Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu tài liệu chuyên ngành, tìm kiếm các tài liệu liên quan và phân tích, tổng hợp lại.
Phương pháp nghiên cứu thực tế: Quan sát, tìm hiểu nguyên lý hoạt động và dựa trên đó để phân tích và đưa ra kết luận.
Phương pháp nghiên cứu thu thập thông tin: Dựa vào các mô tả hoạt động của hộp số Ford Transit và các hộp số khác. Từ đó sẽ phân tích, tổng hợp lại và kết luận về sự giống nhau và khác nhau của hệ thống truyền lực nói chung và cơ cấu hộp số nói riêng.
5. Kết cấu của đồ án
Nội dung của đề tài bao gồm:
Phần 1: Nghiên cứu hệ thống truyền lực trên ô tô
Chương 1: Tổng quan về hệ thống truyền lực trên ô tô Chương 2: Hệ thống truyền lực xe Ford Transit
Chương 3: Những hư hỏng thường gặp trên hệ thống truyền lực và cách khắc phục Phần 2: Thiết kế mô hình hộp số cơ khí để mô phỏng quá trình hoạt động
của hộp số
Chương 1: Lên ý tưởng thiết kế mô hình hộp số Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế mô hình Chương 3: Thi công mô hình
Chương 4: Xây dựng các bài tập thực hành ứng dụng trên mô hình Chương 5: Kết luận
6. Giới hạn của đề tài
Về nội dung nghiên còn bị hạn chế bởi kiến thức về hệ thống truyền lực trên ô tô còn ít.
Chỉ nghiên cứu về hệ thống truyền lực trên xe Ford Transit.
Chỉ khai thác có hiệu quả về hệ thống truyền lực trên xe Ford Transit, hư hỏng thường gặp trên xe Ford Transit và cách khắc phục các hư hỏng đó.
Phần 1: Nghiên cứu hệ thống truyền lực trên ô tô
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ 1.1 Giới thiệu về hệ thống truyền lực trên ô tô
Hình 1.1: Tổng thể hệ thống truyền lực trên ô tô
Hệ thống truyền lực bao gồm các bộ phận chính: trục bánh trước, ly hợp, hộp số, trục các-đăng, bộ vi sai và trục bánh sau.
Nhiệm vụ: Hệ thống truyền lực đảm bảo cho quá trình hoạt động của xe được thực hiện được liên tục và ổn định thông qua truyền động công suất sinh ra từ động cơ truyền đến ly hợp, hộp số, trục các-đăng, cầu dẫn động, bán trục và bánh xe. Ngoài ra còn đảm bảo cho xe có thể tăng/giảm tốc độ, đứng yên mà không cần tắt máy.
Công dụng:
- Truyền động và biến đổi mô-men xoắn từ động cơ đến bánh xe chủ động sao cho phù hợp giữa chế độ làm việc của động cơ và mô-men cản sinh ra trong quá trình
ô tô chuyển động.
- Cắt dòng công suất sinh ra trong thời gian ngắn hoặc dài.
- Thực hiện đổi chiều chuyển động giúp ô tô chuyển động lùi được.
- Giúp ô tô chuyển động êm dịu và có thể thay đổi tốc độ cần thiết trên đường.
Yêu cầu:
- Hệ thống làm việc ổn định, liên tục và an toàn.
- Thiết kế đảm bảo tính kinh tế và thẩm mỹ.
- Hoạt động êm dịu, ít tiếng ồn.
- Chi phí bảo dưỡng ít tốn kém.
- Thiết kế dễ sửa chữa và bảo trì.
1.2 Các bộ phận cơ bản của hệ thống truyền lực trên ô tô
Hình 1.2: Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực ô tô
➢ Ly hợp: dùng để truyền hay không truyền công suất từ động cơ đến hệ thống truyền lực. Cắt truyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực nhanh và dứt khoát trong những trường hợp cần thiết như khi chuyển số một cách êm dịu. Nó cũng cho phép động cơ hoạt động khi xe dừng và không cần chuyển hộp số về
số trung gian.
