Hộp số dùng để:
- Thay đổi thay đổi tốc độ và mô men truyền (hay lực kéo) trên các bánh xe. Thay đổi chiều chuyển động (tiến hoặc lùi),
- Ngắt động cơ lâu dài khỏi hệ truyền lực.
Trên một số ô tô, chức năng thay đổi mô men truyền có thể được đảm nhận nhờ một số cụm khác (hộp phân phối, cụm cầu xe) nhằm tăng khả năng biến đổi mô men đáp ứng mở rộng điều kiện làm việc của ô tô.
b) Yêu cầu
Hộp số cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
- Có dãy tỉ số truyền hợp lý, phân bổ các khoảng thay đổi tỉ số truyền tối ưu, phù hợp với tính năng động lực học yêu cầu và tính kinh tế vận tải.
- Phải có hiệu suất truyền lực cao,
- Khi làm việc không gây tiếng ồn, chuyển số nhẹ nhàng, không phát sinh các tải trọng động khi làm việc.
Đối với các hộp số sử dụng các bộ truyền có cấp (các tỉ số truyền cố định), khi chuyển số, thường xảy ra thay đổi giá trị tốc độ và mô men và gây nên tải trọng động. Hạn chế các xung lực và mô men biến động cần có các bộ phận ma sát (đồng tốc, khớp
SVTH: Nguyễn Minh Tân 34
ma sát, bộ truyền thủy lực...) cho phép làm đều tốc độ của các phần tử truyền và nâng cao độ bền, độ tin cậy trong làm việc của hộp số.
- Đảm bảo tại một thời điểm làm việc chỉ gài vào một số truyền nhất định một cách chẳc chắn (cơ cấu định vị, khóa hâm, bảo vệ...).
- Kết cấu phải nhỏ, gọn, dễ điều khiển, bảo dưỡng và sửa chữa.
- Có khả năng bố trí cụm trích công suất để dần động các thiết bị phụ khác.
c) Phân loại
Hộp số trên ô tô được phân loại theo các đặc điểm kết cấu sau:
* Theo đặc điểm thay đôi tỉ sổ truyền: hộp số vô cấp và hộp số có cấp
- Hộp số vô cấp được dùng để tạo thành HTTL vô cấp, trong đó hộp số có tỉ số truyền biến đổi liên tục, trong khoảng tỉ số truyền (R) định sẵn, từ thấp đến cao và ngược lại. Trên ô tô bộ truyền vô cấp thường gặp: biến mô men thủy lực, bộ truyền đai đặc biệt... Nếu mô men động cơ làm việc ở giá trị nhất định, sự biến đổi mô men sau hộp số vô cấp là đường liên tục, do vậy các bộ truyền này còn được gọi là bộ truyền liên tục trong khoảng tỉ số truyền R cho trước. Ví dụ: trên biến mô men thủy lực, khoảng R có thể đạt tới 2,7, trên bộ truyền đai đặc biệt có thể R = 4,5.
- Hộp số có cấp, tạo thành HTTL có cấp, được dùng phổ biến trên ô tô. Tỉ số truyền trong hộp số thay đổi với các giá trị cố định khác nhau, do vậy còn được gọi là
bộ truyền gián đoạn. Mức độ gián đoạn phụ thuộc vào số lượng tỉ số truyền bên trong hộp số.
* Theo cấu trúc truyền lực giữa các bánh răng: các bánh răng ăn khớp ngoài với các trục cố định (hộp số thông thường), kết hợp các bánh răng ăn khớp trong và ăn khớp ngoài có trục di động (hộp số hành tinh). Trong hộp số thường gặp các bộ truyền ăn khớp ngoài và bộ truyền hành tinh.
* Theo phương pháp điều khiển chuyển số của hộp số: điều khiển bằng tay, điều khiển tự động và điều khiển bán tự động. Trong thời gian gần đây đã xuất hiện các hộp số cho phép làm việc theo phương pháp điều khiển bằng tay và điều khiển tự động tùy chọn bằng các nút chọn trên bảng điều khiển (hộp số hai ly hợp trên một số ô tô con).
Chương III: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của HTTL
SVTH: Nguyễn Minh Tân 35
3.4.1.2 Hộp số có cấp thông thƣờng
Cấu tạo của hộp số cơ khí có cấp điển hình được trình bày trên hình 3.15a và bao gồm các các bộ phận cơ bản:
1) Bộ phận đảm nhận chức năng truyền và biến đổi mô men bao gồm: các cặp bánh răng ăn khớp, các trục và ổ đỡ trục, vỏ hộp số.
2) Bộ phận điều khiển chuyển số đảm nhận chức năng chuyển số theo sự điều khiển của người lái và khả năng giữ nguyên trạng thái làm việc trong quá trình xe hoạt động. Bộ phận này bao gồm: cần số, các đòn kéo, thanh trượt, nạng gài, khớp gài, cơ cấu định vị, khóa hãm, cơ cấu bảo hiểm gài số lùi.
Vị trí gài các số truyền
của cần số (b) là các điểm mút của các nhánh (1. 2. 3. 4. 5. L). Tại vị trí trung gian (0.) của cần số, mô men truyền ra phía sau bị ngắt.
Hộp số cơ khí có cấp được phân chia theo:
* Theo số lượng ti số truyền có trong hộp số có cáp: 3, 4..., nhiều tỉ số truyền. Trong giao tiếp thường chi kể đến các số tiến của ô tô và số lượng tỉ số truyền tạo nên giữa trục chủ động và trục bị động được gọi là số lượng cấp truyền gián đoạn trong hộp số(số cấp).
Hộp số có 3 cấp, 4 cấp, 5 cấp là các loại hộp số có 3, 4, 5 cấp số truyền tiến, được sử dụng trên ô tô con, ô tô tải đa dụng, ô tô buýt. Trên ô tô tải nặng và ô tô chuyên dụng có thể sử dụng nhiều cấp truyền hơn (số lượng cấp truyền tiến có thể tới 14, 16 số truyền), nhằm phù hợp với điều kiện thay đổi tải trọng trong khoảng rất rộng của ô tô.
Tên thường gọi của các số truyền phù hợp với khoảng tốc độ chuyển động của ô tô. Các số truyền tạo nên lực kéo ở bánh xe chủ động lớn và tốc độ ô tô thấp được gọi
SVTH: Nguyễn Minh Tân 36
là các tay số thấp, và ngược lại là các tay số cao. Như vậy trong hộp số: các tay số thấp có giá trị ti số truyền lớn, các tay số cao - giá trị tỉ số truyền nhỏ.
Nhóm tay số cao được sử dụng nhiều khi ô tô chuyển động trong điều kiện đường tốt. Trong đó, số truyền cao nhất có thể có giá trị ti số truyền ih= 1 (số truyền thẳng), hoặc có tỉ số truyền ih < 1 (số truyền tăng tốc).
Nhóm tay số thấp được sử dụng khi ô tô chuyển động trong điều kiện cần khắc phục lực cản chuyển động lớn (đường xấu, đường dốc, chờ nặng...). Tay số thấp nhất (giá từ tỉ số truyền lớn nhất) được đùng để khởi hành xe.
Để đảm bảo khả năng thực hiện chuyển động lùi, trong hộp số có bố trí số truyền lùi với giá trị tỉ số truyền xấp xi bằng giá trị ti số truyền ở tay số tiến thấp nhất.
* Phân chia theo sơ đồ bố trí các bánh răng và trục trong hộp số bao gồm: hộp số 3 trục và hộp số 2 trục.
Hộp số 3 trục là các hộp số có đa số các số truyền ih truyền qua 2 cặp bánh răng ăn khớp. Với cấu trúc tỉ số truyền truyền qua 2 cặp bánh răng ăn khớp nên chiều quay của trục chủ động và trục bị động không thay đổi, cho phép thực hiện một số giá trị tỉ số truyền lớn, tuy nhiên hiệu suất truyền lực sẽ thấp do phải truyền qua nhiều cặp bánh răng ăn khớp. Trên hình 3.15 là cấu tạo của hộp số 3 trục dùng cho ô tô tải vừa với 5 số tiến và 1 số lùi. Các số tiên 1, 2, 3, 4 đều thực hiện truyền qua 2 cặp bánh răng ăn khớp, số 5 là số truyền thẳng, số lùi thực hiện truyền qua 3 cặp bánh răng nhằm đảo chiều quay của trục bị động.
Hộp số 2 trục là các hộp số có đa số các số truyền ih truyền qua 1 cặp bánh răng ăn khớp. Các hộp số loại này rất phù hợp với HTTL của ô tô con đòi hỏi tốc độ cao (giá trị ih không cần lớn).
a) Cấu trúc truyền và biến đổi mô men hộp số 3 trục năm số tiến
Trên hình 3.16 mô tả sơ đồ kết cấu của hộp số 3 trục bố trí dọc theo xe (trình bày trên hình 3.15). Hộp số có 5 số tiến, một số lùi với 3 trục cơ bản I, II, III.
Trục chủ động I (trục sơ cấp) đồng thời là trục bị động của ly hợp đặt trên hai ổ lăn; một gối vào trong bánh đà, một đặt trên vỏ hộp số. Trục bố trí bánh răng za thường xuyên ăn khớp với bánh răng Z’a. Trong lòng bánh răng bố trí gối đỡ cho trục III.
Trục trung gian II đặt trên hai ổ lăn của vỏ hộp số. Trên trục bố trí 5 bánh răng nghiêng Z’a, Z’4, Z’3, Z’L, Z'2nhờ các then bán nguyệt và một bánh răng thẳng Z’1 chế tạo liền trục.
Chương III: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của HTTL
SVTH: Nguyễn Minh Tân 37
Trục bị động III (trục thứ cấp) bố trí trên hai ổ lăn: một - gối trên vỏ, một - gối vào lòng bánh răng Z'a. Trục mang theo: ba bánh răng nghiêng z4, z3, z2 lắp quay trơn trên trục, một bánh răng thẳng Z1 di trượt bằng then hoa đảm bảo cho việc dịch chuyển gài số trực tiếp, hai bộ khớp gài dạng đồng tốc G2, G3 di trượt được trên then hoa của trục. Các bánh răng Z4, Z3, Z2 chỉ liên kết với trục khi các khớp gài G2, G3 được gài vào vị trí tương ứng (xem hình vẽ). Khi một bánh răng đuợc gài các bánh răng khác sẽ ở vị trí quay tự do (quay lồng không). Vị trí khớp gài G3 có thể bố trí nối với bánh răng Za, tạo nên khả năng truyền thẳng mô men từ trục I sang trục III (số truyền thẳng). Khớp gài G1 đặt trên bánh răng Z1, dùng để di chuyển trực tiếp bánh răng sang vị trí số 1 hay số lùi.
Việc bố trí thêm trục IV (trục số lùi) cho phép tạo thành số lùi với 3 cặp bánh răng ăn khớp và đảo chiều quay của trục bị động. Các trục trong hộp số được bố trí trong không gian trình bày trên hình 3.16b.
Dòng truyền mô men được trình bày trên bảng ở hình 3.16c. Qua bảng nhận thấy:
Xác định giá trị tỉ số truyền của hộp số ih thông qua các số răng trên bánh răng:
SVTH: Nguyễn Minh Tân 38 a 1 a 2 a 3 a 4 a a L2 h1 h 2 h3 h 4 h5 hL a 1 a 2 a 3 a 4 a L1 1 Z ' Z ' Z ' Z ' Z ' Z ' Z ' Z ' Z ' Z ' Z i . ; i . ; i . ; i ; i 1; i . . Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z
Đa số các tỉ số truyền được thực hiện thông qua hai cặp bánh răng ăn khớp, trong đó có cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp Za, Z'a.
- Ở số truyền thẳng, lúc này dòng lực truyền trực tiếp từ trục sơ cấp qua khớp gài tới trục thứ cấp. Khi đó, các bánh ràng làm việc không tải, hiệu suất truyền lực của hộp số là cực đại. Thời gian hộp số làm việc ờ số truyền thẳng có thể chiếm khoảng 50% + 70% tổng thời gian chuyển động, do vậy cho phép hạn chế hao mòn bánh răng.
- Bánh răng của hộp số được sử dụng với hai loại bánh răng nghiêng và bánh răng thẳng. Các bánh răng luôn luôn ăn khớp sử dụng bánh răng răng nghiêng, các bánh răng di trượt gài số sử dụng bánh răng răng thẳng. Các bánh răng có răng nghiêng giúp tăng khả năng chịu tải và giảm độ ồn, tuy nhiên trong thiết kế, các chiều nghiêng được chọn hợp lý để hạn chế tối đa lực dọc trục tác dụng lên ổ đỡ trục. Các bánh răng răng thẳng sử dụng để gài số trực tiếp không thông qua ống gài, chỉ sử dụng với các số 1 và lùi (khi gài ô tô đứng yên) nhầm tránh xảy ra va đập các đầu răng, tuy nhiên để dễ dàng gài số các đầu răng của các bánh răng này được vát và vê tròn.
b) Bộ phận điều khiển chuyển số
Bộ phận điều khiển chuyển số trong hộp số có cấp yêu cầu: - Điều khiển chuyển số nhanh chóng.
- Thiết lập một vị trí gài và giữ ổn định các vị trí gài.
- Đảm bảo: gài hết chiều dài cần thiết trong các khớp gài, có vị trí trung gian để động cơ làm việc không tải lâu dài (ngắt dòng truyền mô men).
- Hạn chế (hoặc loại trừ) khả năng xảy ra va đập, gây ổn trong các chi tiết truyền mô men của hộp số,
- Có khả năng tạo cảm giác khi thực hiện gài số lùi.
Đáp ứng các yêu cầu trên, kết cấu của bộ phận điều khiển chuyển số rất đa dạng, nhưng có thể chia ra các phần cơ bản sau: điều khiển chuyển số, định vị, khóa hãm, bảo hiểm gài số.
Mối tương thích giữa vị trí của cần gài số với vị trí gài của các bánh răng trong hộp số được thực hiện thông qua cơ cấu điều khiển chuyển số. Cơ cấu được phân loại thành:
Chương III: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của HTTL
SVTH: Nguyễn Minh Tân 39
+ Điều khiển từ xa thông qua: các kết cấu đòn hoặc cáp, thông qua các truyền động khí nén, thủy lực hay tổ hợp khí nén thủy lực, điện...
Cơ cấu điều khiển chuyển số trực tiếp trên nắp của hộp số
Các chi tiết của cơ cấu điểu khiển chuyển số trực tiếp, được trình bày trên hình 3.17. Phần lớn các chi tiết của cơ cấu chuyển số nằm trên nắp của hộp số, cần số được bố trí dưới sàn xe ngay cạnh vị trí của ghế ngồi người lái. Các chi tiết bao gồm: cần số, trục trượt nạng gạt, vành gài và các bánh răng được gài số.
Cần số 1 được cấu tạo như một đòn bẩy có gối cầu 6 làm nhiệm vụ khớp xoay. Đầu trên của cần số, đựợc người lái điều khiển dịch chuyển theo hai hướng: hướng A dùng để chọn trục trượt gài số, hướng B dùng để đẩy trục trượt 3 thực hiện di chuyển nạng gạt gài số 4. Khớp gài số 5 (có thể là vành đồng tốc hay vành gài răng) di chuyển cùng với nạng gạt 4 liên kết các khớp răng gài số.
Mỗi trục trượt có thể đảm nhận gài 2 số gài. Tùy theo số lượng số truyền của hộp số hình thành sổ lượng trục trượt gài số cần thiết. Trên hình 3.18
sử dụng 5 số tiến và 1 số lùi và có 3 trục trượt gài số. Các trục trượt được bố trí, sao Hình 3.18: Bố trí các trục trượt trong hộp số
SVTH: Nguyễn Minh Tân 40
cho khi tất cả các vị trí nạng gạt nằm ờ vị trí trung gian, các rãnh trên trục trượt nằm thẳng hàng với nhau, đảm bảo đầu trong cần số 2 có thể di chuyển giữa các rãnh (A - hành trình chọn trục trượt).
Các trục trượt 3, được di chuyển theo hướng dịch chuyển B (hành trình gài số), trên các lỗ của nắp hộp số và mang theo nạng gạt gài số 4. Trên mỗi trục trượt có 3 rãnh định vị, tương ứng với 3 vị trí gài số của bánh răng: vị trí của rãnh giữa tương ứng với vị trí không gài số (vị trí trung gian), các vị trí biên tương ứng với vị trí gài số. Ở nắp hộp số bố trí cơ cấu bi, lò xo 7 và kết hợp với rãnh định vị của trục trượt hình thành cơ cấu định vị cho trục trượt. Nhờ cơ cấu định vị này, các trục trượt không tự do di chuyên (không tự thay đổi vị trí gài số).
Cơ cấu điều khiển chuyển số từ xa
Trong nhiều hệ thống truyền lực khoảng cách từ vị trí người lái tới nơi đặt hộp số xa cần thiết bố trí điều khiển từ xa.
Trên hình 3.19 trình bày cơ cấu điều khiển chuyển số dùng trục nối dài. cần số 1 thực hiện hai dịch chuyển: A - dịch chuyển lắc ngang, B - dịch chuyển đẩy dọc xe. Hai dịch chuyển trên được dẫn qua trục nối 2, trục trung gian 4 và thực hiện di chuyển các trục trượt 4 và nạng gạt 5 để gài số. Các chuyển vị được thay đổi theo không gian bố trí các trục nhằm thực hiện chức năng chọn trục trượt trên nắp hộp số và gài các nạng gạt vào số như sau:
Cần số 1 Trục nối 2 Trục trung gian 3 Trục trượt 4 Chức năng
A- Dịch chuyển lắc ngang Quay Đẩy ngang - Chon trục trược
B- Dịch chuyển đẩy dọc Đẩy dọc Quay Đẩy dọc Gài số
Hình 3.19: Cơ cấu điều khiển dùng trục nối dài
Hình 3.20: Cơ cấu điều khiển dùng cáp nối dài
Chương III: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của HTTL
SVTH: Nguyễn Minh Tân 41
Một số ô tô còn sử dụng hai dây cáp truyền hai chuyển vị điều khiển chuyển số từ chỗ ngồi của người lái tới hộp số như trên hình 3.20. Mỗi sợi cáp