tính toán thiết kế hộp số trên xe innova e 2.0MT 2014

Vì xe thiết động cơ nằm dọc trên phía đầu xe, cầu sau chủ động nên ta chọn hộp số 3 trục 5 cấp làm phương án thiết kế. Tính toán thông số cơ bản Bán kính làm việc trung bình Từ kí hiệu lốp 20565R15 có bề rộng của lốp B = 205 mm , đường kính lốp d=15inch = 381 mm. Vậy bán kính thiết kế lốp r0 = (B + d2) = 395,5 mm. Do đó bán kính làm việc trung bình của

TỔNG QUAN

Công dụng, yêu cầu, phân loại của hộp số ô tô

- Thay đổi tỷ số truyền của hệ thống truyền lực để tạo được lực kéo tại các bánh xe chủ động phù hợp với điều kiện chuyển động.

- Tạo chuyển động lùi cho ô tô.

- Có thể ngắt dòng truyền lực trong thời gian dài.

Trên một số ô tô, chức năng thay đổi mômen truyền có thể được đảm nhận nhờ một số cụm khác (hộp phân phối, cụm cầu xe) nhằm tăng khả năng biến đổi mô men đáp ứng mở rộng điều kiện làm việc của ô tô.

Cấu tạo của ô tô cần đáp ứng một số yêu cầu cơ bản sau:

- Có số tay số và dải tỷ số truyền thích hợp để đảm bảo được tính năng động lực học và tính kinh tế nhiên liệu của xe.

- Phải có hiệu suất truyền lực cao.

- Việc chuyển số phải được thực hiện dễ dàng, tiện lợi (lực tác động và hành trình cần gạt không quá lớn), nhanh chóng và không gây tiếng ồn.

- Có cơ cấu định vị chống nhảy số và cơ cấu chống gài đồng thời hai số.

- Có vị trí trung gian để có thể ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian dài.

- Có cơ cấu báo hiệu khi gài số lùi.

- Kết cấu nhỏ, gọn, dễ điều khiển, bảo dưỡng và sửa chữa.- Có khả năng bố trí cụm trích công suất để dẫn động các thiết bị phụ khác.

Tùy theo những yếu tố căn cứ để phân loại, hộp số được phân loại như sau:

1.1.3.1 Theo trạng thái của trục hộp số trong quá trình làm việc

- Hộp số có tất cả các trục cố định

- Hộp số có trục di động (hộp số hành tinh): Hộp số hành tinh và biến mô men là một cụm có chung vỏ làm thành cụm hộp số tự động được lắp liền sau động cơ Cụm hộp số tự động có hệ thống điều khiển điện từ thủy lực làm việc theo chương trình lập sẵn, thực hiện tự động đóng ngắt thay đổi các tỷ số truyền bên trong hộp số chính Cấu tạo của hộp số hành tinh dùng trên ô tô và các phương tiện giao thông khá phức tạp Hộp số hành tinh được tổ hợp từ các cơ cấu hành tinh cơ bản hoặc từ các cơ cấu hành tinh tổ hợp

1.1.3.2 Theo số trục của hộp số (không kể trục số lùi)

Trên ô tô con thường sử dụng hộp số chính ba trục hoặc hai trục.

-Hộp số ba trục có trục chủ động (trục sơ cấp) và trục bị động (trục thứ cấp) được thiết kế đồng trục Phần lớn các số truyền đều thông qua hai cặp bánh răng ăn khớp, nếu nối trực tiếp trục chủ động và trục bị động có thể tạo ra số truyền thẳng Cấu trúc này thường gặp trên ô tô có cầu sau chủ động.

-Hộp số hai trục : tất cả các số truyền truyền qua một cặp bánh răng ăn khớp Trong một số trường hợp số truyền cao nhất có thể truyền qua nhiều cặp bánh răng Cấu trúc này thường gặp trên ô tô có động cơ đặt trước, cầu trước chủ động.

1.1.3.3 Theo số tỷ số truyền chung của hộp số chính

Theo số lượng số tiến là 4,5…

1.1.3.4 Theo đặc điểm thay đổi tỷ số truyền

- Hộp số vô cấp được dùng để tạo thành HTTL vô cấp, trong đó hộp số có tỷ số truyền biến đổi liên tục, trong khoảng tỷ số truyền (R) định sẵn, từ thấp đến cao và ngược lại Trên ô tô bộ truyền vô cấp thường gặp: biến mô men thủy lực, bộ truyền đai đặt biệt, Nếu mô men động cơ làm việc ở giá trị nhất định, sự biến đổi mô men sau hộp số vô cấp là đường liên tục, do vậy các bộ truyền này còn được gọi là bộ truyền liên tục trong khoảng tỷ số truyền R cho trước Ví dụ: trên biến mô men thủy lực, khoảng R có thể đạt tới 2,7, trên bộ truyền đai đặc biệt có thể R = 4,5.

- Hộp số có cấp, tạo thành HTTL có cấp, được dùng phổ biến trên ô tô Tỷ số truyền trong hộp số thay đổi với các giá trị cố định khác nhau, do vậy còn được gọi là bộ truyền gián đoạn Mức độ gián đoạn phụ thuộc vào số lượng tỷ số truyền bên trong hộp số. Ở đây bộ truyền vô cấp có dạng bao các điểm ngoài của hộp số có cấp, do vậy cho phép thay đổi mô men và tốc độ đều đặn hơn, tận dụng tốt công suất của động cơ.Trong HTTL có thể tập hợp bởi các bộ truyển vô cấp với hộp số có cấp.

1.1.3.5 Theo phương pháp điều khiển chuyển số của hộp số Điều khiển bằng tay, điều khiển tự động, và điều khiển bán tự động Trong thời gian gần đây đã xuất hiện các hộp số cho phép làm việc theo phương pháp điều khiển bằng tay và điều khiển tự động tùy chọn bằng các nút chọn trên bảng điều khiển (hộp số có hai li hợp trên một số ô tô con).