➢ Hộp số: dùng để biến đổi mô-men xoắn của động cơ truyền tới các bánh xe sao cho phù hợp với các chế độ tải. Chắc chắn sự mất mát công suất ở hộp số là không tránh khỏi, vì thế công suất thực tế đưa đến các bánh xe luôn luôn nhỏ hơn công suất đưa ra của trục khuỷu động cơ (hiệu suất của hộp số)
➢ Trục các-đăng (bao gồm trục chữ thập): truyền động các-đăng dùng để truyền
mô-men xoắn giữa các trục không thẳng hàng. Các trục này lệch nhau một góc α >
00 và giá trị của α thường thay đổi.
➢ Cầu chủ động: nhận công suất từ động cơ truyền tới để phân phối đến các bánh xe theo phương vuông góc. Cầu xe nâng đỡ các phần gắn lên nó như hệ thống treo, sắc-xi.
➢ Bán trục: nhận công suất từ cầu chủ động truyền đến các bánh xe.
1.3 Các kiểu bố trí
Hình 1.3: Kiểu bố trí hệ thống truyền động FF (A) và FR (B) Hệ thống truyền động chủ yếu sử dụng là:
- FF (Động cơ đặt trước - Bánh trước chủ động) với kiểu hộp số đặt ngang.
- FR (Động cơ đặt trước- Bánh sau chủ động) với kiểu hộp số đặt dọc.
Ngoải xe sử dụng kiểu đặt FF và FR ra còn có các loại xe 4WD (4 bánh chủ động), RR (Động cơ đặt sau - Cầu sau chủ động) kiểu xe hiện nay ít được sử dụng, và xe Hybrid đang bắt đầu được phát triển.
1.3.1 Kiểu FF (Động cơ đặt trước - Bánh trước chủ động)
- Kiểu thiết kế động cơ đặt trước và kéo dẫn động cả bánh trước chiếm đa số số lượng xe ô tô cỡ nhỏ trong thành phố vì thiết kế gọn gàng giúp tạo thêm không gian cho khoang lái, tăng thêm hiệu suất làm việc của xe vì có thể tối giản hóa hết mức so với các kiểu truyền động khác. Nguyên nhân là khoảng cách truyền tải năng lượng được giảm tối đa, do đó số lượng các chi tiết cơ khí giảm, lượng thoát năng lượng và khối lượng xe cũng giảm và chưa kể giá thành sản xuất của chiếc xe sẽ vì thế mà
giảm thấp hơn.
- Tuy nhiên, ngoài rất nhiều ưu điểm thiết kế kể trên thì vẫn có một số nhược điểm liên quan đến tính năng vận hành của xe. Do được cấu tạo phần lớn được tập trung phần trước xe nên sẽ khó có thể tăng tốc nhanh và luôn thất thế hơn so với xe dẫn động cầu sau trên các đoạn đường thẳng.
- Vì phần lớn trọng lượng tập trung ở phía trước nên ở phía đuôi xe dễ có cảm giác mất kiểm soát lái khi xe vào cua. Nguyên nhân dẫn tới tình trạng trên là vì thiết kế cầu sau nhẹ hơn nên khi vào các khúc cua, các bánh sau không có đủ lực tác dụng lên bề mặt đường để tạo độ bám vì vậy bánh sau sẽ dễ bị trượt và ma sát với mặt đường không còn, nhất là trong điều kiện đường trơn trượt.
- Với kiểu bố trí động cơ đặt trước - bánh trước chủ động như vậy thì cả phần trước của xe đảm nhiệm khá nhiều nhiệm vụ như định hướng, phanh, chịu tải, tăng tốc lên mỗi hai bánh trước mà khiến cho các lốp xe sẽ mau giảm tuổi thọ hơn so với hai bánh sau khi nhiệm vụ chỉ nâng đỡ và di chuyển theo hai bánh trước.
