập và giảng dạy trong ngành ô tô chưa nhiều
nên cần nhiều hơn những mơ hình trực quan, sinh động để sinh viên có thể tiếp thu
kiến thức chuyên ngành tốt hơn.

2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu để hiểu rõ về hệ thống truyền lực trên ơ tơ nói chung và hộp số nói riêng.
- Xây dựng một mơ hình học cụ, có thể thao tác đơn giản, mơ phỏng được hoạt động
của hộp số như trên ô tô thực tế.
- Xây dựng một sản phẩm giúp người học có thể tiếp cận thực tế ngay trên mơ hình để
nghiên cứu thay vì phải thực tập tại doanh nghiệp.

3. Đối tượng nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu thiết kế của công trình là hộp số cơ khí trong hệ thống truyền
lực ơ tơ nói chung và mơ hình học cụ để mơ phỏng về q trình hoạt động của hộp số cơ
khí nói riêng.


8

4. Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu của cơng trình: cơng trình tập chung nghiên cứu hộp số cơ khí 3
trục, thiết kế chế tạo mơ hình hộp số cơ khí 3 trục mơ phỏng được hoạt động của hộp
số: q trình đóng cắt ly hợp; q trình chuyển số…

5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn, quy mô và phạm vi áp dụng:
- Sản phẩm của cơng trình nghiên cứu này rất trực quan sinh động, giúp người dạy dễ
dàng truyền đạt kiến thức trong bài giảng, giúp người học tiếp thu bài một cách dễ dàng,
người học có thể tiếp cận thực tế ngay trên mơ hình.
Quy mơ và phạm vi áp dụng:
- Dùng làm mơ hình và giáo cụ trực quan, ứng dụng trong các cơ sở đào tạo, dạy
nghề.
- Dùng làm giáo cụ trực quan trong đơn vị vận tải để hướng dẫn nhân viên lái xe điều
khiển, khai thác hộp số đúng cách để nâng cao tuổi bền của ô tô nói chung và hệ thống
truyền lực ơ tơ nói riêng.


9

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU
Một chiếc ô tô là tổng thể của hàng ngàn chi tiết liên kết và kết hợp với nhau. Tuy
nhiên, một vài bộ phận trong hàng ngàn chi tiết đó đóng vai trị quan trọng hơn các
phần còn lại trên xe và hộp số là một trong những bộ phận đó. Thiếu nó, chiếc xe hơi
của bạn sẽ không thể di chuyển được trên những địa hình khác nhau và đúng yêu cầu
về sức kéo, tốc độ của ô tô mà người điều khiển xe mong muốn.
Hộp số là bộ phận truyền lực từ động cơ đến hệ thống dẫn động. Hộp số dùng để thay
đổi tỉ số truyền nhằm thay đổi mô men xoắn ở các bánh xe và đồng thời thay đổi tốc
độ chạy của xe để phù hợp với sức cản bên ngoài.
Theo lý thuyết, động cơ đốt trong chỉ sinh công và mô men xoắn tối đa ở dải tua máy
hẹp. Hộp số cho phép tỉ số truyền của động cơ và cầu dẫn động thay đổi khi xe tăng và
giảm tốc độ, thay đổi cấp số để động cơ luôn làm việc dưới điểm giới hạn và hoạt
động gần với vòng tua máy lý tưởng nhất.
Ở chế độ lý tưởng, hộp số sẽ duy trì được tỷ số truyền để động cơ ln hoạt động ở
vịng tua máy tối ưu nhất.

