Kết cấu và tính toán ôtô - hộp số ôtô

Hộp số dùng để thay đổi momen truyền đến các bánh xe chủ động dủ thắng sức cản chuyển động của ôtô máy kéo thay đổi khá nhiều trong quá trình làm việc. Ngoài ra, hộp số còn dùng để thực hi

1.2 Yêu cầu của hộp số có cấp :

Để bảo đảm công dụng nêu trên, ngoài các yêu cầu chung về sức bền và kết cấu gọn, hộp số có cấp ô-tô máy kéo phải thoả mãn các yêu cầu đặc tr−ng sau :

c Hộp số ô-tô máy kéo phải có đủ tỷ số truyền cần thiết nhằm bảo đảm tốt tính chất động lực và tính kinh tế nhiên liệu khi làm việc

d Khi gài số không sinh ra các lực va đạp lên các răng nói riêng và hệ thống truyền lực nói chung Muốn vậy, hộp số ôtô phải có các bộ đồng tốc để gài số hoặc ống

dễ gài số

e Hộp số phải có vị trí trung gian để có thể ngắt truyền động của động cơ khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian lâu dài Phải có cơ cấu chống gài hai số cùng lúc để bảo

đảm an toàn cho hộp số không bị gẫy vở răng

f Hộp số phải có số lùi để cho phép xe chuyền động lùi; đồng thời phải có cơ cấu

an toàn chống gài số lùi một cách ngẫu nhiên

g Điều khiển nhẹ nhàng, làm việc êm và hiệu suất cao

1.3 Phân loại hộp số:

Với các yêu cầu nêu trên, tuỳ theo tính chất truyền mômen cũng nh− sơ đồ động học, hiện nay hộp số cơ khí ô-tô máy kéo có thể phân loại nh− sau:

+ Dựa vào tính chất truyền mômen, có thể phân hộp số ôtô ra làm hai kiểu: Kiểu hộp số vô cấp và kiểu hộp số có cấp Kiểu hộp số vô cấp có mômen truyền qua hộp số biến đổi liên tục và do đó tỷ số truyền động học cũng thay đổi liên tục Hộp số vô cấp trên ôtô chủ yếu là kiểu truyền động bằng thủy lực mà trong giáo trình máy thủy lực

được gọi là bộ biến mô (hoặc bộ biến đổi mômen), kiểu hộp số này sẽ được nghiên cứu

trong giáo trình riêng: Truyền động thủy khí trên ôtô và máy công trình Kiểu hộp số có

cấp gồm một số cấp hữu hạn (thường từ ba đến 20 cấp) ứng với mỗi cấp, giá trị mô men

và do đó tốc độ truyền qua hộp số là không đổi Trong giáo trình này chủ yếu nghiên cứu

kỹ kiểu hộp số có cấp

+ Dựa trên số trục chứa các cặp bánh răng truyền số, có thể chia hộp số ôtô ra làm hai loại: loại hộp số hai trục và loại hộp số ba trục Với kiểu hộp số hai trục gồm có: trục sơ cấp gắn bánh răng chủ động của số truyền, trục thứ cấp chứa bánh răng bị động Với hộp số ba trục gồm có trực sơ cấp gắn bánh răng chủ động của số truyền, trục trung gian chứa bánh răng trung gian và trục thứ cấp chứa bánh răng bị động Điều đặc biệt đáng

chú ý của hộp số ba trục trên ôtô đó là: trục sơ cấp và trục thứ cấp (trục thứ ba) bố trí

2.1 Phân tích đặc điểm kết cấu theo số trục :

2.1.1 Hộp số ba trục (còn có thể gọi là hộp số đồng tâm) : Kết cấu hộp số đồng trục thường có ít nhất 3 trục truyền động : trục sơ cấp (I – xem hình H3-1) và thứ cấp (III) lắp

đồng trục với trục sơ cấp, ngoài ra còn có thêm trục trung gian (II) Trục trung gian có

thể có một, hai, hoặc ba trục bố trí chung quanh trục sơ cấp và thứ cấp (hình H3-1) nhằm

làm tăng độ cứng vững cho trục thức cấp, duy trì sự ăn khớp tốt nhất cho các cặp bánh răng lắp trên trục

ưu điểm nổi bậc của sơ đồ hộp số đồng trục là cho phép tạo ra số truyền thẳng

(không qua cặp bánh răng truyền động nào) nên hiệu suất cao nhất (có thể coi như bằng một nếu như bỏ qua các tổn thất khác) Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với hộp số ôtô vì phần lớn thời gian làm việc của hộp số là số truyền thẳng (chiếm tỷ lệ đến 50ữ80%), cho

phép nâng cao hiệu suất truyền của hộp số và do đó giảm tiêu hao nhiên liệu và tăng tuổi thọ chung cho hộp số Vì vậy hộp số kiểu này được sử dụng phổ biến trên hầu hết các

loại ôtô (từ xe du lịch cho đến xe khách và xe tải)

Tuy vậy, hộp số kiểu này có nhược điểm là 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 Do bị khống chế bởi

điều kiện kết cấu (kích thước ngoài đầu trục có bánh răng chủ động truyền mômen xuống cho trục trung gian) nên ổ bi này có thể không được chọn theo tiêu chuẩn tính toán ổ bi

mà phải tính toán thiết kế riêng Điều này có thể làm cho ổ bi này dễ bị tình trạng quá

L3

L2

L1 Za

II

1 2 3 4 5

L

Hình H3-1 :Hộp số ba trụckiểu đồng tâm với hai trục trung gian II đối xứng

tải Tuy nhiên, nhờ đặc điểm nổi bậc là có khả năng truyền thẳng như đã nêu ở trên, nên thực tế ô bi này có thời gian làm việc không nhiều, ít ảnh hưởng đến tuổi thọ của ổ bi Với hộp số đồng tâm có nhiều trục trung gian (hình H3-1), cho phép tăng độ cứng

vững của trục thứ cấp, do đó khắc phục được nhược điểm đã nêu Mặc khác do điều kiện

ăn khớp của các bánh răng tốt hơn nên cải thiện được hiệu suất của hộp số một cách đáng

kể Về cấu tạo, kiểu hộp số có nhiều trục trung gian khá kồng kềnh và làm phức tạp và nặng thêm hộp số, vì vậy chúng chỉ sử dụng hạn chế trên các ô-tô tải lớn hoặc cực lớn

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 nói chung, gồm một trục sơ cấp gắn các bánh răng chủ động và một trục thứ cấp gắn các bánh răng bị động của các cấp số truyền tương ứng Loại hộp số hai trục không thể tạo ra

được số truyền thẳng như hộp số nhiều trục nêu trên mặc dầu rằng tỷ số truyền của một

cấp số nào đó bằng một (i h = 1) vì phải thông qua một cặp bánh răng ăn khớp (dĩ nhiên phải có số răng bằng nhau) Điều đó có nghĩa là hiệu suất của mọi cấp số truyền trong

hộp số này luôn luôn nhỏ hơn một (η<1)

Sơ đồ hốp số kiểu này phù hợp hệ thống truyền lực có cầu chủ động bố trí cùng

phía với động cơ (cụm động cơ, ly hợp, hộp số bố trí ngay trên cụm cầu chủ động) như trên một số ôtô du lịch (hình H3-2a và hình H3-2b) Chiều truyền động là ngược nhau:

truyền động được dẫn ra của trục thứ cấp có chiều ngược với chiều truyền động dẫn vào