Với tính chất đa dạng của hộp số, trong tài liệu sẽ trình bày với hai dạng hộp số thường gặp trên ô tô: hộp số đơn giản có cấp và hộp số tự động chuyển số.

Đặc điểm cấu tạo của hộp số cơ khí có cấp

Hộp số cơ khí trên ô tô tải hiện nay thường có 2 loại hộp số: hộp số 2 trục, và hộp số 3 trục.

Hộp số 3 trục có các bộ phận chính sau đây: Bánh răng, trục sơ cấp, trục thứ cấp, trục số lùi

Cơ cấu điều khiển gồm có: cơ cấu định vị trục trượt, khóa hãm, bộ đồng tốc, tay số.

Hộp số này có ưu điểm sau:

Khi cùng kích thước bên ngoài như nhau hộp số này cho tỉ số truyền lớn Đặc điểm rất quan trọng là hiện nay động cơ cao tốc được dùng nhiều trên ô tô Như thế nghĩa là nếu cần đảm bảo một tỉ số truyền như nhau thì loại hộp số này có kích thước bé, trọng lượng cũng bé hơn, do đó giảm được trọng lượng toàn bộ ôtô.

Trục sơ cấp và trục thứ cấp đặt đồng tâm cho nên tạo ra được tỉ số truyền thẳng nghĩa là gài cứng trục sơ cấp và trục thứ cấp lại với nhau Trong trường hợp này hiệu suất sẽ rất cao, coi như bằng 1, bởi vì truyền động không qua một cặp bánh răng nào cả Đối với ô tô rất quan trọng bởi thời gian làm việc ở số truyền thẳng chiếm tỉ lệ 50%- 80% Trên các đoạn đường bằng phẳng có thể gài số truyền thẳng, do đó thời gian sử dụng các tay số trung gian sẽ ít đi, cho nên bánh răng và ổ bi ở các tay số này có kích thước

Hộp số có số truyền thẳng có khuyết điểm là ổ bi đằng trước (theo chiều chuyển động của ôtô) của trục thứ cấp được đặt vào lỗ đằng sau của trục sơ cấp Do điều kiện kết cấu của hộp số (kích thước trục sơ cấp, ổ bi này không thể làm to được, cho nên khi làm việc có lực tác dụng thì ổ bi này sẽ ở tình trạng căng thẳng Trong hộp số các bánh răng có nhiệm vụ truyền động giữa các trục Để truyền động được các bánh răng trên các trục phải ăn khớp với nhau

Hình 1.2: Đường truyền công suất

Bánh răng trong hộp số được lắp cố định trên trục bằng then bán nguyệt, then bằng (hoặc liền khối với trục), bánh răng lắp lồng không trên trục nhờ bạc lót.

- Bánh răng: trong hộp số 3 trục thường sử dụng bánh răng di trượt để gài số, lên trong quá trình gài số quá trình va đập cũng thường dẫn đến mòn, vỡ răng.

- Khi dùng phương pháp di trượt để gài số thì buộc phải dùng bánh răng thẳng để lắp trên các then hoa, cho lên như vậy sẽ dẫn đến chất lượng của ăn khớp bánh răng không bằng bánh răng nghiêng Nếu muốn dùng bánh răng nghiêng thì các then hoa phải được chế tạo trên công nghệ xoắn rất phức tạp.

Hay còn gọi là loại trục cố định không đồng tâm, loại hộp số này không có số truyền thẳng Ở tất cả các số truyền chỉ có một cặp bánh răng ăn khớp Hộp số này có ưu điểm là:

- Có hiệu suất cao, bởi vì ở tất cả các số truyền làm việc sự ăn khớp chỉ qua một cặp bánh răng.

- Có thể tăng nhiều độ cứng vững và độ bền của các chi tiết, bởi vì trong hộp số này không có cụm nào bị nào bị hạn chế bởi điều kiện kích thước.

- Kết cấu đơn giản tiện lợi khi sử dụng Khuyết điểm của hộ số này là có kích thước lớn, vì tỷ số truyền của hộp số chỉ do một cặp bánh răng ăn khớp nên trọng lượng sẽ lớn.

Về mặt cấu tạo và nguyên lý làm việc của các cơ cấu điều khiển tương tự hộp số 3 trục Nó chỉ khác hộp số 3 trục về sự bố trí các trục và số lượng các trục mà thôi Hộp số này thường dùng cho xe du lịch với cầu trước chủ động

Hình 1.3: Hộp số 2 trục 4 cấp

1 Trục thứ cấp 7 Các bánh răng số lùi

2 Các bánh răng cấp số 4 8 Các bánh răng cấp số 1

3 Trục sơ cấp 9 Bán trục bên phải và trái

4 Các bánh răng cấp số 2 10 Phớt chặn dầu bộ vi sai

5 Các bánh răng cấp số 3 11 Vành răng bộ vi sai

6 Bánh răng 12 Bộ đồng tốc cấp số một- hai

13 Bộ đồng tốc cấp số ba- bốn

15 Bánh răng chủ động trục thứ cấp

Ngày nay, hộp số hai trục được dùng rất phổ biến trên ôtô du lịch( xe có tải trọng phân bố lên hai cầu tương đương nhau) Do đảm bảo tính gọn nhẹ của hệ thống truyền lực, không sử dụng các đăng trong điều kiện không gian gầm xe chặt hẹp Kiểu hộp số này gồm hai cụm bộ phận cùng lắp đặt chung trong một vỏ hộp: Cụm hộp số sang số bằng tay và bộ vi sai Công suất động cơ được truyền đến trục sơ cấp rồi đến trục thứ cấp hộp số Bánh răng chủ động của trục thứ cấp truyền mômen cho bộ vi sai làm quay các bán trục.

Các bộ phận chính của hộp số

Cơ cấu điều khiển là bộ phận quan trọng của hộp số, nó bao gồm các bộ phận sau: Đòn điều khiển, trục trượt, càng cua, cơ cấu định vị khoá hãm, cơ cấu định vị số lùi, ống gài số, bộ đồng tốc Nó có nhiệm vụ dịch chuyển các bánh răng tương ứng với các ống gài số hoặc bộ đồng tốc ở trong hộp số khi gài và nhả số Đòn điều khiển phải bố trí thuận lợi cho người điều khiển.