10

CHƯƠNG 1: LÊN Ý TƯỞNG THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỘP SỐ
1.1 Lên ý tưởng thiết kế đối với hộp số
- Việc thiết kế mô phỏng cơ cấu hoạt động của hộp số cần cho thấy được sự hoạt động
của các bánh răng, thanh truyền sang số và các bộ phận khác. Tôi đã đưa ra một số ý
tưởng như sau:
A. Thi công cắt hộp số tại 1 phần bên trái hoặc phải của hộp số.
- Ưu điểm: Hộp số sau khi cắt sẽ vẫn giữ được phần lớn sự nguyên vẹn bảo đảm tính
thẩm mỹ của hộp số.
- Nhược điểm: Hộp số sau khi cắt chỉ thấy được 1 phần trái hoặc phải, gây khó khăn
cho việc quan sát các bộ phận cịn lại.
B. Thi cơng cắt hộp số chỉ tại một phần chính, ở đây chọn cắt tại ổ trục nơi mô tả
cơ cấu hoạt động của 3 trục của hộp số.
- Ưu điểm: Hộp số sau khi cắt sẽ có tính thẩm mỹ cao hơn ý tưởng A vì chỉ cắt tại 1
phần trên thân hộp số.
- Nhược điểm: Hộp số sau khi cắt sẽ gây khó khăn cho cơng việc nghiên cứu hoặc
giảng dạy khi rất khó quan sát được các bộ phận còn lại trên thân hộp số.
C. Thi công cắt hộp số tại hai bên trái, phải của hộp số và các bộ phận khác.
- Ưu điểm: Tăng khả năng quan sát lên hơn 40%.
- Nhược điểm: Hộp số sau khi cắt mất phần lớn tính thẩm mỹ vì có nhiều bộ
phận bị cắt.

1.2 Lên ý tưởng thiết kế khung đồ gá hộp số
- Nguyên vật tư dự trù:
+ Sắt hộp 25x50 mm, 30x60 mm.
+ Các lá thép dày 2cm.

11

- Dụng cụ, thiết bị: Máy hàn, máy cắt, máy mài, kiềm, tuốc-vít, sơn, cọ,…
- Thời gian ước lượng thi cơng đồ gá: 1 tuần

Hình 1.1: Cấu trúc khung đồ gá mặt cạnh (mm)

Hình 1.2: Cấu trúc khung đồ gá mặt đứng (mm)


12

Ưu và nhược điểm của thiết kế khung đồ gá:
- Ưu điểm:
 Có độ cứng vững cao, chắc chắn.
 Có khả năng di chuyển được, điều khiển dễ dàng bằng các bánh xe.
 Độ bền cao.
 Thiết kế khung dễ quan sát mơ hình.
- Nhược điểm:
 Khả năng tạo độ vững chắc giảm khoảng 5% khi mô-tơ quay tạo độ rung nhất định
nhưng khơng nhiều.
 Vì để đảm bảo độ vững chắc cho mơ hình hoạt động nên cần khá nhiều thanh sắt
để chóng đỡ khiến tính thẩm mỹ giảm.

1.3 Thiết kế và thi cơng mơ hình
1.3.1 Lựa chọn phương án thiết kết tối ưu
- Sau khi đưa ra ý tưởng và bàn bạc thật kỹ, tôi quyết định chọn ý tưởng thiết kế C, tức
cắt hộp số tại hai bên trái và phải.
- Việc thi công theo ý tưởng C sẽ phục vụ cho mục đích nghiên cứu và sử dụng cho

công tác giảng dạy tại xưởng sau này được tốt hơn.
- Các dụng cụ được chuẩn bị cho thi công làm mới lại hộp số trong ý tưởng C bao
gồm: 1/ Sơn; 2/ Cọ quét; 3/ Cọ chà nhám; 4/ Giấy chà nhám.


13

Hình 1.3: Dụng cụ cho việc thi cơng làm mới hộp số
1.3.2 Giai đoạn 1: Vệ sinh hộp số
- Hộp số khi chưa vệ sinh: các bộ phận còn bám nhiều dầu nhớt, mạt sắt và cặn.
- Vì vậy hộp số cần được vệ sinh lại các chi tiết bên trong nhằm đảm bảo khả năng vận
hành, phục hồi các chức năng của các bộ phận, chi tiết bên trong và bên ngoài hộp số.


14

Hình 1.4: Thân hộp số trước khi vệ sinh

Hình 1.5: Đầu hộp số trước khi vệ sinh

Hình 1.6: Các bộ phận bên

Hình 1.7: Tiến hành tháo dỡ

trong hộp số

các bộ phận


15

Hình 1.8: Tháo 4 lục giác cố định trục thứ cấp
- Các bánh răng trong hộp số và các cơ cấu truyền lực đóng khá nhiều vết cặn từ dầu
cũ nên việc làm sạch tốn khá nhiều thời gian.

Hình 1.9: Vệ sinh các bánh răng trên trục thứ cấp
1.3.3 Giai đoạn 2: Thi công làm mới và lắp đặt mô hình
- Quá trình làm mới hộp số:


16

Hình 1.10 - 1.11: Vệ sinh bên ngồi vỏ hộp số và xịt sơn

Hình 1.12 - 1.13: Hộp số sau khi cắt và làm mới


17

- Sau khi hồn thành cơng đoạn phục hồi lại vỏ hộp số, tiến hành lắp rắp các bộ phận
bên trong vào:

Hình 1.14: Hộp số được lắp ráp lại
- Ly hợp được tháo/lắp để kiểm tra:

Hình 1.15 - 1.16: Kiểm tra các chi tiết bên trong ly hợp


18

- Lắp ly hợp vào hộp số tại vị trí trục sơ cấp:

Hình 1.17: Gắn ly hợp vào hộp số để kiểm tra sự ăn khớp
- Để mô tả dẫn động truyền lực hộp số thơng qua ly hợp thì bộ phận bánh đà cần được
cố định, vì vậy một trục cốt được nối thêm bên ngoài để giữ cố định bánh đà thơng qua
6 ốc tại vị trí trung tâm. Công việc thi công trục cốt nối thêm cực kỳ quan trọng trong
việc cố định bánh đà và đảm bảo độ đồng tâm khi bộ phận ly hợp hoạt động

Hình 1.18 - 1.19: Thi cơng trục cốt nối cố định bánh đà


19

- Trục cốt được cố định thông qua một mặt bích và 2 ổ bi (đường kính ổ bi: 62 mm)
được giữ chặt bên trong hai đầu của một ống thép:

Hình 1.20: Trục cốt sau khi được hồn thành và nối vào bánh đà
- Một mặt bích được thiết kế sau đó giúp nâng đỡ và định hướng tâm quay của trục cốt
thơng qua 6 ốc tại vị trí tâm của bánh đà:

Hình 1.21 - 1.22: Đo đạc, thiết kế mặt bích để cố định lại bánh đà


20

- Sau khi đo đạc mặt bích và định tâm, tiến hành đục lỗ để định tâm quay cốt
nối bánh đà.

Hình 1.23: Định vị cốt quay nối bánh đà và bánh răng dẫn động
- Lúc này hộp số đã được thiết kế cơ bản để gá hộp số lên được (Hình 2.20) nên tiến

hành gắn các bộ phận cịn lại như mô-tơ dẫn động và cơ cấu ngắt ly hợp.
- Việc lựa chọn mơ-tơ giảm tốc có tốc độ phù hợp với tiêu chí ban đầu đề ra gồm các
yêu cầu sau:
+ Phải đảm bảo được tốc độ quay vừa đủ để thuận tiện cho việc quan sát hoạt động của
các bộ phận bên trong hộp số.
+ Mơ-tơ có giá thành phù hợp với khả năng tài chính nhưng vẫn đảm bảo u cầu làm
việc đối với mơ hình.
+ Kết cấu chắc chắn, dễ sử dụng, tuổi bền cao.
Thông số mô-tơ giảm tốc đã chọn:
+ Tỷ số truyền: 3:2
+ Điện đầu vào: 220V


21

+ Số vịng quay: 200 vịng/phút

Hình 1.24: Thi cơng gắn mơ-tơ vào vị trí trục đỡ
- Sau đó, tiến hành lắp ráp bộ phận ngắt ly hợp vào vị trí trên khung đồ gá.

Hình 1.25: Cố định bàn đạp ly hợp và hộp dầu


22

Hình 1.26: Cố định xy-lanh phụ
- Sau khi cân chỉnh và thiết kế đường ống dây lại, mơ hình được sơn phủ bên ngoài và
cố định các bộ phận một lần nữa thật chắc chắn.

Hình 1.27: Mơ hình mơ phỏng hộp số cơ khí 3 trục hồn thiện

23

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH ỨNG DỤNG
TRÊN MƠ HÌNH
2.1 Mục đích xây dựng các bài tập ứng dụng trên mơ hình hộp số
- Hộp số cơ khí 3 trục là một trong những hộp số sử dụng phần lớn trên các loại xe ô tô
hiện nay phục vụ cho nhu cầu chuyên chở hàng và hành khách. Vì vậy mơ hình hộp số
cơ khí 3 trục nếu được sử dụng làm giáo cụ trực quan và mơ hình phục vụ cho mục
đích giảng dạy cho các học phần như: Kết cấu tính tốn hộp số sàn động cơ; Nghiên
cứu, thiết kế chế tạo hộp số cơ khí 3 trục trên ơ tơ;…
- Bên cạnh đó, mơ hình hộp số cịn được có thể sử dụng giảng dạy cho các mô-đun:
Bảo dưỡng - sửa chữa hộp số trên ơ tơ; Sửa chữa - bảo trì hệ thống truyền lực
trên ơ tơ; …
- Thơng qua mơ hình hộp số cơ khí 3 trục trên ơ tơ, có thể thực hiện các bài
tập như sau:
1/ Sang số trên hộp số cơ khí 3 trục
2/ Xác định các trục dẫn động khi tiến hành sửa chữa/bảo dưỡng hộp số

2.2 Các bài tập ứng dụng trên mơ hình hộp số ơ tơ
2.2.1 Sang số cho hộp số cơ khí 3 trục trên ơ tơ
 Mục đích
- Việc sang số cho ơ tô là một thao tác cơ bản nhất khi sử dụng ô tô số sàn, tuy nhiên
để sang số sao cho đúng nguyên tắc và đảm bảo đúng cơ chế hoạt động của hộp số sàn
là điều mà hiện nay rất ít lái xe chú ý đến. Vì vậy ở bài tập này sẽ trình bày cụ thể các
bước sang số sao cho đúng và hiệu quả để tối ưu hóa hoạt động của hộp số.
 Yêu cầu
- Nắm vững cấu tạo và nguyên lý làm việc của hộp số 3 trục.
- Biết được khi nào cần sang số.

24

- Nắm vững các thao tác sang số để bảo vệ hộp số.
 Phương pháp thực hiện
Khi sử dụng hộp số sàn, việc đầu tiên để xe có thể tăng tốc và giảm tốc là phải
thông qua việc sang số để đảm bảo có tỷ số truyền phù hợp với động cơ xe và bộ
phận truyền động. Phương pháp sang số cơ bản như sau:
Số N: Khi xe dừng
Số N - hay còn gọi là số Mo, thực chất là không vào số đối với hộp số và lúc này
xe ở trạng thái tự nhiên. Khi đó các bánh răng của hộp số không ăn khớp với nhau và
xe không chuyển động, tức các vòng đồng tốc và thanh chuyển số sẽ ở vị trí chính giữa
các bánh răng.
Số 1: Xe bắt đầu chuyển động
Khi xe bắt đầu lăn bánh, tức là phải vào số 1. Các bước như sau:
B1: Đạp hết bàn đạp ly hợp thật dứt khoát và nhanh tại vị trí bên trái ngồi cùng ở
dưới chân lái xe.
B2: Kéo tay số về phía bên trái theo phương ngang và đẩy cần số lên trên tương ứng
với vị trí số 1.
B3: Thả bàn đạp ly hợp dưới chân một cách từ từ và nhẹ nhàng sau khi đã vào số.
Cùng lúc đó đạp song song bàn đạp ga ở phía chân cịn lại phía bên phải ngồi cùng.

Hình 2.1: Vị trí số 1 và các tay số khác trên tay số xe