1. Thiết kế hộp số xe con
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ Ô TÔ............................................................ 2
1.1.Công dụng, phân loại , yêu cầu................................................................................. 2
1.1.1.Công dụng .............................................................................................................. 3
1.1.2. Yêu cầu.................................................................................................................. 5
1.1.3. Phân loại................................................................................................................ 7
1.2. Loại và sơ đồ động hộp số. .................................................................................... 10
1.2.1. Hộp số hai trục .................................................................................................... 11
1.2.2.Hộp số 3 trục ........................................................................................................ 13
1.3. Cơ cấu điều khiển hộp số ....................................................................................... 15
1.3.1. Đặc điểm kết cấu cơ cấu điều khiển.................................................................... 17
1.3.2. Đặc điểm kết cấu cơ cấu định vị và khóa hãm.................................................... 18
1.3.3. Ống gài số. .......................................................................................................... 19
1.3.4. Bộ đồng tốc hộp số ô tô....................................................................................... 20
1.3.4.1. Bộ đồng tốc loại I (loại chốt hãm). .................................................................. 20
1.3.4.2. Bộ đồng tốc loại II ( loại răng hãm):................................................................ 21
Chương 2 . TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU................. 22
2.1. Tính toán xác định các thông số yêu cầu ban đầu............................................. 22
2.1.1. Tính tỷ số truyền của số thấp nhất. ................................................................... 24
2.1.2. Tính tỷ số cấp của hộp số.................................................................................. 24
2.1.3. Tính tỷ số trung gian cảu hộp số thường........................................................... 26
2.1.4. Tính tỷ số truyền số lùi...................................................................................... 26
2.2. Phương án thiết kế hộp số và sơ đồ động học hộp số. .......................................... 28
2. Thiết kế hộp số xe con
2.2.1. Phương án thiết kế hộp số................................................................................... 28
2.2.2. Sơ đồ động học hộp số. ....................................................................................... 29
2.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN....................................... 30
2.3. Tính toán kích thước cơ bản của trục và các cặp bánh răng hộp số. ..................... 30
2.3.1. Khoảng cách trục hộp số..................................................................................... 31
2.3.2. Kích thước theo chiều trục cac-te hộp số............................................................ 31
2.3.3. Tính toán số răng của các bánh răng hộp số (hộp số 3 trục)............................... 32
2.3.4. Kích thước trục hộp số........................................................................................ 34
2.3.4.1 .Đối với trục sơ cấp. ......................................................................................... 36
2.3.4.2. Đối với trục thứ cấp. ....................................................................................... 38
2.3.5. Đường kính vòng chia và mômen quán tính của bánh răng hộp số.................... 42
2.4. Xác định các thông số cơ bản của đồng tốc hộp số. ........................................... 45
2.4.1. Chọn loại bộ đồng tốc hộp số.............................................................................. 46
2.4.2. Mômen quán tính khối lượng tổng cộng quy dẫn về trục li hợp......................... 47
2.4.2.1. Mômen quán tính J1........................................................................................ 47
2.4.2.2. Mômen quán tính J2.ia-2................................................................................. 48
2.4.2.3. Mômen quán tính quy dẫn của các bánh răng trên trục thứ cấp Jz3............... 48
2.4.3. Mômen ma sát yêu cầu của bộ đồng tốc ............................................................. 49
2.4.4. Bán kính ma sát của bộ đồng tốc .................................................................... 49
2.4.5.Chiều rộng bề mặt vành ma sát của bộ đồng tốc ................................................. 50
2.4.6. .......................................................................... 51
2.4.7. Tính toán kiểm tra các thông số cơ bản của đồng tốc......................................... 55
2.4.7.1. Mômen ma sát thực tế của đồng tốc................................................................ 57
2.4.7.2. Thời gian chuyển số thực tế của đồng tốc....................................................... 60
3. Thiết kế hộp số xe con
2.4.7.3. Công trượt của đôi bề mặt côn ma sát của đồng tốc ....................................... 61
2.4.7.4. Công trượt riêng của đôi bề mặt côn ma sát của đồng tốc.............................. 62
Chương 3. MÔ TẢ CHI TIẾT KẾT CẤU HỘP SỐ THIẾT KẾ ........................... 63
3.1. Loại hộp số thiết kế và các thông số sau khi thiết kế:............................................ 63
3.2. Bánh răng và trục hộp số:....................................................................................... 64
3.3. Bộ đồng tốc: ........................................................................................................... 64
3.4. Cơ cấu điều khiển:.................................................................................................. 65
3.4.1. Đòn điều khiển:................................................................................................... 65
3.4.2. Định vị và khóa hãm: .......................................................................................... 66
3.5. Cơ cấu tránh gài ngẫu nhiên số lùi:........................................................................ 67
KẾT LUẬN.................................................................................................................. 69
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................... 70
4. Thiết kế hộp số xe con
-1-
LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu thế hội nhập toàn diện và sâu rộng của đất nước với các khu vực lân cận
và xa hơn, các phương tiện giao thông đóng góp một vai trò hết sức quan trọng trong đời
sống con người và hơn thế nữa là nhu cầu hưởng thụ của con người ngày càng nâng cao.
Do đó, đòi hỏi ngành ô tô luôn luôn có sự đổi mới và phát triển liên tục để tối ưu về mặt
kỹ thuật, hoàn thiện về công nghệ, để nâng cao tính hiện đại. Để đạt được những yêu cầu
đó, các nhà sản xuất, các kỹ sư và chuyên gia trong ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
lực phải có một lượng kiến thức sâu rộng, và đi sát với thực tế để nghiên cứu và tìm tòi
ra các giải pháp tối ưu nhất.
Đối với sinh viên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô sau khi được học các học phần
lý thuyết như
( lý thuyết ô tô và máy công trình, thiết kế các hệ thống ô tô…) thì sẽ được giao nhiệm
vụ thực hiện đồ án môn học thiết kế ô tô. Việc làm đồ án không chỉ là hoàn thành theo
chương trình đào tạo, mà nó còn giúp cho sinh viên biết cách tìm tòi kỹ lưỡng để hiểu rõ
và sâu rộng hơn về chủ đề được phân công. Cụ thể là “tính toán thiết kế hộp số ”, với
những kiến thức em đã được các thầy dạy từ các học phần lý thuyết cộng thêm kiến thức
từ đợt thực tập thực tế vừa rồi thì em đã tổng hợp lại trong đồ án này, qua đó phát huy
được khả năng tư duy và sáng tạo để giúp em tự tin trong công việc về chuyên ngành sau
khi đã ra trường.
Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Trương Đình Phong và các thầy trong bộ
môn, cùng với sự thực hiện đồ án một cách nghiêm túc của bản thân đã giúp em hoàn
thành đồ án một cách tốt nhất. Tuy nhiên, lượng kiến thức còn hạn chế và tiếp xúc thực
tế còn rất ít nên không tránh được thiếu sót trong đồ án này. Em mong các thầy góp ý
để em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Đà nẵng, ngày tháng năm .
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thiện Thuật & Phan Tiến Anh
5. Thiết kế hộp số xe con
-2-
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ Ô TÔ
1.1. Công dụng và yêu cầu của hộp số:
1.1.1. Công dụng:
Hộp số dùng để thay đổi số vòng quay và mô men của động cơ truyền đến các
bánh xe chủ động (cả về trị số và hướng), cho phù hợp với điều kiện làm việc luôn luôn
thay đổi của ô tô máy kéo, mà tự bản than động cơ không thể đáp ứng được, do:
- Hệ số thích ứng mô men thấp (Km=1,05 ÷ 1,25)
- Số vòng quay ổn định tương đối cao (nemin=350 ÷ 400 v/ph)
- Chiều quay không được tự thay đổi được.
Ngoài ra, hộp số còn dùng để:
- Tách lâu dài động cơ khỏi hệ thống truyền lực khi cần thiết, như khi khởi động
động cơ, khi dừng xe cho xe chạy không tải, khi cho xe chạy theo quán tính…
- Dẫn động các bộ phận công tác trên các xe chuyên dùng, như xe có tời kéo, xe
kéo, xe tự đổi, cần cẩu… và các thiết bị khác.
1.1.2. Yêu cầu:
- Có tỷ số truyền và số lượng tay số thích hợp, đảm bào được chất lượng động
lực và tính kinh tế nhiên liệu cần thiết cho ô tô máy kéo;
- Làm việc êm dịu, chuyển số nhẹ nhàng thuận tiện, không va đập;
- Có vị trí trung gian (Số “O” ) để có thể cắt lâu dài động cơ khỏi hệ thống truyền
lực.
- Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, bền vững
- Hiệu suất cao, kích thước khối lượng nhỏ, giá thành rẻ.
6. Thiết kế hộp số xe con
-3-
1.1.3. Phân loại hộp số:
- Theo phương pháp điều khiển chia ra các loại: Điều khiển bằng tay, điều khiển
tự động và bán tự động.
- Theo số cấp ( Chỉ tính số tiến) Phân ra các loại: 3,4,5 và nhiều cấp
- Theo sơ động, phân ra: Hộp số với các trục cố định (2,3 hay nhiều trục) và hộp
số hành tinh (1 dãy, 2 dãy,...).
- Theo số lượng phân tử điều khiển cần thiết để gài một số truyền, phân ra: một, hai
hay ba phần tử điều khiển. Số lượng phần tử điều khiển lớn hơn một thường dùng trong
hộp số nhiều cấp.
- Theo số lượng dòng lực, phân ra: một, hai hay ba dòng. Tăng số lượng dòng lực
làm phức tạp kết cấu. Tuy vậy cho phép giảm tải trọng tác dụng lên các bánh răng, trục
và ổ trục cũng như kích thước của chúng.
1.2. Loại và sơ đồ động hộp số:
Trên ô tô máy kéo hiện nay, sử dụng chủ yếu các loại hộp số có trục cố định, điều
khiển bằng tay. Vì chúng có kết cấu đơn giản, hiệu suất cao (0,96 ÷ 0,98), giá thành rẻ,
kích thước và trọng lượng nhỏ.
Trong các loại hộp số trên, hộp số ba trục cố định, có trục sơ và thứ cấp đồng tâm
được sử dụng phổ biến nhất. Hộp số hai trục cố định thường chỉ sử dụng trên các ô tô du
lịch, thể thao hoặc máy kéo. Số cấp các hộp số đơn thường không vượt quá sáu. Hộp số
có số cấp lớn hơn sáu, gọi là hộp số nhiều cấp. Hộp số nhiều cấp thực chất là hộp số
ghép, được kết hợp từ hai hoặc nhiều hộp số đơn ít cấp.
1.2.1. Hộp số ba trục:
1.2.1.1. Ưu điểm:
- Có khả năng tạo số truyền thẳng bằng cách nối trực tiếp các trục sơ và thứ cấp.
7. Thiết kế hộp số xe con
-4-
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.
- Ở các số truyền khác, mô men truyền qua hai cặp bánh răng, do đó có thể tạo được
tỷ số truyền lớn (7 ÷ 9) với kích thước khá nhỏ gọn. Nhờ đó giảm được trọng lượng toàn
bộ của ô tô máy kéo.
1.2.1.2. Nhược điểm:
- Hiệu suất giảm ở các tay số trung gian.
- Ổ bi gối đỡ trước trục thứ cấp, do bố trí trong lỗ ở phần bánh răng công xôn của
trục sơ cấp, nên làm việc căng thẳng vì kích thước bị hạn chế bởi điều kiện kết cấu.
1.2.1.3. Sơ đồ động:
- Sơ đồ động của các hộp số ba trục có số cấp như nhau, khác nhau chủ yếu ở số
lượng các cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp và cách bố trí số lùi.
- Ở hầu hết các tay số đều sử dụng cặp bánh răng nghiêng thường xuyên ăn khớp.
Để gài số, có thể dùng ống gài hoặc đồng tốc. Riêng đối với các bánh răng số 1 và số lùi
có thể có các phương án bố trí sau:
Bánh răng số 1 và số lùi luôn luôn ăn khớp thường thì sử dụng trong trường
hợp thời gian làm việc ở số 1 và số lùi khá lớn. Ưu điểm: mặt đầu của vành
răng không bị mài mòn, hành trình của nạng chuyển số nhỏ. Nhược điểm: Cần
đặt tự do trên trục thứ cấp một bánh răng số kích thước khá lớn, do đó làm tăng
số lượng các bánh răng và mô men quán tính của các chi tiết quay, bởi vậy tăng
tải trọng lên các đồng tốc.
Bánh răng số lùi không luôn luôn ăn khớp.
Cả bánh răng số lùi và số 1 đều không luôn luôn ăn khớp
Hai phương án sau không cần có bánh răng số lùi đặt riêng trên trục thứ cấp. Để
gài số lùi và số 1 dùng bánh răng di trượt.
8. Thiết kế hộp số xe con
-5-
Bánh răng trung gian (đặt trên trục số lùi) có thể làm một hay hai vành răng.
Phương án một vành răng có kết cấu đơn giản hơn, tuy vậy điều kiện làm việc của vành
răng không có lợi: chịu ứng suất uốn thay đổi theo chu trình đối xứng. Phương án hai
điều kiện ứng suất thuận lợi hơn: thay đổi theo chu trình mạch động, cho phép thực hiện
số lùi với tỷ số truyền lớn hơn.
- Để đảm bảo độ cứng vững, giữa hai gối đỡ trên trục không bố trí quá 6 cặp bánh
răng.