đối với trục sơ cấp

Điều đó thuận lợi cho việc thiết kế truyền lực chính của cầu chủ động với kiểu

bánh răng trụ (thay vì bánh răng côn) Hơn nữa với kết cấu này, không cần sử dụng

truyền động các-đăng để nối truyền động từ hộp số đến cầu chủ động như các sơ đồ bố trí cổ điển trên ôtô sử dụng hộp số ba trục đồng tâm Hộp số hai trục cũng được sử dụng phổ biến đối với hệ thống truyền lực của máy kéo hoặc các loại xe chuyên dùng khác

ưu điểm của hộp số hai trục là cho phép tạo nên hệ truyền lực gọn như đã nêu trên

và vì vậy hiệu suất truyền lực nói chung cao (các số truyền của hộp số hai trục chỉ qua một cặp bánh răng ăn khớp)

Hình H3-2a : Sơ đồ bố trí cụm động cơ (1) hộp số (3) cùng với cầu chủ động (4)

Chú thích: 1: Động cơ, 2: Ly hợp, 3: Hộp số, 4: Cầu chủ động,

5:Trục dẫn động bánh xe 6: Bánh xe chủ động

Nhược điểm cơ bản của hộp số hai trục là kích thước theo chiều ngang lớn hơn

hộp số ba trục đồng tâm khi có cùng giá trị tỷ số truyền (ở hộp số đồng tâm, mỗi tỷ số truyền phải qua ít nhất hai cặp bánh răng nên kích thước gọn hơn nhưng hiệu suất thấp hơn, trừ số truyền thẳng) Kích thước hộp số lớn sẽ kéo theo trọng lượng lớn; nhất là khi

4

II I

I: Trục sơ cấp của hộp số

II:Trục thứ cấp của hộp số

2.2 Phân tích đặc điểm kết cấu hộp số theo số cấp :

công tác lớn và vừa (V ct≥ 2000cm 3)

Với ô-tô du lịch có thể tích công tác nhỏ (Vct <2000 cm3) thường dùng hộp số có bốn cấp nhằm sử dụng hợp lý công suất của động cơ và nâng cao tính kinh tế nhiên liệu

của xe (xem hình H3-2b và H3-3a, b)

Ngày nay để sử dụng tốt nhất công suất động cơ, nâng cao tính kinh tế nhiên liệu

(giảm lượng tiêu hao nhiên liệu) cho xe và để năng cao tuổi thọ cho động cơ, người ta cũng thiết kế hộp số năm cấp cho xe du lịch (hình H3-4); trong đó số truyền thứ năm thường là số truyền tăng (i h5 < 1)

Số truyền tăng được được thiết kế cho xe khi chạy trên đường có chất lượng tốt hơn hoặc tải trọng nhỏ hơn so với thiết kế Sử dụng số truyền tăng không những tiết kiệm nhiên liệu mà còn cho phép nâng cao tính năng động lực một cáhc hợp lý của xe, tăng tuổi thọ động cơ Điều này có ý nghĩa hết sức quan trọng đối với ôtô vận tải; vì chúng có trọng lượng toàn bộ thay đổi trong giới hạn khá lớn

Đối với ôtô vận tải, thường được thiết kế với tiêu chí tiêu hao nhiên liệu thấp, do vậy tính động lực không cao; hơn nữa phạm vi thay đổi trọng lượng toàn bộ của xe nằm trong dãi rộng nên hộp số thường phải được thiết kế với số cấp nhiều hơn; phổ biến dùng hộp số năm cấp đến sáu cấp Với hộp số 5 cấp thì các số từ 2 đến 5 đều có bố trí bộ đồng

tốc – số 1 và số lùi chỉ dùng ống gài đơn giản (Hình H3-5a, b)

Chú thích:

1: Vị trí gài cấp số tiến số 1, 2: Vị trí gàicấp số tiến số 2, 3 : Vị trí gài cấp số tiến số 3, 4: Vị trí gài cấp số tiến số 4 L : Vị trị gài cấp số lùi I: Trục sơ cấp, II: Trục trung gian (đối với hộp số 3 trục) hoặc trục thứ cấp (đối với hộp số 2 trục) III: Trục thứ cấp

a) Sơ đồ hộp số du lịc 3 trục

I

II

2 1

4 3 L

b) Sơ đồ hộp số du lịch hai trục

Hình H3-3: Sơ đồ hộp số 4 cấp xe du lịch

II

III I

5 L

1 2 3 4

Hình H3-4: Sơ đồ hộp số 5 cấp xe du lịch

Trên hình H3-5c, hình H3-5d cũng là hộp số xe tải 5 cấp nh−ng tất cả các cấp đều

dùng đồng tốc (kể cả số lùi) nhằm bảo đảm tính êm dịu tốt nhất cho hộp số khi gài số kể

cả khi gài cấp số lùi để lùi xe

Ngay cả hộp số sáu cấp, để bảo đảm tính êm dịu tốt nhất cho hộp số khi gài số, tất

cả các cấp (từ số 1 đến số 6) đều có đồng tốc – trừ cấp số lùi (xem hình H3-6a, b)

II

L12345

a) Sơ đồ hộp số ZIL-130

III

II I

1 L 2 3 4 5

b) Sơ đồ hộp số Clark-280 V Hình H3-5: Sơ đồ hộp số 5 cấp trên xe tải, có đồng tốctừ số 2 đến số 5

III

II

I

2 3

L 1 4 5

2 3 4 5

d) Sơ đồ hộp số KAMAZ - 14

Hình H3-5: Sơ đồ hộp số 5 cấp trên xe tải, tất cả đều có đồng tốc

Khi tải trọng càng tăng, số cấp tỷ số truyền tăng theo Đặc biệt, đối với ôtô tải lớn,

làm việc trong điều kiện nặng nhọc (không có đường hoặc chất lượng đường xấu như xe làm việc ở các hầm mỏ, công trường) phải dùng hộp số nhiều cấp (từ 8 đến 20 cấp, xem mục 2.2.2 hộp số nhiều cấp ở phần tiếp theo)

Để nâng cao tính động lực và kinh tế nhiên liệu cũng như tăng tuổi thọ cho động cơ, ngày nay hộp số ôtô vận tải thường thiết kế thêm số truyền tăng (ih<1) để chạy trên

đường tốt hơn hoặc khi chạy non tải hay không tải Số truyền tăng thường có giá trị nằm trong khoảng ihn ≈ 0,6 ữ 0,85 (xem bảng B3-1 ở phần phụ lục) Hơn nữa, việc sử dụng số

truyền tăng không những làm tăng tính động lực và tính kinh tế nhiên liệu mà còn làm gọn kích thước hộp số nhất là hộp số nhiều cấp, cho phép giảm số vòng quay làm việc của động cơ và do đó tăng tuổi thọ của động cơ

2.2.2 Hộp số nhiều cấp (số cấp từ 8 đến 20):

Đối với ôtô tải lớn và rất lớn hoạt động trong điều kiện nặng nhọc (trong nhiều loại đường khác nhau) hoặc đối với liên hợp máy kéo cỡ lớn thì số cấp của hộp số có thể lên đến 8 cho đến 20 cấp (xem bảng B3-1 ở phần phụ lục) Với hộp số như vậy phải có

thêm cơ cấu điều khiển phụ và khi đó kết cấu hộp số được chia làm hai phần : hộp số

chính và hộp số phụ (Hình H3-7a, b); trong đó số cấp của hộp số chính thường từ 4ữ5

cấp, còn số cấp của hộp số phụ từ 2ữ4 cấp

III

III

L

123465

3 4 6 5

a) Sơ đồ hộp số ZF- AK6 –80

Hình H3-6: Sơ đồ hộp số 6 cấp trên xe tải, tất cả đều có đồng tốc

Chú thích:

III: Trục thứ cấp của hộp số chính (cũng chính là trục sơ cấp của hộp số phụ); IIIp: Trục thứ cấp của hộp số phụ;

1p: Vị trí gái cấp số 1 của hộp số phụ;

2p: Vị trí gái cấp số 2 của hộp số phụ

Khi sử dụng hộp số nhiều cấp theo sơ đồ động học đơn giản ở hình H3-7a không những hộp số trở nên kồng kềnh mà hiệu suất của hộp số nói chung cũng giảm do mỗi cấp số truyền phải qua nhiều hơn hai cặp bánh răng ăn khớp - trừ cấp số truyền thẳng

(hình H3-7a) không phải qua cặp bánh răng nào (đối với hộp số ba trục kiểu đồng tâm)

Để nâng cao hiệu suất của hộp số nhiều cấp, nếu hộp số từ 8 đến 10 cấp số thì hộp

số phụ thường được thiết kế hai cấp theo sơ đồ động học của bộ truyền kiểu hành tinh

(hình H3-7b) Bộ truyề bánh răng kiểu hành tinh sẽ cho nhờ hiệu suất cao hơn nhiều so

Hình H3-7a : Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí phía sau

( Hộp số phụ 2 cấp kiểu bánh răng thường)

với các kiểu truyền động bánh răng ăn khờp thông thường Tuy nhiên, do đặc điểm kết cấu của bộ hành tinh, nên hộp số có cấu tạo phức tạp và kồng kềnh hơn

Chú thích:

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

Kết cấu của một hộp số nhiều cấp (10 cấp) với hộp số phụ kiểu hành tinh bố trí

phía sau hộp số chính được cho trên hình H3-7c; trong đó cụm hành tinh được dẫn động bởi bánh răng trung tâm gắn trên trục thứ cấp của hộp số chính, còn trục bị dẫn nối với cần C của bộ hành tinh Bộ hành tinh làm việc với hai tỷ số truyền: hoặc khóa vành răng bao với cần C để tạo thành một khối cứng và cho tỷ số truyền thẳng (ip2 ≡ 1), hoặc nối

cố định vành răng bao với võ để tạo ra tỷ số giảm tốc mạnh có giá trị tỷ số truyền:

ở đây ω1 là tốc độ góc của bánh răng trung tâm (chính là tốc độ góc trục ra thứ cấp của hộp số chính), ωC là tốc độ góc của cần C và cũng là trục ra thứ cấp của hộp số phụ; Z2,

Z tương ứng là số răng của vành răng bao cố định (Z ) và của bánh răng trung tâm (Z )

IIIpIII

Chú thích hình H3-7c:

I : Trục sơ cấp hộp số chính, II: Trục trung gian, III: Trục thứ cấp hộp số phụ hành tinh 1: Võ hộp số chính; 2: Bánh răng thường xuyên ăn khớp, dẫn động trục trung gian II 3: Càng gạt số bốn và số năm, 4: Thanh trượt dẫn động càng gài số ba và số hai 5: Càng gài số ba và số hai, 6: Thanh trượt dẫn động càng gài số một và số lùi 7: Càng gài số một và số lùi, 8: Cụm bánh răng hành tinh của hộp số phụ

9: Càng gài số thấp và số thẳng (i p2 = 1) của số phụ, 10: Võ hộp số phụ

11: Khối bánh răng liền trục của số một và số lùi, 12: Khối bánh răng số hai và số ba, 13: Khối bánh răng số bốn và bánh răng dẫn động trục trung gian II,

14: Trục thứ cấp hộp số chính và là trục sơ cấp gắn bánh răng trung tâm cụm hành tinh

III

9

4 3

2

10 11

12 13

II 14 I

Hình H3-7c :Kết cấu hộp số 10 cấp với hộp số phụ kiểu hành tinh

Nếu hộp số nhiều cấp có số cấp là 8 (hoặc 10) và có số truyền tăng, thì có thể

bố trí hộp số phụ hai cấp (một truyền thẳng và một truyền tăng) ở phía trước hộp số chính (Hình H3-7d) cho phép nâng cao hiệu suất của hộp số nhiều cấp

Chú thích:

Ip: Trục sơ cấp hộp số phụ, 1p, 2 p : Vị trí gài cấp số 1, cấp số 2 của số phụ,

Z ap : cặp bánh răng dẫn động trục trung gian từ hộp số phụ,

Z ap : cặp bánh răng dẫn động trục trung gian từ hộp số chính,

Với sơ đồ bố trí này sẽ cho hiệu suất cao như hộp số thường (4 đến 5 cấp); mỗi số

truyền của hộp số nhiều cấp chỉ qua hai cặp bánh răng giống như hộp số thông thường mặc dầu có thêm hộp số phụ phía trước Cặp thứ nhất là cặp bánh răng thường xuyên truyền động zac của hộp số chính (hoặc của hộp số phụ z ap) để dẫn động trục trung gian

(trục trung gian chung) của hộp số Cặp thứ hai là một trong các cặp bánh răng gài số của

hộp số chính

Lúc này hộp số phụ chỉ đóng vai trò chia đường truyền động đến trục trung gian

(II) chung (của cả hộp số chính và hộp số phụ) Hoặc gài đồng tốc của hộp số phụ về vị

răng truyền động chung (Zac) của hộp số chính Hoặc gài đồng tốc của hộp số phụ về vị trí 2p để truyền mômen xuống trục trung gian (II) theo cặp bánh răng truyền động chung (Zap) của hộp số phụ Như vậy, một trong hai cặp bánh răng này sẽ luân phiên thay nhau

truyền mômen cho trục trung gian (II), còn cặp kia quay lồng không (không mang tải) Còn khi gài đồng tốc hộp số phụ về vị trí 1p và gài đồng tốc hộp số chính về vị trí 5 (hình H3-7d) thì mômen không phải truyền qua bất kỳ cặp bánh răng nào của hộp số chính cũng như số phụ (truyền thẳng), do đó sẽ cho hiệu suất truyền của hộp số nhiều cấp cao nhất (xem như bằng một nếu bỏ qua các tổn thất khác)

Hình H3-7e :Kết cấu hộp số 10 cấp với hộp số phụ kiểu “chia” bố trí phía trước

Sơ đồ bố trí kiểu này không những cho hiệu suất cao mà còn cho phép giảm nhẹ tải trọng tác dụng lên hộp số chính, tăng tuổi thọ của hộp số chính do mô men truyền đến hộp số chính luôn luôn nhỏ hơn hoặc bằng mômen xoắn của động cơ nhờ giá trị tỷ số

truyền của hộp số phụ phía trước chỉ nhỏ hơn hoặc bằng một (i hn <1, i h(n-1) =1)

Ngoài ra, nếu số cấp là 16 hoặc 20 và có số truyền tăng hoặc không có truyền tăng nhưng công bội q nhỏ (q ≈ 1,2 ữ1,3), thì có thể kết hợp hộp số phụ kiểu "chia" hai cấp phía trước (như hình H3-7d) và hộp số phụ kiểu hành tinh bố trí sau hộp số chính

(hình H3-7b, c) sẽ cho ta hộp số nhiều cấp với số cấp tăng gấp đôi so với sơ đồ H3-7d hoặc H3-7b mà hiệu suất vần rất cao (hình H3-7f), nâng cao tuổi thọ chung hộp số và

làm việc êm Tuy nhiên cơ cấu điều khiển lúc này sẽ phức tạp hơn; thường phải kết hợp