Hình 1.4: Cơ cấu gài số

Tuỳ theo sự bố trí đòn điều khiển có hai loại: Loại đặt trực tiếp trên nắp hộp số và loại đặt riêng rẽ đối với hộp số.Dạng đặt trực tiếp trên nắp hộp số: Đòn điều khiển lắp vào nắp hộp số từ trên xuống, đòn được ép vào mặt tựa hình cầu bằng lò xo 1 trực tiếp tác dụng lên đòn từ trên xuống dưới (hình a), hoặc bằng lò xo 2 đặt ở phía dưới và ép vào đòn qua đĩa 5 (hình b), có khi đòn điều khiển lắp vào nắp hộp số từ dưới lên, lúc đó đòn được ép vào mặt tựa hình cầu bằng lò xo 6, lò xo này tựa một đầu vào gờ lồi ra 7 ở vỏ hộp số và ép đòn từ dưới lên, để giữ đòn điều khiển ở vị trí đúng, ở mặt tựa hình cầu có đặt chốt định vị 3 Bề mặt tựa hình cầu của đòn điều khiển được che bụi bẩn và nước bằng bao 4.

Trong khi tiến hành gài số để đảm bảo gài số được an toàn, người ta làm chốt định vị và khoá hãm Định vị dùng để gài các số cho đúng vị trí sao cho bánh răng ăn khớp được hết chiều dài, tránh hiện tượng gài và nhả số ngẫu nhiên Khoá hãm có khuyết tương ứng với số lượng cấp số tương ứng cần gài và thêm chỗ cho vị trí trung gian Khi gài số chốt hãm sẽ bị nén lại làm cho các thanh trượt còn lại không di chuyển tránh gài hai số một lúc Chốt định vị có loại bi, cốc, thanh, loại khoá Khoá hãm có loại bi,thanh,tấm khía rãnh.

Hình 1.5: Kết cấu đòn điều khiển đặt trực tiếp trên hộp số ôtô 1.Lò xo 3 Chốt định vị 5 Đĩa 7 Gờ

2 Lò xo 4 Bao chắn bụi 6 Lò xo

Trên hầu hết các hộp số ôtô (có cấp) hiện nay, người ta sử dụng bộ đồng tốc quán tính để nối ghép trục với bánh răng quay trơn mỗi khi gài số nhằm tránh sự va chạm do các bánh răng 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 gài số, ngược lại khi chưa đồng tốc thì chưa thể thực hiện gài số.Trên xe tải ta chủ yếu sử dụng loại đồng tốc loại 1 ( loại chốt hãm) Tùy theo kết cấu cụ thể mà bộ đồng tốc ô tô có nhiều kiểu khác nhau, tuy vậy chúng đều có chung 1 cấu tạo chung sau:

Hình 1.6: Kết cấu bộ đồng tốc chốt hãm kiểu A (bộ phận nối kiểu liền)

1 bộ phận nối 3 vành ma sát 5,6 chốt định vị

2 chốt hãm 4 bánh răng gài số

- Bộ phận nối (1): có cấu tạo tương tự ống gài (răng ngoài hoặc trong) nối then hoa với trục; tức là có thể di chuyển dọc trục theo 2 hướng để nối với bánh răng số 4 khi đã đồng đều tốc độ

- Chốt hãm (2) : có nhiệm vụ tạo phản lực ngược lên bộ phận nối (1) để chống gài số khi chưa đồng đều tốc độ giữa bộ phận nối (1) với bánh răng gài số (4).

- Vành ma sát (3) của đồng tốc: có nhiệm vụ tạo ra mô men 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 định vị 5 và chốt 6 có nhiệm vụ giữ cho các vành ma sát ở đúng vị trí trung gian khi bộ đồng tốc không thực hiện việc gài số đồng thời cho phép đưa vành ma sát 3 vào tiếp xúc với vành ma sát trên bánh răng 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 xe khách cỡ trung bình và lớn nhờ kết cấu vững chắc và tin cậy.

Các nhà máy MAZ và KRAZ ( của Liên Xô cũ) sử dụng loại đồng tốc loại Ib với bộ phận nối kiểu rời ( gồm các chi tiết 1A và 1B) cũng có nguyên tắc cấu tạo và làm việc tương tự Chỉ khác là 2 vành ma sát 3 của đồng tốc được làm liền khối, do vậy bộ phận được nối tách rời được liên kết với nhau thông qua chốt hãm 2 Nhược điểm của loại này là phải chế tạo hốc hãm H trên ống ma sát 3 trở nên khó khăn hơn.

- Khi chưa đồng đều tốc độ giữa bánh răng gài số 4 và bộ đồng tốc, mô men ma sát hình thành trên vành ma sát 3 làm chốt hãm 2 tì vào bề mặt hãm với góc nghiêng β trên bộ phận nối 1 tại đây xuất hiện phản lực mà thành phần lực chiều Q’ tác dụng ngược lên bộ phận nối 1 vào ăn khớp với khớp răng tương ứng trên bánh gài số 4

- Khi đã có sự đồng đều tốc độ (không có sự trượt tương đối giữa 2 bề mặt côn) mô men ma sát sẽ không còn nữa lúc này lực Q do người lái tạo ra chỉ cần đủ thắng lực lò xo định vị 5 đẩy nhẹ chốt hãm 2 thoát khỏi bề mặt hãm và tiếp tục đưa vành răng của bộ phận nối đi vào ăn khớp với vành răng trên bánh răng gài số 4 Việc gài số được thực hiện.

