Bài viết trình bày các giải pháp kết cấu nhằm khắc phục những nhược điểm của hộp số cơ khí có cấp, theo hướng tăng số lượng các số truyền để tăng tốc độ trung bình của ô tô, cũng chính là để giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng tính hiệu quả kinh tế. Hộp số cơ khí trên các ô tô hiện đại ngày nay đã có những tính năng vượt trội, tiếp cận được với các loại hộp số tự động. Mời các bạn cùng tham khảo!
VỀ SỰ HỒN THIỆN HỘP SỐ CƠ KHÍ CĨ CẤP ThS Nguyễn Văn Bản TĨM TẮT Bài báo trình bày hoàn thiện kết cấu loại hộp số đƣợc sử dụng phổ biến ô tô từ trƣớc tới nay: hộp số khí có cấp Trong nêu lên ƣu điểm loại hộp số Đó lý để loại hộp số khí sử dụng rộng rãi hệ thống truyền lực ô tô truyền thống trƣớc nhƣ ô tô đại ngày Nội dung chủ yếu báo trình bày giải pháp kết cấu nhằm khắc phục nhƣợc điểm hộp số khí có cấp, theo hƣớng tăng số lƣợng số truyền để tăng tốc độ trung bình tơ, để giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng tính hiệu kinh tế Hộp số khí tơ đại ngày có tính vƣợt trội, tiếp cận đƣợc với loại hộp số tự động NỘI DUNG 1.1 Hộp số khí có cấp kiểu truyền thống Chiếc ô tô đại úy kỹ sƣ pháo binh ngƣời Pháp Nicolas Joseph Cugnot (николя жозеф кюньо) chế tạo năm 1769, đƣợc trƣng bày bảo tàng ―Mỹ Thuật Thủ Công Mỹ Nghệ‖ thủ đô Pari, Pháp (hình 1.1) đƣợc coi tơ giới khơng có hộp số Tuy tốc độ chuyển động đƣờng phố Pari đạt 3,5 km/h, tức chậm tốc độ ngƣời Nhƣng ý nghĩa quan trọng tự hành! Trong hệ thống truyền lực tơ thực thụ sau sử dụng hộp số khí có cấp để mở rộng khoảng thay đổi mô men xoắn, đồng nghĩa với việc thay đổi tốc độ ô tô, từ động truyền đến bánh xe chủ động Hình 1.1: Chiếc tơ giới Hộp số khí thƣờng loại trục cố định, trục chủ động bị động đƣợc bố trí đồng trục (hình 1.2,a) Đặc điểm hộp số tính có cấp Do ƣu điểm nhƣ kết cấu đơn giản, dễ sử dụng bảo dƣỡng sửa chữa, giá thành hạ nên hộp số khí có cấp đƣợc sử dụng hệ thống truyền lực ô tô ngày 1492 Một nhƣợc điểm hộp số khí có cấp kiểu truyền thống (hình 2,a) là: sử dụng cần gạt để điều khiển trực tiếp (hoặc gián tiếp) ba trục trƣợt để chuyển số nên số lƣợng số truyền (khơng tính số lùi) bị giới hạn, tối đa năm Việc lựa chọn số lƣợng số truyền phù hợp đem lại hiệu tính động lực học, tính kinh tế tơ Tăng số lượng số truyền làm tăng tốc độ trung bình tơ (hình 1.2,b,c), điều có lợi xét mặt hiệu kinh tế Vì vậy, hộp số ô tô đại ngƣời ta có xu hướng làm tăng số lượng số truyền Đƣơng nhiên, tăng mức số cấp truyền làm cho kết cấu hộp số phức tạp, cồng kềnh, làm tăng khối lƣợng hộp số gây khó khăn cho điều khiển Hình 1.2: Sơ đồ hộp số ba trục cố định với cấp t số truyền (a); So sánh đặc tính D-V hộp số có số truyền (b) số truyền (c) 1.2 Những giải pháp kết cấu để tăng số lƣợng số truyền Giải pháp 1: Sử dụng chia số Với mục đích để tăng tốc độ trung bình xe mà không làm thay đổi khoảng động học khoảng lực học nó, ngƣời ta lắp thêm vào phía trƣớc hộp số ―bộ chia số‖ có hai t số truyền: i c1 i c2 (hình 2.1) Nhƣ vậy, số truyền hộp số đƣợc chia đơi Giá trị mô men lớn truyền đến bánh xe chủ động không đổi nhƣng khoảng biến đổi mô men xoắn số truyền liền kề thay đổi khơng nhiều (hình 2.2) Điều tốt để tăng tốc độ trung bình cho tơ vận tải chạy đƣờng dài, loại đƣờng có lớp phủ bề mặt tốt, sức cản mặt đƣờng thay đổi không lớn (đƣờng cao tốc liên tỉnh liên quốc gia, liên lục địa) Kiểu hộp số đời vào năm 70 k trƣớc (nhƣ ô tô vận tải Volvo F 89-32 có số truyền; KAMAZ 5230 với 10 số truyền sản xuất năm 1972,…) Với cách lắp thêm chia số phía trƣớc hộp số phụ sau hộp số chính, ngƣời ta tạo ô tô vận tải xe đầu kéo có tới 16 số truyền (nhƣ Volvo RS-61, Spyser 7016-3A) 1493 Hình 2.1 Sơ đồ chia số: 1.Trục chủ động; 2.Đồng tốc; 3.Trục thứ cấp; 4.Trục chủ động hộp số chính; Trục trung gian hộp số chính; 6.Trục trung gian chia Hình 2.2: Dãy số truyền hộp số có chia đặt trƣớc hộp số Giải pháp 2: Sử dụng hộp số có hai trục bị động Trên dòng xe du lịch đại hãng Audi Volkswagen, hộp số khí khơng có mà có tới hai trục bị động (hình 2.3) làm việc chung với trục chủ động Số lƣợng số truyền đƣợc tăng lên thành Các cặp bánh ăn khớp bánh trụ nghiêng; tất sô truyền có đồng tốc, kể số lùi Bố trí chung hộp số gọn Giảm đƣợc kích thƣớc hộp số theo chiều trục Hình 2.3: Hộp số khí kiểu 02M: Hình 2.4: Dẫn động điều khiển hộp số: 1.Cần chọn số; 2.Trục bị động thứ nhất; 3.Trục chủ động; 4.Trục bị động thứ hai; 5.Các te cụm vi sai cầu trƣớc; 6.Hộp gắn gắn truyền lực cầu sau 1.Dây cáp chọn trục trƣợt; 2.Dây cáp chọn sô; 3.Cần số; 4.Nắp hộp số Khi hộp số có sáu số truyền cấu điều khiển khơng thể sử dụng trục trƣợt theo kiểu truyền thống Trong hệ thống dẫn động điều khiển cho hộp số sử dụng hai dây cáp: dây cáp để lựa chọn trục trƣợt, thƣờng gọi ―càng lừa‖ cáp để chọn vị trí số Đầu cần số chuyển động không gian ba chiều Sơ đồ dẫn động điều khiển hộp số kiểu 02M có số tiến sơ đồ chuyển động khâu chọn trục trƣợt chọn số cho hình hình 2.4, 2.5 2.6 1494 Hình 2.5: Sơ đồ chuyển động khâu chọn trục trƣợt: 1.Thao tác qua phải hay qua trái cần số chọn trục trƣợt; Dây cáp dẫn động; cần điều khiển; Trục trƣợt; Càng gài đồng tốc; Bánh gài số Hình 2.6: Sơ đồ chuyển động khâu chọn số: 1.Thao tác di chuyển lên hay xuống cần số chuyển số; Dây cáp dẫn động; Cần điều khiển; 4.Trục trƣợt; Càng gài đồng tốc; Bánh gài số Giải pháp 3: Sử dụng ly hợp đôi để giảm tối đa thời gian sang số Nhƣợc điểm lớn hộp số có cấp chuyển số, dịng cơng suất truyền bị gián đoạn, ảnh hƣởng lớn đến tính thơng qua ô tô Đồng thời, sang số phải tốn khoảng thời gian, dù nhỏ t Do đó, q trình đổi số, tốc độ tơ bị giảm, thời gian tăng tốc bị tăng lên làm tăng quãng đƣờng tăng tốc, giảm vận tốc trung bình tơ Vấn đề đƣợc đặt tìm giải pháp kết cấu để trình đổi số phải đơn giản, nhẹ nhàng lái xe cần thực thao tác; giảm tối đa thời gian chuyển số, cho t sử dụng hộp số khí có cấp Mong muốn ―khi chuyển số, dịng cơng suất truyền khơng bị gián đoạn‖ tiền đề cho hệ thống điều khiển tự động hộp số, đƣợc Rudolf Frank đề xuất từ năm 1940 phát minh hộp số khí có số truyền (hình 2.7) sử dụng hai ly hợp (tạm gọi ly hợp đôi) Kết cấu phát minh chứa đựng hầu nhƣ tất đặc điểm kết cấu đại nhƣng 30 năm sau phát Frank, nhóm nghiên cứu Porsche (năm 1970) thực không thành công đề tài ô tô thể thao 962C Đề tài đƣợc hãng sản xuất ô tô Audi thử nghiệm với hộp số có ―ly hợp khơ‖ Tuy nhiên, ý định đƣa vào sản xuất hàng loạt ô tô có ly hợp đơi khơng thành cơng, tốn q nhiều thời gian cho việc điều khiển ( t lớn ) thời ngành kỹ thuật cơng nghệ cao liên quan chƣa phát triển, đặc biệt kỹ thuật điện tử, kỹ thuật truyền động thủy lực khí nén Từ năm 2003, hãng tơ Volkswagen Audi phối hợp với tập đoàn chuyên ly hợp thủy lực (hãng Borg Warner) chuyên kỹ thuật điện tử (hãng Temic) thực thành công việc kết nối hộp số khí với ly hợp đóng-ngắt (ly hợp đơi 02E) ô tô đƣợc sản xuất hàng loạt hãng Nó mang tên ―hộp số S tronic‖ Hộp số khí với ly hợp đơi S tronic đáp ứng đƣợc 1495 yêu cầu đặt mà cịn có ƣu điểm hộp số khí có cấp kết hợp với ƣu điểm hộp số tự động đại Chính vậy, S tronic gọi hộp số khí có cấp (6 số truyền) gọi hộp số tự động (tự động điều khiển dịng cơng suất khơng bị gián đoạn chuyển số) Ta có so sánh dƣới đây: Hình 2.7: Bản vẽ phát minh Rudolf Frank năm 1940 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu C n – Phan Đình Kiên, Thiết kế tính tốn ô tô máy kéo, Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1987 [2] Nguyễn Hữu C n, Dƣ Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng Lý thuyết ô tô máy kéo Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2000 [3] Nguyễn Khắc Trai, Hệ thống truyền lực ô tô con, Nhà xuất Giao thông vận tải, 1999, [4] Nguyễn Nƣớc, Kết cấu tính tốn tơ, tập 1, ĐH Giao Thông Vận 1496 [5] Harald Naunheimer –Bernd Bertsche- Joachim Ryborz – Wolfgang Novak, Automotive tránmissions, Springer, 2010 [6] Е КОЧНЕВ ЛЮДИ-АВТОМОБИЛИ-РЕКОРДЫ М Молодая гвардия, 1982 [7] АВТОМОБИЛЬ: КОНСТРУКЦИЯ, КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТ ТРАНСМИССИЯ Под ред д-ра техн наук проф А.И Гришкевича Минск, ―Вышэйшая школа‖.1985 [8] www.audi.ru 1497 ... ? ?hộp số S tronic‖ Hộp số khí với ly hợp đơi S tronic đáp ứng đƣợc 1495 yêu cầu đặt mà cịn có ƣu điểm hộp số khí có cấp kết hợp với ƣu điểm hộp số tự động đại Chính vậy, S tronic gọi hộp số khí. .. chia Hình 2.2: Dãy số truyền hộp số có chia đặt trƣớc hộp số Giải pháp 2: Sử dụng hộp số có hai trục bị động Trên dịng xe du lịch đại hãng Audi Volkswagen, hộp số khí khơng có mà có tới hai trục... đồ hộp số ba trục cố định với cấp t số truyền (a); So sánh đặc tính D-V hộp số có số truyền (b) số truyền (c) 1.2 Những giải pháp kết cấu để tăng số lƣợng số truyền Giải pháp 1: Sử dụng chia số