điều khiển bằng cần cơ khí và điều khiển bán tự động như trên hình H3-7g

Hình H3-7g : Sơ đồ điều khiển hộp số phụ của hộp số nhiều cấp

I

3p4p

3 xác định các thông số cơ bản của hộp số:

3.1 Các thông số cơ bản của hộp số :

Việc xác định các thông số cơ bản của hộp số bao gồm việc xác định số cấp, giá trị tỷ số truyền của hộp số nhằm bảo đảm yêu cầu về tính năng động lực cũng như tính nhiên liệu của xe trong mọi điều kiện làm việc

số dựa vào công bội q của dãy tỷ số truyền hộp số sao cho giá trị của nó không được lớn

hơn giá trị giới hạn [q] (nhằm bảo đảm tính động lực và tính kinh tế nhiên liệu của xe)

Ngược lại, q nhỏ thì số cấp sẽ tăng lên nhiều; tính kinh tế và động lực của xe tốt hơn nhưng lại mất thêm thời gian để sang số trong quá trình gia tốc xe - nhất là khi xe khởi hành tại chỗ

Theo lý thuyết ôtô ta có :

1

ư

=n hn

(3-1)

Trong đó :

n : Số cấp của hộp số;

ihI : Giá trị tỷ số truyền số thấp nhất của hộp số;

ihn : Giá trị tỷ số truyền của số cao nhất (*);

q : Công bội của dãy tỷ số truyền, khi tính toán có thể chọn công bội trung bình q theo khoảng kinh nghiệm sau :

+ Đối với hộp số thường : q = 1,50 ữ1,70;

+ Đối với hộp số nhiều cấp : q = 1,20 ữ1,40;

(Giá trị lớn chọn cho xe có đặc tính động lực tốt)

(*) Khi tính toán cho hộp số ba trục đồng tâm, tỷ số truyền số cao nhất ihn trong

công thức (3-1) lấy bằng một (i hn = 1, truyền thẳng) Nếu thêm truyền tăng thì số

bx e hI

t o e

bx hI

t o e

bx a hI

i

r i

i M

r G i

i M

r G i

min min max

max max

.

υω

ηϕηψ

ϕ

(3-1')

Trong đó : Ga : Trọng lượng toàn bộ xe, [N]; Gϕ : Trọng lượng bám của xe, [N];

ϕ : Hệ số bám giữa lốp với mặt đường, ϕ = 0,6ữ0,8;

ψmax : Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường;

rbx : Bán kính làm việc của bánh xe chủ động, [m];

Memax : Mo men quay cực đại của động cơ, [N.m];

io : Tỷ số truyền của truyền lực chính;

ηt : Hiệu suất hệ thống truyền lực;

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

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

Khi tính toán, có thể chọn :

Loại xe : ψmax υamin [Km/h] ωemin [v/p]

Vận tải (không kéo mooc) 0,30 ữ 0,40 4 ữ 5 500 ữ 600

Xe sơmi rơ-mooc, kéo rơ-mooc 0,18 ữ 0,30 2 ữ 3 500 ữ 600

(**) Giá trị lớn chọn cho xe du lịch với động cơ cao tốc

Giá trị tỷ số truyền lực chính io cùng với tỷ số truyền cao nhất của hộp số ihn được xác định theo tốc độ chuyển động lớn nhất theo thiết kế của xe υamax [m/s] ứng với tốc độ góc lớn nhất của động cơ ωemax [rad/s]:

max max

a hn

bx e o

i

r i

ωemax : Tốc độ góc lớn nhất của động cơ, [rad/s]; được xác định theo loại động cơ

và chủng loại xe khi thiết kế :

+ Động cơ Diezel (tải, khách và du lịch) : ωemax = ωN; + Động cơ Xăng : - Xe tải, khách : ωemax = (0,8ữ1,00)ωN;

- Xe du lịch : ωemax = (1,1ữ1,25)ωN;

(ωN là tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ, [rad/s])

vamax : Tốc độ thiết kế lớn nhất của ôtô, [rad/s];

rbx : Bán kính làm việc của bánh xe, [m]

3.1.2 Tỷ số truyền trung gian của hộp số:

+ Đối với ôtô du lịch và khách liên tỉnh, thường làm việc ở các số truyền cao, nên các số truyền trung gian được xác lập theo cấp số điều hoà nhằm sử dụng tốt nhất công suất động cơ khi sang số như sau :

;).21(

;).1(

hI

hI hk

hI

hI hIII

hI

hI hII

i a k

i i

i a

i i

i a

i i

(3-3)

Với : n - là số cấp hộp số;

ihn - là tỷ số truyền cao nhất của hộp số;

ihI - là tỷ số truyền số thấp nhất của hộp số;

ihk : Tỷ số truyền trung gian thứ k của hộp số, k=2ữn (*)

(*) Riêng đối với hộp số kiểu ba trục đồng tâm :

- Nếu số truyền cao nhất là số truyền thẳng (i hn =1) thì chỉ tính các số trung gian k = 2ữ(n-1); tức là :

)

1(1

n k

i n

i a

) 2 ( 2

).

2 ( 1

1 ) 1 (

a i

n k

i n

i a i

hn

hI hI

n h

(3-3"')

+ Đối với xe tải, buýt, thường làm việc với các số truyền trung gian và thấp, nên

số truyền trung gian được xác lập theo cấp số nhân với công bội q như đã trình bày :

2

/

;//

;/

k hI hk

hI hII

hIII

hI hII

q i i

q i q i i

q i i

(3-4)

Trong đó :

q : Công bội của dãy tỷ số truyền hộp số, xác định theo (3-1);

ihk : Tỷ số truyền trung gian thứ k của hộp số, k=2ữn (*)

(*) Đối với hộp số kiểu ba trục đồng tâm :

- Nếu số truyền cao nhất là truyền thẳng (ihn=1) thì k=2ữ(n-1);

- Nếu số truyền cao là số truyền tăng (ihn < 1) thì ih(n-1)=1, k=2ữ(n-2)

3.1.3 Phân chia tỷ số truyền chung cho hộp số chính và hộp số phụ :

Đối với hộp số nhiều cấp (n>6) thì việc phân chia tỷ số truyền chung ihk của hộp

số nhiều cấp thành tỷ số truyền hộp số chính ic và tỷ số truyền hộp số phụ ip cần phải bảo

• Tích của hai số truyền bất kỳ của hai hộp số chính và phụ phải bằng một giá trị

duy nhất của tỷ số truyền chung ihk ;

Tức là : ihk = icj.ipl ≠ icl.ipj ∀k, j, l ≠1, n (3-6)

Để có thể phân chia hợp lý tỷ số truyền của hộp số nhiều cấp, tránh sự trùng lặp, gần nhau quá mức hoặc cách nhau quá lớn, ta có thể biểu diễn sự phân chia này trên mô hình trục số logarit như các hình H3-8 và H3-9

• Trên trục số logarit A ta đặt các giá trị logicn, logic(n-1), , logicII, logicI tương ứng tại các điểm : n, (n-1), , 3, 2, 1 của các số truyền hộp số chính

• Trên trục logarit B ta đặt các giá trị logihN, logih(N-1), , logihII, logihI tương ứng tại các điểm : N, (N-1), , III, II, I của các số truyền hộp số nhiều cấp

• Giá trị logicn, logihn ứng với số truyền thẳng (icn = ihn = 1) sẽ có giá trị bằng không (0) trên các trục logarit A, B

• Các giá trị tiếp theo tương ứng cách nhau bằng logarit của công bội (logq đối với hộp số nhiều cấp trên trục B hoặc logq c xét riêng đối với hộp số chính trên trục A) Nếu

số truyền cao nhất là số truyền tăng (ihn <1) thì giá trị logarit của nó mang giá trị âm

(logi cn < 0 trên trục A của hình H3-8b hay logi pn <0 trên trục B của hình H3-9b)

• Khoảng cách giữa số truyền thấp nhất và số truyền cao nhất của hộp số nhiều cấp biểu diễn trên trục số logarit B chính bằng :

i 1

log =logDp ; ở đây đặt Dp =

pn

p i

i 1

H3-8a) Không có số truyền tăng H3-8b) Có số truyền tăng ở hộp số phụ

H3-9a) Không có số truyền tăng H3-9b) Có số truyền tăng ở hộp số chính

I

II III IX

X

B

B

A A

logDc

logDp logDh

B

A

B A

1

Chú thích:

Hình H3-8a, b: Sơ đồ phân chia hộp số nhiều cấp có công bội của hộp số phụ qp= qh (với

q h là công bội của hộp số nhiều cấp)

Hình H3-9a, b: Sơ đồ phân chia hộp số nhiều cấp có công bội của hộp số chính q c = q h (q h là công bội của hộp số nhiều cấp)

Trục A đặt các giá trị loga rit của dãy các tỷ số truyền hộp số chính có công bội q c

Trục B đặt các giá trị loga rit của dãy các tỷ số truyền hộp số nhiều cấp có công bội q h Giá trị của các cấp số hộp số phụ được suy ra từ hộp số nhiều cấp và hộp số chính

Với các sơ đồ trên, ứng với số truyền thẳng của các hộp số (i h = 1, i c = 1, i p = 1)

sẽ ứng với các điểm có giá trị bằng không (logi k = 0) trên các trục số logarit Tia thẳng

đứng xuất phát từ điểm 0 xác định gốc (giá trị bằng 0) của các trục số logarit A của hộp

số chính (có các điểm 1, 2, 3 ứng với các cấp số của hộp số chính trên trục A) và của trục số logarit B của hộp số nhiều cấp (có các điểm I, II, III ứng với các cấp số của hộp

số nhiều cấp trên trục B)

Qua trục số logarit cho phép ta xác định được công bội của hộp số phụ khi biết số

cấp của nó (sẽ trình bày sau phần phân tích này, ngay bên dưới)

Trên các sơ đồ là các minh họa của hộp số phụ hai cấp Có hai tia xuất phát từ các

điểm trên trục số logarit A của hộp số chính: Tia thứ nhất đi thẳng từ mỗi điểm trên trục

A đến vuông góc với trục B là ứng với số truyền thẳng của hộp số phụ Tia thứ hai xuất phát cũng từ điểm đó trên trục A đến tương ứng với một điểm trên trục B Tùy theo sơ đồ

động học hộp số phụ, giá trị các cấp số của hộp số phụ mà ta có một trong 4 sơ đồ trên

) Trên hình H3-8 ứng với hộp số 10 cấp, hộp số phụ có hai cấp bố trí phía trước hộp số chính Với sơ đồ này, giá trị hai cấp tỷ số truyền của số phụ có giá trị nhỏ: một cấp số có giá trị bằng một (ip =1), giá trị của cấp số thứ hai hoặc nhỏ hơn một (i p <1, truyền tăng, logi p <0 trên hình H3-8b) hoặc lớn hơn một nhưng có giá trị công bội chính

bằng công bội của hộp số nhiều cấp (q p = q h , hình H3-8a)

Nói chung giá trị tỷ số truyền, công bội và do đó khoảng cách logarit Dp của số

phụ trong trường hợp này là nhỏ (công bội q p = q h ≈ 1,2ữ1,3) Khi hộp số phụ chỉ có hai

cấp thì có thể bố trí phía trước hộp số chính để nâng cao hiệu suất truyền chung của hộp

số nhiều cấp như đã phân tích ở trên (xem hình H3-7d)

) Trên hình H3-9 ứng với hộp số 8 cấp, hộp số phụ có 2 cấp bố trí phía sau hộp

số chính (trong đó hình H3-9b có số truyền tăng bố trí ở hộp số chính i cn <1; logi cn <0)

Với sơ đồ này, ngoài giá trị của cấp số truyền thẳng (ip = 1), giá trị thứ hai của hộp số

phụ có giá trị rất lớn, lớn hơn cả giá trị lớn nhất của hộp số chính (cấp số có giá trị lớn nhất được gọi là cấp số thấp nhất - i c1)

Với cách chia này, ta có công bội của hộp số chính bằng công bội của hộp số

nhiều cấp: q c = q h Với các sơ đồ hình H3-9 ta có khoảng cách trên trục số logarit giữa giá trị của tỷ số truyền thấp nhất và tỷ số truyền cao nhất của hộp số phụ là rất lớn:

c c

h h

c h

p c

c

i

i q

n

2

1 p

Dhay log

ệ ip1 = ip2 n c

h q

Kiểu hộp số phụ hai cấp có giá trị tỷ số truyền lớn như vậy chỉ có thể là kiểu hành tinh mới có thể bảo đảm được kết cấu gọn, bền, làm việc êm và hiệu suất truyền cao Và vì giá trị tỷ số truyền khá lớn nên phải bố trí phía sau hộp số chính để không làm tăng mômen truyền đến hộp số chính, bảo đảm tuổi thọ và kích thước gọn cho hộp số chính

(hình H3-7b, c)

Mô hình trên đây có thể thiết kế cho xe làm việc trong hai điều kiện sử dụng tách

biệt rõ rệt : điều kiện sử dụng thứ nhất là làm việc trong điều kiện nặng nhọc (tải lớn và

đường xấu) thường sử dụng vùng các số thấp (sử dụng chủ yếu số thấp của hộp số phụ); ngược lại khi làm việc trong điều kiện đường tốt hơn, thì sử dụng các số cao (sử dụng chủ yếu số cao của hộp số phụ)

Ngoài hai mô hình đặc trưng nêu trên, cũng có thể thiết kế hộp số nhiều cấp với kiểu phân chia các tỷ số truyền cho hộp số chính và hộp số phụ theo kiểu kết hợp

Theo mô hình này, ta có sự phân chia tỷ số truyền của hộp số nhiều cấp không

theo hai mô hình trên (không có sự tách biệt rạch ròi giữa số mạnh và số nhanh của hộp

số phụ như mô hình H3-9; và cũng không xen kẻ đều hoàn toàn theo sơ đồ mô hình như trên hình H3-8) mà có sự xen kẻ kết hợp từ một cấp, hai cấp hoặc nhiều cấp của hai nhóm số truyền: nhóm dãy số truyền cao (1A, 2A, 3A khi dùng số truyền cao của hộp số phụ) và nhóm dãy số truyền thấp (4B, 3B, 2B ) như mô hình hộp số phụ hai cấp trên

hình H3-10a, b như sau

Hình H3-10 : Sơ đồ phân chia hộp số nhiều cấp kiểu xen kẻ kết hợp

a) Xen kẻ một cấp b) Xen kẻ nhiều cấp

Với kiểu kết hợp này cho phép khai thác tốt nhất các số truyền trung gian của hộp

số nhiều cấp để mang lại tính kinh tế cao và tính động lực tốt khi xe làm việc tập trung chủ yếu các số trung gian; nơi mà tập trung nhiều tỷ số truyền để lựa chọn

Như vậy, qui luật phân bố dãy tỷ số truyền của hộp số nhiều cấp bây giờ không còn tuân thủ tuyệt đối theo cấp số nhân Tuy nhiên để tránh sự trùng lặp của các số khi

chuyển từ nhóm số thấp lên nhóm số cao (hoặc ngược lại từ số cao về số thấp), trong

trường hợp này các cấp tỷ số truyền của riêng hộp số chính cũng như riêng hộp số phụ vẫn phải phân bố theo qui luật cấp số nhân

B

1A 2A

2B

0

logDc logDh

logDp

logqp logqc

1B 3A

4A

3B 4B

2

B A

3A

4A

1B 2B 3B

4B

Nghĩa là, với bất kỳ mô hình nào, ta luôn luôn có giá trị logarit giữa số truyền thấp nhất và số truyền cao nhất của hộp số phụ được xác định trên trục số logarit B bằng :

p

p p

p pn

p

D D

D

D q

n i

i

log log

log

log log

).