- Khi chưa đồng đều tốc độ giữa bánh răng gài số 4 và bộ đồng tốc, mô men ma sát hình thành trên vành ma sát 3 làm chốt hãm 2 tì vào bề mặt hãm với góc nghiêng β trên bộ phận nối 1 tại đây xuất hiện phản lực mà thành phần lực chiều Q’ tác dụng ngược lên bộ phận nối 1 vào ăn khớp với khớp răng tương ứng trên bánh gài số 4

- Khi chưa đồng đều tốc độ giữa bánh răng gài số 4 và bộ đồng tốc, mô men ma sát hình thành trên vành ma sát 3 làm chốt hãm 2 tì vào bề mặt hãm với góc nghiêng β trên bộ phận nối 1 tại đây xuất hiện phản lực mà thành phần lực chiều Q’ tác dụng ngược lên bộ phận nối 1 vào ăn khớp với khớp răng tương ứng trên bánh gài số 4.

Khi đã có sự đồng đều tốc độ (không có sự trượt tương đối giữa 2 bề mặt côn) mô men ma sát sẽ không còn nữa lúc này lực Q do người lái tạo ra chỉ cần đủ thắng lực lò xo định vị 5 đẩy nhẹ chốt hãm 2 thoát khỏi bề mặt hãm và tiếp tục đưa vành răng của bộ phận nối đi vào ăn khớp với vành răng trên bánh răng gài số 4 Việc gài số được thực hiện.

Như vậy chỉ khi có sự đồng đều tốc độ giữa bánh răng gài số 4 với bộ phận nối 1 thì mới có thể gài số được số, tránh sự va đập răng cũng như tải trọng động chung cho cả hệ thống truyền lực chung trên ôtô.

CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Các phương án lựa chọn

Hình 2.1: Sơ đồ hộp số 2 trục 5 cấp

Các vị trí gài số số Vị trí gài Dòng truyền

Hộp số 2 trục được sử dụng rộng rãi trên ô tô con có động cơ nằm ngang, cầu trước chủ động nhờ các ưu điểm nhờ kết cấu gọn, ít chi tiết, độ cứng vững của các trục cao Hộp số có thể được bố trí 4,5 hay nhiều cấp số truyền.

Trục chủ động (trục sơ cấp) đồng thời là trục bị động của li hợp đặt trên 2 ổ lăn. Trên trục bố trí 2 bộ khớp gài dạng đồng tốc, gắn then hoa trên trục Các bánh răng chủ động số 1 và số 2 và số lùi bố trí chế tạo liền trục.

Trục bị động (trục thứ cấp) bố trí trên 2 ổ lăn Trục mang theo: 3 bánh răng bị động lắp then hoa trên trục, thực hiện nhận momen truyền sang trục bị động Các bánh răng bị động tương ứng với số 1 số 2 lắp quay trơn trên trục thông qua các ổ con lăn(được chế tạo từ 2 nửa) Các bánh răng số 1 và số 2 chỉ liên kết với trục nhờ khớp gài đồng tốc G3 Khớp gài G3 bố trí trên trục bị động có kết cấu rãnh chứa nạng gạt và 1 bánh răng số lùi L2 Bánh răng L2 trên khớp gài G3 không liên kết với bánh răng số lùi L trên trục chủ động, do vậy không ảnh hưởng tới việc chuyển số 1 và số 2 Trên trục biij động của hộp số bố trí 1 cặp bánh răng trụ răng nghiêng C1,C2 có tỉ số truyền lớn đóng vai trò như bánh răng truyền lực chính trong các cầu xe thông thường Trong lòng bánh răng bị động C2 bố trí các cụm vi sai và bán trục truyền mo men ra các bánh xe Số lùi được thực hiện nhờ việc dịch chuyển bánh răng L1, tới vị trí đồng thời ăn khớp với bánh răng L và bánh răng L2 Nhờ vậy, trục bị động thực hiện đảo chiều quay khi gài số lùi. Khi dịch chuyển bánh răng L1, khớp gài G3 ở vị trí trung gian, đóng vai trò truyền mo men thông qua then hoa của khớp gài sang trục bị động của hốp số

2.1.2 Hộp số 3 trục 5 số tiến

Trục chủ động (trục sơ cấp) đồng thời là trục bị động của li hợp đặt trên 2 ổ lăn. Trên trục bố trí 2 bộ khớp gài dạng đồng tốc, gắn then hoa trên trục Các bánh răng chủ động số 1 và số 2 và số lùi bố trí chế tạo liền trục Trục bị động (trục thứ cấp) bố trí trên 2 ổ lăn Trục mang theo: 3 bánh răng bị động lắp then hoa trên trục, thực hiện nhận momen truyền sang trục bị động

Hình 2.2: Sơ đồ hộp số 3 trục 5 cấp

5 G1, G2 0 ; G3=5 I, III lùi G3, G2 0 ; G1=L I, za  z’a , II, z’L zL1, zL2 z1, III Các bánh răng bị động tương ứng với số 1 số 2 lắp quay trơn trên trục thông qua các ổ con lăn (được chế tạo từ 2 nửa) Các bánh răng số 1 và số 2 chỉ liên kết với trục nhờ khớp gài đồng tốc G3 Khớp gài G3 bố trí trên trục bị động có kết cấu rãnh chứa nạng gạt và 1 bánh răng số lùi L2 Bánh răng L2 trên khớp gài G3 không liên kết với bánh răng số lùi L trên trục chủ động, do vậy không ảnh hưởng tới việc chuyển số 1 và số 2 Trên trục biij động của hộp số bố trí 1 cặp bánh răng trụ răng nghiêng C1,C2 có tỉ số truyền lớn đóng vai trò như bánh răng truyền lực chính trong các cầu xe thông thường Trong lòng bánh răng bị động C2 bố trí các cụm vi sai và bán trục truyền mo men ra các bánh xe Số lùi được thực hiện nhờ việc dịch chuyển bánh răng L1, tới vị trí đồng thời ăn khớp với bánh răng L và bánh răng L2 Nhờ vậy, trục bị động thực hiện đảo chiều quay khi gài số lùi Khi dịch chuyển bánh răng L1, khớp gài G3 ở vị trí trung gian, đóng vai trò truyền mo men thông qua then hoa của khớp gài sang trục bị động của hốp số

2.1.3 Hộp số 3 trục 4 số tiến

Hộp số gồm 3 trục 4 số tiến và 1 số lùi Hộp số được đặt dọc theo xe tăng thêm lực kéo ở bánh xe chủ động nhằm khắc phục lực cản lớn của mặt đường

Các bánh răng trên trục trung gian II chế tạo liền trục và trục bị động đặt trên 3 gối tựa, giúp cho hộp số tuy có kích thước chiều dài lớn song vẫn đảm bảo độ cứng vững cao. Trục bị động dài có ổ bi đỡ ở giữa tạo điều kiện bố trí cần chuyển số phù hợp với vị trí điều khiển của người lái và rút ngắn chiều dài các đăng nối ra cầu sau chủ động.