- Tuy nhiên, trình độ khoa học kỹ thuật ngày nay phát triển thì những nhược điểm trên đã dần được khắc phục dù là chưa triệt để nhằm đáp ứng nhu cầu rất lớn của người tiêu dùng cũng như nhà sản xuất. Đó cũng chính là hai ưu điểm lớn nhất của hệ thống dẫn động cầu trước FF: tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu chi phí sản xuất.
- Trên xe với kiểu động cơ đặt trước, bánh trước chủ động thì động cơ, ly hợp, hộp số, cầu chủ động tạo nên một khối lượng đơn nên mô-men động cơ sẽ truyền trực tiếp đến các bánh trước.
Hình 1.4: Kiểu xe FF với hộp số thường 1.3.2 Kiểu FR (Động cơ đặt trước - Bánh sau chủ động)
- Đây là kiểu xe được thiết kế cho những xe cần sức kéo lớn như các xe du lịch, xe bán tải hoặc xe có tải trọng lớn chuyên chở các vật nặng với thiết kế động cơ đặt trước và dẫn truyền mô-men đến bánh sau. Đây là dạng chuyển động của xe khi bánh sau chuyển động thì sẽ đẩy bằng hai bánh trước chuyển động theo xe giúp xe có thể
di chuyển được.
- Những nhược điểm của kiểu xe thiết kế FF lại chính là ưu điểm của kiểu xe thiết kế FR. Rõ rệt nhất chính là sự cân bằng về trọng lượng của xe, với việc chuyển các kết cấu cơ khí nặng ra phía sau, trọng lượng xe được dàn đều trên toàn bộ chiều dài của xe dẫn đến khả năng vận hành ổn định hơn, giảm thiểu các nguy cơ giật, lắc hoặc mất lái khi vào cua và quay vòng.
- Tuy vậy, các thiết kế của xe FR được cải thiện đáng kể hơn khi trình độ phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay của các kỹ sư thiết kế đã cải tiến thêm một số hệ thống
như hệ thống điện tử kiểm soát thân xe sẽ cho phép tối ưu hóa hoạt động của xe ngay cả trong điều kiện không lí tưởng để giúp xe ô tô có được trải nghiệm tốt nhất có thể.
Đó cũng chính là lí do cho sự quay lại của những chiếc xe dẫn động cầu sau trong thời gian sắp tới, thậm chí là đối với những chiếc xe cỡ nhỏ di chuyển trong thành phố.
Hình 1.5: Kiểu xe FR với hộp số thường 1.3.3 Kiểu bốn bánh chủ động 4WD
Hình 1.6: Thiết kế kiểu xe 4WD
- Các xe thường xuyên di chuyển ở mọi địa hình hay điều kiện di chuyển khó khắn cần được trang bị kiểu thiết kế dẫn động bốn bánh chủ động và được dẫn động mô-men
thông qua hộp số phụ.
- Khác với các xe dẫn động thông thường, xe dạng 4WD sẽ được trang bị bộ vi sai ở phía trước và phía sau để giảm thiểu tối đa sự chênh lệch tốc độ quay của các bánh xe trước và sau. Sự hoạt động của các bộ vi sai này đảm bảo được việc truyền công suất đến các bánh xe được đều nhau, làm xe di chuyển êm dịu hơn rất nhiều, kể cả khi xe quay vòng. Đặc điểm của hệ thống 4WD là tất cả các bánh xe đều phải có đường kính giống nhau ở cả trước và sau, mục đích là tránh cho bộ vi sai trung tâm phải làm việc liên tục dễ dẫn đến hư hỏng sau thời gian dài xe chạy.
1.4 Nhiệm vụ, phân loại, cấu tạo của các bộ phận trên hệ thống truyền lực 1.4.1 Ly hợp
- Ly hợp được đặt giữa động cơ và hộp số, có nhiệm vụ ngắt hay nối công suất động cơ thông qua bàn đạp ly hợp và làm cho bánh xe chủ động quay (nối) hoặc động cơ quay tự do không truyền công suất đến bánh xe (ngắt). Mặc dù có nhiều kiểu ly hợp nhưng tất cả đều làm việc trên nguyên tắc giống nhau.
Hình 1.7: Vị trí của ly hợp 1.4.1.1 Nhiệm vụ
- Nối động lực: Người lái chưa tác động lên bàn đạp, lúc này ly hợp chịu sức căng của
lò xo ép, ép đĩa bị động, đĩa chủ động, bánh đà thành một khối động lực được truyền từ bánh đà đến vỏ ly hợp, đến đĩa ép, đến đĩa ma sát, đến trục bị động.
- Cắt động lực: Người lái đạp lên bàn đạp ly hợp, qua cần dẫn động làm cho vòng bi mở và đầu cần tách đi vào đầu kia của cần tách đi ra. Lúc đó sẽ kéo đĩa ép đi ra, làm nén lò xe ép lại. Lúc này đĩa bị động ở trạng thái tự do do lực ma sát mất, động lực được cắt. Ly hợp còn có vai trò đảm bảo an toàn cho hệ thống truyền lực và động cơ trong trường hợp chịu tải quá lớn.
1.4.1.2 Phân loại
- Trên ô tô thường dùng ly hợp kiểu ma sát khô thường đóng có 1 hoặc nhiều đĩa ma sát, dẫn động điều khiển kiểu cơ khí, thủy lực hoặc trợ lực.
- Theo cách truyền mô men xoắn từ trục khuỷu đến trục của hệ thống truyền lực, ta có:
+ Ly hợp ma sát: loại 1 đĩa và nhiều đĩa, loại lò xo màng, loại lò xo nén trung tâm,...
+ Ly hợp thủy lực: loại thủy tĩnh và thủy động.
- Theo cách điều khiển
+ Điều khiển do lái xe (loại đạp chân, loại có trợ lực thủy lực hoặc khí).
+ Loại tự động.
1.4.1.3 Yêu cầu
- Ly hợp phải truyền được mô-men xoắn lớn nhất của động cơ mà không bị trượt trong mọi điều kiện, bởi vậy ma sát của ly hợp phải lớn hơn mô men xoắn của động cơ.
- Khi kết nối phải êm dịu để không gây ra va đập ở hệ thống truyền lực.
- Khi tách phải nhanh và dứt khoát để dễ gài số và tránh gây tải trọng động cho hộp số.
- Mô-men quán tính của phần bị động phải nhỏ.
- Ly hợp phải làm nhiệm vụ của bộ phận an toàn.
- Điều khiển dễ dàng.
- Kết cấu đơn giản và gọn.
- Đảm bảo thoát nhiệt tốt khi ly hợp trượt.
1.4.1.4 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ly hợp Cấu tạo của ly hợp bao gồm các bộ phận chính:
- Bánh đà.
- Đĩa ma sát.
- Mâm ép ly hợp.
Hình 1.8: Cấu trúc bộ ly hợp
A. Bánh đà: được bắt chặt với trục khuỷu nhờ các bu-long định tâm, trên bề mặt được gia công nhẵn làm mặt tựa của ly hợp. Đồng thời có các chốt định tâm bảo đảm đồng tâm giữa bánh đà và võ. Bánh đà được làm bằng thép, đôi khi được làm bằng gang có khả năng hấp thụ nhiệt tốt và giải nhiệt tốt.
- Trên bánh đà có vòng răng khởi động để khởi động động cơ, có các lỗ khoan xiên nhằm mục đích lưu thông không khí mang theo nhiệt độ, bụi, dầu mỡ (nếu có) ra ngoài. Trong trường hợp bị tắc khả năng tản nhiệt sẽ kém đi chút ít. Ngoài ra, bánh đà được làm dày để hấp thụ nhiệt lượng lớn tỏa ra từ hoạt động của ly hợp.
- Trên bề mặt 1 bên của bánh đà được chế tạo có bề mặt nhẵn để tạo ma sát. Tại vòng ngoài của bánh đà được khoan các lỗ để gắn thêm các bộ phận của ly hợp và một lỗ được khoan ở giữa bánh đà để lắp bạc đạn đỡ trục sơ cấp của hộp số.
- Bạc đạn ở tâm bánh đà có nhiệm vụ giữ cho đầu ngoài cùng của trục sơ cấp. Nó giống như một ổ lót dẫn hướng, có thể được cấu tạo là bạc đạn bi hoặc ống lót đồng và cả hai đều phải được bôi trơn.
Hình 1.9: Cấu trúc bánh đà
Hình 1.10: Bánh đà của xe Ford
A1. Bánh đà khối lượng kép:
- Bánh đà kép thường được sử dụng trong động cơ Diesel. Khi làm việc, bánh đà kép sẽ hấp thụ các rung động của động cơ và bên trong bánh đà kép còn có một lò xo hoạt động như một bộ phận giảm chấn khi ép một phần của bánh đà làm êm dịu dòng công suất truyền ra.
Hình 1.11: Cấu trúc của bánh đà khối lượng kép
- Bánh đà kép cũng giúp làm giảm tải trên các phần của ly hợp và hộp số khi hệ thống làm việc.
B. Đĩa ma sát:
- Bao gồm một moay-ơ có rãnh then hoa và một tấm kim loại phẳng hình tròn được phủ vật liệu ma sát được gọi là mặt bố ma sát.
- Rãnh then hoa nằm giữa trung tâm đĩa ma sát và ăn khớp với răng then hoa trên trục sơ cấp, làm trục sơ cấp và đĩa ma sát quay. Tuy nhiên đĩa ma sát này được trượt tự do về phía trước hay phía sau trên trục sơ cấp.
- Đĩa ma sát thường được làm từ vật liệu A-mi-ăng chịu nhiệt cao hoặc các vật liệu chịu nhiệt độ cao khác, có hệ số ma sát cao và ổn định.
- Các lò xo trên đĩa ma sát được gọi là lò xo chống rung hay lò xo giảm chấn. Khi ly hợp đóng, mâm ép sẽ ép chặt đĩa ma sát với bánh đà đang quay, lò xo bị nén và giảm
chấn khi đĩa bắt đầu quay cùng bánh đà.
- Giữa hai bề mặt ma sát còn có các lò xo đệm trên bề mặt bằng phẳng. Nó có mảng gợn sóng hay uốn cong làm cho lò xo này cho phép tấm vật liệu uốn cong sát về phía bên trong và sẽ yếu đi trong khi ly hợp bắt đầu đóng nên được gọi là ly hợp
đóng êm dịu.
Hình 1.12: Đĩa ma sát Mâm ép ly hợp:
- Được chế tạo bằng vật liệu chịu tải. Mâm ép phải được chuyển động tịnh tiến theo chiều của trục. Có 3 loại mâm ép:
C1. Kiểu lò xò cuộn:
Hình 1.13: Mâm ép kiểu lò xo cuộn
- Đây là kiểu mâm ép sử dụng những lò xo cuộn nhỏ tương tự như lò xo xúp-pắp. Bề mặt mâm ép là một vòng tròn lớn mà tại đây đĩa ma sát sẽ được tiếp xúc vào, thường được cấu tạo bằng sắt hay kim loại. Bề mặt sau của mâm ép là bề mặt có các lò xo và đòn bẩy được gắn với cần ly hợp.
Nguyên lý làm việc:
- Khi mở, cơ cấu ly hợp ấn bạc đạn chà đẩy cần bẩy, đầu kia của cần bẩy nâng mâm ép ra xa so với bánh đà, ép cuộn lò xo lại, đĩa ma sát trượt ra xa đối với bánh đà và công suất không truyền được đến hộp số.
Hình 1.14: Trường hợp khi đạp cần ly hợp.
- Khi đóng, bạc đạn chà dịch chuyển ra xa với cần bẩy. Vì vậy, lò xo trên mâm ép sẽ ép mâm ép đẩy đĩa ma sát về phía bánh đà đang quay.
- Thời gian để các hoạt động đóng mở này diễn ra nhanh và yêu cầu có độ chính xác cao khi ly hợp làm việc.