1 ( log 1

(3-8)

Như vậy tuỳ theo mô hình phân chia như đã trình bày trên, ta có phương pháp xác

định các tỷ số truyền cho hộp số chính và phụ như sau :

) Phân chia số xen kẻ (mô hình H3-8) : Công bội hộp số phụ bằng chính công

bội hộp số nhiều cấp (qp = qh)

‰ Đối với hộp số phụ :

+ Tỷ số truyền số thấp : i p q p n p i pn

) 1 ( 1

ư

Trong đó :

qp : Công bội của hộp số phụ; : qp = qh;

np : Số cấp của hộp số phụ; : np = nh/nc (ở đây nh là số cấp của hộp số nhiều

cấp xác định theo (3-1), nc là số cấp hốp số chính, lấy bằng 4 hoặc 5);

ipn : Số truyền cao nhất của số phụ, ipn = 1 (hoặc ipn ≈ 0,65ữ0,85)

+ Tỷ số truyền trung gian : ( 1 )

1 / ư

p p

p

hI c i

i

Trong đó : ihI là tỷ số truyền thấp của hộp số nhiều cấp, theo (3-1');

+ Tỷ số truyền trung gian :

) 1 (

1/

c

n cn

c c

k c c ck

i

i q

q i i

(3-9’’’’)

Trong đó :

k : Là số thứ tự của số truyền thứ k của hộp số chính;

qc : Công bội hộp số chính;

nc : Số cấp của hộp số chính, nc = 4ữ5;

icn : Tỷ số truyền cao nhất của hộp số chính, icn = 1 nếu số truyền cao là số

truyền tăng, và ihn ≈ 0,65ữ0,85 nếu là số truyền tăng;

Các thông số khác đã chú thích

) Phân chia số tách biệt (mô hình H3-9) : Công bội hộp số chính bằng công

bội hộp số nhiều cấp (qc = qh) :

‰ Đối với hộp số chính :

+ Tỷ số truyền số thấp : i c q c n c i cn

) 1 ( 1

c

hI p

) 1 (

1/

p

n pn

p p

k p p pk

i

i q

q i i

) Phân chia số kết hợp (mô hình H3-10) : Đối với hộp số nhiều cấp có kiểu

phân chia kết hợp nh− trên mô hình thì tỷ số giữa hai số truyền kề nhau trong toàn bộ dãy

tỷ số truyền của hộp số nhiều cấp không còn bằng nhau Nói cách khác, dãy các tỷ số

truyồn cĐa hép sè nhiồu cÊp khỡng cßn phờn bè theo qui luẹt cÊp sè nhờn trởn toÌn bé

dỈy sè Tuy vẹy, trong tõng hép sè phờn chia (chÝnh vÌ phô) vđn tuờn thĐ sù phờn bè theo

qui luẹt cÊp sè nhờn

ớố tÝnh dỈy tủ sè truyồn cĐa hép sè chÝnh còng nh− hép sè phô trong tr−êng hîp nÌy ta cã cĨc giộ thiỏt sau :

- DỈy cĨc tủ sè truyồn cĐa hép sè chÝnh, hép sè phô vÉn tuờn theo qui luẹt cÊp

sè nhờn;

- Trởn Ềtõng khoộngỂ dỈy sè truyồn cĐa hép sè nhiồu cÊp vÉn tuờn theo qui luẹt

cÊp sè nhờn; nghườ lÌ trởn trôc sè logarit ợèi vắi hép sè nhiồu cÊp, ta vÉn cã sù

cĨch ợồu nhau giƠa cĨc sè trong Ềtõng khoộngỂ t−Ũng ụng VÝ dô trởn hÈnh

H3-10a ta cã cĨc dỈy : (1B, 2B, 3B), (3B, 1A, 4B, 2A), (2A, 3A, 4A) ợồu phờn

bè theo qui luẹt cÊp sè nhờn côc bé

- ớố ợŨn giộn, ẽ ợờy ta chừ xƯt hép sè phô hai cÊp (np = 2) VÌ giộ thiỏt ta vđn cã cỡng béi lý thuyỏt ph* cĐa hép sè nhiồu cÊp ợ−îc xĨc ợẺnh bững :

) 1 (

* = n h−

hn

hI h

h

c c

p pn

p

c c

c cn

c

D D

D

q j

n D i

i

q n

D i

i

loglog

log

log.2

1log

log

log)

1(loglog

1 1

(3-12)

Tõ (3-11) vÌ (3-12) suy ra :

( )

( ) ( − ) −⎜⎜⎛ + ⎟⎟

−

1 1 1

*

j n n

q = ta cã kiốu phờn chia xen kị ợồu theo mỡ hÈnh H3-8;

- Khi j = - 1/2, thÈ q =q ta cã kiốu phờn chia tĨch biơt theo mỡ hÈnh H3-9;

Từ đây, ta có trình tự xác định tỷ số truyền của các hộp số chính và phụ như đã trình bày từ (3-10) đến (3-10’’’)

3.1.4 Tỷ số truyền hộp số máy làm đất :

Hộp số máy kéo nói chung và máy làm đất nói riêng thường có nhiều cấp số với khoảng cách tỷ số truyền của chúng nhỏ để bảo đảm tốc độ làm việc bình thường tuỳ theo các loại công việc mà máy thực hiện; trong khi đó cần sự thay đổi tải trong phạm vi lớn Chính vì vậy động cơ máy kéo và máy làm đất thường được sử dụng vùng đặc tính

điều chỉnh với khoảng thay đổi tốc độ trong phạm vi hẹp

Việc tính toán nhóm tỷ số truyền làm việc chủ yếu có thể tính theo cấp số nhân; tức là :

/

/

k hI hk

hI hII

q i i

q i i

(3-14)

Trong đó :

q : Công bội của hộp số máy kéo;

ihI : Tỷ số truyền số thấp của nhóm làm việc chủ yếu;

ihk : Tỷ số truyền số thứ k của nhóm làm việc chủ yếu;

Công bội q của nhóm tỷ số truyền làm việc chủ yếu được xác định theo lực kéo lớn nhất và lực kéo nhỏ nhất như sau :

m

f m

f m

P P

P P

q

+

+

= min

max

(3-14')

ở đây :

m : Số cấp của hộp số;

Pmmax : Lực kéo lớn nhất ở móc kéo, [N];

Pmmin : Lực kéo nhỏ nhất ở móc kéo, [N];

Pf : Lực cản lăn qui dẫn tổng cộng của liên hợp máy, [N];

Thực nghiệm cho thấy rằng, hiệu suất kéo trung bình (đối với truyền lực có cấp)

đạt được cao nhất với khoảng lực kéo : Pmmax/Pmmin = 1,75; công bội q có giá trị nằm trong khoảng : q = 1,15ữ1,25

Tỷ số truyền số thấp (ihI) và số truyền cao (ihn) của nhóm số truyền làm việc chủ yếu được xác định theo lực kéo lớn nhất và lực kéo thấp nhất của móc kéo :

bx f m

hn

o t n

bx f m

hI

i M

r P P

i

i M

r P P

i

η

η)

rbx : Bán kính làm việc của bánh xe, [m];

ηt : Hiệu suất truyền lực;

Mn : Mô men quay định mức của động cơ, [Nm];

io : Tỷ số truyền của truyền lực chính (bao gồm tỷ số truyền lực trung ương

và tỷ số truyền lực cuối cùng)

Việc xác định tỷ số truyền io phải dựa trên sơ đồ hộp số đồng thời phân tích cả hệ thống truyền lực (vì hộp số liên hợp máy thường được phân làm nhiều nhóm : nhóm số truyền thấp để tạo ra các vận tốc đặc biệt thấp phục vụ cho việc gieo, đào lỗ, trồn cây , nhóm số truyền làm việc chủ yếu và nhóm số truyền vận chuyển) nhằm bảo đảm tốc độ yêu cầu cho các công việc

Vận tốc làm việc thấp nhất đối với liên hợp máy bánh bơm vào khoảng 1,66[m/s],

đối với hệ thống di chuyển gằng xích thì vào khoảng 1,38[m/s] Vận tốc làm việc cao nhất đối với máy bánh bơm vào khoảng 2,5ữ2,77[m/s], đối với máy xích vào khoảng 1,93ữ2,21[m/s] Ngoài ra có thể đưa thêm các số truyền dự trữ trong phạm vi tốc độ từ 0,166ữ1.108[m/s] nhằm thực hiện một số công việc canh tác đặc biệt Để vận chuyển hàng hoá hoặc chạy không trên đường, người ta thiết kế từ một đến hai số truyền vận chuyển với tốc độ vận chuyển trên đường đất vào khoảng 2,77ữ3,32[m/s] và trên đường nhựa khoảng 6,92[m/s] có khi đến 8,35[m/s] trên loại đường tốt đối với máy bánh bơm

3.2 Xác định kích thước cơ bản khác của hộp số :

3.2.1 Khoảng cách trục:

Khoảng cách trục là một trong những thông số quan trọng quyết định kích thước

cac-te hộp số nói chung và các chi tiết bên trong của hộp số (bánh răng, đồng tốc, ổ bi)

Khoảng cách trục A (tính theo [mm]) của hộp số ôtô được xác định sơ bộ theo

công thức kinh nghiệm sau :

3

max hI e

(Giá trị lớn chọn cho hộp số có số truyền tăng, hoặc động cơ Diezel)

Memax : Mô men quay cực đại của động cơ, [Nm];

ihI : Tỷ số truyền thấp của hộp số;

Khoảng cách trục A của các hộp số ôtô hiện nay thường nằm trong khoảng :

+ Đối với ôtô du lịch : A ≈ 65 ữ 80 [mm];

+ Đối với ôtô vận tải : A ≈ 85 ữ 160 [mm];

3.2.2 Kích thước theo chiều trục cac-te hộp số :

Kích thước theo chiều trục của cac-te hộp số l [mm] nói chung có thể được xác

định bằng tổng chiều dài (theo chiều trục) của các chi tiết lắp trên trục trung gian hộp số (hoặc trên trục thứ cấp đối với hộp số hai trục) Bao gồm : chiều rộng của các bánh răng b[mm], chiều rộng của các bộ đồng tốc (hoặc ống gài) H[mm], chiều rộng của các ổ đỡ trục B[mm] Đối với ôtô máy kéo, các thông số này thường được xác định theo kích thước khoảng cách trục A như sau :

+ Chiều rộng bánh răng : b ≈ (0,19 ữ 0,23)A đối với hộp số thường;

b ≈ (0,30 ữ 0,40)A đối với hộp số nhiều cấp;

(Giá trị lớn đ−ợc chọn cho bánh răng ứng với tỷ số truyền thấp hơn)

+ Chiều rộng ổ đỡ : B ≈ (0,25 ữ 0,28)A đối với ôtô du lịch;

B ≈ (0,20 ữ 0,25)A đối với ôtô vận tải;

(Giá trị chính xác phụ thuộc vào việc tính toán và chọn ổ)

+ Chiều rộng đồng tốc hoặc ống gài hai phía phụ thuộc vào kết cấu và có giá trị nằm trong khoảng :

H ≈ (0,68 ữ 0,78)A đối với ôtô du lịch;

H ≈ (0,40 ữ 0,55)A đối với ôtô vận tải;

A [mm]

Hệ số

ka

b/A (**)

B/A (**)

H/A (**)

Tỷ số l/A

(**) Tính giá trị trung bình;

*** Hộp số nhiều cấp, mô men ở trục thứ cấp của hộp số chính

3.2.3 Xác định kích thước bánh răng:

Bánh răng hộp số ôtô thường dùng dạng răng ngiêng nhămg bảo đảm yêu cầu làm việc êm dịu, khả năng làm việc lâu dài mà kích thước nhỏ gọn cho hộp số Răng thẳng chỉ sử dụng hạn chế ở số thấp, số lùi của một số hộp số ôtô động cơ Diêzel hoặc trên máy

kéo Khi làm bánh răng thẳng thì việc gài số bằng bánh răng di trượt trên trục (hình 12) cũng chỉ cần then hoa răng thẳng, không cần then hoa xoắn phức tạp

H3-Hình H3-13: Kết cấu bộ đồng tốc cùng với bánh răng của hộp số ôtô

II

L12345

a) Sơ đồ hộp số ZIL-130

III

II I

1 L 2 3 4 5

b) Sơ đồ hộp số Clark-280 V Hình H3-12: Sơ đồ hộp số dùng bánh răng di trượt để gài số (số 1 và số lùi)

Khác với các hộp số máy kéo (hoặc hộp số chi tiết máy thông thường), hộp số ôtô thường dùng bộ đồng tốc để gài số (hình H3-13) nhằm bảo đảm êm dịu, tránh va đập cho các bánh răng gài số Vì vậy các bánh răng gài số (quay trơn trên trục), ngoài vành răng

ăn khớp (4) còn có vành côn ma sát và vành răng để gài số nhằm làm đồng đều tốc độ trước khi gài số để nối cứng bánh răng (4) với trục Hiện nay, hầu hết các cấp số trên ôtô

đều có bố trí bộ đồng tốc để gài số (kể cả số lùi – xem hình H3-14)

• Số răng của bánh răng hộp số hai trục :

Số răng của bánh răng chủ động trong hộp số hai trục được xác định theo khoảng cách trục A và tỷ số truyền của cặp bánh răng ăn khớp igk như sau :

III

III

L

123465

3 4 6 5

a) Sơ đồ hộp số ZF- AK6 –80

Hình H3-14: Sơ đồ hộp số ôtô với tất cả các cấp đều có đồng tốc

)1(

cos2

)1(

cos2

1 1

1 1

gn n

n n

gk k

k k

g

i m

A Z

i m

A Z

i m

A Z

ββ

β

(3-17)

Trong đó :

igk : Tỷ số truyền của cắp bánh răng gài số thứ k, k=1ữn (n là số cấp);

βk : Góc nghiêng của cặp bánh răng gài số thứ k; [độ];

mk : Mô-duyn pháp tuyến của cặp bánh răng gài số thứ k, [mm]

Các thông số khác đã được chú thích

Để bảo đảm các bánh răng hộp số ôtô làm việc êm, xu hướng chọn mô-duyn mk

có giá trị nhỏ, ngược lại góc nghiêng của răng βk thường có giá trị lớn như sau :

+ Mô-duyn : - Xe du lịch : m = 2,25ữ3,0

- Xe vận tải : m = 3,50ữ5,0 Giá trị lớn chọn cho xe có tải trọng lớn và giảm dần về tỷ số truyền cao Giá trị m=5 chỉ chọn cho xe tải lớn khi số răng của bánh chủ động nhỏ hơn 14

+ Góc nghiêng : - Xe du lịch : β = 22ữ34

Giá trị nhỏ chọn ứng với số truyền thấp để giảm bớt lực dọc trục

Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số ig đối với hộp số hai trục chính bằng tỷ số truyền tính toán của hộp số (ig=ih) Số răng bánh răng bị động của cặp bánh răng gài số thứ k được xác định bằng Zk' = Zk.ihk (i hk là tỷ số truyền của hộp số)

• Số răng của bánh răng hộp số ba trục :

Đối với hộp số ba trục đồng trục, các số truyền đều phải qua hai cặp bánh răng

Trong các cặp bánh răng đó có một cặp bánh răng được dùng chung cho tất cả các

cấp số truyền (trừ số truyền thẳng) gọi là cặp bánh răng truyền động chung Nghĩa là

nó luôn luôn làm việc với bất kỳ cấp số truyền nào - trừ số truyền thẳng không phải qua cặp bánh răng nào Vì vậy khi phân chia tỷ số truyền cho cặp bánh răng này, cần phải có giá trị đủ nhỏ để vừa bảo đảm tuổi thọ cho cặp bánh răng truyền động chung vừa để cho

số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp không được nhỏ quá

Theo kinh nghiệm, số răng chủ động của cặp bánh răng gài số ở số truyền thấp nhất của ôtô du lịch : Z1 = 17ữ15 (với ihI=3,5ữ3,8), đối với ôtô vận tải : Z1 = 16ữ12 (với

i hI =6ữ8) Giá trị nhỏ của Z1=12ữ13 chỉ chọn cho xe có giá trị tỷ số thấp (ihI) lớn và duyn của răng lớn

mô-Khi đã chọn được số răng chủ động Z1 của cặp bánh răng gài số, thì từ công thức (3-17), dễ dàng tính được tỷ số truyền ig1 của cặp bánh răng gài số ở số thấp Từ đó, suy

ra tỷ số truyền của các cặp bánh răng ăn khớp khác như sau :

hI a

i

i i i

i i

1

(3-18)

Trong đó :

ia : Tỷ số truyền cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp;

ihI : Tỷ số truyền số thấp của hộp số;

ihk : Tỷ số truyền số thứ k bất kỳ của hộp số (trừ số truyền thẳng);

ig1 : Tỷ số truyền cặp bánh răng gài số ở số thấp;

igk : Tỷ số truyền cặp bánh răng gài số thứ k bất kỳ; trừ số truyền thẳng

Khi đã có được ia và igk thì số răng của bánh răng chủ động tương ứng Za và Zk(k=2ữn, trừ số truyền thẳng) được xác định theo công thức (3-17)

Số răng bị động của các cặp bánh răng ăn khớp tương ứng được xác định theo tỷ

số truyền gài số của chính nó :

gk k

k Z i

Z' =

(3-19)

Chú ý rằng, khi tính toán số răng theo (3-17) và (3-19) số răng phải được làm

tròn, vì vậy khoảng cách trục của các cặp bánh răng ăn khớp Aα ≠ A Cho nên các bánh răng phải được chế tạo dịch chỉnh để bảo đảm ăn khớp đúng khi lắp trên hai trục với khoảng cách trục chung A đã định

Hệ số dịch dao tổng cộng ξk của các cặp bánh răng thứ k lúc này phải thoã mãn

điều kiện ăn khớp đúng như sau :

±

=

k

k k

k k

k k

Z

Z m

m A Z

'

1

cos)(

(3-20)

Khi khoảng cách trục ăn khớp Aα của cặp bánh răng nào đó đúng bằng A (hệ số dịch dao tổng cộng ξk=0) thì bánh răng vẫn chế tạo dịch chỉnh nhằm tăng bền và êm dịu cho cặp bánh răng ăn khớp của hộp số ôtô; gọi là cặp bánh răng dịch chỉnh đối xứng

• Số răng của bánh răng hộp số phụ kiểu hành tinh:

Đối với hộp số phụ của hộp số nhiều cấp có giá trị tỷ số truyền thấp là lớn và số cấp là hai (hoặc bốn), thường sử dụng hộp số phụ hai cấp kiểu hành tinh bố ở phía sau

hộp số chính (hình H3-7b) Kiểu hộp số hành tinh có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với hộp

số kiểu bánh răng thông thường : kết cấu bánh răng ăn khớp trong gọn cứng vững và cho

tỷ số truyền lớn, các bánh răng ăn khớp khít khao không có tiếng ồn và hiệu suất truyền

động cao

Các bánh răng trong kết cấu hành tinh chỉ cần răng thẳng, mô-duyn thường chọn trong khoảng m=2,75ữ3,5 Khoảng cách trục Aht giữa bánh răng trung tâm (hoặc vành răng bao) và các bánh răng vệ tinh được xác định theo kinh nghiệm : Aht ≈ (0,5ữ0,55)A, với A là khoảng cách trục của hộp số chính

Tỷ số truyền số cao của số phụ có giá trị bằng một (ip2=1; tức là truyền thẳng được thực hiện bằng cách khoá cơ cấu hành tinh) Tỷ số truyền số thấp ip1 được xác định khi cơ cấu hành tinh làm việc : cố định vành răng bao Zb khi gài số (xem hình H3-17b); trục thứ

cấp chính là trục chung của các trục di động của các bánh răng vệ tinh Zg (nối với cần C)

1 = +

a

b p

a

A Z Z m Z

Z m

2

)(

(3-22)

Từ (3-22) suy ra Z b ưZ a =2Z g, nghĩa là số răng Za, Zb là những số nguyên dương hoặc cùng chẵn, hoặc cùng lẽ Nếu Z a +Z g ≠Z b ưZ gthì phải chế tạo bánh răng dịch chỉnh nhằm bảo bảm điều kiện ăn khớp đúng theo cùng một khoảng cách trục Aht với hệ

=

m

A Z

Z m

m

A Z

Z m

ht g

b

ht g

a

2

2)(

2

2)(

y : Hệ số dạng răng; với cặp bánh răng không điều chỉnh có thể chọn theo số răng tương đương Ztd = Z/cos3β (β là góc nghiêng) trên bảng B3-3

Đối với cặp bánh răng có điều chỉnh, thì hệ số dạng răng y' được xác định theo hệ

số dạng răng y của cặp bánh răng không điều chỉnh như sau :

α

λξ

k k f y

o

)1(

fo : Hệ số chiều cao đầu răng, theo bảng B3-3: fo =1,0;

kh : Hệ số hiệu chỉnh chiều cao đầu răng khi có chiều cao đầu răng h khác với tiêu chuẩn : kk = 2,25

h

m

(m là mô-duyn pháp tuyến);

kα : Hệ số hiệu chỉnh góc ăn khớp khi góc ăn khớp α khác với tiêu chuẩn 20o

Bảng B3-3a : Hệ số dạng răng y đối với răng không dịch chỉnh (α=20 o ; f o = 1,0)