Hộp số sử dụng 2 ống gài dạng đồng tốc G2, G3 ở các số truyền tiến Bánh răng z1 được bố trí chạy trơn trên trục thứ cấp Bánh răng được gài với trục khi ống gài G2 liên kết với bánh răng Z1 Kết cấu như vậy cho phép chuyển từ số 2 về số 1 kể cả khi tốc độ ô tô còn cao, mà không xảy ra tải tronhj va đập lớn Bánh răng số lùi ZL1 được đặt cố định ở khoang sau của hộp số Banh răng Z’L đặt cố định trên trục trung gian và không ăn khớp trực tiếp với bánh răng ZL1 Bánh răng ZL2 đặt trên trục lùi IV, có thể di chuyển được nhờ khớp gài G1 Khớp gài G1 có 2 vị trí : tương ứng với 2 vị trí gài số

Lùi (L) hay không gài (0) Khi cần số ở vị trí L, bánh răng ZL2 được gạt dọc trục IV tạo khả năng ăn khớp giữa ZL1 và Z’L, thực hiện đảo chiều quay của trục bị động III

Hình 2.3: Sơ đồ hộp số 3 trục 4 số tiến

4 G1, G2 0 ; G3=4 I, III lùi G3, G2 0 ; G1=L I, za  z’a , II, z’L zL2 zL1, III

Chọn phương án thiết kế

Xét trên yêu cầu thiết kế của bài toán và theo xe tham khảo ta trọn hộp số 3 trục 5 số tiến theo sơ đồ dưới.

Hình 2.4: Sơ đồ hộp số 3 trục 4 số tiến

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỘP SỐ

Tính toán tỷ số truyền

3.1.1Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính ( i 0 )

Tỷ số truyền của truyền lực chính i 0 được xác định từ điều kiện đảm bảo cho ô tô đạt vận tốc lớn nhất, được xác định theo công thức:

n v : Số vòng quay của trục khuỷu động cơ, ứng với vận tốc lớn nhất của ô tô tính theo vòng/phút, n v  n e max   n N (vòng/phút) r b

: Bán kính làm việc trung bình của bánh xe, được xác định theo kích thước lốp, tính theo (m).

: Tỷ số truyền của hộp số phụ hoặc hộp phân phối ở số truyền cao. i fc

i hn : Tỷ số truyền của hộp số chính ở số truyền thẳng, i hn  1

. v m ax : Vận tốc lớn nhất của ô tô tính theo km/h

3.1.2.Xác định tỷ số truyền tay số 1.

Ta xác định tỷ số truyền tay số 1 theo điều kiện cản và điều kiện bám.

-Theo điều kiện cản: ax

-Theo điều kiện bám: 1 max 0

  Trong đó: +  m ax : hệ số cản lớn nhất.

- m ax  f tg  f: hệ số cản lăn của đường với v = 38,8 m/s thì

, chọn đường nhựa tốt với

- α max : góc dốc cực đại của đường α max 0

- G:Trọng lượng toàn bộ của ô tô (N) 21300 N

: Tỷ số truyền của truyền lực chính.; i 0

-  t : Hiệu suất của hệ thống truyền lực  t = 0,93

-m:Hệ số phân bố tải trọng động, m = 1,1 – 1,3.

- G  :Trọng lượng của ô tô phân bố lên cầu chủ động:

- :Hệ số bám của bánh xe chủ động với mặt đường

- r b : bán kính làm việc trung bình của bánh xe r b =0,376 (m).

- M e max : Momen xoắn cực đại của động cơ (N.m)

Thay vào ta có tỷ số truyền tay số một 3,1  i h1  6,8

3.1.3.Tính toán tỷ số truyền của các tay số trung gian.

Lựa chọn hộp số có 5 tay số tiến và 1 số lùi.

Tỷ số truyền của các tay số trung gian được xác định theo các biểu thức:

Với n là số lượng số truyền n = 5 i h 2  n  1 i h 1 n  2 = 4 i h 1 3 = 2,8 i h 3  n  1 i h 1 n  3 = 4 i h 1 2 = 1,99 i h 3  n  1 i h 1 n  3 = 4 i h 1

Số truyền cao nhất là số truyền thẳng ih5=1

Ta có các tỷ số truyền của các tay số trung gian là: ih2=2,8; ih3=2; ih4=1,41; ih5=1;

Trị số của tỷ số truyền lùi được chọn lớn hơn số truyền số một ihl = (1,2÷1,3) ih1 = 1,2.3,95 = 4,74.

Tính toán các thông số cơ bản của bánh răng

3.2.1.Xác định khoảng cách giữa các trục.

Tải trọng tính từ động cơ đến hộp số là: Memax= 182 Nm.

Khoảng cách trục sơ bộ được tính theo kinh nghiệm sau: aw = k a 3 M m ax

(mm) Trong đó ka là hệ số kinh nghiệm đối với xe con, ka= 14,5÷16, ta chọn ka,5.

Theo giá trị tiêu chuẩn chọn aw= 85 mm.

3.2.2 Chọn các thông số môđun và góc nghiêng của bánh răng.

Modun pháp tuyến m n của các bánh răng trong hộp số thường chọn theo kinh nghiệm trong khoảng Đối với xe con :2,75 ÷3 ; ta chọn m n =2,84

Phần lớn các bánh răng trong các hộp số ô tô được chế tạo với các răng nghiêng để giảm độ ồn làm việc cũng như tăng độ bền của răng Góc nghiêng của răng β của hộp số

3 trục của ô tô con nằm trong khoảng 22÷34 o

→ Chọn:  30 0 Đối với các bánh răng nghiêng trong các hộp số 3 trục, chọn chiều nghiêng của răng về phía trái đối với các bánh răng trên các trục sơ cấp và thứ cấp và nghiêng phải đối với các bánh răng trên trục trung gian.

Riêng các bánh răng số lùi ta chế tạo là răng thẳng vì khi chuyển số ở các tay số này chúng ta dùng nạng gạt

- Tay số tiến Đối với hộp số 3 trục 5 cấp, mỗi tay số trừ số lùi và số truyền thẳng được tạo nên bởi 2 cặp bánh răng:

Cặp bánh răng dẫn động trục trung gian có tỷ số truyền: ia

Cặp bánh răng nối trục trung gian với trục thứ cấp có tỷ số truyền: ii

Chọn sơ bộ số răng của bánh răng chủ động dẫn động trục trung gian là: za = 17 răng.

Số lượng răng của bánh răng bị động được xác định theo công thức:

Vậy tỷ số truyền của cặp bánh răng luôn ăn khớp:

Xác định tỷ số truyền của các cặp bánh răng đựơc gài số ở các số truyền khác nhau của hộp số: hi i a i i

Với ii là tỷ số truyền của cặp bánh răng được gài ở số truyền thứ i

Bảng 3.2.Tỷ số truyền của các cặp bánh răng ở tay số.

Xác định số lượng răng của các bánh răng dẫn động gài số ở trục trung gian :

Bảng 3.3 Số răng của các bánh răng trên trục trung gian.

Vậy ta có số răng các bánh răng trên trục trung gian z 1 ' = 18 z 2 ' = 22 z 3 ' = 26 z 4 ' = 31

Xác định số lượng răng của bánh răng bị động trên trục thứ cấp:z i z i i i '

Bảng 3.4.Số răng của các bánh răng trên trục thứ cấp.

Số răng z i z i i i ' 34,56 29,92 25,11 21,2 -Vậy chọn số răng các bánh răng trên trục thứ cấp: z1 = 34 z2 = 30 z3= 26 z4= 21

-Xác định số răng của bánh răng tay số lùi.

- Tỷ số truyền lùi thường được chọn: ihl = ia.

3.2.4 Xác định lại chính xác tỷ số truyền và khoảng cách trục hộp số.

Tỷ số truyền của hộp số khi đã chọn số răng của các bánh răng: ihi = ia.ii = za’.zi/ za.zi’ za = 17 răng. z’a = 35 răng. Đối với số lùi :ihl ' a a z z

Bảng 3.5 Tỷ số truyền chính xác ở các tay số.

Các tay số 1 2 3 4 5 Lùi z'i 18 22 26 31 - zi 34 30 26 21 - ihi 3,9 2,8 2,06 1,395 1 4,8

Tính chính xác khoảng cách giữa các trục theo số răng của các cặp bánh răng đã chọn được.Đối với cặp bánh răng nghiêng tính theo công thức:

(mm) Bảng 3.6.Khoảng cách trục chính xác ở các tay số.

Chọn khoảng cách trục chính xác là : a  = 85 mm.

3.2.5 Bề rộng răng (b) Độ cứng vững của hộp số ,tuổi thọ các bánh răng và các ổ bi và hệ số sử dụng vật liệu hợp lý được tạo nên nhờ các tỷ lệ thích hợp giữa các phần tử chính của hộp số.Vì vậy bề rộng răng được lựa chọn theo khoảng cách trục với tỉ lệ b    0,19 0, 23   a 

Giá trị trung bình đối với hôp số 3 trục : b  =0.22 a 

Sau khi tính toán lại khoảng cách trục có sự sai lệch để giải quyết sự sai lệch đó chúng ta có hai giải pháp: thay đổi góc nghiêng của các bánh răng hoặc dịch chỉnh các bánh răng.

-Thay đổi góc nghiêng của các bánh răng: Thông thường biện pháp này người ta ít dùng vì nó sẻ gây khó khăn cho công nghệ chế tạo máy và sửa chữa các bánh răng trong hộp số.

-Dịch chỉnh các bánh răng ăn khớp với nhau: Biện pháp này được dùng nhiều vì chúng ta có thể dể dàng dịch chỉnh nhờ thay dổi khoảng cách giữa giao thanh răng và bánh răng cần chế tạo trong quá trình chế tạo.

3.2.7 Xác định hế số dịch chỉnh bánh răng(hệ số thay dổi khoảng cách trục  0 )

Căn cứ vào giá trị của  0 ta tìm ra được giá trị của  0 và α

Bảng 3.7 Bảng hệ số dịch chỉnh các trục.

3.2.8 Hệ số dịch chỉnh tổng cộng cho hai bánh răng ăn khớp với nhau

Xác định hệ số dịch chỉnh tổng cộng  t :

Do số răng của các bánh răng lớn hơn 17 nên ta thừa nhận công thức gần đúng:

Tính các hệ số này theo tiết diện mặt đầu theo công thức :

Bảng 3.8.Bảng phân chia hệ số dịch chỉnh. cặp BR 1’-1 2’-2 3’-3 4’-4 a’-a

+ Để đảm bảo truyền lực tốt, khi chọn   , ' cần thỏa mãn điều kiện chiều dày răng ở đỉnh răng không được quá nhỏ:

Ta có công thức tính chiều dày răng ở các đỉnh bánh răng

4,467 (mm) Như vậy thỏa mãn điều kiện chiều dày răng ở đỉnh răng không được quá nhỏ.

3.2.9Tính thông số hình học bánh răng

Cặp bánh răng Za – Za’

Thông số Ký hiệu Công thức Kết quả

Số răng z 17 35 Đường kính vòng tròn chia d d= m s z

55,76 114,8 Đường kính vòng đỉnh D d D d  d  2 m n  2  s m s 61,46 120,5 Đường kính vòng đáy D c D c  d  2,5 m n  2  s m s 48,7 107,72

Góc ăn khớp ở tiết diện pháp tuyến  n  n   0 20

59,04 111,52 Đường kính vòng đỉnh D d D d  d  2 m n  2  s m s 64,74 117,2 Đường kính vòng đáy D c D c  d  2, 5 m n  2  s m s 51,96 104,42

Số răng z 22 30 Đường kính vòng tròn chia d d= m s z 72,16 98,4 Đường kính vòng đỉnh D d D d  d  2 m n  2  s m s 77,85 104,1 Đường kính vòng đáy D c D c  d  2,5 m n  2  s m s 65,1 91,3

Thông số Ký hiệu Công thức

Số răng z 26 26 Đường kính vòng tròn chia d d= m s z 85,28

85,28 Đường kính vòng đỉnh D d D d  d  2 m n  2  s m s 90,98 90,98 Đường kính vòng đáy D c

Số răng z 21 31 Đường kính vòng tròn chia d d= m s z 68,88 101,68 Đường kính vòng đỉnh D d D d  d  2 m n  2  s m s 74,6 107,4 Đường kính vòng đáy D c

Cặp bánh răng số lùi được chế tạo theo răng trụ răng thẳng

114,8 Đường kính vòng đỉnh D d D d   d 2 m n 54,9 120,5 Đường kính vòng đáy D c D c  d  2, 5 m n 47,8 113,4

Chế độ tải trọng để tính toán hộp số

3.3.1 Mômen truyền đến hộp số.

-Trục sơ cấp: Ms=Me2 Nm

-Trục trung gian: Mtg = Me.ia= 374,92 Nm.

+Tay số 1: Mtc1=Me.ih12.3,95 = 718,9Nm

+Tay số 2: Mtc2= Me.ih2P9,6Nm.

+Tay số 3: Mtc3=Me.ih3= 362,18 Nm.

+Tay số 4: Mtc4=Me.ih4= 256,62 Nm.

+Tay số 4: Mtc5=Me.ih5= 182Nm

+Tay số lùi : M l4 =Me.il= 862,68 Nm

3.3.2 Lực tác dụng lên bánh răng.

Công thức tính các lực tác dụng lên bánh răng.

Lực hướng kính : R =P.tanα/cosβ

Ta có bảng kết quả giá trị các lực tác dụng lên bánh răng

Bảng 3.11.Giá trị các lực tác dụng lên bánh răng.

Tt Tên gọi Lực vòng

Tính bền bánh răng

a) Tính sức bền uốn u d ms c tp gc ntb k k k k k P b m yk 

MN/m 2 Giá trị các lực tác dụng lên bánh răng:

-P :là lực tiếp tuyến của bánh răng(MN).

-mntb :môđun pháp tuyến ở tiết diện trung bình(m).

-y :Hệ số dạng chân răng, phụ thuộc chủ yếu vào hệ số dịch chỉnh và được tra theo đồ thị

-kβ :Hệ số trùng khớp, đối với răng thẳng kβ = 1, đối với răng nghiêng tra đồ thị kβ=1,2.

-kd :Hệ số tải động, đối với xe du lịch , ta chọn kd=1.5.

-kms:Hệ số ảnh hưởng của ma sát:

.Đối với bánh răng chủ động: kms=1,1.

.Đối với bánh răng bị động: kms=0,9.

-kc : Hệ số tính đến độ cứng vững của trục và phương pháp lắp Đối với bánh răng di trượt trên trục thứ cấp : kc=1,1.

.Đối với bánh răng luôn ăn khớp: kc=1,0.

-ktp : Hệ số tải trọng động phụ do sai số công nghệ, chọn ktp=1,2.

-kgc : Hệ số tập trung ứng suất tại góc lượn chân răng, kgc=1,1 đối với bánh răng không mài góc lượn

Trong đó : y o hệ số dạng răng của bánh răng không hiệu chỉnh tra bảng

 Hệ số điều chỉnh răng ( =0,017) f 0 chiều cao đỉnh răng, - đối với răng dịch chỉnh: f 0 =0,85

- đối với răng không dịch chỉnh: f 0 = 1

Từ tính toán ta có bảng:

Bảng 3.12 Giá trị ứng suất uốn ứng với mỗi bánh răng cặp

Cặp bánh răng lùi : L ' = 1151,4 MN/m 2

 L 1 = 813,4 MN/m 2 Để đảm bảo điều kiện bền, ứng suất tính được phải thoả mãn điều kiện sau: σu≤σσg/1,3.

Với σg là ứng suất gây nên gãy (theo sức bền vật liệu). Ứng suất uốn răng của các bánh răng hộp số thường nằm trong phạm vi sau:

-ở các tay số 1và 2: 350-840MN/m 2 -ở các tay số 3,4 và 5: 150-400 MN/m 2

-ở tay số lùi: 300-1200MN/m 2 Vậy với giá trị trong bảng tính toán các bánh răng đủ điều kiện bền uốn b) Tính bền tiếp xúc Đối với cặp bánh răng chế tạo cùng một vật liệu, tính toàn ứng suất tiếp xúc theo công thức: 1 2

-β :góc nghiêng của bánh răng

-E :môđun đàn hồi của vật liệu Đối với thép E = 2.10 5 N/mm 2

-b ’ :chiều dài tiếp xúc của răng (m), với bánh răng nghiêng ta có: b ’ =bw/cosβ/cos30 0 = 22 (mm) -r’, r :bán kính vòng lăn của bánh răng bị động và chủ động

Bảng 3.13.Bán kính vòng lăn của các bánh răng.

[σtx]00÷2500MN/m 2 đối với bánh răng nghiêng

[σtx]00÷3000MN/m 2 đối với bánh răng thẳng

Bảng 3.14.Số liệu sức bền tiếp xúc của các bánh răng

Kết quả này phù hợp với điều kiện ứng suất cho phép đối với các bánh răng số 1,2,3,4 và cặp bánh răng luôn ăn khớp.

Vậy các bánh răng đảm bảo bền

Tính toán trục

3.5.1 Tính sơ bộ kích thước trục hộp số.

-Trục sơ cấp: d1 = 5,3 3 M e max = 30,035 mm. ta chọn: d1= 30 mm.

-Trục trung gian: d2 = 0,45.aw = 0,45.85 = 38,25 mm Để tiện cho quá trình chế tạo ta chọn : d28 mm. Để đảm bảo độ cứng vững cuả trục cần thỏa mãn điều kiện: d2/l2 = 0,16 ÷ 0,18 => l2= 237,5÷211 mm

Với l2 là độ dài trục trung gian, chọn l2= 225 mm

-Trục thứ cấp: d3= 0,45.aw = 38,25 mm Để tiện cho quá trình chế tạo ta chọn : d38 mm. Để đảm bảo độ cứng vững của trục cần thỏa mãn điều kiện: d3/l3 = 0,18÷0,21 => l3 = 211 ÷181mm Chọn l3 = 210 mm

3.5.2.Tính bền trục hộp số.

-Tính trục theo độ bền uốn.

Tại tiết diện nguy hiểm xác định theo công thức: u   u u u

-Mu- Là mômen chống uốn tổng hợp tại tiết diện nguy hiểm của trục:

(MN) -Mn- Là mômen uốn trong mặt phẳng ngang(yox).

-Md- Mômen uốn trong mặt phẳng thẳng đứng (zox).

-Wu- momen chống uốn đối với trục đặc: Wu=0,1.d 3

-Tính trục theo bền xoắn x x   x x

-Wx-mômen chống xoắn, đối với trục đặc Wz=0,2.d 3

-Ứng suất uốn và xoắn tổng hợp:  th   u 2  4  z 2    th  Đối với thép C45:  th  0,8. ch 0,8.360 288( / mm ) N 2

Giá trị các lực tác dụng lên cặp bánh răng đã biết tt Tên gọi Lực vòng

3.5.2.1 Đối với trục thứ cấp.

Các phản lực tại các ổ lăn trong khoảng ổ C đến D tại tay số 1

Hình 3.1: Giản đồ lực của trục thứ cấp tại tay số 1

Ta có các phương trình cân bằng lực và mô men số tiến số 1 như sau:

Xét trong mặt phẳng XOZ:

Cz = R4 – Dz = 6064,56 -6076,66 = -12,1 ( N), ngược chiều giả định

Xét trong mặt phẳng XOY

Biểu đồ momen tay số 1 tại trục thứ cấp:

Hì nh 3.2 : Biểu đồ momen của trục thứ cấp tại tay số 1 a Tính trục theo bền uốn

+ vị trí trục gài số 1

Momen uốn tổng hợp tại tiết diện nguy hiểm

M  M  M   = 708178,4 (Nmm) ta chọn đường kính tại vị trí lắp bánh răng d = 50 mm

Momen chống uốn đối với trục đặc

= 56,65 (N/mm 2 ) <   u = 80 (N/mm 2 ) b Tính trục theo bền xoắn

Momen xoắn trên trục thứ cấp tại tay số 1:

-Ứng suất uốn và xoắn tổng hợp:

3.5.2.2 Đối với trục trung gian.

Hình 3.3: Giản đồ lực của trục trung gian tại bánh răng số 1

Phương trình cân bằng lực tay số 1

Xét trong mặt phẳng XOZ:

ME = 0  - R2.b1 – Q2.ra’ + Q3.rz1’ - R3.(b2 + b1) + Gz.l2= 0  ou

Ez = - Gz + R2 + R3 = -4605,24 + 3119 + 6064,56 = 4578,32 ( N) Xét trong mặt phẳng XOY

Biểu đồ momen tay số 1 trên trục trung gian:

Hình 3.4 : Biểu đồ momen của trục thứ cấp tại tay số 1 a Tính trục theo bền uốn

- Vị trí lắp bánh răng gài số 1

= 60,76(N/mm 2 ) <   u Ứng suất uốn cho phép đối với thép C45 tôi và có góc lượn   u = 80 (N/mm 2 )

- Vị trí lắp bánh răng Za’

Vậy cả 2 vị trí nguy hiểm điều thỏa mãn điều kiện bền uốn b Tính trục theo bền xoắn

Momen xoắn trên trục trung gian M tg M i e a 374,92

Vị trí bánh răng Za’

Vị trí bánh răng số Z1’

Như vậy trục đã đảm bảo điều kiện bền.

Hình 3.5: Giản đồ lực của trục sơ cấp tại bánh răng số 1

Giải 2 phương trình trên ta được:

Az = -238,9 N, ngược chiều giả định

Xét trong mặt phẳng XOY

Giải phương trình ta được

By = -2755,15 (N), ngược chiều giả định

Biểu đồ momen tay số 1 trên trục sơ cấp:

Hình 3.6 : Biểu đồ momen của trục thứ cấp tại tay số 1 a Tính trục theo bền uốn

M  M  M   = 116247,224(Nmm) ta chọn đường kính tại vị trí lắp bánh răng d = 45 mm

= 12,76 (N/mm 2 ) <   u = 80 (N/mm 2 ) b Tính trục theo bền xoắn

Momen xoắn trên trục sơ cấp tại tay số 1

(N/mm 2 ) Như vậy trục đã đảm bảo điều kiện bền.

Tại vị trí vị trí ký hiệu d D B C(kN)

+) Trục trung gian vị trí ký hiệu d D B C

+) Trục sơ cấp ký hiệu d D B C

Tiêu đề	Tính Toán Thiết Kế Hộp Số Trên Xe Innova E 2.0MT 2014
Người hướng dẫn	GVHD: Chu Văn Huỳnh

Định dạng
Số trang	50
Dung lượng	1,28 MB