- Bánh răng các tay số thấp (như số 1 và số lùi) chịu lực lớn, thời gian làm việc
ít hơn - bố trí sát gối đỡ sau. Bánh răng các tay số cao thời gian làm việc nhiều, bố trí ở
khoảng giữa trục, là vùng có góc xoay nhỏ nhất, nhờ đó điều kiện ăn khớp của bánh răng
tốt hơn nên giảm tiếng ồn và mài mòn.
- Đó với hộp số 3 trục của ô tô du lịch, một số trường hợp, trục thứ cấp có thể là
dài hơn, với 3 gối đỡ để rút ngắn chiều trục các đăng.
- Ở một số hộp số, cặp bánh răng số lùi hoặc số truyền tăng có thể đưa ra phía
sau thành cạc te để tăng độ cứng vững và giảm kích thước phần chính của hộp số hoặc
tạo điề kiện thống nhất hóa các chi tiết của hộp số 5 và 6 cấp.
- Để tăng độ cứng vững cũng có thể tăng số lượng các gối đỡ và dùng hộp số
nhiều ngăn.
- Hầu hết các tay số đều dùng bánh răng nghiêng và đồng tốc. Các tay số một và
số lùi có thể có răng thẳng gài bằng phương pháp di trượt.
- Các ống gài và đồng tốc đặt trên trục thứ cấp.
- Trong một số kết cấu có thể sử dụng hai hay ba trục trung gian để phân dòng công
suất, các sơ đồ này làm tăng mức độ phức tạp, tăng số lượng các chi tiết của hộp số.
9. Thiết kế hộp số xe con
-6-
Hình 1.1 - Sơ đồ động học hộp số 3 trục, 4 cấp lắp trên xe du lịch GAZ-24.
I-Trục sơ cấp ; II-Trục trung gian ; III-Trục thứ cấp ; IV-Trục số ; A,B-Bộ đồng tốc ;
Sl-Vị trí gài số lùi ; 1,2,3,4-Vị trí gài cấp số 1, cấp số 2 , cấp số 3, cấp số 4 của hộp số.
1.2.2. Hộp số hai trục:
1.2.2.1. Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, làm việc êm dịu và có hiệu suất cao ở các tay số trung gian.
- Dễ bố trí và đơn giản được kết cấu hệ thống truyền lực khi xe đặt động cơ gần
cầu chủ động.
1.2.2.2. 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.
- Giá trị tỷ số truyền tay số thấp nhất bị hạn chế ( ih1 < 4÷ 4,5) ( Muốn khắc phục
phải giảm tỷ số truyền của tay số cao nhất và tăng io). Với đặc điểm đó nó thường được
sử dụng trên các ô tô du lịch và thể thao có động cơ bố trị cạnh cầu chủ động hoặc trên
máy kéo có hộp số bố trí chung trong cùng một vỏ với truyền lực chính.
10. Thiết kế hộp số xe con
-7-
1.2.2.3. Sơ đồ động:
- Trục thứ cấp hộp số thường được chế tạo liền với bánh răng côn hay hypôit của
truyền lực chính ( khi động cơ đặt dọc) hoặc bánh răng trụ ( khi động cơ đặt ngang) tạo
điều kiện đơn giản và dễ bố trí.
- Các phương án bố trí số lùi, số tiến và đồng tốc của hộp số này như trên hình 1.2.
Đồng tốc của số 1,2 thường đặt trên trục bị động vì khó đặt trên trục chủ động do đường
kính bánh răng số 1 nhỏ. Đồng tốc các số cao đôi khi đặt trên trục chủ động để giảm mô
men quán tính quy dẫn.
- Một số trường hợp, đồng tốc được đặt trên cả trục chủ động lẫn bị động để rút
ngắn chiều dài hộp số.
Hình 1.2 - Sơ đồ hộp số 2 trục 4 cấp trên xe Hillman Imperial.
I-Trục sơ cấp của hộp số; II-Trục thứ cấp của hộp số; 1-Cấp số 1 của hộp số; 2-Cấp số
2 của hộp số; 3 - Cấp số 3 của hộp số; 4 -Cấp số 4 của hộp số; L-Số lùi của hộp số.
1.2.3. Hộp số nhiều cấp:
Hộp số nhiều cấp được tạo thành bằng cách ghép thêm vào phía trước hoặc
phía sau hộp số cơ sở (hộp số chính - loại ba trục) một hộp giảm tốc gọi là hộp số
phụ. Hộp số phụ thường có một số truyền thẳng và một số truyền giảm hay tăng.
11. Thiết kế hộp số xe con
-8-
Hộp số phụ đặt phía trước là hợp lý về kết cấu trong trường hợp : nó chỉ có một
cặp bánh răng để tạo số thấp, còn số cao là số truyền thẳng – nối trực tiếp trục vào hộp
số phụ vợi trụ sơ cấp của hộp số chính . Tỷ số truyền số thấp của hộp số phụ không lớn,
có tác dụng là chia nhỏ dãy tỷ số truyền của hộp số chính, nên còn được gọi là hộp số
chia . Hộp số chia có ưu điểm là: Kết cấu đơn giản, đảm bảo tính thống nhất hóa cao cho
hộp số chính ( có thể dùng như một hộp số độc lập ), hiệu suất tương tự như hộp số chính
khi cài số thấp ở hộp số phụ. Nhược điểm của hộp số chia là yêu cầu khoảng cách trục
hộp số lớn hơn do mô men trên trục ra hộp số chính lớn.
Hộp số đặt phía sau thường là loại có trục cố định với hai cặp bánh răng hay 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 được gọi là hộp số giảm tốc. Hộp số
phụ này có ưu điểm là giảm được khoảng cách trục và tải trọng tác dụng lên các chi tiết
của hộp số chính. Nhược điểm của nó là giảm tính thống nhất hóa của hộp số chính (
không thể sử dụng độc lập - do khoảng tỷ số truyền nhỏ), hiệu suất giảm khi gài số truyền
thấp.
Trong các hộp số nhiều cấp của ô tô tải có thể sự dụng ống gài số thay cho đồng
tốc. Vì ống gài số chế tạo đơn giản, kích thước chiều trục, khối lượng và giá thành nhỏ.
Tuy vậy khi đó yêu cầu:
Điều kiện sử dụng ô tô phải ổn định, đường xá có chất lượng tốt ( ví dụ: chuyển
động trên các xa lộ ít khi phải sang số ).
Trình độ người lái cao hơn.
12. Thiết kế hộp số xe con
-9-
1.3. Đặc điểm kết cấu các chi tiết và bộ phận chính:
1.3.1. Bánh răng:
Hình 1.3 - Kết cấu bánh răng
Trong hộp số ô tô máy kéo, dùng cả bánh răng trụ răng thẳng và răng nghiêng. Bánh
răng nghiêng có ưu điểm là:
- Có răng vào ăn khớp từ từ đều đặn, nên độ êm dịu cao.
- Ăn khớp cùng một lúc nhiều răng, nên có hệ số trùng khớp lớn hơn và độ bền cao
hơn bánh răng thẳng.
Tuy vậy bánh răng nghiêng có nhược điểm:
- Sinh lực chiều trục tác dụng lên ổ bi;
- Nhạy cảm với biến dạng của trục và ổ trơn;
- Chế tạo phức tạp hơn;
- Muốn gài số phải dùng ống gài, đồng tốc hay làm then hoa xoắn.
13. Thiết kế hộp số xe con
-10-
Do đặc điểm đó, các bánh răng nghiêng thường sử dụng ở các tay số cao để giảm
tiếng ồn, đảm bảo tuổi thọ cần thiết. Các bánh răng thẳng chỉ dùng ở số thấp, như: số 1,
số lùi hoặc ở hộp số máy kéo. Khi dùng bánh răng thẳng cơ cấu điểu khiển sẽ đơn giản
hơn và không sinh ra lực chiều trục.
Hiện nay, có khuyh hướng tăng số lượng các cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp trong
hộp số. Điều đó tạo điều kiện sử dụng bánh răng nghiêng. Tuy vậy, mô men quán tính
các chi tiết quay của hộp số sẽ tăng lên.
Khi dùng các bánh răng nghiêng, phải chú ý bố trí chiều răng của các bánh răng phải
cùng một trục, sao cho các lực chiều trục của chúng khử nhau, tức là các bánh răng cũng
chiều nghiên.
Bánh răng có thể chế tạo liền khối hay riêng rẽ. Bánh răng chế tạo thành khối cố độ
cững vững cao, song không thuận tiện cho thay thế và sửa chữa.
Tùy theo nhiệm vụ và tải trọng, bánh răng có thể được cố định trên trục bằng then
hoa hay then bán nguyệt, trượt trên then hoa hay quay lồng không trên trục lắp bạc hoặc
ổ bi. Ổ bi giảm được ma sát nhưng khó bố trí, vì kích thước bị hạn chế bởi đường kình
bánh răng. Phổ biến là để có thể tăng đường kính trục, tăng độ cứng vững.
Nếu bánh răng lắp trên trục bằng then hoa, thì có ba phương án định tâm:
- Định tâm theo đường kính ngoài D;
- Định tâm theo đường kính trong d;
- Định tâm theo mặt bên;
Định tâm theo mặt bên thường dùng khi hướng truyền mô men xoắn thay đổi để giảm
va đập.
Định tâm theo đường kính có độ chính xác cao hơn. Khi độ cứng của lỗ không lớn,
lỗ được gia công bằng phương pháp chuốt còn trục được mài thì bánh răng được định
tâm theo đường kính ngoài. Phương pháp định tâm này có ưu điểm là đơn giản và giá
14. Thiết kế hộp số xe con
-11-
thành thấp. Khi lỗ có độ cứng cao, cả lỗ và trục đều được mài, thì bánh răng được định
tâm theo đường kính trong.
Các bánh răng hộp số ô tô, làm việc trong điều kiện truyền lực, tốc độ cao, trong khi
yêu cầu kích thước nhỏ gọn. Do đó để đảm bảo các yêu cầu về độ bền và khả năng chịu
mài mòn, chúng thường được chế tạo bằng thép hợp kim cacbon thấp xê men tít hóa hay
thép hợp kim cacbon trung bình, xianua hóa như: 20XH3A xê men tít hóa hay 40X,
40XHMA xianua hóa,... Quá trình xiamua hóa rẻ hơn, nhanh hơn, ít phế phẩm hơn, song
khả năng tăng bền kém hơn xê men tít hóa.
Bánh răng nhiệt luyện phải có độ cứng bền mặt đạt 52 ÷ 63 HRC với chiều dày lớp
xê men tít hóa từ 0,6 ÷ 1.8 mm để chịu được ứng suất tiếp xúc lớn và mài mòn. Tuy vậy,
phần lõi phải dẻo dai để chịu uốn và va đập tốt. Độ cững lõi nằm trong khoảng từ 30 ÷
35 HRC.
Bên cạnh các biện pháp nhiệt luyện, người ta còn dùng phương pháp dịch chỉnh chế
tạo bánh răng để tăng bền, cũng như để giải quyết một số vấn đề về hình học như: đảm
bảo khoảng cách trục cần thiết, giảm kích thước hộp số,...
1.3.2. Trục:
1.3.2.1. Trục sơ cấp:
Trục sơ cấp của hộp số ô tô thường chế tạo liền bánh răng. Trục được định vị tránh
dịch chuyển chiều trục bằng gối đỡ sau nằm trong vỏ hộp số. Gối đỡ trước của trục, phía
bánh đà, không chịu lực chiều trục.
Gối đỡ trước của trục thường là ổ bi cầu 1 dãy hướng kính. Trên ô tô du lịch, đôi khi
dùng ổ bi kim hoặc ổ trượt. Ổ này được bôi trơn bằng vú mỡ lắp trên bánh đà hay cho
sẵn vào một lượng, đủ để ổ làm việc đến kì sửa chữa.
Gối đỡ sau chủ yếu cũng là ổ bi cầu 1 dãy hướng kính. Các kết cấu chỉ khác nhau ở
phương pháp định vị trong vỏ hộp số
15. Thiết kế hộp số xe con
-12-
Đường kính lỗ ổ sau phải đảm bảo luồn được bánh răng trục sơ cấp vào vỏ khi lắp
ghép.
Hình 1.4-Kết cấu trục sơ cấp và trục thứ cấp của hộp số
1-Trục sơ cấp; 2-Trục thứ cấp.
1.3.2.2. Trục thứ cấp:
Đầu trước đặt trên gối đỡ, bố trí trong bánh răng đầu trục sơ cấp. Đầu sau đặt trên ổ
bi, định vị trong vỏ để tiếp nhận lực chiều trục.
Gối đỡ trước thường dùng ổ bi trụ không có vòng ngoài và vòng trong hoặc ổ bi
kim.
Gối đỡ sau chủ yếu dùng ổ bi hướng kính một dãy. Ổ được cố định trên vỏ nhờ vòng
hãm.
Trục thứ cấp thường có then hoa để lắp các bánh răng. Các bánh răng của trục thứ
cấp ăn khớp thường xuyên với bánh răng trục trung gian, có thể lắp trên ổ bi, thanh lăn,
hoặc bạc.
1.3.2.3. Trục trung gian:
Trục trung gian có hai dạng kết cấu:
- Các bánh răng chế tạo liền một khối, quay lồng không trên trục. Trục lắp cố định
trong cạc te.
16. Thiết kế hộp số xe con
-13-
- Các bánh răng lắp trên trục bằng then hoa, then bán nguyệt hoặc chế tạo liền với
trục. Trục quay trên các ổ bi hoặc thanh lăn lắp trên vỏ hộp số.
Hình 1.5-Kết cấu trục trung gian hộp số
Trên trục gian, ngoài các bánh răng chuyển số, còn có bánh răng dẫn động bộ phận
trích công suất.
