thiết kế hộp số xe tk vios 2016 lựa chọn phương án thiết kế và thiết kế tính toán hộp số

1.2 Hộp số cơ khí thông thường 6

1.2.1 Cấu trúc truyền mô men 6

1.2.2 Bộ phận điều khiển chuyển số 8

CHƯƠNG II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ THIẾT KẾ TÍNHTOÁN HỘP SỐ 16

2.1 Lựa chọn phương án thiết kế 16

2.3.3.Tính bền trục 29

2.4 Tính toán ổ lăn 36

CHƯƠNG III KIỂM TRA BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỘP SỐ 39

3.1 Kiểm tra sửa chữa 39

3.1.1.Kiểm tra vỏ hộp số 39

3.1.2.Kiểm tra mặt răng các bánh răng 39

3.1.3.Kiểm tra các vòng bi 39

3.1.4.Kiểm tra cơ cấu đồng tốc 39

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

1.1.2 Yêu cầu

Hộp số ô tô đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

- Có dải tỷ số truyền thích hợp lý, phân bố các khoảng thay đổi tỷ số truyền tối ưu,phù hợp với tính năng động lực học yêu cầu và tính kinh tế vận tải.

- Phải có hiệu suất truyền lực cao.

- Khi làm việc không gây tiếng ồn, chuyển số nhẹ nhàng, không phát sinh các tảitrọng động khi làm việc,

- 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 thờigian dài.

- Có cơ cấu báo hiệu khi gài số lùi.

- Có khả năng bố trí cụm trích công suất để dẫn động các thiết bị phụ khác.

1.1.3 Phân loại

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

a Theo đặc điểm thay đổi tỷ số truyền: hộp số vô cấp và hộp số có cấp:

- Hộp số vô cấp được dùng để tạo thành HTTL vô cấp, trong đó hộp số có tỷ sốtruyền biến đổi liên tục, trong khoảng tỷ số truyền (R) định sẵn, từ thấp đến cao vàngược lại Trên ô tô bộ truyền vô cấp thường gặp: biến mô men thủy lực, bộ truyền đaiđặt biệt, Nếu mô men động cơ làm việc ở giá trị nhất định, sự biến đổi mô men sauhộp số vô cấp là đường liên tục, do vậy các bộ truyền này còn được gọi là bộ truyềnliên 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 truyềntrong hộp số thay đổi với các giá trị cố định khác nhau, do vậy còn được gọi là bộtruyền gián đoạn Mức độ gián đoạn phụ thuộc vào số lượng tỷ số truyền bên trong hộpsố.

Ở đây bộ truyền vô cấp có dạng bao các điểm ngoài của hộp số có cấp, do vậy chophép thay đổi mô men và tốc độ đều đặn hơn, tận dụng tốt công suất của độngcơ.Trong HTTL có thể tập hợp bởi các bộ truyển vô cấp với hộp số có cấp.

b Theo cấu trúc truyền lực giữa các bánh răng:

- Hộp số thường: các bánh răng ăn khớp ngoài với các trục cố định

- Hộp số hành tinh: kết hợp ăn khớp trong và ăn khớp ngoài có trục di động.

c 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 giangần đây đã xuất hiện các hộp số cho phép làm việc theo phương pháp điều khiển bằngtay và điều khiển tự động tùy chọn bằng các nút chọn trên bảng điều khiển (hộp số cóhai li hợp trên một số ô tô con).

d 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

nếu nối trực tiếp trục chủ động và trục bị động có thể tạo ra số truyền thẳng Cấu trúcnày 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 Trongmột số trường hợp số truyền cao nhất có thể truyền qua nhiều cặp bánh răng Cấu trúcnày thường gặp trên ô tô có động cơ đặt trước, cầu trước chủ động.

e Theo số tỷ số truyền chung của hộp số chính

Theo số lượng số tiến là 3,4,5…

1.2.Hộp số cơ khí thông thường

Cấu tạo hộp số cơ khí thông thường có cấp bao gồm các bộ phận cơ bản:

- Bộ phận nhận chức năng truyền và biến đổi mô men bào gồm: các cặp bánh răngăn khớp, các trục và ổ đỡ trục vỏ hộp số.

- Bộ phận điều khiển chuyển số theo sự điều khiển của người lái và khả năng giữnguyên trạng thái trong quá trình xe hoạt động, bao gồm: cần số, các đòn kéo, thanhtrượt, nạng gài, khớp gài, cơ cấu định vị, khóa hãm, cớ cấu bảo hiểm số lùi.

1.2.1 Cấu trúc truyền mô men

a Hộp số 3 trục

I: trục chủ động II: trục trung gian

G1, G2, G3: các khớp số gài 0.,1.,2.,3.,4.,.L.: Các vị trí gài

III: trục bị độngIV: Trục số lùi

Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu và bố trí trục hộp số 3 trụcƯu điểm:

- Ở số truyền thẳng, dòng lực truyền trực tiếp từ trục sơ cấp qua khớp gài tới trục thứcấp Các bánh răng làm việc không tải, hiệu suất truyền lực của hộp số là cực đại, thờigian làm việc chiếm 50% - 70% tổng thời gian chuyển động, do vậy hạn chế hao mònbánh răng.

- Bánh răng của hộp số được sử dụng với hai loại bánh răng nghiêng và bánh răngthẳng Các bánh răng có răng nghiêng giúp tăng khả năng chịu tải và giảm độ ồn, tuynhiên trong thiết kế cần chịn chiều nghiêng hợp lý để hạn chế tối đa lực dọc trục tácdụng lên ổ đỡ trục.

- Với cấu trúc tỷ số truyền qua 2 cặp bánh răng ăn khớp nên chiều quay của trục chủđộng và bị động không thay đổi, cho phép thực hiện một số giả trị tỷ số truyền lớn.

Nhược điểm:

- Ổ bi phía trước của trục thứ cấp được đặt vào lỗ đằng sau của trục sơ cấp Do điềukiện kết cấu của hộp số (kích thước trục sơ cấp), ổ bi này không thể làm to được, chonên khi làm việc có lực tác dụng thì ổ bi này sẽ ở tình trạng căng thẳng.

Hiệu suất truyền lực sẽ thấp do truyền qua nhiều cặp bánh răng ăn khớp.b Hộp số 2 trục

I: trục chủ độngII: trục bị động

G1, G2, G3: các khớp số gài 0.,1.,2.,3.,4.,.L.: Các vị trí gài C1,C2: bánh răng chủ động vàbị động truyền lực chính

Hình 1.2 Sơ đồ kết cấu và mặt cắt hộp số 2 trụcƯu điểm:

- Các số truyền đều truyền qua 1 cặp bánh răng ăn khớp, cho phép nâng cao hiểusuất truyền lực, giảm nhỏ kích thước hộp số và phù hợp với ô tô con có động cơ và cầutrước chủ động.

- Với việc bố trí hộp số và cầu chủ động trong một không gian bao kín, cho phép sửdụng chung 1 loại dầu, nhưng có khối lượng dầu đủ lớn và tạo khoang chứa dầu hợp lý,thuận lợi bôi trơn vung té.

- Ngày nay, hộp số hai trục được dùng rất phổ biến trên ôtô du lịch (giá trị tỷ sốtruyền không cần lớn) Do đảm bảo tính gọn nhẹ của hệ thống truyền lực, không sửdụng các đăng trong điều kiện không gian gầm xe chặt hẹp.

Nhược điểm:

- Do chỉ truyền qua 1 cặp bánh răng ăn khớp nên giá trị tỷ số truyền không cao Đểđảm bảo tỷ số truyền phù hợp điều kiện chuyển động thì kích thước hộp số sẽ lớn.

1.2.2 Bộ phận điều khiển chuyển số

Bộ phận điều khiển chuyển số trong hộp số có cấp yêu cầu:- Điều khiển chuyển số nhanh chóng,

- Thiết lập một vị trí gài cà giữ ổn định các vị trí gài,

- Đảm bảo: gài hết chiều dài cần thiết trong khớp gài, có vị trí trung gian để động cơlàm việc không tải lâu dài (ngắt dòng truyền mô men),

- Hạn chế (hoặc oại trừ) khả năng va đập, gây ồn trong chi tiết truyền mô men của hộp số,

- Có khả năng toa cảm giác khi thực hiện gài số lùi.

Đáp ứng nhu cầu trên, kết cấu bộ phận chuyển số rất đa dạng, nhưng cso các phần cơ

a Cơ cấu điều khiển chuyển số trực tiếp trên nắp của hộp số

Phần lớn các chi tiết của cơ cấu chuyển số nằm trên nắp hộp số, cần số được bố trí dưới sàn xe ngay cạnh vị trí ngồi người lái Các chi tiết bao gồm: cần số, trục trượt nạng gài, vành gài và cách bánh răng được gài số.

1 Cần số

2 Đầu trong cần số3 Trục tượt gài số

4 Nạng gạt5 Khớp gài số6 Gối cầu cầnsố

7 Cơ cấu định vị8 Vành đồng tốc9 Bánh răng đượcgài

A- Hành trình chọn trụcB- Hành trình gài số

Hình 1.3 Các chi tiết, mặt trích ngang cơ cấu điều khiển chuyển số trên nắp hộp số

Mỗi trục trượt đảm nhận 2 số gài Các trục được bố trí sao cho khi tất cả các vị trínạng gạt ở vị trí trung gian, các rãnh trên trục trượt thẳng hàng với nhau, đảm bảo đầutrong cần số 2 có thể di chuyển giữa các rãnh (A- hành trình chọn trục trượt).

Các trục trượt 3, được di chuyển theo hướng dịch chuyển B (hành trình gài số) Trênmỗi trục trượt có 3 rãnh định vị, tương ứng với 3 vị trí không gài số (vị trí trung gian),các vị trí biên tương ứng với vị trí gài số Ở nắp trượt có bố trí bi, lò xo 7 và kết hợp

với rãnh định vị của trục trượt hình thành cơ cấu định vị cho trục trượt.

1 Ba rãnh thẳng hàng2 Rãnh đặt đầu cần số3 Các nạng gài số

4 Lẫy số lùi

5 Rãnh định vị trục trượt

Hình 1.4 Bố trí các trục trượt trong hộp sốb Cơ cấu chuyển số từ xa

Trong điều kiên truyền lực, khoảng cách tờ vị trí người lái tới nơi đặt hộp số xa cầnthiết bố trí điều khiển từ xa như cơ cấu điều khiển dùng trục nối dài.

Một số ô tô con sử dụng hai dây cáp truyền 2 chuyển vị điều khiển chuyển số từ chỗngồi của người lái tới hộp số Mỗi sợi cáp có chức năng truyền 1 chuyển vị cần số tớihộp số: A- Chọn trục trượt, B- Gài số

1 Cần số

2 Bệ điều khiển3 Cáp nối dài4 Hộp số

Hình 1.5 Cơ cấu điều khiển dùng cáp nối dài

Một số ô tô còn sử dụng các cơ cấu điều khiển chuyển số bằng cơ khí – khí nén,thủy lực, hay tổ hợp cơ khí – khí nén thủy lực điện từ, dựa trên cơ sở của các kết cấu cơkhí đã trình bày ở trên.

c Các bộ phận đảm bảo an toàn chuyển số

 Cơ cấu định vị, khóa hãm trục trượt

Cơ cấu định vị trục trượt dùng để gài số đúng vị trí và tránh nhảy số sau khi đã được

gài Hiện nay trên ô tô thường dùng cơ cấu định vị loại bi lò xo Khi gài số dưới tácđộng lực từ người lái, trục trượt dịch chuyển dọc trục, viên bi bị đẩy lên và lò xo địnhvị bị nén lại Khi đã gài số nào đó, rãnh lõm trên trục trượt sẽ trung với vị trí đặt viênbi Nhờ có lực căng lò xo, viên bi giữ trục trượt ở nguyên vị trí này cho đến khi chuyểnsố khác.

1.Nắp che2.Nắp hộp số3.Trục trượt4.Nạng gạt5.Sợi thép khóa

6.Ốc7.Lò xo tỳ8.Chốt tỳ9.Chốt khóa10 Khóa bi

11 Lò xo định vị12 Bi tỳ13 Chốt khóa trục14 Trục số lùi

Hình 1.6 Cơ cấu định vị, khóa hãm, bảo hiểm số lùi

Bộ phận khóa hãm dùng để ngăn ngừa gài đồng thời hai trục trượt một lúc Như

vậy loại trừ khả năng ở một thời điểm cả hai số truyềnđược thực hiện, nhằm tránh gãy và vỡ bánh răng vàtrục.

Khi một trong các thanh trượt đã ở vị trí gài số thìcác thanh trượt còn lại bị khóa cứng Bộ phận khóa

hãm được mô tả trên mặt cắt B-B của hình 1.6 Kích

thước của bi và rãnh vát được tính toán sao cho khi mộttrục di chuyển khỏi vị trí trung gian, các trục còn lại bị

trục trượt sô lùi Kết cấu được thể hiện trên mặt cắt A-A của hình 1.6 bằng các chi tiết,

lò xo tỳ, chốt tỳ, chốt khóa Lực người lái cần thắng lực cản lò xo 7 để đẩy trục trượt sốlùi 14 vào vị trí gài số.

d Khớp gài và bộ đồng tốc

Một số kết cấu gài số:

- Gài trực tiếp bánh răng, gài qua ống dễ gài số được dùng cho số 1 và số lùi,- Gài qua các bộ gài đồng tốc được dùng cho các số truyền cao.

 Gài trực tiếp và gài qua ống dễ gài số

Loại ống gài có ưu điểm là kết cấu đơn giản, kích thước gọn Nhưng khi bố trí cácsố truyền cao sẽ gây nên va đập đầu răng khi gài số Do vậy ở số truyền cao thường sửdụng các bộ gài đồng tốc thay cho ống dễ gài số.

 Bộ đồng tốc

Sự giảm nhỏ hoặc triệt tiêu va đập ở các răng gài số được thực hiện chỉ khi hai phầnđược gài với nhau có cùng tốc độ quay Để đáp ứng nhiệm vụ này, trong hộp số của ôtô dùng bộ đồng tốc ở tất cả các số truyền hoặc một phần các số truyền.

Bộ đồng tốc được phân theo các đặc điểm sau:+ Theo mức độ san đều tốc độ:

- Bộ đồng tốc hoàn toàn: chỉ cho phép gài số khi tốc độ góc của hai phần được gàivới nhau hoàn toàn giống nhau.

- Bộ đồng tốc không hoàn toàn: cho phép gài số, khi tốc độ góc của hai phần đượcgài cới nhau vẫn chưa hoàn toàn bằng nhau, nhưng cần lực đủ lớn của người lái tácdụng lên cần số Dạng này sử dụng ở trên một số xe và ở các số truyền thấp

+ Theo đặc điểm kết cấu của phần tử khóa: đồng tốc có chốt hướng tâm, đồng tốc cóchốt hướng trục.

Sau đây giới thiệu về Bộ đồng tốc có khóa chuyển số:

o Moayơ đồng tốc có ba rãnh theo chiều dọc trục, và các khoá chuyển số luồnvào các rãnh này Lò xo của khoá luôn luôn đẩy khoá chuyển số này vào ống trượt.

Do đó, các then của ống trượt gài số ăn khớp với các rãnh then của vòng đồng tốc.

Hình 1.10 Kết thúc việc chuyểnKết

thúc việc chuyển số

Sau khi then của ống trượt gài sốăn khớp với rãnh then của vòng đồngtốc, ống trượt tiếp tục dịch chuyển vàăn khớp với rãnh then của bánh răngsố Khi đó, việc chuyển số sẽ kếtthúc.

CHƯƠNG II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾVÀ THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỘP SỐ

2.1 Lựa chọn phương án thiết kế

Dựa vào phân loại hộp số cơ khí thông thường theo số trục ta có hai phương án lựa chọn:

- Hộp số 3 trục- Hộp số 2 trục

Đề tài môn học em lựa chọn “Thiết kế hộp số cơ khí xe con 5 chỗ”, thông số thamkhảo xe con Vios 2016 lắp ráp tại Việt Nam Xe con Vios 2016 có động cơ đặt trước,cầu trước chủ động Dựa trên việc phân tích ưu nhược điểm của hộp số 2 trục và 3trục, em lựa chọn hộp số 2 trục.

Hộp số 2 trục có thể bố trí với 4, 5 hay nhiều cấp số truyền Số lượng cấp số truyềncàng lớn, càng sử dụng tốt hơn công suất động cơ, tính kinh tế nhiên liệu cao hơn Tuynhiên hộp số điều khiển bằng tay, kết cấu hộp số, bộ phận điều khiển chuyển số phứctạp Vậy nên lựa chọn hộp số 5 cấp số truyền cho ô tô con.

Xét trên yêu cầu thiết kế của bài toán và theo xe tham khảo ta trọn hộp số 2trục 5 số tiến:

Bảng 2.1 Các trạng thái làm việc của hộp số

Hình 2.1 Sơ đồ hộp số 2 trục 5 cấp

Loại động cơ 4 xy lanh thẳng hàng,16 van DOHC, Dual VVT-iCông suất tối đa, Nemax/nN kW (Mã lực) /

Mô men xoắn tối đa Memax/nM Nm / (vòng/phút) 140/4200

rb .nv

i fc .ihn.vmax

nv : Số vòng quay của trục khuỷu động cơ, ứng với vận tốc lớn nhất của ô tô

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

ifc : Tỷ số truyền của hộp số phụ hoặc hộp phân phối ở số truyền cao, ifc =1

ihn : Tỷ số truyền của hộp số chính ở số truyền cao nhất, i5

vmax : Vận tốc lớn nhất của ô tô tính theo km/h, Theo xe tham khảo: i0 = 4,06

2.1.2.Xác định tỷ số truyền tay số 1

vmax = 180 (km/h)Ta xác định tỷ số truyền tay số 1 theo điều kiện cản và điều kiện bám:

- Theo điều kiện cản: ih1

- Theo điều kiện bám:

 ψ max .G.rb

Me max .i0 .i fc .ηt

 Gϕ .ϕ rbM e max .i0 .i fc .η

(2.2)(2.3)Trong đó:

ψmax : Hệ số cản lớn nhất của mặt đường, ψmax f tgαmax , f: hệ số cản lăn của đường, f = 0,02; αmax: góc dốc cực đại của đường, αmax= 150 do đó

ψ max = 0,02 + tg150 = 0,28 G: Trọng lượng của ô tô (N), G= 15000(N),

i0 : Tỷ số truyền của truyền lực chính.; i0 = 4,06,

ηt : Hiệu suất của hệ thống truyền lực, ηt

= 0,85,

Gϕ : Trọng lượng của ô tô phân bố lên cầu chủ động, đây là xe con động cơ đặttrước, cầu trước chủ động, ta giải thiết trọng lượng phân lên cầu trước bằng 60%trọng lượng cả xe Coi cos15o ≈ 1, do đó trọng lượng bám của xe:

Gϕ = 0,6.G = 0,6 15000 = 9000 (N),

ϕ : Hệ số bám của bánh xe chủ động với mặt đường Chọn ϕ = 0,8,

m.

a

Thay vào ta có tỷ số truyền tay số 1: 2,58  ih1  4,31Ta

chọn ih1= 3.54 (theo xe tham khảo)

b Tính toán tỷ số truyền của các tay số trung gian

Lựa chọn hộp số có 5 tay số tiến (số lượng số truyền n = 5) và 1 số lùi Từ côngthức (2.1) với số vòng quay lớn nhất của động cơ

Trong đó ka là hệ số kinh nghiệm đối với xe con, ka = 14,5÷16, ta chọn ka = 14.5.

Ta có aw = 75.3 mm.

Theo giá trị tiêu chuẩn chọn aw = 80 mm.

b Chọn thông số mô đun và góc nghiêng răng βModun pháp của bánh răng

kinh nghiệm trong khoảng: mn của các bánh răng trong hộp số thường chọn theoĐối với xe con loại nhỏ: 2,25 ÷ 2,75 ; ta chọn mn =2,5

Các bánh răng nghiêng trong hộp số ô tô được chế tạo với các răng nghiêng để giảmđộ ồn làm việc cũng như tăng độ bền của răng Góc nghiêng của răng được chọn trongkhoảng:

Đối với hộp số hai trục ô tô con β = 20 ÷ 250

ta chọn β=200 Riêng các bánh răng số lùi ta chế tạo là răng thẳng vì khi chuyển số ởcác tay số này chúng ta dùng nạng gạt.

c Xác định số răng

Đối với hộp số 2 trục, tỷ số truyền của hộp số ở tay số i bất kỳ ihi được tạo ra bởimột cặp bánh răng duy nhất, nên sau khi đã chọn được aw , m, β có thể tính số răng củabánh răng chủ động zi trong các cặp bánh răng như sau:

mn .(1 ihi )

Số răng của các bánh răng bị động zi’:

zi ' zi.ihi

Bảng 2.3 Số răng của các bánh răng chủ động, bị động

 z '

Số răng của các bánh răng trên trục bị động:

z1’ = 47; z2’ = 43; z3’ = 39; z4’ = 34; z5’ = 28;- Xác định số răng của bánh răng tay số lùi

Từ sơ đồ thiết kế qua 2 cặp bánh răng L-L1 và L1-L’ tỷ số truyền của bánh răng sốlùi được xác định :

ZZ ZL1 Z 'L Z 'ZLLL1L

Với ihL = 3,25, ta chọn ZL =13; Z’L = 42, ZL1 = 20.

d 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: