Thiết kế hộp số ô tô

- Dựa vào số trục chứa các cặp bánh răng truyền số: + Loại hộp số hai trục: Hộp trục sơ cấp gắn với bánh răng chủ động của số truyền,trục thứ cấp lắp các bánh răng bị động.. + Loại hộp

Đồ án Thiết kế hộp số xe tải

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, công nghiệp ô tô làngành công nghiệp quan trọng hàng đầu Được Nhà nước ta đặc biệt quan tâm và chútrọng để phát triển để thể hiện thế mạnh của Việt Nam trên trường khu vực và Quốc tế

Ý thức được điều đó, sinh viên ngành cơ khí động lực khoa Cơ khí giao thông luôn cốgắng phấn đấu nhiều hơn để có một khối kiến thức thật vững chắc cho công việc saunày Đồ án môn học tính toán và thiết kế ô tô là một đồ án quan trọng đối với sinh viênkhoa Cơ khí giao thông hoàn thành môn học thiết kế ô tô Đồ án giúp sinh viên tự tìmhiểu các kiến thức trên lý thuyết và thực tế để sinh viên có thể hiểu một cách sâu rộng,tổng quát hơn về môn học và kiến thức ngành nghề sau này Thông qua sự hướng dẫntận tình và thấu đáo của thầy Lê Văn Tụy đã giúp em hoàn thành đồ án môn học này

và có thêm một số kiến thức để áp dụng cho thực tế

Qua đây em xin chân thành cảm ơn thầy và chúc thầy thật nhiều sức khỏe!

Đà Nẵng, ngày 17 tháng 04 năm 2017 Sinh viên thực hiện

NGUYỄN TẤN VINH

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ Ô TÔ

1.1 Công dụng và yêu cầu

- Hộp số phải có vị trí trung gian để ngắt truyền động của động cơ ra khỏi hệ thốngtruyền lực trong thời gian dài Phải có cơ cấu chống gài hai số cùng lúc để đảm bảo antoàn không bị gãy vỡ răng

- Hộp số phải có số lùi để cho phép xe chuyển động lùi, đồng thời xe có cơ cấu an toànchống gài số lùi một cách ngẫu nhiên

- Điều khiển nhẹ nhàng, êm dịu và hiệu suất cao

+ Kiểu hộp số vô cấp: Hộp số có mômen truyền qua hộp số biến đổi liên tục và do đó

tỉ số truyền động học cũng thay đổi liên tục

+ Kiểu hộp số có cấp: Hộp số có một số cấp hữu hạn (thường từ 3 đến 20 cấp) Ứngvới mỗi cấp thì giá trị mômen và do đó tốc độ truyền qua hộp số là thay đổi

- Dựa vào số trục chứa các cặp bánh răng truyền số:

+ Loại hộp số hai trục: Hộp trục sơ cấp gắn với bánh răng chủ động của số truyền,trục thứ cấp lắp các bánh răng bị động

+ Loại hộp số ba trục: Trục sơ cấp gắn bánh răng chủ động của số truyền, trục trunggian chứa các bánh răng trung gian và trục thứ cấp chứa các bánh răng bị động Trục

sơ cấp và trục thứ cấp bố trí đồng tâm

- Dựa vào số cấp của hộp số:

+ Hộp số thường: Hộp số có số cấp nhỏ hơn hoặc bằng 6

+ Hộp số nhiều cấp: Hộp số có số cấp lớn hơn 6 ( thường từ 8 đến 20 cấp )

1.2.1 Phân tích đặc điểm hộp số ôtô chia theo số trục

1.2.1.1 Hộp số ba trục

Trên ô tô hiện nay sử dụng nhiều các loại hộp số có trục cố định, điều khiển bằng tay.Loại hộp số này có ưu điểm là kết cấu đơn giản , hiệu suất cao (0,96-0,98), kích thước

và trọng lượng nhỏ

Kết cấu hộp số hộp số đồng trục thường có ít nhất 3 trục chuyển động , có trục sơ cấp

và trục thứ cấp lắp đồng trục , ngoài ra còn có thêm trục trung gian Trục trung gian cóthể có một hoặc hai hoặc ba trục bố trí xung quanh trục sơ cấp nhằm tăng độ cứngvững cho trục thứ cấp duy trì sự ăn khớp tốt nhất cho các cặp bánh răng lắp trên trục

- Ưu điểm :

+ Có số truyền thẳng ,bằng cách nối trực tiếp trục sơ cấp và trục thứ cấp Khi làmviệc ở số truyền thẳng , các bánh răng , ổ trục và trục trung gian hầu như được giảm tảihoàn toàn nên giảm được mài mòn , tiếng ồn và mất mát công suất nên đạt được hiệusuất cao nhất Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với hộp số ô tô vì phần lớn thời gian làm

việc của hộp số là số truyền thẳng (chiếm tỷ lệ từ 50% ÷ 80%) Vì vậy hộp số kiểunày được sử dụng nhiều trên các loại xe ô tô ( từ xe du lịch cho đến xe khách và xe tải)+ Các số truyền khác thì momen truyền qua hai cặp bánh răng , do đó có thể tạo được

tỷ số truyền lớn với kích thước khá nhỏ gọn Nhờ đó giảm được trọng lượng toàn bộ của ô tô

- 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

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

1.2.1.2 Hộp số hai trục

Loại hộp số hai trục là kiểu hộp số thông dụng của truyền động hộp số cơ khí gồm mộttrục sơ cấp gắn các bánh răng chủ động và một trục thứ cấp gắn các bánh răng bị độngcủa các cấp số truyền tương ứng Loại hộp số này không thể tạo ra được số truyềnthẳng như hộp số nhiều trục mặc dù tỷ số truyền của một cấp số nào đó bằng một

, vì phải thông qua cặp bánh răng ăn khớp Điều đó có nghĩa là hiệu suất củamọi cấp số truyền này đều nhỏ hơn một

Kiểu hộp số này phù hợp với hệ thống truyền lực có cầu chủ động bố trí cùng phía trênđộng cơ (cụm động cơ, ly hợp, hộp số bố trí ngay trên cầu chủ động) Chiều chuyểnđộng là ngược nhau, truyền động được dẫn ra trục thứ cấp có chiều ngược với chiềutruyền động dẫn vào đối với trục sơ cấp

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.

- Ưu điểm:

+ Kết cấu đơn giản, làm việc êm dịu và có hiệt 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 cầuchủ động

- Nhược điểm:

+ Kích thước chiều ngang lớn hơn hộp số ba trục đồng tâm khi có cùng tỷ số truyền (ởhộp số đồng tâm, mỗi tỷ số truyền thì ít nhất qua hai cặp bánh răng nên kích thước gọnhơn nhưng hiệu suất thấp hơn trừ số truyền thẳng)

+ Kích thước hộp số lớn sẽ kéo theo trọng lượng lớn, nhất là khi xe có tỷ số truyềnlớn

+ Không có số truyền thẳng, vì thế các bánh răng ổ trục không được giảm tải ở sốtruyền cao nên làm tăng mài mòn và tiếng ồn

1.2.2 Phân tích đặc điểm hộp số ôtô chia theo số cấp

1.2.2.1 Số cấp thường (số cấp từ 3 đến 6)

- Số cấp của hộp số ảnh hưởng lớn đến tính năng động lực cũng như tính kinh tế nhiênliệu của xe Số cấp tăng lên thì tính năng động lực cũng như tính kinh tế nhiên liệu đềutăng, công suất sử dụng để lấy đà và tăng tốc cũng nhanh hơn nhưng lúc đó số lần gài

số phải tăng theo làm phức tạp điều khiển và kéo dài một phần thời gian lấy đà

- Ưu điểm:

+ Có khả năng động lực tốt và tính hiệu quả kinh tế

+ Công suất sử dụng để lấy đà và tăng tốc cũng nhanh hơn

- Nhược điểm:

+ Làm cho kết cấu phức tạp hơn, tăng bề rộng của hộp số

+ Thao tác gài số nhiều hơn làm phức tạp trong việc điều khiển

1.2.2.2 Hộp số nhiều cấp( số cấp từ 8 đến 20 )

- Hộp số nhiều cấp được tạo thành bằng cách ghép thêm vào phía trước hay phía sauhộp số số cơ sở (hộp số chính loại 3 trục) một hộp giảm tốc gọi là hộp số phụ Hộp sốphụ thường có một số truyền thẳng và một số truyền giảm hoặc tăng

- Khi sử dụng hộp số nhiều cấp thì không những hộp số trở nên cồng kềnh mà hiệusuất của hộp số nói chung cũng giảm do mỗi cấp số truyền phải qua nhiều hơn hai cặpbánh răng ăn khớp, trừ số truyền thẳng

Hình 1.4-Sơ đồ hộp số nhiều cấp có hộp số phụ đặt ở phía trước

1p, 2p -Vị trí gài cấp số 1, cấp số 2 của số phụ ; 1, 2, 3, 4, 5, L -Vị trí gài cấp số 1,

số 2, số 3, số 4, số 5, số lùi của hộp số; Zap -Cặp bánh răng dẫn động trục trung gian

từ hộp số phụ; Zac -Cặp bánh răng dẫn động trục trung gian từ hộp số chính; Ip-Trục

sơ cấp hộp số phụ; I -Trục sơ cấp hộp số chính (thứ cấp hộp số phụ);II-Trục trung

gian ; III -Trục thứ cấp hộp số chính.

- Ưu điểm của hộp số đặt ở phía trước:

+ Kết cấu đơn giản, đảm bảo tính thống nhất hoá cao cho hộp số chính

+ Hiệu suất tương tự như hộp số chính khi gài số thấp ở hộp số phụ

- Nhược điểm của hộp số đặt ở phía trước:

+ Yêu cầu khoảng cách trục hộp số lớn hơn , do momen trên trục ra của hộp sốchính lớn

Hình 1.5-Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ kiểu hành tinh đặt phía sau 1,2,3, 4, 5, L -Vị trí gài cấp số 1, số 2, số 3, số 4, số 5, số lùi của hộp số; I -Trục sơ cấp của hộp số chính ;II -Trục trung gian;III -Trục thứ cấp của hộp số chính (Chính là trục sơ cấp của hộp số phụ hành tinh ), IIIp -Trục thứ cấp của hộp số phụ hành tinh

được nối với cần C của cơ cấu hành tinh.

- Ưu điểm của hộp số phụ đặt ở phía sau:

+ Giảm khoảng cách trục và tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hộp số chính

- Nhược điểm của hộp số phụ đặt ở phía sau:

+ Giảm tính thống nhất hóa của hộp số chính

+ Hiệu suất giảm khi gài số truyền thấp

1.3 Cơ cấu điều khiển hộp số

1.3.1 Đòn điều khiển

- Đòn điều khiển có nhiệm vụ : Dịch chuyển các bánh răng ống gài hoặc đồng tốc đểthực hiện quá trình gài hoặc nhả số Đòn điều khiển thường được bố trí trực tiếp trênnắp hộp số.Tuy vậy trong trường hợp đòn điều khiển nằm xa người lái đòn điều khiểnđược tách khỏi hộp số , bố trí gần người lái và nối với hộp số qua hệ thống đòn Cáchđiều khiển hộp số như vậy là điều khiển hộp số từ xa

Hình 1.6-Đòn điều khiển trên nắp hộp số.

1-Gờ tỳ; 2-Lò xo; 3-Khớp cầu; 4-Mũ chụp; 5-Chốt tỳ; 6-Đòn điều khiển

- Đòn điều khiển được luồn vào nắp hộp số từ dưới lên và ép vào mặt tựa hình cầunhờ lò xo 2 Để đảm bảo lắp ghép đúng vị trí , đòn điều khiển được định vị bằng cácchốt 5 Khớp cầu giữa đòn và nắp được che bảo vệ bằng mũ chụp 4

1.3.2 Đặc điểm kết cấu cơ cấu định vị và khóa hãm

1.3.2.1.Cơ cấu định vị

- Cơ cấu định vị có nhiệm vu giữ đúng vị trí của các bánh răng di trượt gài số haybánh răng của bộ đồng tốc ( hoặc ống gài) mỗi khi gài số hoặc nhả số, đảm bảo chocác bánh răng nhả số an toàn hay ăn khớp hết chiều dài của răng Lực định vị vừa đủlớn để tránh hiện tượng tự nhả số hay gài số ngẫu nhiên

- Cơ cấu định vị thường dùng loại bi- lò xo tác dụng lên hốc hãm của thanh trượt(dùng để gắn các càng gạt số)

1.3.2.2 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 bứccác 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 Ống gài số

- Hầu hết các bánh răng gài số của hộp số thường được lắp lồng không lên trục bánhrăng di trượt chỉ dùng hạn chế ở số lùi hoặc số một Để tiến hành gài số đối với cácbánh răng quay trơn trên trục ta phải dùng ống gài hoặc bộ đồng tốc nhằm nối cứngbánh răng với trục thông qua các khớp răng nó có thể là răng trong hoặc răng ngoài

- Để quá trình gài số bằng ống gài được dễ dàng và nhanh chóng hơn, các răng củaống gài được vát nhọn và cứ một răng lại khuyết đi một răng, đồng thời về phía các đairăng 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 chohộp số ô tô , còn hầu hết các số khác của hộp số phải dùng bộ đồng tốc để gài số nhằmđảm bảo bảo việc gài số được êm dịu, không gây va đập răng cho hộp số nói riêng vàcũng 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

1.3.4 Bộ đồng tốc hộp số

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 cácbánh răng và hệ thống truyền lực Bộ đồng tốc có nhiệm vụ làm đồng đều nhanh chóngtốc độ bánh răng quay trơn trên trục so với tốc độ của trục rồi mới cho gài số

1.3.4.1 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; r ms

- Bán kính ma sát trung bình; r β -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 ditrượt 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) đểchống 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 chúngtrước khi gài số

+ Bộ phận định vị: Gồm bi định vị (5) và chốt (6) có nhiệm vụ giữ cho các vành masát ở vị trí trung gian khi bộ đồng tốc không thực hiện gài số , đồng thời cho phép đưavành 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 kháphổ biến ở các xe tải và khách cỡ trung bình và lớn nhờ kết cấu vững chắc và tin cậy

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; Góc nghiêng của mặt côn ma sát; β- Góc nghiêng của bề mặt hãm; r ms - Bán kính ma sát

α-trung bình; r β -Bán kính trung bình mặt hãm.

1.3.4.2 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 sốnhỏ , không đủ không gian để thiết kế đồng tốc lại I Hơn thế nữa, tải trọng tác dụng bềmặt nói chung không lớn nên có thể sử dụng chính bề mặt nghiêng của các răng đểlàm bộ phận hãm Tùy theo kết cấu cụ thể mà đồng tốc loại răng hãm có nhiều kiểudáng 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 bộphận 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)

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; r ms – Bán kính ma sát trung bình; r β – Bán kính trung bình mặt hãm.

- Bộ phận hãm (2) : Có nhiệm vụ chống lại việc gài số khi các bánh răng (4) chưađồng đều tốc độ với trục (5) Bộ phận hãm có cấu tạo gồm vành răng hãm (2) gắn lênvành côn ma sát (3) Các răng của vành răng hãm đều được vát nghiêng với góc vát βcùng 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 giữabánh 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 bộđồng tốc không làm việc , đồng thời cho phép đưa vành ma sát (3) vào tiếp xúc trướcvới bề mặt côn trên bánh răng gài số (4) khi bắt đầu tiến hành gài số

- 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 bềmặt côn ma sát trên bánh răng gài số (4) khi bắt đầu gài số

Trên hình 1.11 là một đồng tốc loại IIb có thanh trượt (7) làm cả nhiệm vụ định vị thaycho viên bi (6) của loại IIa : Thanh trượt (7) làm nhiệm vụ định vị; còn lò xo định vịđược thay bởi hai vòng lò xo xo (6) nhờ vậy tránh được hiện tượng bị lệch lò xo khivào 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 masát trượt thay vì ma sát lăn như loại IIa, nên hốc định vị có thể dễ mòn hơn loại IIa.Tuyvậy 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

Chương 2 TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA

HỘP SỐ 2.1 Tính toán xác định các thông sốyêu cầu ban đầu

2.1.1 Tỉ số truyền số thấp nhất của hộp số

- Tỷ số truyền và số cấp hộp số phải đảm bảo cho xe có chất lượng động lực học vàtính 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 kiệnđịa hình chật hẹp

* Theo tài liệu số [2] thì tỷ số truyền ở tay số 1 (ih1) được tính theo điều kiện kéo cócông thức tính như sau:

ih1 (2.1)Trong đó:

- ih1: Tỷ số truyền ở tay số 1

- : Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường [ ], theo đề: = 0,22

- Ga : Trọng lượng toàn bộ của xe [N] , theo đề : Ga=13770[kG] =135083,70[N]

- : Bán kính làm việc của bánh xe chủ động [m], theo đề = 450[mm]=0,45[m]

- : Mômen quay cực đại của động cơ [Nm], theo đề: = 435 [Nm]

- : Hiệu suất hệ thống truyền lực [ ], theo [1] thì: = 0,82 0,85,chọn = 0,85

- i0 : Tỷ số truyền của truyền lực chính [ ], được tính theo [1]:

(2.2)Trong đó:

- ihn :Tỷ số truyền cao nhất của hộp số [ ], theo tài liệu [2] chọn ihn = 1

- : Tốc độ lớn nhất của động cơ [rad/s] , theo [2] với động cơ xăng , xe tải thì:

= (0,8-1,0)Trong đó

- : Tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ [rad/s], ta có:

= π /30 =3900 π / 30 =408,2 [rad/s]

Với động cơ Xăng, xe tải chọn: = 0,8 = 0,8.408,2=326,56[rad/s]

: Tốc độ cực đại của xe, [km/h] , theo đề = 100 [km/h] = 27,78[m/s]

Lần lượt thế số vào (2.2) rồi (2.1) ta được:

ih1

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

ih1 (2.3)Trong đó:

- : Trọng lượng bám của xe, [N]

Theo [2] thì trọng lượng bám của xe được xác định như sau:

- : Hệ số bám giữa lốp với mặt đường [ ] Theo [1] thì:

; Chọn = 0,7

- : Bán kính làm việc bánh xe [m], theo đề: = 0,45 [m]

- : Mômen cực đại [Nm] , theo đề: = 435 [Nm]

- i0 : Tỷ số truyền của truyền lực chính [ ] , lấy từ công thức (2.2) i0 = 5,29

- : Hiệu suất hệ thống truyền lực [ ], lấy từ công thức (2.1) = 0,85

- : Tốc độ góc ổn định nhỏ nhất của động cơ khi đầy tải, [rad/s]

- Vamin : Tốc độ chuyển động tịnh tiến nhỏ nhất của ôtô, [m/s]

Đối với xe tải thì chọn theo khoảng kinh nghiệm sau Theo [1] đối với động cơ xăng :

= 400 ÷1200 [v/ph] , Suy ra = (41,86 ÷ 125,6) [rad/s]

Chọn =100 [rad/s]

Vamin = 4÷5 km/h , Chọn Vamin = 4 [km/h] =1,11 [m/s]

- i0 : Tỷ số truyền của truyền lực chính [ ] , lấy từ công thức (2.2) i0 = 5,29

Thay các số trên vào (2.4) ta được:

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

Theo điều kiện kéo: ih1 6,84

Theo điều kiện tốc độ tối thiểu: ih1 7,65

Theo điều kiện bám: ih1 17,48

Với các điều kiện này thì 6,84 ih1 7,65

- q :Công bội của cấp số truyền [ ], ta có thể chọn theo [2] đối với hộp số thường thì:

q = (1,5 1,8), ta chọn q = 1,65

- ih1 : tỷ số truyền ở tay số thấp nhất [ ] , theo kết quả của mục (2.1.1) thì : ih1 = 6,84

- ihn :Tỷ số truyền cao nhất của hộp số [ ], theo tài liệu [2] chọn ihn = 1

Thay tất cả các số liệu trên vào công thức (2.5) :

Chọn số nguyên n* = 5 và là số truyền thẳng i5= 1 (hộp số thiết kế có 5 cấp)

2.1.3 Tỷ số truyền trung gian của hộp số

Cấp số nhân hiện nay được dùng rộng rãi để chọn hệ thống tỷ số truyền của hộp số ô

tô Dựa trên cơ sở sử dụng công suất trung bình của động cơ khi làm việc ở chế độtoàn tải là không thay đổi trong quá trình gia tốc ô tô

Hình 2.1- Đồ thị sang số của ô tô có hộp số 5 cấp bố trí theo cấp số nhân.

Đối với xe tải thường làm việc với các số truyền trung gian và thấp, nên số truyềntrung gian được xác lập theo cấp số nhân với công bội q* như sau:

Theo tài liệu số [2] , công bội q* được tính :

(2.6)Trong đó :

- q* : Công bội của dãy tỷ số truyền hộp số [ ]

- n* : Số cấp của hộp số [ ], kết quả được lấy từ mục (2.1.2) thì n*=5

- ih1 : tỷ số truyền ở tay số thấp nhất [ ] , theo kết quả của mục (2.1.1) thì : ih1 = 6,84

- ihn :Tỷ số truyền cao nhất của hộp số [ ], theo tài liệu [2] chọn ihn = 1

Thay tất cả các giá trị trên vào công thức (2.6) ta được :

Theo tài liệu số [2] công thức tính tỷ số truyền trung gian của hộp số:

(2.7)Trong đó :

- q* : Công bội của dãy tỷ số truyền hộp số [ ], kết quả lấy từ công thức (2.6) q*=1,62

- ih1 : tỷ số truyền ở tay số thấp nhất [ ] , theo kết quả của mục (2.1.1) thì : ih1 = 6,84

- ihk : tỷ số truyền ở tay số thứ k [ ]

Áp dụng vào công thức (2.7) ta được :

- Tỉ số truyền của số lùi, theo tài liệu số [1] :

il = (1,2÷1,3)ih1

Chọn ihl = 1,2ih1 = 1,2.6,84 = 8,2

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

ih1 = 6,84; ih2 = 4,23; ih3 = 2,61; ih4 = 1,62; ih5 =1 ; = 8,2

2.2 Chọn kiểu và sơ đồ động của hộp số

tỷ số truyền lớn với kích thước nhỏ gọn, nhờ đó giảm được trọng lượng toàn bộ xe

- Tuy nhiên loại hộp số này cũng có nhược điểm:

+ Hiệu suất giảm ở các tay số trung gian

+ Trục thứ cấp phải bố trí gối lên trục sơ cấp thông qua ổ bi đặt bên trong phần rỗngcủa đầu ra trục sơ cấp, nên làm việc căng thẳng vì kích thước bị hạn chế bởi điều kiệnkết cấu.

Hình 2.2-Sơ đồ hộp số 5 cấp trên xe tải có bố trí đồng tốc từ số 2 đến số 5

I-Trục sơ cấp; II-Trục trung gian; III-Trục thứ cấp; IV-Trục số lùi;

-Vị trí gài số 1,số 2,số 3, số 4, số 5; SL Vị trí gài ố lùi; B,C-Bộ đồng tốc;A-Ống trượt; Za,Z’a-Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng truyền động chung;Z4,Z’4- Bánh răng chủ động và bị động của cặp bánh răng gài số 4; 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; Z1-Bánh răng chủ động của cặp bánh răng gài số 1; Bánh răng di trượt dùng để gài số 1 và số lùi; -Cặp bánh răng số lùi luôn ăn

Z’1-khớp; -Bánh răng số lùi ăn khớp với bánh răng di trượt.

- Ưu điểm:

+ Có khả năng tạo số truyền thẳng bằng cách nối tiếp các trục sơ cấp và thứ cấp + Khi làm việc ở số truyền thẳng, các bánh răng, ổ trục và trục trung gian hầu nhưđược giảm tải hoàn toàn nên giảm được mài mòn, tiếng ồn và mất mát công suất + Khi các số truyền khác mômen truyền qua hai cặp bánh răng do đó có thể tạo ra được

tỷ số truyền lớn với kích thước nhỏ gọn, nhờ đó giảm được trọng lượng toàn bộ xe

- Tuy nhiên loại hộp số này cũng có nhược điểm:

+ Hiệu suất giảm ở các tay số trung gian

+ Trục thứ cấp phải bố trí gối lên trục sơ cấp thông qua ổ bi đặt bên trong phần rỗng của đầu ra trục sơ cấp, nên làm việc căng thẳng vì kích thước bị hạn chế bởi điều kiện kết cấu

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

2.3.1.Khoảng cách trục

Khoảng cách trục là một trong những thông số quan trọng quyết định kích thước cactehôp số nói chung và các chi tiết bên trong của hộp số (bánh răng, đồng tốc, ổ bi)

Hình 2.3-Sơ đồ tính toán sơ bộ kích thước hộp số.

Khoảng cách trục A [mm] của hộp số ôtô được xác định sơ bộ theo [2]:

(2.8)

Trong đó:

- ka : Hệ số kinh nghiệm [ ], theo tài liệu [2] thì ka = 8,6÷ 9,6 (Đối với xe tải)

Chọn ka = 8,6

- Memax : Mô men quay cực đại của động cơ [Nm], theo đề Memax = 148 [Nm]

- ih1 : tỷ số truyền ở tay số thấp nhất [ ] , theo kết quả của mục (2.1.1) thì ih1 = 6,84.Thế các số liệu vào công thức (2.8) ta tính được khoảng cách trục sơ bộ là:

Chọn sơ bộ A = 124 [mm]

2.3.2 Kích thước theo chiều trục cac-te hộp số

Kích thước chiều trục của hộp số nói chung có thể được xác định bằng tổng chiều dàicủa các chi tiết lắp trên trục trung gian như: chiều rộng của các bánh răng, chiều rộngcủa bộ đồng tốc hoặc ống gài, chiều dài các ổ đỡ trục Đối với ô tô các thông số này

thường được xác định theo kích thước khoảng cách trục A, trong đó thì kích thước trục

A đã được xác định từ kết quả (2.8) A=124[mm] Theo tài liệu số [2] ta có:

- Chiều rộng bánh răng đối với hộp số thường:

2.3.3 Tính toán 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

Theo tài liệu [1] ta có:

- Môđun mk đối với ô tô tải và khách cỡ nhỏ và trung bình thì : mk =3,50÷4,25 [mm]

Ta chọn :

mk = 4 [mm] : ở số truyền thấp (số 1 và số lùi)

mk =3,5 [mm] : ở số truyền cao (số 2 , 3 , 4 , 5)

- Góc nghiêng của răng đối với ô tô vận tải và khách :

: Góc nghiêng của răng ở số 1 và số lùi

: Góc nghiêng của răng ở số truyền cao (số 2,3,4,5)

2.3.3.2 Số răng của bánh răng hộp số

- 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 truyềnthẳng), gọi là bánh răng luôn luôn ăn khớp Nghĩa là nó luôn luôn làm việc với bất kỳgài số truyền nào,trừ số truyền thẳng Vì vậy khi phân chia tỉ số truyền cho cặp bánhrăng này cần phải có giá trị đủ nhỏ để vừa bảo đảm tuổi thọ cho cặp bánh răng luônluôn ăn khớp vừa đủ để cho số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyềnthấp không được quá nhỏ

- Theo tài liệu số [2] số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp nhất

của xe tải được chọn ban đầu

- Theo tài liệu [2] khi đã chọn được số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ta sẽ

tính được tỉ số truyền của cặp bánh răng gài số ở số thấp theo công thức sau:

(2.9)Trong đó:

+ : Khoảng cách trục [ ], theo kết quả ở mục (2.3.1) [mm]

+ : Tỉ số truyền của cặp bánh răng gài số 1,[ ]

+ : Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số 1 [rad], theo kết quả ở mục (2.3.3.1)

ta có :

+ m1 : Môđun pháp tuyến của cặp bánh răng gài số 1 [ ], theo kết quả ở mục (2.3.3.1)

ta có: [mm]

+ : Sô răng của bánh răng chủ động ở cặp bánh răng gài số 1 [ ], tài liệu [2] thì ta có

+ : Tỷ số truyền cặp bánh răng luôn ăn khớp [ ]

+ : Tỷ số truyền số 1 của hộp số [ ] theo kết quả ở mục (2.1.1) ta có

+ : Tỷ số truyền cặp bánh răng gài số ở số 1 [ ], theo kết quả tính từ công thức (2.9)

ta được

Thay tất cả các số liệu trên vào công thức (2.10)

- Từ đó suy ra tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số cho các số truyền khác Theo tàiliệu số [2] ta có công thức :

; ( ) (2.11)Trong đó:

+ : Tỉ số truyền của cặp bánh răng gài số thứ k ,[ ]

+ : Tỉ số truyền thứ k của hộp số[ ], kết quả được lấy từ công thức (2.7)

+ : Tỉ số truyền của các cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp,[ ].Theo kết quả từ công

thức (2.10) ta có :

Thay các số liệu vào công thức (2.11) ta được:

- Khi có được và thì số răng của bánh răng chủ động tương ứng và (với k=2÷4) được xác định theo theo tài liệu số [2] :

(2.12)Trong đó :

+ : Tỉ số truyền của cặp bánh răng gài số thứ k [ ], kết quả lấy từ công thức (2.11)

+ : Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số thứ k [rad], kết quả lấy từ mục (2.3.3.1)

+ : Môđun pháp tuyến của cặp bánh răng gài số thứ k[ ],kết quả lấy từ mục (2.3.3.1)

+ : Số răng của bánh răng chủ động thứ k [ ]

Thay các số liệu trên vào công thức (2.12)

Chọn

Chọn

Chọn

Chọn

- Số răng bị động của các cặp ăn khớp tương ứng được xác định theo tỉ số truyền gài

số của chính nó, theo tài liệu số [2] ta có:

(2.13)Trong đó:

+ : Số răng của bánh răng bị động thứ k [ ]

+ : Số răng của bánh răng chủ động thứ k [ ], kết quả được lấy từ công thức (2.12)

+ : Tỉ số truyền của cặp bánh răng gài số thứ k [ ], kết quả lấy từ công thức (2.11)Thay các số liệu trên vào công thức (2.13) ta được :

+ 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)

+ : Số răng của bánh răng bị động ở cặp bánh răng gài số 1 [ ], kết quả từ công thức

+ : Góc nghiêng cần tính chính xác lại của cặp bánh răng gài số thứ k [rad],(k=1÷4)

+ : Môđun pháp tuyến của cặp bánh răng gài số thứ k[ ],kết quả lấytừ mục (2.3.3.1)

+ : Số răng của bánh răng bị động thứ k [ ],kết quả lấy từ công thức (2.13)

+ : 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=124,07[mm]Thay tất cả các số liệu trên vào công thức (2.15) ta có :