1.3.3. Cơ cấu điều khiển:
1.3.3.1. Đòn điều khiển:
- Đòn điều khiển có nhiệm vụ : Dịch chuyển các bánh răng ống gài hoặc đồng tốc để
thực hiện quá trình gài hoặc nhả số. Đòn điều khiển thường được bố trí trực tiếp trên nắp
hộp số.Tuy vậy trong trường hợp đòn điều khiển nằm xa người lái đòn điều khiển được
tách khỏi hộp số , bố trí gần người lái và nối với hộp số qua hệ thống đòn . Cách điều
khiển hộp số như vậy là điều khiển hộp số từ xa.
17. Thiết kế hộp số xe con
-14-
Hình 1.6-Đòn điều khiển trên nắp hộp số.
1-chống gài số lùi; 2-Đòn điều khiển ;3-Gờ tỳ; 4-Lò xo; 5-Khớp cầu; 6-Mũ chụp;
- Đòn điều khiển được luồn vào nắp hộp số từ dưới lên và ép vào mặt tựa hình cầu
nhờ lò xo 2 . Để đảm bảo lắp ghép đúng vị trí , đòn điều khiển được định vị bằng các
chốt 5 . Khớp cầu giữa đòn và nắp được che bảo vệ bằng mũ chụp 4.
- Trên các xe du lịch, đòn điều khiển có thể được bố trí trên vô lăng để người lái dễ
điều khiển. Ngoài ra, cách bố trí như vậy còn giải phóng được mặt sàn, cho phép bố trí
3 chỗ ngồi ở hàng ghế người lái.
1.3.3.2. Đặc điểm kết cấu cơ cấu định vị và khóa hãm:
a.Cơ cấu định vị:
Cơ cấu định vị có nhiệm vụ định vị các tay số ở vị trí trung gian cũng như ở vị trí đã
gài, để đảm bảo:
18. Thiết kế hộp số xe con
-15-
- Gài số đúng vị trí, và các bánh răng ăn khớp được hết chiều dài;
- Tránh hiện tượng gài hoặc nhả số ngẩu nhiên.
b. 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 khóa hãm sẽ khóa chặt cưỡng bức các
thanh trượt của các số kia ở vị trí trung gian.
Hình 1.7-Kết cấu định vị và khóa hãm.
1-Vỏ hộp số; 2-Bi chống gài hai số cùng lúc; 3-Thanh khóa; 4-Lò xo định vị gài số
1.3.3.3. Ống gài số:
- Hầu hết các bánh răng gài số của hộp số 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 .
19. Thiết kế hộp số xe con
-16-
- 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 ô tô , còn hầu hết các số khác của hộp số phải dùng bộ đồng tốc để gài số nhằm đảm
bảo bảo việc gài số được êm dịu, không gây va đập răng cho hộp số nói riêng và cũng
như bảo vệ cho hệ thống truyền lực nói chung.
Hình 1.8- Kết cấu ống gài số.
1-Bánh răng cần gài số; 2-Vòng chặn; 3-Ống gài; 4-Trục hộp số
1.3.3.4. Bộ đồng tốc:
Trên hầu hết các hộp số có cấp hiện nay, người ta thường 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.
20. Thiết kế hộp số xe con
-17-
a. Bộ đồng tốc loại I ( loại chốt hãm):
Hình 1.9-Kết cấu bộ đồng tốc loại Ia (Bộ phận nối kiểu liền).
1-Bộ phận nối; 2-Chốt hãm; 3-Vành ma sát; 4-Bánh răng gài số; 5-Chốt hãm; 6-Bi
định vị gài số; α- Góc nghiêng của mặt côn ma sát; β- Góc nghiêng của bề mặt hãm; rms
- Bán kính ma sát trung bình; rβ-Bán kính trung bình mặt hãm.
+ 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 ( phía trái) để nối với bánh răng gài số (4) khi đã đồng đều tốc độ.
+ 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 momen ma sát giữa vành ma sát (3) với bề mặt
ma sát trên bánh răng gài số (4) nhằm làm đông 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 gài số.
+ Bộ đồng tốc loại Ia với kiểu bộ phận nối liền khối như ống gài được sử dụng khá phổ
biến ở các xe tải và khách cỡ trung bình và lớn nhờ kết cấu vững chắc và tin cậy.
21. Thiết kế hộp số xe con
-18-
Hình 1.10-Kết cấu bộ đồng tốc loại Ib ( Bộ phận nối kiểu rời).
1A,1B-Ống nối; 2-Chốt hãm;3-Vành ma sát; 4-Bánh răng gài số; 5-Lò xo định vị; α-
Góc nghiêng của mặt côn ma sát; β- Góc nghiêng của bề mặt hãm; rms - Bán kính ma sát
trung bình; rβ -Bán kính trung bình mặt hãm.
b. Bộ đồng tốc loai II (loại răng hãm):
Trên một số ô tô du lịch, vận tải, hành khách cỡ nhỏ, kích thước các bánh răng hộp
số nhỏ , không đủ không gian để thiết kế đồng tốc lại I. Hơn thế nữa, tải trọng tác dụng
bề mặt 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 một nguyên tắc cấu tạo sau:
- Bộ phận nối (1): làm nhiệm vụ nối bánh răng quay trơn (4) với trục (5). Bộ phận nối
có cấu tạo tương tự ống gài , di trượt dọc trục bằng khớp nối then hoa. Các răng của bộ
phận nôi (1) được vát nghiêng với góc β đủ nhỏ để chống gài số khi bánh răng gài số (4)
chưa đồng đều tốc độ với trục (5).
22. Thiết kế hộp số xe con
-19-
Hình 1.11 - Kết cấu bộ đồng tốc loại IIa ( Kiểu bi 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 trượt; α- Góc nghiêng của mặt côn ma sát; β- Góc nghiêng của bề mặt
hãm; rms – Bán kính ma sát trung bình; rβ – Bán kính trung bình mặt hãm.
- Bộ phận hãm (2) : Có nhiệm vụ chống lại việc gài số khi các 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 các bánh răng (4) chưa đồng
đều tốc độ với truc (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.
23. Thiết kế hộp số xe con
-20-
- Bộ phận định vị gồm lò xo và bi định vị (6) cùng thanh đẩy (7) luôn chèn sẵn trong ốc
lãm của vành ma sát (3 để sẵn sàng dẩy vành ma sát (3) vào tiếp xúc trước với bề mặt
côn ma sát trên bánh răng gài số (4) khi bắt đầu gài số.
Trên hình 1.12 là một đồng tốc loại IIb có thanh trượt (7) làm cả nhiệm vụ định vị thay
cho viên bi (6) của loại IIa : Thanh trượt (7) làm nhiệm vụ định vị; còn lò xo định vị
được thay bởi hai vòng lò xo xo (6) nhờ vậy tránh được hiện tượng bị lệch lò xo khi vào
gài số.
Hình 1.12 - Kết cấu bộ đồng tốc loại IIb (kiểu thanh trượt định vị).
1-Bộ phận nối (Ống nối); 2-Vành răng hãm; 3-Vành côn ma sát; 4-Bánh răng gài số;
5-Trục hộp số; 6-Lò xo định vị thanh trượt; 7-Thanh trượt định vị; α- Góc nghiêng của
mặt côn ma sát; β- Góc nghiêng của bề mặt hãm.
Nhược điểm của loại này là: là ma sát giữa hốc định vị và gờ của thanh định vị là ma sát
trượt thay vì ma sát lăn như loại IIa, nên hốc định vị có thể dễ mòn hơn loại IIa.Tuy vậy
lực định vị này nhỏ; hơn nữa bộ đồng tốc làm việc trong dầu nên nhược điểm này có thể
khắc phục được nhờ chúng luôn luôn được bôi trơn trong dầu.
24. Thiết kế hộp số xe con
-21-
1.3.3.5. Các te hộp số:
- Cạc te đúc liền khối
- Độ đồng trục của các trục sơ cấp và thứ cấp của hộp số 3 trục được đảm bảo bởi
độ đồng trục của lỗ lắp các ổ trục trên cạc te và ổ trục.
- Hộp số được bắt chặt với cạc te ly hợp
- Cạc te của ly hợp và hộp số được định tâm nhờ phần vòng ngoài của ổ đỡ sau trục
sơ cấp hay vành định tâm trên mặt bích ổ lắp.
- Lỗ lắp ổ bi gối đỡ thứ hai trục sơ cấp trên cạc te phải lớn hơn đường kính bánh
răng của trục sơ cấp, để có thể luồn trục qua khi lắp ghép.
- Ở cạc te hộp số, bên thành trái hoặc phải có thể có cửa để lắp hộp trích công suất.
25. Thiết kế hộp số xe con
-22-
Chương 2. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỘP SỐ
2.1. Tính toán xác định các thông số yêu cầu ban đầu:
2.1.1. Tỉ số truyền số thấp nhất của hộp số:
Bảng 2.1 : Các thông số cho trước
STT Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Trọng lượng toàn bộ xe Ga 1810 kg
2 Công suất cực đại Nemax 100 kW
3 Momen cực đại Memax 152 Nm
4 Số vòng quay tại công suất cực đại nN 6000 v/p
5 Số vòng quay tại momen cực đại nM 3300 v/p
6 Bán kính làm việc bánh xe rbx 320 mm
7 Tốc độ cực đại của xe Vmax 145 km/h
8 Hệ số cản lớn nhất của đường Ψmax 0,33
- Tỷ số truyền và số cấp hộp số phải đảm bảo cho xe có chất lượng động lực học và tính
kinh tế nhiên liệu tốt nhất.
- Tỷ số truyền ở tay số 1 (ih1) được xác định theo 3 điều kiện sau :
+ Khả năng thắng sức cản lớn nhất trong điều kiện sử dụng cho trước.
+ Khả năng tạo được lực kéo lớn nhất theo điều kiện bám.
+ Khả năng chuyển động với tốc độ ổn định tối thiểu để có thể cơ động trong điều kiện
địa hình chật hẹp.
* Theo tài liệu số [2] thì tỷ số truyền ở tay số 1 (ih1) được tính theo điều kiện kéo có công
thức tính như sau:
26. Thiết kế hộp số xe con
-23-
ih1 ≥
𝜓𝑎𝑏𝑥𝑚𝑎𝑥
𝑀0𝑡𝑒𝑚𝑎𝑥
(2.1)
Trong đó:
- ih1: Tỷ số truyền ở tay số 1
- 𝜓𝑚𝑎𝑥: Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường , theo đề: 𝜓𝑚𝑎𝑥= 0,33
- Ga : Trọng lượng toàn bộ của xe [N] , theo đề : Ga= 1810 [kG] = 17750,04 [N]
- 𝑟𝑏𝑥: Bán kính làm việc của bánh xe chủ động [m], theo đề 𝑟𝑏𝑥= 320[mm]= 0,32 [m]
- 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥: Mômen quay cực đại của động cơ [Nm], theo đề: 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥= 152 [Nm]
- 𝜂𝑡 : Hiệu suất hệ thống truyền lực , theo [1] thì: 𝜂𝑡 = 0,85÷0,92,chọn 𝜂𝑡 = 0,92
- i0 : Tỷ số truyền của truyền lực chính , được tính theo [1]:
𝑖0 =
𝜔𝑏𝑥𝑒𝑚𝑎𝑥
𝑖ℎ𝑛.𝑣𝑎𝑚𝑎𝑥
(2.2)
Trong đó:
- ihn :Tỷ số truyền cao nhất của hộp số , theo tài liệu [2] chọn ihn = 1
-𝜔𝑒𝑚𝑎𝑥: Tốc độ lớn nhất của động cơ [rad/s] .
- Theo [2] với động cơ Xăng , xe con thì: 𝜔𝑒𝑚𝑎𝑥 =(1,0÷1,25) 𝜔𝑁
Chọn 𝜔𝑒𝑚𝑎𝑥 = 1,05𝜔𝑁
Trong đó
-𝜔𝑁 : Tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ [rad/s], ta có:
𝜔𝑁 = 𝑛𝑁. π /30 = 6000. π / 30= 628,31 [rad/s]
- Suy ra 𝜔𝑒𝑚𝑎𝑥 = 1,05. 𝜔𝑁 = 1,05. 628,31 = 659,72 [rad/s]
- Vamax : Tốc độ cực đại của xe, [km/h] , Theo đề Vamax = 145 [km/h] = 40,277 m/s].
Lần lượt thế các số trên vào (2.2) rồi (2.1) ta được:
27. Thiết kế hộp số xe con
-24-
=
659,72.0,32
1.40,277
= 5,241
ih1 ≥
0,33.17750,04.1.0,32
152.5,24.0,92
= 2,558
* Kiểm tra tỉ số truyền thấp ih1 theo điều kiện bám, theo tài liệu [2]
ih1
𝐺𝜙.𝜙.𝑟𝑏𝑥
𝑀0𝑡𝑒𝑚𝑎𝑥
(2.3)
Trong đó:
- 𝐺𝜙 : Trọng lượng bám của xe, [N]
Theo [2] thì trọng lượng bám của xe được xác định như sau:
𝐺𝜑 = 𝐺𝑐𝑑. 𝑚𝑐𝑑 (2.4)
Trong đó:
- 𝐺𝑐𝑑 : Trọng lượng phân bố lên cầu chủ động [N].
Theo tài liệu [1] đối với xe du lịch đặt ở động cơ ở phía trước thì trọng lượng phân
bố lên cầu trước và cầu sau khi có một người lái khoảng (60/40)%.
Vì thế ta tính trọng lượng phân bố lên cầu chủ động
Gcd = 0,6.Ga
Suy ra: Gcd = 0,6. Ga = 0,6. 17750,04 = 10650,024 [N].
- mcd : Hệ số phân bố tải trọng lên cầu chủ động. Theo tài liệu [1] thì:
mcd≈ (1,1÷ 1,3) , Chọn mcd=1,25
- Theo tài liệu [1]: 𝜙 = 0,7 ÷ 0,8; Chọn 𝜙 = 0,8
- Từ các thông số trên sui ra: Gφ = Gcd.mcd = 10650,024.1,25 = 13312,53 [N].
=> ih1 ≤
13312,53.0,8.0,32
152.5,241.0,92
= 4,650
0
i
28. Thiết kế hộp số xe con
-25-
* Kiểm tra theo điều kiện tốc độ tối thiểu của ôtô.
- Theo tài liệu [1]: 𝑖ℎ1 ≥
𝜔𝑏𝑥𝑒𝑚𝑖𝑛
𝑉0𝑎𝑚𝑖𝑛
(2.5)
Trong đó:
- ωemin: 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]
Theo tài liệu [1] Số vòng quay ổn định tối thiểu của động cơ xăng:
nemin = 600÷850[vòng/phút]. Chọn nemin = 800 [vòng/phút].
Khi đó : ωemin =
800.3,1416
30
= 83,77 (rad/s)
Theo [1] : Vamin ≤ 4 ÷ 5 [km/h].Chọn Vamin = 5 [km/h] = 5.
1000
3600
= 1,389[𝑚/𝑠]
Từ những thông số vừa chọn được và các thông số đã tính được ở các mục trên ta thay
chúng vào công thức (2.5) ta được :
ih1 ≥
83,77.0,32
1,38.5,241
= 3,706
Dựa vào các điều kiện (2.1), (2.3), (2.5) trên ta có:
Theo điều kiện kéo: ih1≥ 2,558
Theo điều kiện tốc độ tối thiểu: ih1≥ 3,706
Theo điều kiện bám: ih1≤ 4,650
Với các điều kiện này thì 3,706≤ ih1 ≤ 4,650
Ta chọn ih1 = 4
Vậy ta chọn tỷ số truyền ở tay số thấp nhất là: ih1 = 4
29. Thiết kế hộp số xe con
-26-
2.1.2. Tính số cấp của hộp số:
Đối với xe du lịch thường có đặc tính động lực học tốt nên hộp số thường từ 3
đến 5 cấp.
- Số cấp hộp số ô tô được xác định theo công thức:
Theo tài liệu [2]: 𝑛 =
𝑙𝑜𝑔(𝑖ℎ1)−𝑙𝑜𝑔(𝑖ℎ𝑛)
𝑙𝑜𝑔(𝑞)
+ 1 (2.6)
Trong đó:
- n: Số cấp của hộp số.
- ih1: Giá trị tỉ số truyền thấp nhất của hộp số, theo mục (2.1.1) thì ih1= 3,706
- ihn: Giá trị tỉ số truyền cao nhất của hộp số, theo tài liệu [2] chọn ihn= 1
- q: Công bội của dãy tỉ số truyền, theo tài liệu [2] đối với cấp số thường:
q = (1,5 ÷ 1,7), ta chọn q = 1,5
Thay các số liệu vừa tìm được vào công thức (2.6) ta được:
n=
log4−log1
log1,5
+ 1 = 4,42
Chọn số nguyên n* = 5 và số truyền cao nhất ih5= 1 (hộp số thiết kế có 5 cấp)
2.1.3. Tính số truyền trung gian của hộp số:
Với ô tô du lịch thường làm việc ở các số truyền cao, nên các số truyền trung gian
được điều chỉnh lại theo cấp số điều hòa nhằm sử dụng tốt nhất công suất động cơ khi
sang số ở các số truyền cao như sau:
𝑎 = (
1
𝑖ℎ𝑛
−
1
𝑖ℎ1
) .
1
(𝑛∗−1)
(2.7)
𝑖ℎ2 =
𝑖ℎ1
(1+𝑎.𝑖ℎ1)
𝑖ℎ3 =
𝑖ℎ1
(1+2.𝑎.𝑖ℎ1)
31. Thiết kế hộp số xe con
-28-
Ở đây hộp số ô tô được thiết kế trên ô tô du lịch dùng cho việc du lịch yêu cầu với
tốc độ cao nên ta chọn hộp số 3 trục cố định,có trục sơ cấp và trục thứ cấp đồng tâm cho
ô tô đang thiết kế. Hộp số 3 trục cố định,có trục sơ cấp và trục thứ cấp đồng tâm có ưu
điểm sau:
- Có khả năng tạo ra tỷ số truyền thẳng hàng bằng cách nối tiếp các 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 toàn nên giảm được mài mòn,tiếng ồn và mất mát công suất.
-Khi làm việc ở các số truyền khác mô men truyền qua hai cặp bánh răng do đó có
thể tạo ra được tỷ số truyền lớn và kích thước nhỏ gọn,nhờ đó giảm được trọng lượng
toàn bộ của xe.
Tuy nhiên hộp số 3 trục cũng có nhược điểm sau:
-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 trong phần rỗng của
đầu ra trục sơ cấp,điều này làm cho ổ bi dễ bị quá tải.
2.2.2. Sơ đồ động học hộp số.
32. Thiết kế hộp số xe con
-29-
Hình 2.2-Sơ đồ hộp số 5 cấp trên xe du lịch có bố trí ba bộ đồng tốc.
I-Trục sơ cấp; II-Trục trung gian; III-Trục thứ cấp; IV-Trục số lùi; 𝑖1, 𝑖2, 𝑖3, 𝑖4, 𝑖5-
Vị trí gài số 1,số 2,số 3, số 4, số 5; SL-Vị trí gài ố lùi; Za,Z’a-Bánh răng chủ động và
bị động của cặp bánh răng truyền động chung; Z3,Z’3-Bánh răng chủ động và bị động
của cặp bánh răng gài số 3; Z2,Z’2-Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng
gài số 2; Z2,Z’2-Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số 2; Z1,Z’1-
Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số 1; 𝑍𝐿1, 𝑍′𝐿1-Bánh răng chủ
động và bị động của cặp bánh răng gài số lùi; Ztg-Bánh răng trung gian gài số lùi.
- Với ô tô du lịch thường thiết kế với đặc tính động lực tốt, tính năng tăng tốc cao,
nên phần lớn thời gian làm việc là ở số truyền thẳng, còn các số truyền trung gian sử
dụng ít.
- Sơ đồ động học có ba trục 5 cấp số tiến và 1 cấp số lùi. Ở các cấp số 2, 3, 4, 5 làm
việc ở tốc độ cao nên sử dụng bánh răng trụ răng nghiêng để việc ăn khớp dễ dàng và
êm dịu. Các số từ 2 đến 5 được bố trí bộ đồng tốc để việc gài số dễ dàng hơn và an toàn.
2.3. Tính toán các kích thước cơ bản của trục và các cặp bánh răng của hộp số:
2.3.1. Khoảng cách trục
Khoảng cách trục là một trong những thông số quan trọng quyết định kích thước
cacte hôp số nói chung và các chi tiết bên trong của hộp số (bánh răng, đồng tốc, ổ bi).
33. Thiết kế hộp số xe con
-30-
Hình 2.3-Sơ đồ tính toán sơ bộ kích thước hộp số.
I-Trục sơ cấp; II-Trục trung gian; III-Trục thứ cấp; IV-Trục số lùi.
Khoảng cách trục A [mm] của hộp số ôtô được xác định sơ bộ theo [2]:
𝐴 ≈ 𝐾𝑎. √𝑀ℎ1𝑒𝑚𝑎𝑥
3
(2.8)
Trong đó:
- ka: Hệ số kinh nghiệm, theo tài liệu [2] thì ka = 8,9 9,3 (xe du lịch). Chọn ka = 9,3
- Memax : Mô men quay cực đại của động cơ [Nm], theo đề Memax = 152 [Nm].
- ih1 : tỷ số truyền ở tay số thấp nhất , theo kết quả của mục (2.1.1) thì ih1 = 4
Thế các số liệu vào công thức (2.8) ta tính được khoảng cách trục sơ bộ là:
A = 9,3.√152.4
3
= 78,786 [mm]
Chọn sơ bộ A = 80 [mm].
2.3.2. Kích thước theo chiều trục cac-te hộp số:
34. Thiết kế hộp số xe con
-31-
Kích thước theo chiều trục của hộp số nói chung có thể được xác định bằng tổng
chiều dài (theo chiều trục) của các chi tiết lắp trên trục trung gian như: chiều rộng của
các bánh răng, chiều rộng của bộ đồng tốc hoặc ống gài, chiều dài các ổ đỡ trục.
Theo tài liệu [2] ta có:
- Chiều rộng bánh răng đối với hộp số thường: b ≈ (0,19 ÷ 0,23)A đối với ô tô du lịch
Chọn b ≈ 0,2.A = 0,2.80 = 16 [mm]
- Chiều rộng ổ đỡ: B ≈ (0,25 ÷ 0,28)A đối với ô tô du lịch
Chọn B ≈ 0,25.A = 0,25.80 = 20 [mm]
- Chiều rộng đồng tốc (hoặc ống gài)
Nằm trong khoảng: H ≈ (0,68÷ 0,78) A đối với ô tô du lịch
Chọn H =0,7.A = 0,7.80 = 56 [mm]
2.3.3. Tính toán các số răng của các bánh răng hộp số:
2.3.3.1. Môđun và góc nghiêng của bánh răng hộp số
Để đảm bảo cho các bánh răng hộp số ôtô làm việc êm dịu, xu hướng chọn mô đun
mk có giá trị nhỏ, còn góc nghiêng βk có giá trị lớn.
+ Môđun: - Xe du lịch: m = 2,25 ÷ 3
Chọn m = 2,5 [mm] cho các số truyền cao.
Chọn m = 3 [mm] cho các số truyền thấp ( số một và số lùi).
+ Góc nghiêng: - Xe du lịch: β =220
÷340
Chọn β =320
cho các số truyền cao.
Chọn β =220
[mm] cho các số truyền thấp (số một và số lùi).
2.3.3.2. Số răng của bánh răng hộp số:
35. Thiết kế hộp số xe con
-32-
- Đối với hộp số 3 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 bánh răng luôn luôn ăn khớp. Nghĩa là nó luôn luôn làm việc với bất kỳ
gài số truyền nào,trừ số truyền thẳng. Vì vậy khi phân chia tỉ số truyền cho cặp bánh
răng này cần phải có giá trị đủ nhỏ để vừa bảo đảm tuổi thọ cho cặp bánh răng luôn luôn
ăn khớp vừa đủ để cho số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp không
được quá nhỏ.
Theo [2] số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp của xe du lịch
là Z1 = (17 ÷ 15)
Xe du lịch thiết kế có ih1 = 4 nên ta chọn Z1 = 17
Theo tài liệu [2] ta có:
𝑍1 =
2.𝐴.𝑐𝑜𝑠 𝛽1
𝑚1.(1+𝑖𝑔1)
( 2.9)
𝑖𝑔1 =
2.𝐴.𝑐𝑜𝑠 𝛽1
𝑚1.𝑍1
− 1
( 2.10)
Trong đó :
A [mm] - Khoảng cách trục.
Kết quả tính ở (2.8): A = 80 [mm]
ig1 - Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số một .
β1 [rad] - Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số một.
Chọn 1 = 220
m1 [mm] - Mô-duyn pháp tuyến của cặp bánh răng gài số một.
36. Thiết kế hộp số xe con
-33-
Chọn m1 = 3 [mm]
Thế số liệu vào (2.10) ta có:
𝑖𝑔1 =
2.80.𝑐𝑜𝑠(
22.𝜋
180
)
3.17
− 1 = 1,909
- Theo tài liệu [2] tỷ số truyền của cặp bánh răng truyền động chung (luôn luôn ăn khớp)
𝑖𝑎 =
𝑖ℎ1
𝑖𝑔1
(2.11)
Trong đó:
+ 𝑖𝑎 : Tỷ số truyền cặp bánh răng luôn ăn khớp.
+ 𝑖ℎ1: Tỷ số truyền số 1 của hộp số, theo kết quả ở mục (2.1.1) ta có ih1= 4
+ 𝑖𝑔1: Tỷ số truyền cặp bánh răng gài số ở số 1, theo kết quả tính từ công thức (2.10)
ta được 𝑖𝑔1 = 1,909
Thay tất cả các số liệu trên vào công thức (2.11)
ia =
ih1
ig1
=
4
1,909
= 2,095
- Từ đó suy ra tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số cho các số truyền khác . Theo tài
liệu số [2] ta có công thức :
𝑖𝑔𝑘 =
𝑖ℎ𝑘
𝑖𝑎
(𝑘 = 2 ÷ 𝑛 ∗)
(2.12)
Trong đó:
+ 𝑖𝑔𝑘: Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số thứ k.
+ 𝑖ℎ𝑘: Tỷ số truyền thứ k của hộp số, kết quả được lấy từ công thức (2.7).
37. Thiết kế hộp số xe con
-34-
+ 𝑖𝑎: Tỷ số truyền của các cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp.Theo kết quả từ công thức
(2.11) ta có : ia=2,095
Thay các số liệu vào công thức (2.11) ta được:
ih1 = 4; ih2 = 2,289; ih3 = 1,602; ih4 = 1,233; ih5 = 1;𝑖ℎ𝑙 = 4,8
ig2 =
ih2
ia
=
2,289
2,095
= 1,092
ig3 =
ih3
ia
=
1,602
2,095
= 0,765
ig4 =
ih4
ia
=
1,233
2,095
= 0,588
𝑖𝑔5 = 1
- Khi có được 𝑖𝑎 và 𝑖𝑔𝑘 thì số răng của bánh răng chủ động tương ứng Za và Zk (với
k=2÷n*, trừ số truyền thẳng) được xác định theo theo tài liệu số [2] :
𝑍𝑘 =
2𝐴.𝑐𝑜𝑠 𝛽𝑘
𝑚𝑘(1+𝑖𝑔𝑘)
(2.13)
Trong đó :
+ igk - Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số thứ k, k = a, 2 ÷ n (n là số cấp).
+ βk[rad] - Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số thứ k.
+ mk [mm] - Môđun pháp tuyến của cặp bánh răng gài số thứ k.
Vậy : 𝑧𝑎 =
2.𝐴 .cos 𝐵𝑎
𝑚𝑎⋅(1+𝑖𝑎)
=
2.80⋅𝑐𝑜𝑠(
33𝜋
180
)
2,5.(1+2,095)
= 20,677
Chọn Za = 21
𝑧2 =
2.𝐴 .cos 𝐵𝑎
𝑚2.(1+𝑖𝑔2)
=
2.80⋅𝑐𝑜𝑠(
33𝜋
180
)
2,5.(1+1,092)
= 30,591
Chọn Z2 = 30
38. Thiết kế hộp số xe con
-35-
𝑧3 =
2.𝐴 .cos 𝐵𝑎
𝑚3.(1+𝑖𝑔3)
=
2.80⋅𝑐𝑜𝑠(
33𝜋
180
)
2,5.(1+0,765)
= 36,25
Chọn Z3 = 36
𝑧4 =
2.𝐴 .cos 𝐵𝑎
𝑚4.(1+𝑖𝑔4)
=
2.80⋅𝑐𝑜𝑠(
33𝜋
180
)
2,5.(1+0,588)
= 40,30
Chọn Z4 = 40
- Số răng bị động của các cặp ăn khớp tương ứng được xác định theo tỷ số truyền
gài số của chính nó, theo tài liệu [2] ta có:
Z’k = Zk.igk (2.14)
Trong đó:
+ 𝑍′𝑘: Số răng của bánh răng bị động thứ k.
+ 𝑍𝑘: Số răng của bánh răng chủ động thứ k, kết quả được lấy từ công thức (2.13)
+ 𝑖𝑔𝑘: Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số thứ k, kết quả lấy từ công thức (2.12)
Thay các số liệu trên vào công thức (2.14) ta được :
Z’a = Za.ia = 21.2,095 = 43,995 Chọn Z’a = 44
Z’1 = Z1.ig1 = 17.1,909 = 32,453 Chọn Z’1 = 32
Z’2 = Z2.ig2 = 30.1,092 = 32,76 .Chọn Z’2 = 33
Z’3 = Z3.ig3 = 36.0,765 = 27,54 .Chọn Z’3 = 28
Z’4 = Z4.ig4 = 40.0,588 = 23,52 . Chọn Z’4 = 24
- Tính chính xác khoảng cách trục do làm tròn số răng, theo tài liệu số [2] :
𝐴 =
𝑚1(𝑍1+𝑍1
′ )
2 𝑐𝑜𝑠(𝛽1)
(2.15)
Trong đó:
39. Thiết kế hộp số xe con
-36-
+ A : Khoảng cách trục sau khi tính toán lại [mm].
+ m1 : Môđun pháp tuyến của cặp bánh răng gài số 1, theo kết quả ở mục (2.3.3.1)
ta có:m1= 3 [mm]
+𝛽1: Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số một [rad], theo kết quả ở mục (2.3.3.1)
ta có : 𝛽1=22
+ 𝑍1: Số răng của bánh răng chủ động ở cặp bánh răng gài số 1. Chọn Z1=17 như mục
trên
+ 𝑍1′: Số răng của bánh răng bị động ở cặp bánh răng gài số 1, kết quả từ công thức
(2.14) ta có: Z’1 = 32
Thay tất cả các số liệu trên vào công thức (2.15)
𝐴 =
𝑚1. (𝑍1 + 𝑍′1)
2. 𝑐𝑜𝑠( 𝛽1)
=
3. (17 + 32)
2. 𝑐𝑜𝑠 (
22. 𝜋
180
)
= 79,272[𝑚𝑚]
Chọn A = 79,5 [mm] và tính chính xác lại góc nghiêng răng của các bánh răng để đảm
bảo khoảng cách trục của chúng đều bằng A = 79,5[mm], theo tài liệu [2] ta có công
thức:
𝑐𝑜𝑠( 𝛽𝑘) =
𝑚𝑘.(𝑍𝑘+𝑍𝑘)
′
2𝐴
(2.15)
Trong đó:
+𝛽𝑘: Góc nghiêng cần tính chính xác lại của cặp bánh răng gài số thứ k [rad], (k=1÷4)
+𝑚𝑘: Môđun pháp tuyến của cặp bánh răng gài số thứ k, kết quả lấytừ mục (2.3.3.1)
+ 𝑍′𝑘: Số răng của bánh răng bị động thứ k, kết quả lấy từ công thức (2.13)
+ 𝑍𝑘: Số răng của bánh răng chủ động thứ k, kết quả được lấy từ công thức (2.12)
+ A : Khoảng cách trục sau khi tính toán lại [mm], từ công thức (2.14) A=79,5 [mm]
40. Thiết kế hộp số xe con
-37-
Thay tất cả các số liệu trên vào công thức (2.15) ta có giá trị 𝛽𝑘 dưới bảng (2.2)
Từ các kết quả ở các công thức (2.12), (2.13), (2.14), (2.15) và mục (2.3.3.1) ta có bảng
số liệu sau:
Bảng 2.2 Kết quả tính toán các thông số bánh răng
Tỷ số truyền 𝑖𝑧 𝑖𝑔1= 1,909 𝑖𝑎=2 𝑖𝑔2=1,092 𝑖𝑔3=0,765 𝑖𝑔4=0,588
Số răng chủ động
Zk
17 22 30 36
40
Số răng bị động Z’k 32 43 35 30 26
Môđun m [mm] 3 2,5 2,5 2,5 2,5
Góc nghiêng β 22°24’9” 31°53’49” 31°53’49”
31°53’49
”
31°53’49
”
Tỷ số truyền hộp số
𝑖ℎ1
= 𝑖𝑎. 𝑖𝑔1
= 3,818
𝑖ℎ2
= 𝑖𝑎. 𝑖𝑔2
= 2,184
𝑖ℎ3
= 𝑖𝑎. 𝑖𝑔3
= 1,53
𝑖ℎ4=
𝑖𝑎. 𝑖𝑔4
= 1,176
𝑖ℎ5= 1
(Direct)
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.
Theo tài liệu số [2] hệ số dịch dao tổng cộng ζk của các cặp bánh răng thứ k phải thoả
mãn điều kiện ăn khớp đúng như sau:
𝑍𝑘 =
2.(𝐴±𝜉𝑘.𝑚𝑘).𝑐𝑜𝑠 𝛽𝑘
𝑚𝑘(1+
𝑍′𝑘
𝑍𝑘
)
(2.16)
Trong đó :
+ 𝑍𝑘 : Số răng của bánh răng chủ động thứ k.
41. Thiết kế hộp số xe con
-38-
+ 𝑍′𝑘: Số răng của bánh răng bị động thứ k.
+ 𝑚𝑘: Mô đun pháp tuyến của bánh răng gài số thứ k [mm]
+ A : Khoảng cách trục sau khi đã tính toán chính xác [mm].
+ 𝛽𝑘: Góc nghiêng của bánh răng gài số thứ k [rad].
+ 𝜉𝑘: Là hệ số dịch dao tổng cộng của cặp bánh răng gài số thứ k.
2.3.4. Kích thước hộp số:
Đường kính trục hộp số ô tô có thể tính sơ bộ theo tài liệu số [2] như sau:
2.3.4.1. Đối với trục sơ cấp:
Đường kính sơ bộ của trục tính bằng công thức trong tài liệu số [2] :
𝑑1 = 𝐾𝑑. √𝑀𝑚𝑎𝑥
3
(2.17)
Trong đó :
- d1 : Đường kính sơ bộ của trục [mm].
- Kd : Hệ số kinh nghiệm theo tài liệu số [2] ta có Kd=4÷4,6. Ta chọn Kd=4,1
- Mmax : 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 . Mà theo đề Memax= 152 [Nm]
Vậy Mmax = Memax= 152 [Nm]
Thế số vào công thức (2.17) ta có đường kính trục sơ cấp:
𝑑1 = 𝐾𝑑. √𝑀𝑚𝑎𝑥
3
= 4,1. √152
3
= 21,88[𝑚𝑚]
Chọn d1= 22 [mm]
2.3.4.2. Đối với trục trung gian:
42. Thiết kế hộp số xe con
-39-
Còn trục trung gian; đóng vai trò là trục sơ cấp của các cặp bánh răng gài số (igk):
theo tài liệu [2] ta có:
Mmax = Memax.ia (2.18)
Trong đó:
- Mmax : Mô men quay cực đại trục sơ cấp [Nm].
- Memax: Mô men quay cực đại của động cơ [Nm], theo đề Memax= 152 [Nm].
- ia : tỷ số truyền của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp, theo bảng (2.2)
ia = 1,941
Thế số vào công thức (2.18) Mmax = Memax.ia = 152.2,095 = 318,44 [Nm]
Thế số vào công thức (2.17) ta có đường kính trục trung gian:
d2 = Kd
√
3
= 4,1.√318,44
3
= 28 [mm]
Chọn: d2=28 [mm]
2.3.4.3. Đối với trục thứ cấp:
Đường kính và chiều dài trục được tính theo tài liệu số [2] như sau:
𝑑3 = 0,45𝐴 (2.19)
Trong đó :
- d3 : Đường kính trụ thứ cấp [mm].
- A : Khoảng cách trục sau khi tính toán lại [mm], từ công thức (2.15) A = 80 [mm]
Thay các số liệu trên vào công thức (2.19):
d3 = 0,45.80 = 36 [mm] chọn d3= 36 [mm]
- Quan hệ giữa đường kính trục và chiều dài trục được tính sơ bộ bằng công thức
trong tài liệu số [2] như sau:
𝑑1
𝑙1
≈ 0,16 − 0,18
43. Thiết kế hộp số xe con
-40-
Ta chọn
𝑑1
𝑙1
= 0,16 (2.20)
Trong đó:
- l1 : Chiều dài trục sơ cấp [mm].
- d1 : Đường kính trục sơ cấp [mm], theo kết quả từ công thức (2.17) d1=22[mm]
Thay số vào biểu thức (2.20) :
𝑙1 =
𝑑1
0,16
=
22
0,16
= 137,5 [mm]
Cũng theo tài liệu số [2] ta có công thức sau:
𝑑2
𝑙2
≈ 0,18 − 0,21
Ta chọn
𝑑2
𝑙2
≈ 0,18 (2.21)
Trong đó:
- d2 : Đường kính trục trung gian [mm].
- l2 : Chiều dài trục trung gian [mm].
Thay số liệu vào công thức (2.21) và theo tài liệu [2] ta có :
𝑙2 ≈ 𝑙3 =
𝑑3
0,18
=
36
0,18
= 200ưư [mm]
Vì chiều dài trục chọn sơ bộ phải phù hợp với sơ đồ tính theo tổng thể chiều dài
của chi tiết lắp trên trục . Tổng chiều dài trục l2[mm] có thể xác định theo tài liệu số [2]
như sau:
l2 = 6.b + 3.H + 2.B + 4.δb (2.22)
Trong đó:
44. Thiết kế hộp số xe con
-41-
- δb : Khe hở giữa hai bánh răng liền kề hoặc bánh răng-ổ đỡ [mm], theo tài liệu số [2]
ta chọn δb=5[mm].
- b : Chiều rộng bánh răng [mm] , kết quả được lấy từ mục (2.3.2) b=16 [mm] .
- H : Chiều rộng bộ đồng tốc [mm], kết quả được lấy từ mục (2.3.2) H=56 [mm] . -
B : Bề rộng ổ đỡ [mm], kết quả được được lấy từ mục (2.3.2) B=20 [mm].
Thế các số liệu vào (2.22) ta có:
l2 = 6.b + 3.H + 2.B + 4.δb = 6.16 + 3.56 + 2.20 + 4.5 = 324 [mm]
Như vậy ta chọn lại chiều dài của trục thứ cấp và trục trung gian là : l3≈l2= 324 [mm]
2.3.4.4. Đường kính vòng chia và mômen quán tính của bánh răng hộp số:
Bán kính vòng chia của bánh răng được xác định theo tài liệu số [2] như sau:
𝑅𝑘 =
𝑚𝑘.𝑍𝑘
2.𝑐𝑜𝑠 𝛽𝑘
(2.23)
Trong đó :
- mk : Mô-đuyn pháp tuyến của bánh răng thứ k [mm], kết quả lấy từ bảng (2.2).
- Zk : Số răng của bánh răng thứ k, kết qủa lấy từ bảng (2.2).
- βk : Góc nghiêng của bánh răng thứ k, kết quả lấy từ bảng (2.2).
- Rk : Bán kính vòng chia của bánh răng thứ k [mm]
Thay số vào ta tính được bán kính vòng chia bánh răng chủ động R, bánh răng bị động
R’. Khoảng cách trục ăn khớp A, đường kính trục lắp bánh răng chủ động d1, đường kính
lắp bánh răng bị động d2 và cho trên bảng sau:
Bảng 2.3 - Bảng kết quả tính toán bán kính vòng chia và đường kính trục lắp bánh
răng tương ứng.
45. Thiết kế hộp số xe con
-42-
Z Z'
R
[mm]
R'
[mm]
A
[mm]
d1
[mm]
d2
[mm]
Bánh răng chung 22 43 32,427 63,380* 79,500 22 28
Bánh răng gài số 4 40 26 58,958 38,323* 79,500 28 36
Bánh răng gài số 3 36 30 53,063 44,219 79,500 28 36
Bánh răng gài số 2 20 35 29,479 51,589 79,500 28 36
Bánh răng gài số 1 17 32 27,502 51,769 79,500 28 36
Chú thích (*) : đường kính trục lắp bánh răng đã được hiệu chỉnh lại cho phù hợp với
đường kính vòng chia của bánh răng.
- Mômen quán tính khối lượng của các bánh răng có thể coi gần đúng là hình trụ được
xác định theo tài liệu [2] :
𝐽𝑘 =
𝜋.𝜌.𝑏𝑘.(𝑅𝑘
4
−𝑟𝑘
4
)
2
(2.24)
- Trong đó:
+ 𝐽𝑘: Mô men quán tính khối lượng của bánh răng thứ k [kg.𝑚𝑚2
].
+ 𝑏𝑘: Bề rộng các bánh răng thứ k [mm], kết quả từ mục (2.3.1) 𝑏𝑘= 16 [mm]
+ 𝑅𝑘: Bán kính vòng chia của bánh răng thứ k [mm], kết quả từ bảng (2.3)
+ 𝑟𝑘: Bán kính trục lắp bánh răng thứ k [mm],kết quả từ bảng (2.3)
+ 𝜌: Khối lượng riêng của vật liệu làm bánh răng (kg/m3
). Với vật liệu thép hoặc gang,có
thể lấy . 𝜌 = 7800 (
𝑘𝑔
𝑚3
) = 7800.10−9
(
𝑘𝑔
𝑚𝑚3
)
Mô men quán tính khối lượng của các bánh răng được quy dẫn về trục li hợp, ký hiệu
Jqd - được xác định theo công thức:
𝐽𝑞𝑑 = 𝐽𝑘. 𝑖𝑘
−2
[Kg.mm2
] (2.25)
46. Thiết kế hộp số xe con
-43-
Trong đó:
Jk : Mômen quán tính khối lượng của các bánh răng. [Kg.mm2
]
ik: Tỷ số truyền tính từ trục ly hợp đến bánh răng thứ k.
+ Với các bánh răng trên trục trung gian: ik = ia=2,095
+ Với các bánh răng trên trục thứ cấp: ik = ia.igk (k = 1,2,3)
Ta có bảng sau:
Bảng 2.4. Bảng kết quả tính toán mômen quán tính khối lượng các bánh răng
J [kg.mm2]
J'
[kg.mm2] 𝐽𝑞𝑑 [kg.mm2] 𝐽𝑞𝑑
′
[kg.mm2]
Cặp bánh răng chung a 213,881 3155,791 213,881 709,90
Cặp bánh răng gài số 4 2361,143 402,257 537,965 1163,45
Cặp bánh răng gài số 3 1546,65 728,918 352,39 1245,53
Cặp bánh răng gài số 2 104,51 1367,975 23,811 1147,18
Cặp bánh răng gài số 1 104,617 1387,456 23,830 380,72
2.4. Xác định các thông số cơ bản của bộ đồng tốc:
2.4.1. Chọn loại đồng tốc:
Trên hộp số ô tô du lịch kích thước các bánh răng hộp số nhỏ,không đủ không gian
để thiết kế bộ đồng tốc loại 1,tải trọng tác dụng lên các bề mặt hãm nói chung không lớn
nên có thể sử dụng đồng tốc loại 2.Tùy theo kết cấu cụ thể mà bộ đồng tốc loại 2 của
47. Thiết kế hộp số xe con
-44-
hộp số ô tô có nhiều kiểu dáng khác nhau nhưng cùng chung nguyên tắc cấu tạo.Đối với
xe du lịch thiết kế ta chọn bộ đồng tốc loại IIb (kiểu thanh trượt định vị).
*Ưu điểm:
-Thanh trượt luôn làm nhiệm vụ định vị,còn lò xo định vị được dùng bởi hai vòng lò
xo,nhờ vậy tránh được hiện tượng bị lệch lò xo khi vào gài số.
*Nhược điểm:
-Ma sát giữa hốc định vị và gờ của thanh định vị là ma sát trượt nên hốc định vị có thể
bị mòn.Tuy vậy lực định vị này nhỏ,hơn nữa bộ đồng tốc làm việc trong dầu nên nhược
điểm này có thể khắc phục nhờ chúng luôn được bôi trơn trong dầu.
Hình 3.2- Kết cấu bộ đồng tốc loại IIb (kiểu thanh trượt định vị).
1-Bộ phận nối (Ống nối); 2-Vành răng hãm; 3-Vành côn ma sát; 4-Bánh răng gài số;
5-Trục hộp số; 6-Lò xo định vị thanh trượt; 7-Thanh trượt định vị; α- Góc nghiêng của
mặt côn ma sát; β- Góc nghiêng của bề mặt hãm.
Cấu tạo:
48. Thiết kế hộp số xe con
-45-
+ Bộ phận nối (1): làm nhiệm vụ nối bánh răng quay trơn (4) với trục (5). Bộ phận nối
có cấu tạo tương tự ống gài; di trượt dọc trục bằng then hoa. Các răng của bộ phận nối
(1) được vát nghiêng góc 𝛽 đủ nhỏ để chống gài số khi bánh răng gài (4) chưa đồng đều
tốc độ với trục (5).
+ 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 trên vành côn
ma sát (3). Các răng của vành hãm (2) đều được vát nghiêng góc 𝛽 cùng với các 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 – tức là đồng đều với trục (5).
+ Bộ phận định vị: có nhiệm vụ giữ cho vành ma sát ở vị trí trung gian khi bộ đồng tốc
không làm việc; đồng thời đưa vành ma sát (3) vào tiếp xúc trước với bề mặt côn ma sát
trên bánh răng gài số (4) khi bắt đầu tiến hành gài số.
2.4.2. Mômen quán tính khối lượng tổng cộng qui dẫn về trục li hợp:
Mômen quán tính khối lượng tổng cộng qui dẫn về trục li hợp được xác định theo
tài liệu [2]:
𝐽𝛴 = 𝐽1 + 𝐽2. 𝑖𝑎
−2
+ Σ𝑚
𝑘=1 𝐽𝑧𝑘. 𝑖𝑘
−2
+ 𝐽𝑙. 𝑖𝑙
−2
(2.26)
- Trong đó:
+ 𝑘: Chỉ số để chỉ bánh quay trơn thứ k trên trục thứ cấp.
+ 𝐽1: Mômen quán tính khối lượng của trục sơ cấp hộp số (thường chính là trục ly hợp)
và tất cả các chi tiết nối với trục (như đĩa bị động) (𝑘𝑔. 𝑚2
).
+ 𝐽2: Mômen quán tính khối lượng của trục trung gian và tất cả các chi tiết gắn trên trục
trung gian(𝑘𝑔. 𝑚2
).
+ 𝑖𝑎: Tỉ số truyền của cặp bánh răng luôn ăn khớp của hộp số.
49. Thiết kế hộp số xe con
-46-
+ 𝐽𝑧𝑘: Mômen quán tính khối lượng của bánh răng bị động (quay trơn trên trục thứ cấp
đồng thời ăn khớp với bánh răng chủ động trên trục trung gian) của cặp bánh răng gài số
thứ k (𝑘𝑔. 𝑚2
).
+ 𝑖𝑘: Tỉ số truyền của hộp số ứng với cặp bánh răng gài số thứ k.
+ 𝑚: Số lượng bánh răng quay trơn trên trục thứ cấp (thường xuyên ăn khớp với bánh
răng chủ động trên trục trung gian).
+ 𝐽𝑙: Mômen quán tính khối lượng của bánh răng gài số lùi có quan hệ động học thường
xuyên với bánh răng trên trục trung gian cùng với các khối lượng quay theo khác quy
dẫn về trục của nó (Kg.m2
).
+ 𝑖𝑙: Tỷ số truyền các cặp bánh răng số lùi, tính từ trục sơ cấp hộp số đến bánh răng số
lùi có quan hệ động học với bánh răng trên trục trung gian .
Xác định các đại lượng thành phần trong công thức (2.26)
a) Mômen quán tính J1𝐽1 = 𝐽𝑡𝑟1 + 𝐽1ℎ
𝐽1 = 𝐽𝑡𝑟1 + 𝐽1ℎ (2.27)
- Trong đó:
+ 𝐽𝑡𝑟1: Mômen quán tính khối lượng của trục sơ cấp hộp số (chính là trục ly hợp)
+ 𝐽1ℎ: Mômen quán tính khối lượng của đĩa bị động ly hợp, được xác định theo [2]:
𝐽1 =
𝜋.𝜌.𝑙1.𝑅𝑡𝑟1
4
2
+
𝜋.𝜌.𝑏𝑙ℎ.(𝑅𝑙ℎ
4
−𝑅𝑡𝑟1
4 )
2
(2.28)
- Ở đây:
+ 𝑙1 : Chiều dài trục ly hợp [mm], theo kết quả (2.20) l1= 137,5 [mm]
+ 𝑅𝑡𝑟1: Bán kính trục ly hợp [mm], ta có 𝑅𝑡𝑟1 =
𝑑1
2
sui ra 𝑅𝑡𝑟1=11[mm] ( d1 lấy ở
công thức (2.17)).
50. Thiết kế hộp số xe con
-47-
+𝑏𝑙ℎ: Chiều rộng trung bình của đĩa bị động, theo tài liệu [2] có thể lấy gần đúng bằng
bề dày xương đĩa blh=(1,5-2) [mm] Chọn blh = 1,8
+Rlh: Bán kính ngoài của đĩa ly hợp [mm], theo tài liệu số [2]
𝑅𝑙ℎ = √
3.𝛽.𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥
2.𝑍𝑚𝑠.𝜇.𝜋.𝑝.(1−𝐾𝑅
3)
3
(2.29)
- Trong đó:
+ Memax : Mô men cực đại của động cơ [Nm] , theo đề ta có Memax=152[Nm]
+ 𝛽: Hệ số dự trữ của ly hợp. Theo tài liệu [2] đối với xe du lịch 𝛽 = 1,35 ÷ 1,75 .Chọn
𝛽 = 1,4
+ p: Áp suất pháp tuyến của bề mặt ma sát. [p]=(1,4.105
÷ 2,5.105
) [𝑁/𝑚2
] (theo
[2]) .Chọn p=2,2.105 [𝑁/𝑚2
].
+ 𝐾𝑅: Hệ số tỉ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát, theo tài liệu [2]
𝐾𝑅 =
𝑅1
𝑅2
Vì xe có động cơ tốc độ trung bình và đặc tính động lực xe tốt (ít phải sang số ) nên có
thể chọn KR theo giới hạn nhỏ KR=0,55.
+ Zms:Số đôi bề mặt ma sát, ưu tiên chọn một đĩa bị động nên Zms=2.
+ 𝜇: Hệ số ma sát trượt giữa các đôi bề mặt ma sát. Theo [2], 𝜇 = 0,22÷0,3 chọn 𝜇 =
0,25
Thay số liệu vào công thức (2.29):
𝑅𝑙ℎ = √
3. 𝛽. 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥
2. 𝑍𝑚𝑠. 𝜇. 𝜋. 𝑝. (1 − 𝐾𝑅
3
)
3
= √
3.1,4.152
2.2.0,25. 𝜋. 2,2.105. (1 − 0,553)
3
= 0,1034[𝑚]
= 103,4[𝑚𝑚]
51. Thiết kế hộp số xe con
-48-
Thay số liệu vào công thức (2.28)
𝐽1 =
𝜋. 𝜌. 𝑙1. 𝑅𝑡𝑟1
4
2
+
𝜋. 𝜌. 𝑏𝑙ℎ. (𝑅𝑙ℎ
4
− 𝑅𝑡𝑟1
4
)
2
=
𝜋. 7800.10−9
. 137,5.114
2
+
𝜋. 7800.10−9
. 1,8. (103, 44
− 114)
2
= 2904,377[𝑘𝑔. 𝑚𝑚2
]
b) Mômen quán tính J2.ia
-2
𝐽2. 𝑖𝑎
−2
= (𝐽𝑡𝑟2 + ∑ 𝐽𝑍𝑘
𝑚
𝑘=1 ). 𝑖𝑎
−2
[Kg.m2
] (2.30).
Trong đó:
Jtr2 [Kg.mm2
] : Mômen quán tính khối lượng của trục trung gian hộp số.
Jzk [Kg.mm2
] : Mômen quán tính khối lượng của bánh răng thứ k gắn trên trục trung
gian, đã xác định ở bảng 2.4
JZk = 𝐽𝑎
′
+ 𝐽1 + 𝐽2 + 𝐽3 + 𝐽4
= 3155,791+104,617+104,51+1546,65+2361,143=7272,711 [kg.mm2
].
ia - Tỷ số truyền cặp bánh răng luôn ăn khớp (ia = 2,095).
Thay các số liệu vào công thức (2.30) ta tính được
𝐽2𝑖𝑎
−2
= (
𝜋. 7800.10−9
. 324. (14)4
2
+ 7272,711) . 2,095−2
= 1691,77 [𝑘𝑔/𝑚𝑚2
]
𝐽2𝑖𝑎
−2
=
𝜋. (𝑛 − 1)𝑥2
2!
+ ⋯ {144
c) Mô men quán tính quy dẫn của các bánh răng trên trục thứ cấp Jz3
𝐽𝑧3 = ∑ 𝐽𝑧𝑘
′
. 𝑖𝑘
−2
𝑚
𝑘=1 (2.31)
52. Thiết kế hộp số xe con
-49-
Trong đó:
+𝐽𝑧𝑘
′
: Là mômen quán tính khối lượng của bánh răng thứ k gắn trên trục thứ cấp[𝑘𝑔. 𝑚𝑚2
].
Đã được xác định ở bảng (2.4)
+ 𝑖𝑘: Là tỉ số truyền của số thứ k hộp số, kết quả lấy từ bảng (2.2)
Thay số liệu vào công thức (2.31)
𝐽𝑧3 = 1387,456. (3,818)−2
+ 1367,975. (2,184)−2
+ 728,918. (1,53)−2
+ 402,275. (1,176)−2
= 984,23 [kg. mm2]
Với sơ đồ đã chọn ta có mômen quán tính khối lượng của bánh răng số lùi quy
dẫn về trục ly hợp bằng không, (vì không có quan hệ động học thường xuyên với trục ly
hợp – trừ khi gài số lùi).
Thay tất cả vào (2.26) ta có mômen quán tính khối lượng tổng cộng quy dẫn về trục ly
hợp bằng:
JΣ = 2904,377 + 1691,77 + 984,23 = 5580,387 [kg.mm2
] = 0,0058 [kg.m2
]
2.4.3. Mômen ma sát yêu cầu của bộ đồng tốc:
Mômen ma sát yêu cầu của bộ đồng tốc được xác định theo [2]:
𝑀𝑚𝑠 = 𝐽𝛴. 𝑖𝑘
2
.
𝛥𝜔
𝑡𝑐
[N.m] (2.32)
Trong đó:
JΣ : Mômen quán tính của bánh răng gài số và của tất cả các khối lượng chuyển động
quay trong hộp số có quan hệ động học với trục sơ cấp hộp số (thường là trục ly hợp)
được quy dẫn về trục sơ cấp [kg.m2
]
Theo kết quả tính ở công thức (2.26) ta được: JΣ = 0,0058 [kg.m2
].
ik : Tỷ số truyền thứ k của hộp số tương ứng với chế độ tính toán của đồng tốc (tính
từ trục sơ cấp đến bánh răng gài số cần tính toán), kết quả lấy ở bảng (2.2).
53. Thiết kế hộp số xe con
-50-
Δω : Chênh lệch tốc độ giữa hai bánh gài số, [rad/s]. Được xác định theo [2]:
𝛥𝜔 = 𝜔𝑒𝑜 |
1
𝑖𝑘
−
1
𝑖𝑘±1
| [rad/s] (2.33)
Với:
𝑖𝑘±1 : Tỷ số truyền tính từ trục sơ cấp đến bộ đồng tốc của hộp số ứng với số truyền vừa
nhả số (để tiến hành gài số thứ ik).
ωeo : Tốc độ của động cơ khi bắt đầu chuyển số, [rad/s]. Giá trị này được xác định theo
[2]:
Bảng 2.5- Tốc độ góc động cơ eo [rad/s] khi bắt đầu sang số
Chế độ sang số
Động cơ xăng (Carbuarato)
Động cơ Diesel
Xe du lịch Xe tải và khách
Từ số thấp lên số cao (0,6 0,7)N
(0,7 0,8)N
và M
(0,75 0,85)N
Từ số cao về số thấp (0,4 0,5)N
(0,5 0,6)N
và M
(0,9 1,0)N
Trong đó: N và M tương ứng là tốc độ góc của động cơ ứng với công suất cực đại
và mô men cực đại của động cơ [rad/s].
- Với xe thiết kế là xe du lịch, động cơ xăng thì:
+ Khi chuyển từ số thấp lên số cao ta chọn:
eo = 0,7.N = 0,7.691,15= 483,805 [rad/s]
+ Khi chuyển từ số cao về số thấp ta chọn:
54. Thiết kế hộp số xe con
-51-
eo = 0,4.N = 0,4. 691,15= 276,46 [rad/s]
tc : Thời gian làm đồng đều tốc độ giữa bộ đồng tốc và bánh răng gài số, [s]
Với ô tô du lịch thì:
tc = 0,15 0,3 [s] cho số cao, theo tài liệu [2]
và tc = 0,5 0,8 [s] cho số thấp , theo tài liệu [2]
- Chọn thời gian chuyển số cho số cao (số ba ih3 , số bốn ih4 , số năm ih5 ) là
+ Từ số thấp lên số cao: 0,30 [s].
+ Từ số cao về số thấp: 0,20 [s] .
- Chọn thời gian chuyển số cho thấp (số hai ih2 , số một ih1 ) , theo tài liệu [2] là:
+ Từ số thấp lên số cao: 0,80 [s].
+ Từ số cao về số thấp: 0,50 [s].
Thế số vào (3.32) và (3.33) ta được:
𝑀𝑚𝑠(𝑙−1) = 0,0058. 42
. 483,805 |
1
4
−
1
4,8
| .
1
0,80
= 1,401[𝑁. 𝑚]
𝑀𝑚𝑠(2−3) = 0,0058.1,5822
. 483,805 |
1
1,6
−
1
2,32
| .
1
0,4
= 2,103[𝑁. 𝑚]
𝑀𝑚𝑠(4−5) = 0,0058. (1)2
. 483,805 |
1
1
−
1
1,272
| .
1
0,3
= 1,235[𝑁. 𝑚]
𝑀𝑚𝑠(5−4) = 0,0058. (1,272)2
.276, 46 |
1
1,272
− 1| .
1
0,2
= 1,589[𝑁. 𝑚]
𝑀𝑚𝑠(3−2) = 0,0058. (2,32)2
.276, 46 |
1
2,32
−
1
1,6
| .
1
0,50
= 1,914[𝑁. 𝑚]
𝑀𝑚𝑠(1−𝑙) = 0,0058.4,5452
. 276,46. |
1
4,545
−
1
3,809
| .
1
0,80
= 1,167[𝑁. 𝑚]
55. Thiết kế hộp số xe con
-52-
2.4.4. Bán kính ma sát của bộ đồng tốc:
Nếu gọi Rms là bán kính trung bình của vành côn ma sát bộ đồng tốc, thì mômen
ma sát được tạo ra do lực ép Q tác dụng lên đôi bề mặt ma sát của đồng tốc có quan hệ
với Mms xác định theo tài liệu [2] như sau:
𝑅𝑚𝑠 =
𝑀𝑚𝑠.𝑠𝑖𝑛 𝛼
𝑄.𝜇
(2.34)
- Trong đó:
+ Q: Lực ép tác dụng theo chiều trục lên đôi bề mặt ma sát [N]. Lực ép Q do lực điều
khiển P trên cần số tạo ra và được xác định theo tài liệu [2] :
𝑄 = 𝑃𝑑𝑘. 𝑖𝑑𝑘. 𝜂𝑑𝑘 (2.35)
Trong đó
Pdk: Lực danh nghĩa tác dụng lên cần điều khiển. Với xe du lịch chọn P = 70 [N].
idk : Tỷ số truyền đòn điều khiển, theo tài liệu [2] 𝑖𝑑𝑘 = (1,5 ÷ 2,5) chọn 𝑖𝑑𝑘 = 2,2
𝜂𝑑𝑘: Hiệu suất của cơ cấu điều khiển, theo tài liệu [2] 𝜂𝑑𝑘 = (0,85 ÷ 0,95). Chọn 𝜂𝑑𝑘 =
0,85
𝜇: Hệ số ma sát giữa đôi bề mặt ma sát, theo tài liệu [2] với vật liệu đôi bề mặt là
đồng thau làm việc trong dầu thì 𝜇 = 0,06 ÷ 0,07. Chọn 𝜇 = 0,07.
α : Góc côn bề mặt ma sát [°], theo tài liệu [2] với bề mặt ma sát làm bằng vật liệu là
đồng thau thì góc côn α tốt nhất là 𝛼 = 60
÷ 70
. Chọn𝛼 = 70
.
- Thay vào công thức (2.34) ,ta có:
𝑅𝑚𝑠(𝑙−1) =
1,401.𝑠𝑖𝑛(
7°.𝜋
180°
)
70.2,2.0,85.0,07
= 0,0186[𝑚]
𝑅𝑚𝑠(2−3) =
2,103.𝑠𝑖𝑛(
7°.𝜋
180°
)
70.2,2.0,85.0,07
= 0,028[𝑚]
56. Thiết kế hộp số xe con
-53-
𝑅𝑚𝑠(4−5) =
1,235.𝑠𝑖𝑛(
7°.𝜋
180°
)
70.2,2.0,85.0,07
= 0,0164[𝑚]
𝑅𝑚𝑠(5−4) =
1,589.𝑠𝑖𝑛(
7°.𝜋
180°
)
70.2,2.0,85.0,07
= 0,0211[𝑚]
𝑅𝑚𝑠(3−2) =
1,914.𝑠𝑖𝑛(
7°.𝜋
180°
)
70.2,2.0,85.0,07
= 0,025[𝑚]
𝑅𝑚𝑠(1−𝑙) =
1,167.𝑠𝑖𝑛(
7°.𝜋
180°
)
70.2,2.0,85.0,07
= 0,0155[𝑚]
- Để gài số ta sẽ sử dụng 3 bộ đồng tốc :
+ Bộ đồng tốc thứ nhất dùng để chuyển từ số 5→SL ;SL→5
+ Bộ đồng tốc thứ hai dùng để chuyển từ số 2→1 ;1→2
+ Bộ đồng tốc thứ ba dùng để chuyển từ số 3→4 ;4→3.
- Từ thông số bán kính của hai đồng tốc thứ nhất và thứ hai gần bằng nhau cộng thêm
để thuận tiện cho việc chế tạo và lắp đặt thì ta chọn bộ đồng tốc thứ nhất và thứ hai đều
cùng có cùng kích thước với thông số như sau :
Rms1,2 = 0,031 [m] = 31 [mm] chọn Rms = 31 [mm]
Bộ đồng tốc thứ ba (3→4; 4→3). chọn Rms3 = 0,022 [m] = 22 [mm]
- Chọn bán kính hãm Rβ:
+ Bán kính hãm của đồng tốc thứ nhất và thứ hai.
Khi thiết kế tùy thuộc vào kiểu đồng tốc, giá trị trung bình của 𝑅𝛽 được chọn theo tài
liệu [2]: 𝑅𝛽 = (0,75 − 1,25)𝑅𝑚𝑠
Chọn Rβ1,2 = 1,25.Rms = 1,25.31 = 38,75 [mm] chọn lại Rβ1,2= 39[mm]
+ Bán kính hãm của đồng tốc thứ ba.
57. Thiết kế hộp số xe con
-54-
Chọn Rβ3= 1,25.Rms = 1,25.22 = 27,5[mm] chọn lại Rβ3= 30[mm]
2.4.5. Chiều rộng của bề mặt vành ma sát của bộ đồng tốc:
Chiều rộng bề mặt vành côn ma sát bms [m] có thể xác định:
𝑏𝑚𝑠 ≥
𝑃dk.𝑖𝑑𝑘.𝜂𝑑𝑘
2.𝜋.𝑝𝑁.𝑅𝑚𝑠.𝑠𝑖𝑛 𝛼
[mm] (2.35)
Trong đó :
pN [MN/m2
] : Áp suất pháp tuyến hình thành ở bề mặt đôi ma sát. Với vật
liệu của vành côn ma sát thường được làm bằng đồng thau và được bôi trơn bằng dầu
trong cac-te của hộp số thì giá trị áp suất làm việc cho phép nằm trong khoảng:
pN ≈ (1,0 1,5) [MN/m2
]. Chọn pN = 1 [MN/m2
].
Các thông số khác đã chú thích và xác định ở trên. Thế số vào (2.35) ta có :
𝑏𝑚𝑠1,2 ≥
70.2,2.0,85
2. 𝜋. 106. 0,031. 𝑠𝑖𝑛 (
7. 𝜋
180
)
= 5,517.10−3
[𝑚]
𝑏𝑚𝑠3 ≥
70.2,2.0,85
2. 𝜋. 106. 0,022. 𝑠𝑖𝑛 (
7. 𝜋
180
)
= 7,770.10−3
[𝑚]
Chọn bms1,2 = 0,08 [m] = 8 [mm]
Chọn bms3 = 0,08 [m] = 8 [mm]
2.4.6. Góc nghiêng của bề mặt hãm β:
Góc nghiêng của bề mặt hãm được tính theo [2]:
𝜇.𝑅𝑚𝑠
𝑠𝑖𝑛 𝛼.𝑅𝛽
≥ 𝑡𝑔𝛽 (2.36).
Trong đó :
𝑅𝛽:Bán kính hãm tùy chọn theo bộ đồng tốc, theo kết quả từ mục 2.4.5
58. Thiết kế hộp số xe con
-55-
Thế số vào (2.36) ta có:
Đồi với bộ đồng tốc 1 và 2
0,07.0,031
𝑠𝑖𝑛(
7.𝜋
180
).0,039
≥ 𝑡𝑔𝛽
Hay tg ≤ 0,456
Suy ra: ≤ 24,540
Chọn: = 240
Đồi với bộ đồng tốc 3
0,07.0,022
𝑠𝑖𝑛(
7.𝜋
180
).0,03
≥ 𝑡𝑔𝛽
Hay tg ≤ 0,421
Suy ra: ≤ 22,840
Chọn: = 220
2.4.7. Tính toán kiểm tra các thông số cơ bản của bộ đồng tốc:
Khi tính toán đồng tốc theo phương pháp trình bày trên, chúng ta đã giả thiết rằng
trong quá trình gài đồng tốc thì vận tốc xe không đổi. Thực tế, khi gài đồng tốc, do cắt
ly hợp (hoặc giảm vị trí cung cấp nhiên liệu cho động cơ về chế độ không tải - đối với ô
tô sử dụng ly hợp thủy lực) nên tốc độ của xe giảm trong quá trình gài số.
Do vậy các chi tiết nối với trục sơ cấp hộp số sẽ chuyển động chậm dần theo tốc
độ của xe trong thời gian gài đồng tốc. Điều này sẽ làm cho chênh lệch tốc độ thực tế
tăng lên khi chuyển số từ thấp lên cao, và ngược lại khi chuyển số từ số cao về số thấp,
chênh lệch tốc độ sẽ giảm do vậy thời gian chuyển số thực tế giảm.
59. Thiết kế hộp số xe con
-56-
2.4.7.1. Mômen ma sát thực tế của bộ đồng tốc:
- Theo tài liệu [2] mômen ma sát thực tế của đồng tốc được xác định theo công thức:
𝑀𝑚𝑠 =
𝑄.𝜇.𝑅𝑚𝑠
𝑠𝑖𝑛 𝛼
(2.37)
- Trong đó :
+ μ : Hệ số ma sát của vành ma sát, μ = 0,07.
+ Góc côn của vành ma sát [°] .
+ Rms : bán kính trung bình của vành ma sát [m], từ mục (2.4.4) ta có: R ms1,2 = 0,031 [m]
và R ms3 = 0,022 [m]
+ 𝑄: Lực gài tác dụng lên vành ma sát của đồng tốc [N], kết quả ở công thức (2.35).
Thay số và công thức (2.37) ta được:
𝑀𝑚𝑠1,2 =
70.2,2.0,85.0,07.0,031
𝑠𝑖𝑛(
7.𝜋
180
)
= 2,3308[𝑁. 𝑚]
𝑀𝑚𝑠3 =
70.2,2.0,85.0,07.0,022
𝑠𝑖𝑛(
7.𝜋
180
)
= 1,654[𝑁. 𝑚]
2.4.7.2. Thời gian chuyển số thực tế của bộ đồng tốc :
Theo tài liệu [2] thời gian chuyển số thực tế khi gài đồng tốc đồng tốc được xác định
theo công thức:
𝑡𝑐 =
𝐽𝛴.𝑖𝑘
2
.𝛥𝜔
𝑀𝑚𝑠±𝐽𝛴.𝑖𝑘
2.𝜀𝐶
(2.38)
- Trong đó
+ Dấu (-) ứng với trường hợp gài số thừ số thấp lên số cao.
+ Dấu (+) ứng với trường hợp gài số từ số cao về số thấp.
+ 𝜀𝐶 : gia tốc góc của trục thứ cấp do xe giảm tốc độ khi sang số :
𝜀𝐶 =
𝑔.𝜓.𝑖𝑐𝑘
𝛿.𝑅𝑏𝑥.𝜂𝑐𝑘
(2.39)
60. Thiết kế hộp số xe con
-57-
- Trong đó:
Chọn các thông số theo tài liệu [2]
+g: Gia tốc trọng trường g = 9,81 [m/s2
]..
+𝜓: Hệ số cản tổng cộng của đường, khi tính toán chọn theo tài liệu [2]: 𝜓 = 0,02.
+ 𝑖𝑐𝑘, 𝜂𝑐𝑘: Tỉ số truyền và hiệu suất truyền lực tính từ bánh răng gài đang tính của đồng
tốc đến bánh xe chủ động ô tô. Với đồng tốc bố trí trên trục sơ cấp thì tỉ số truyền ick =
i0 = 5,541
+ Chọn hiệu suất từ hộp số đến bánh xe chủ động theo tài liệu [2]: 𝜂𝑐𝑘= 0,9
+𝛿: Hệ số xét đến các khối lượng quay trong hệ thống truyền lực đến quán tính chuyển
động tịnh tiến của ôtô. Có thể chọn gần đúng theo tài liệu [2]: 𝛿 = 1,05.
+ Rbx là bán kính bánh xe, ta có: Rbx = 0,35 [m]
- Thay vào công thức (2.39) ta có:
𝜀𝐶 =
𝑔.𝜓.𝑖𝑐𝑘
𝛿.𝑅𝑏𝑥.𝜂𝑐𝑘
=
9,81.0,02.4,954
1,05.0,33.0,9
= 3,117[𝑟𝑎𝑑/𝑠2
]
- Thay kết quả εc và các thông số vào công thức (2.38), ta tính được thời gian chuyển số
thực tế của bộ đồng tốc như sau:
𝑡𝑐(𝑙−1) =
0,0043.3,7642.483,805
(2,3308−0,0043.3,8092.3,117)
. |
1
3,809
−
1
4,545
| = 0,505[𝑠]
𝑡𝑐(2−3) =
0,0043.1,62.483,805
(2,3308−0,0043.1,62.3,117)
. |
1
1,6
−
1
2,32
| = 0,375[𝑠]
𝑡𝑐(4−5) =
0,0043.12.483,805
(1,654−0,0043.12.3,117)
. |
1
1
−
1
1,272
| = 0,225[𝑠]
𝑡𝑐(3−2) =
0,0043.2,322.276,46
(2,3308+0,0043.2,322.3,117)
. |
1
2,32
−
1
1,6
| = 0,430[𝑠]
𝑡𝑐(5−4) =
0,0043.1,2722.276,46
(1,654+0,0043.1,2722.3,117)
. |
1
1,272
−
1
1
| = 0,204[𝑠]
61. Thiết kế hộp số xe con
-58-
𝑡𝑐(1−𝑙) =
0,0043.4,5452.276,46
(2,3308+0,0043.4,5452.3,117)
. |
1
4,545
−
1
3,809
| = 0,5[𝑠]
2.4.7.3. Công trượt đôi bề mặt côn ma sát của đồng tốc :
Công trượt do ma sát trượt của đôi bề mặt ma sát đồng tốc Lms [J] được xác định
theo [2] như sau :
𝐿𝑚𝑠 = 𝑀𝑚𝑠. (𝛥𝜔 ± 𝜀𝑐. 𝑡𝑐).
𝑡𝑐
2
(2.40)
Trong đó:
- Dấu (+) : ứng với trường hợp gài số thừ số thấp lên số cao.
- Dấu (-) : ứng với trường hợp gài số từ số cao về số thấp.
- Mms : Mô men ma sát của đồng tốc [N.m]; từ công thức (2.37) Mms = 3,007 [N.m]
- : Chênh lệch tốc độ góc giữa hai số truyền.
- c : Gia tốc góc chậm dần [rad/s2
] được xác định ở (2.39) c = 3,117 [rad/s2
]
- tc : Thời gian chuyển số thực tế, đã xác định ở công thức (2.38).
Thế các số liệu vào (2.40) ta được:
𝑙(𝑙−1) = 2,3308. (483,805. |
1
3,809
−
1
4,545
| + 3,117.0,505) .
0,505
2
= 11,753[𝐽]
𝑙(2−3) = 2,3308. (483,805. |
1
1,6
−
1
2,32
| + 3,117.0,375) .
0,375
2
= 34,637[𝐽]
𝑙(4−5) = 1,654. (483,805. |
1
1
−
1
1,272
| + 3,117.0,18) .
0,18
2
= 16,226[𝐽]
𝑙(5−4) = 1,654. (276,46. |
1
1,272
−
1
1
| − 3,117.0,167) .
0,167
2
= 8,217[𝐽]
𝑙(3−2) = 2,3308. (276,46. |
1
2,32
−
1
1,6
| − 3,117.0,430) .
0,430
2
= 21,72[𝐽]
62. Thiết kế hộp số xe con
-59-
𝑙(1−𝑙) = 2,3308. (276,46. |
1
4,545
−
1
3,809
| + 3,117.0,5) .
0,5
2
= 6,817[𝐽]
2.4.7.4. Công trượt riêng của đôi bề mặt côn ma sát của đồng tốc :
Công trượt riêng của đồng tốc được đánh giá bởi công trượt của đôi bề mặt vành ma
sát trên một đơn vị diện tích của vành ma sát được xác định theo [1]:
𝑙𝑟 =
𝐿𝑚𝑠
2.𝜋.𝑅𝑚𝑠.𝑏𝑚𝑠
[J/m2
] (2.41)
Trong đó:
- Lms : Công trượt của vành ma sát, [J] đã xác định ở (2.34).
- 𝑅𝑚𝑠: bán kính trung bình của vành ma sát [m], từ mục (2.4.4) ta có: 𝑅𝑚𝑠,1,2 =
0,031[ơ𝑚]
- 𝑅𝑚𝑠,3 = 0,022[ơ𝑚]
- bms : Chiều rộng bề mặt vành ma sát, [m]; đã xác định ở (2.4.5): bms =0,008[m]
Thế các số liệu vào (2.41) ta có:
𝐿𝑟(𝑙 − 1) =
11,753
2. 𝜋. 0,031.0,008
= 7542,5[𝐽/𝑚2
] = 7,542[𝐾𝐽/𝑚2
]
𝐿𝑟(2 − 3) =
34,63
2. 𝜋. 0,031.0,008
= 22228[𝐽/𝑚2
] = 22,228[𝐾𝐽/𝑚2
]𝐿𝑟(4 − 5)
=
16,177
2. 𝜋. 0,025.0,008
= 12912[𝐽/𝑚2
] = 12,912[𝐾𝐽/𝑚2
]𝐿𝑟(5 − 4)
=
8,256
2. 𝜋. 0,025.0,008
= 6539[𝐽/𝑚2
] = 6,539[𝐾𝐽/𝑚2
]𝐿𝑟(3 − 2)
=
21,719
2. 𝜋. 0,031.0,008
= 13938[𝐽/𝑚2
] = 13,938[𝐾𝐽/𝑚2
]
𝐿𝑟(1 − 𝑙) =
6,817
2. 𝜋. 0,031.0,008
= 4374,8[𝐽/𝑚2
] = 4,374[𝐾𝐽/𝑚2
]
63. Thiết kế hộp số xe con
-60-
Giá trị công trượt riêng lớn nhất của đồng tốc 2-3 là 22,228 [KJ/m2
] nhỏ hơn giới hạn
cho phép theo tài liệu [2] lr ≤ 100[KJ/m2
] đối với xe con, tải và khách cở nhỏ.
64. Thiết kế hộp số xe con
-61-
Chương 3. MÔ TẢ ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỘP SỐ, ĐIỀU KHIỂN HỘP
SỐ THIẾT KẾ
3.1.Trục hộp số thiết kế
- Trục là một chi tiết quan trọng của hộp số. Nên cần phải có độ bền và độ cứng vững
cao để đảm bảo độ chính xác ăn khớp của bánh răng và làm việc bình thường của các ổ
bi.
- Hộp số thiết kế gồm có ba trục: Trục sơ cấp, trục trung gian và trục thứ cấp.
+ Trục sơ cấp: Trục sơ cấp được đúc bằng thép liền khối với bánh răng chủ động, phần
trước có rãnh then hoa ráp vào moayơ đĩa ly hợp. Trục sơ cấp hộp số quay tựa trong
vòng bi nơi vách trước vỏ hộp số và gối đầu vào trong vòng bi trung tâm đuôi trục khuỷu.
+ Trục trung gian: Trục trung gian được chế tạo liền khối với các bánh răng trung gian.
Trục trung gian được đặt trên hai vòng bi lắp ở vỏ hộp số.
+ Trục số lùi: Bánh răng số lùi quay trên một trục riêng
+ Trục thứ cấp: Một đầu trục thứ cấp lắp vào vòng bi đũa trong bánh răng sơ cấp, đầu
phía sau đưa mô men xoắn ra ngoài. Phía sau trục thứ cấp đặt trên vòng bi lắp ở vỏ hộp
số. Trục thứ cấp có then hoa để lắp bánh răng gài số với bộ đồng tốc. Trục thứ cấp nằm
trùng tâm với trục sơ cấp.
Trục thứ cấp chịu tải trọng và momen xoắn khá lớn. Trục làm việc liên tục chịu
được khả năng va đập lớn và chịu mài mòn tốt.
Bên cạnh vật liệu chế tạo nên trục phải đạt yêu cầu thì những kích thước quan
trọng là các bề mặt lắp ghép đòi hỏi độ chính xác cao về hình dáng hình học và
vị trí tương quan. Những bề mặt này đòi hỏi phải có độ bóng về mặt, độ đồng
tâm, độ vuông góc các bề mặt cần thiết để trục làm việc được lâu dài, để tránh
gây mài mòn cho các bề mặt.
65. Thiết kế hộp số xe con
-62-
3.2.Bánh răng của hộp số thiết kế
Hình 3.1-Cấu tạo bánh răng bị động gài số 1 hộp số thiết kế.
1- Bánh răng bị động gài số 1; 2- Ổ bi kim
Hộp số thiết kế sử dụng bánh răng nghiêng, với các thông tin như sau:
+ B: Bề rộng bánh răng.
+ R: Bán kính vòng chia của bánh răng.
Bánh răng nghiêng có các ưu nhược điểm như sau:
- Ưu điểm:
+ Các bánh răng ăn khớp từ từ đều đặn, nên độ êm dịu cao.
+ Ăn khớp cùng một lúc nhiều răng, nên có hệ số trùng khớp lớn và độ bền cao hơn so
với bánh răng thẳng.
- Nhược điểm:
