Hộp số thường

CHƯƠNG HỘP SỐ Ơ TƠ Bài – HỘP SỐ THƯỜNG Mục tiêu: Sau học xong chương sinh viên có khả năng: Trình bày công dụng, yêu cầu phân loại hộp số Vẽ sơ đồ động học nêu nguyên lý làm việc loại hộp số Trình bày trình tự tính toán hộp số có cấp Xác đònh tỉ số truyền hộp số Tính thông số hình học bánh hộp số Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc đồng tốc MỤC LỤC A – KẾT CẤU HỘP SỐ CHÍNH Ơ TÔ I CÔNG DỤNG, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI II ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỘP SỐ Ô TÔ Cấu tạo chung Đặc điểm kết cấu phận hộp số 11 Đặc điểm kết cấu số loại hộp số 18 3.1 Hộp số hai trục (3 số tiến, số lùi) 18 3.2 Hộp số ba trục (3 số tiến, số lùi) 20 3.3 Hộp số ba trục (4 số tiến, số lùi) 21 3.4 Hộp số ba trục (5 số tiến, số lùi, tỷ số truyền tăng) 23 Hộp số phụ ô tô 24 B – TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỘP SỐ 26 III CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA HỘP SỐ 26 IV ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỘP SỐ 26 CÂU HỎI ÔN TẬP 33 A – KẾT CẤU HỘP SỐ CHÍNH Ô TÔ I CÔNG DỤNG, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI Cơng dụng  Nhằm thay đổi tỷ số truyền mômen xoắn từ động đến bánh xe chủ động phù hợp với mômen cản thay đổi nhằm tận dụng tối đa công suất động  Giúp cho xe thay đổi chiều chuyển động (cho xe ch ạy lùi)  Đảm bảo cho xe dừng chỗ mà không cần tắt máy không cần tách ly hợp (cắt động khỏi hệ thống truyền lực thời gian dài)  Daãn động mômen xoắn cho phận đặc biệt xe chuyên dụng u cầu Yêu cầu chung hộp số: làm việc có độ tin cậy cao; đơn giản bảo dưỡng; kích thước kết cấu nhỏ gọn; giá thành hạ Với chức hộp số tơ:  Có dãy tỷ số truyền phù hợp nhằm nâng cao tính động lực học tính kinh tế ô tô  Phải có hiệu suất truyền lực cao, tiếng ồn làm việc, sang số nhẹ nhàng, không sinh lực va đập bánh gài số  Phải có kết cấu gọn bền chắc, dễ điều khiển, dễ bảo dưỡng kiểm tra sửa chữa có hư hỏng  Có khả trich công suất để dùng cho thiết bị khác lắp tơ Phân loại Hình – Sơ đồ phân loại hộp số Tùy theo đặc tính sử dụng loại tơ, trang bị loại hộp số sau: + Hộp số chính; + Hộp số phụ; + Hộp số phân phối Theo cách bố trí hộp số gồm: hộp số ngang (đi với hệ thống truyền lực dạng FF) hộp số dọc (đi với hệ thống truyền lực dạng FR) Theo phương pháp thay đổi tỷ số truyền, hộp số chia thành: hộp số có cấp hộp số vô cấp 3.1 Hộp số có cấp chia theo * Sơ đồ động học gồm có: + Loại có trục cố đònh (hộp số hai trục, hộp số ba trục…) + Loại có trục không cố đònh (hộp số hành tinh cấp, hai cấp…) * Dãy số truyền gồm có: + Một dãy tỷ số truyền (3 số, số, số…) + Hai dãy tỷ số truyền * Phương pháp sang số gồm có: + Hộp số điều khiển tay + Hộp số tự động * Theo phương pháp điều khiển: + Hộp số điều khiển tự động; + Hộp số điều khiển bán tự động; + Hộp số điều khiển cưỡng bức; + Hộp số điều khiển trực tiếp điều khiển gián tiếp 3.2 Hộp số vô cấp gồm: + Hộp số thủy lực (hộp số thủy tónh, hộp số thủy động) + Hộp số điện + Hộp số ma saùt II ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỘP SỐ Ô TÔ Cấu tạo chung Cấu tạo chung hộp số khí có cấp gồm cụm phận sau: a) Cơ cấu chấp hành phận đảm nhận chức truyền biến đổi mô men gồm: + Cácte hộp số (vỏ hộp số); + Các trục bánh hộp số: trục sơ cấp, trục thứ cấp, trục trung gian; + Trục số lùi bánh số lùi; + Bộ đồng tốc b) Bộ phần điều khiển chuyển số đảm nhận chức chuyển số theo điều khiển người lái khả giữ nguyên trạng thái trình xe hoạt động: + Cơ cấu truyền số; + Cần tay số Hình – Kết cấu chung hộp số khí – Trục bánh bán trục vi sai; – Cácte ly hợp; – Trục sơ cấp; – Áo bọc bảo vệ bụi; – Cơ cấu ngắt đường truyền; – Đầu cấm dẫn động ngắt ly hợp; – Giá miếng đệm dây dẫn; – Tay treo vỏ dây cáp truyền động ngắt ly hợp; – Nắp phía sau; 10 - Ống nối ống thơng gió; 11 – Lỗ đặt cảm biến vận tốc ô tô; 12 - Vỏ bọc khớp nối bên truyền động bánh xe bên trái; 13 – Công tắc đèn chạy lùi; 14 – Vỏ hộp số; 15 – Nút lỗ châm dầu Hình – Kết cấu hộp số – Nắp phía sau hộp số; – Cảm biến vận tốc; – Công tắc đèn số lùi; – Cần sang số; – Lỗ thơng gió; – Thanh kéo trung gian để chọn số; – Vòng bít kín bán trục; – Bán trục phải; – Bán trục trái; 10 – Nút lỗ để chăm dầu; 11 – Nút nắp sau hộp số; 12 – Cần ngắt ly hợp; 13 – Cácte hộp số; 14 – Cácte ly hợp Hình – Kết cấu hộp số ma sát số Audi Hình – Sơ đồ kết cấu phận hộp số – Trục sơ cấp; – Vòng bít kín trục sơ cấp; – Cácte ly hợp; – Vòng đệm cao su; – Lỗ thơng gió; – Vòng bi hình kim trục thứ cấp; – Vánh đồng tốc cấp truyền số 4; – Dĩa sang số từ số sang số 4; – Khớp trượt đồng tốc số số 4; 10 – Moay khớp nối đồng tốc số số 4; 11 – Bánh vành đồng tốc số 3; 12 - Bánh vành đồng tốc số 2; 13 - Dĩa sang số từ số sang số 2; 14 – Khớp sang số số 2; 15 - Bánh vành đồng tốc số 1; 16 - Ổ trục trung gian trục thứ cấp; 17 – Bánh truyền số 5; 18 – Cần sang số; 19 – Vỏ cần sang số; 20 - Ống cách; 21 – Bích khớp mềm; 22 – Trục thứ cấp; 23 - Vòng bít kín ổ trục sau trục thứ cấp; 24 - Ổ trục sau trục thứ cấp; 25 – Vòng đệm phận hắt dầu; 26 - Ổ trục bánh truyền số số lùi; 27 – Bộ bánh số số lùi; 28 – Moay đồng tốc truyền số 5; 29 – Bánh trung gian số lùi; 30 – Nắp hộp số phía sau; 31 - Ổ trục phía sau trục trung gian; 32 – Khớp trượt cùa đồng tốc truyền số số 2; 33 – Nắp lỗ chăm dầu; 34 – Trục trung gian; 35 - Ổ trục trước trục trung gian; 36 – Cácte hộp số; 37 - Ổ trục sau trục sơ sấp; 38 - Ống dẫn hướng Hình – Kết cấu bên hộp số ngang hộp số dọc Hộp số dọc: Đối với hộp số dọc, trục sơ cấp trục thứ cấp bố trí đường tâm bánh đảo chiều liên kết trục sơ cấp trục thứ cấp để truyền cơng suất Hình – Kết cấu hộp số dọc ô tô * Sự cần thiết phải sang số: Đồ thị trình bày đường cong tính truyền động rõ mối quan hệ lực truyền động tốc độ xe từ số đến số Các đường cong tính truyền động: Nói cách lý tưởng, đường biểu diễn lực truyền động động cần phải thay đổi liên tục đường cong A đồ thị Tuy nhiên, lực truyền động thực tế hộp số loại thông thường không thay đổi liên tục từ số đến số Do đó, lực truyền động động có hiệu thu hẹp khu vực gạch chéo đồ thị để gần với đường cong Có thể đốn rằng, lực truyền động đến gần đường cong lý tưởng A tăng số lượng số truyền lên Tuy nhiên, thiết kế hộp số trở nên phức tạp làm cho việc điều khiển hộp số người lái phức tạp Vì vậy, số lượng số truyền từ đến Số truyền sử dụng nhiều (1) Khởi hành: Khi xe khởi hành, cần có cơng suất lớn, nên người ta sử dụng số truyền có lực truyền động lớn (2) Xe chạy: Sau khởi hành, người ta dùng số số để tăng tốc độ xe Dùng số truyền chúng có giới hạn tốc độ cao số 1và cần không nhiều lực truyền động (3) Xe chạy tốc độ cao: Khi xe chạy tốc độ cao, người ta dùng số 4, 5, để tiếp tục tăng tốc độ xe Việc sử dụng số truyền với lực truyền động nhỏ hạ thấp tốc độ động giảm mức tiêu thụ nhiên liệu (4) Chạy lùi: Khi sử dụng số lùi, bánh trung gian số lùi nối với khớp, bánh số lùi đổi chiều xe chạy lùi Bảng – Các số truyền vận tốc ô tô tương ứng Số truyền Vận tốc ô tô (miles) Vận tốc ô tô (km/h) Số Bánh xe không lăn bánh, V=0 Số 5-10 8-16 Số 10-20 16-32 Số 20-25-30 32-40-48 Số 30-35-40-45 48-56-64-72 Số >45 >72 Số lùi (số de) De ngược lại * Khái niệm truyền động bánh răng: Để truyền chuyển động làm thay đổi mômen xoắn từ trục khuỷu động đến bánh xe dẫn động, thông thường ô tô truyền qua bánh hộp số, gọi truyền động bánh Hình – Kết cấu hộp số Tỷ số truyền truyền động bánh răng: a) Khái niệm tỷ số truyền: Tốc độ quay hai bánh khớp với tùy thuộc vào số hay đường kính bánh Ví dụ, bánh A dẫn động bánh B đường kính, A B quay số vòng Nếu bánh A có 12 răng, bánh B có 24 răng, bánh A phải quay vòng để dẫn động bánh B quay vòng Ta nói tỉ số truyền động 2:1 b) Cơng thức tính tỷ số truyền: Tỷ số truyền hai bánh ăn khớp với tỷ số vòng quay bánh chủ động số vòng quay bánh bị động hay số bánh bị động số bánh chủ động n N D i  CĐ  BĐ  BĐ nBĐ N CĐ DCĐ Trong đó: n – Số vòng quay bánh răng; N – Số bánh răng; D – Đường kính bánh Nếu i1: Tỷ số truyền giảm Hình – Hai bánh A B có đường kính nhau, khớp với quay vận tốc Hình – Bánh A bé dẫn động bánh B lớn (bánh A quay nhanh, bánh B quay chậm) a) b) Hình – Tỉ số truyền a) Một cặp bánh răng; b) Hai cặp bánh Hình – Sơ đồ làm việc hộp số – Trục sơ cấp; – Cần tay số; – Cơ cấu truyền; – Trục thứ cấp; – Nút chăm dầu; – Trục trung gian; – Các te hộp số 10 Hình 21 – Sơ đồ động học hộp số trục số tiến số c) Những điều lưu ý 19 3.2 Hộp số ba trục (3 số tiến, số lùi) a) Cấu tạo b) Sơ đồ động học nguyên lý làm việc Hình 23 – Sơ đồ động học hộp số trục số tiến số lùi 20 c) Những điều lưu ý 3.3 Hộp số ba trục (4 số tiến, số lùi) a) Cấu tạo b) Sơ đồ động học nguyên lý làm việc Hình 24 – Sơ đồ động học hộp số trục số tiến số lùi 21 c) Những điều lưu ý 22 3.4 Hộp số ba trục (5 số tiến, số lùi, tỷ số truyền tăng) a) Cấu tạo b) Sơ đồ động học nguyên lý làm việc Hình 25 – Sơ đồ động học hộp số trục số tiến số lùi 23 c) Những điều lưu ý Hộp số phụ tơ 24 Hình 26 – Sơ đồ động học hộp số phụ cấp 25 B – TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỘP SỐ III CÁC THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA HỘP SỐ Các thông số hộp số gồm: Tỉ số truyền hộp số; Các thơng số hình học bánh hộp số a) Khoảng cách trục bánh răng; b) Số bánh răng; c) Vận tốc góc IV ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỘP SỐ Trình tự tính toán hộp số có cấp Công việc tính toán thiết kế hộp số ô tô có hai bước sau: * Xác đònh tỷ số truyền đảm bảo tính chất kéo tính kinh tế theo điều kiện làm việc cho trước * Xác đònh kích thước chi tiết hộp số Hai bước lớn cụ thể hóa bước cụ thể sau: Trên sở điều kiện sử dụng điều kiện kỹ thuật cho trước, với điều kiện chế tạo, chọn sơ đồ động học dự kiến số cấp hộp số Tính toán lực kéo ôtô, xác đònh tỉ số truyền chung hệ thống truyền lực gài số khác Phân chia phù hợp tỉ sồ truyền hệ thống truyền lực theo cụm (hộp số, hộp số phụ, truyền lực chính, truyền lực cuối cùng) Tính toán xác đònh tỉ số truyền hộp số Xác đònh kích thước chi tiết, bố trí chi tiết hộp số kiểm tra liên quan làm việc chi tiết với Xác đònh tỉ số truyền hộp số Tỉ số truyền hộp số ô tô xác đònh sở tính toán lực kéo tay số Trong quan trọng tỉ số truyền tay số I Tỉ số truyền i h1 xác đònh theo công thức viện só Chacốp: G.rbx ψ max (4.1) i h1  M emax  i o  η tl Ở : G – Trọng lượng toàn xe (N)  max – Hệ số cản chuyển động lớn rbx – Bán kính lăn bánh xe có tính đến biến dạng lốp (m) io – Tỷ số truyền truyền lực tl – Hiệu suất hệ thống truyền lực Tỷ số truyền truyền lực xác đònh: r i o  θ bx (4.2) 2,65 Ở đây:  - Hệ số vòng quay động Đối với xe du lòch :  = 30  40 Đối với xe tải :  = 40  50 26 Nếu hộp số có cấp với số III số truyền thẳng : ih3 =1 ; ih2 = i h1 Nếu hộp số có cấp với số IV số truyền thẳng : ih4 = ; i h  i h1 ; i h2  i h1 Nếu hộp số có cấp với số V số truyền thẳng : ih5 = ; ih4 = i h1 ; ih3 = i h1 ; ih2 = i h1 Nếu hộp số có cấp với số V số truyền tăng số IV số truyền thẳng thì: ih5 = ; ih4 = ; ih3 = i hi i h1 ; ih3 = i h1 Số truyền cao hộp số nên làm số truyền thẳng hay số truyền tăng tùy thuộc vào thời gian sử dụng Nên chọn số truyền làm việc nhiều để làm số truyền thẳng để giảm tiêu hao truyền lực tăng tuổi thọ hộp số Tính toán thông số hình học bánh hộp số 2.1 Chọn khoảng cách trục bánh Khoảng cách A trục chọn theo công thức kinh nghiệm sau: A= C3 M e max (mm) (4.3) Ở đây: Memax - Mômen xoắn cực đại động (Nm) C - Hệ số kinh nghiệm: Đối với xe du lòch : C = 1316 Đối với xe tải : C =1719 Đối với xe dùng động diezel: C =2021 2.2 Chọn môđuyn pháp tuyến bánh Chúng ta có hai phương pháp lựa chọn: Có thể chọn theo công thức kinh nghiệm sau: m = (0,0320,040).A Hoặc sử dụng đồ thò kinh nghiệm hình 4.3 27 (4.4) m[mm] a b M [kN.m] Hình 27 - Đồ thò để chọn môđuyn pháp tuyến bánh a - Dùng cho bánh có thẳng; b - Dùng cho bánh có xiên Ở đây: m - Môđuyn pháp tuyến M - Mômen xoắn tính: M= Memax.ih1.0,96 2.3 Xác đònh số bánh 2.3.1 Đối với hộp số hai trục Ở hình 4.4 sơ đồ hộp số hai trục để xác đònh số Bánh lắp với trục then hoa trượt trục cần gài số Z1 Z2 Z i A Z' Z' Z' i Hình 28 - Sơ đồ tính toán số bánh hộp số trục Ở hộp số hai trục xác đònh khoảng cách A theo công thức sau: m (z  z1) m (z  z 2 ) m (z  z i ) A= 1    i i (4.5) cos β1 cos β 2 cos β i z Sau thay: ih1= z1 z ih2= z2 28 …………………… z ihi= i zi vào biểu thức tính A, nhận công thức tổng quát để xác đònh zi zi/: 2Acosβ i zi = (4.6) m i (1  i hi ) zi = zi ihi (4.7) Ở đây: z1,z2, … zi – Số bánh trục sơ cấp z1 , z 2 … z i – Số bánh trục thứ cấp A – Khoảng cách trục i – Góc nghiêng cặp bánh thứ i mi – Môđuyn pháp tuyến cặp bánh thứ i 2.3.2 Đối với hộp số ba trục Ở hình 29 sơ đồ hộp số ba trục để xác đònh số Z'i Z'2 Z'1 Za A A Z'a Z2 Z1 Zi Hình 29 - Sơ đồ tính toán số bánh hộp số trục - Trục sơ cấp - Trục trung gian - Trục thứ cấp A- Khoảng cách trục za , z a – Số cặp bánh ăn khớp z1, z2,…, zi – Số bánh trục trung gian z1 , z 2 ,…, z i – Số bánh trục thứ cấp Khoảng cách A tính sau: m (z  z a ) m a z a (1  i a ) A= a a  cos β a cos β a 2A cos β a Bởi vậy: ia = 1 m a z a (4.8) (4.9) Ở đây: ia – Tỷ số truyền cặp bánh ăn khớp ma – Mô đuyn pháp tuyến cặp bánh ăn khớp a – Góc nghiêng cặp bánh ăn khớp 29 Số z a bánh bò động cặp bánh ăn khớp xác đònh: z a = za ia Tỷ số truyền cặp bánh gài igi là: igi= i hi ia Số bánh trục trung gian thứ cấp xác đònh: zi = A cos β i m i (1  i gi ) (4.10) zi = zi igi Trong đó: zi – Số bánh thứ i trục trung gian z i – Số bánh thứ i trục thứ cấp i – Góc nghiêng cặp bánh thứ i mi – Môđuyn pháp tuyến cặp bánh thứ i (4.11) 2.4 Bộ đồng tốc Khi sang số, cho dù tách ly hợp, quán tính nên bánh quay với vận tốc góc khác nhau, gài vào sinh lực va đập Để khắc phục tượng đơn giản hóa trình thao tác tài xế, người ta dùng đồng tốc Xét trường hợp chuyển từ số cao số thấp để tìm hiểu nguyên lý phân tích lực (hình 30) Hình 30 - Cấu tạo đồng tốc 1; – Bánh răng; – Chốt; 3– Ống răng; – Bi; – Ống gai; – Ống lồng; – Trục 2.4.1 Giai đoạn dòch chuyển tự (lúc mặt côn ống lồng chưa tiếp xúc với mặt côn bánh 4): Vì vòng gạt liên kết cứng với ống ống lại liên kết đàn hồi với ống lồng 7, gạt phía bánh 4, khối chi tiết 6-2-3-5-7 dòch chuyển Khi hai mặt côn tiếp xúc với tạm thời dừng lại bắt đầu giai đoạn hai 2.4.2 Giai đoạn chưa đồn g tốc Do tác dụng đà quán tính nên ống quay với tốc độ góc số cũ: 3 = m ic Trong đó: 30 3 – Vận tốc góc ống m – Vận tốc góc trục ic – Tỉ số truyền số cao Trong bánh luôn ăn khớp với bánh trục trung gian vậy: 4 = m it 4 – Vận tốc góc bánh it – Tỉ số truyền số thấp Bởi vì: ic < it nên 3 > 4 Ống lồng vừa có liên hệ với bánh vừa có liên hệ với ống nên tốc độ góc 7 nằm giới hạn: 4 < 7 < 3 Kết chốt bò hãm hốc A ống ống (hình 6.7) không dòch chuyển Sau phân tích lực để thấy chốt bò hãm: Dưới tác dụng lực ép chiều trục Q1 (lực tác dụng người lái thông qua cấu đòn bẩy chuyển đến) tình trạng chòu lực chi tiết hình 4.7 Trong giai đoạn chưa đồng tốc mặt côn ống lồng trượt mặt côn bánh 4, nên chúng có lực ma sát .N, đó: N= Q1 sin  (4.12) Ở đây:  – Góc nghiêng mặt côn N – Phản lực N Q P A  N Q  Q1 N r1 r B Q Q   P Hình 31 - Sơ đồ chòu lực chi tiết 2,4,7 Lực ma sát cân với lực vòng P tác dụng tương hỗ chi tiết theo điều kiện sau: 31 P.r1 = .N.r  P= .N.r r1 Trong đó:  – Hệ số ma sát r, r1 – Bán kính điểm đặt lực Thay N biểu thức (4.12) ta có: P= .Q1 r r1 sin  (4.13) Tại mặt xiên góc  cổ vuông chốt tác dụng phản lực Q phân tích từ P: Q= P tg (4.14) Lực Q lực hãm cổ vuông B chốt hốc A ống lồng 7, Q phải thõa mãn điều kiện hãm sau đây: µ.Q r Q > Q1   Q1 r1 sinα.tgβ Tức là: tg < µ.r r1 sin α (4.15) Biểu thức (4.15) sở để thiết kế góc  đủ để hãm chốt giữ không cho ống dòch chuyển chưa đồng tốc 2.4.3 Giai đoạn đồng tốc Do ma sát nên đà quán tính bò triệt tiêu cuối cùng: 3 = 7 = 4 Khi đồng tốc lực ma sát N không lực hãm không Tay người lái tác dụng nhẹ đủ để thắng đònh vò lò xo bi gạt ống ăn khớ p với vành bánh cách êm dòu chúng đồng vận tốc góc Khi thiết kế thường chọn hệ số ma sát  = 0,050,1; góc nghiêng  = 70 120; Q1=(49).(50100)N; tỷ số truyền cần số: 49; lực tác dụng lên cần số: 50100 N 32 CÂU HỎI ƠN TẬP Nêu cơng dụng, u cầu phân loại hộp số dùng ô tô? Nêu công dụng, yêu cầu phân loại hộp số phụ dùng ô tô Sơ đồ động học nguyên lý hoạt động hộp số phụ? Hãy trình bày cấu tạo chung hộp số dùng tơ cơng dụng cụm chi tiết hộp số? Hãy trình bày cấu tạo, sơ đồ động học nguyên lý hoạt động đồng tốc? Hãy trình bày cấu tạo, sơ đồ động học nguyên lý hoạt động hộp số hai trục số tiến, số lùi? Hãy trình bày cấu tạo, sơ đồ động học nguyên lý hoạt động hộp số ba trục số tiến, số lùi? Hãy trình bày cấu tạo, sơ đồ động học nguyên lý hoạt động hộp số ba trục số tiến, số lùi? Hãy trình bày cấu tạo, sơ đồ động học nguyên lý hoạt động hộp số ba trục số tiến, số lùi? Hãy trình bày kiểu điều khiển hộp số? 10 Hãy trình bày thơng số kỹ thuật hộp số? 33 ... phải thay đổi liên tục đường cong A đồ thị Tuy nhiên, lực truyền động thực tế hộp số loại thông thường không thay đổi liên tục từ số đến số Do đó, lực truyền động động có hiệu thu hẹp khu vực... răng: Để truyền chuyển động làm thay đổi mômen xoắn từ trục khuỷu động đến bánh xe dẫn động, thông thường ô tô truyền qua bánh hộp số, gọi truyền động bánh Hình – Kết cấu hộp số Tỷ số truyền truyền