Bài giảng Kết cấu và tính toán ô tô - Chương 3: Hộp số ô tô - Ths. Lê Văn Tụy

78 trang phuongnguyen 1191

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kết cấu và tính toán ô tô - Chương 3: Hộp số ô tô - Ths. Lê Văn Tụy", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

ket_cau_va_tinh_toan_o_to_chuong_3_hop_so_o_to_ths_le_van_tu.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kết cấu và tính toán ô tô - Chương 3: Hộp số ô tô - Ths. Lê Văn Tụy

Kết cấu và tớnh toỏn ụ tụ - Hộp số ụ tụ
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Ch−ơng 3 hộp số ôtô 1. Công dụng - yêu cầu - phân loại : 1.1 Công dụng : Hộp số dùng để thay đổi mo-men truyền đến các bánh xe chủ động đủ thắng sức cản chuyển động của ô-tô máy kéo thay đổi khá nhiều trong quá trình làm việc. Ngoài ra, hộp số còn dùng để thực hiện chuyển động lùi hoặc đứng yên trong thời gian lâu dài mà không cần tắt máy. 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: GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 1
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô + 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 đ−ợc gọi là bộ biến mô (hoặc bộ biến đổi mômen), kiểu hộp số này sẽ đ−ợc 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 (th−ờng 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 đồng tâm. + Dựa theo số cấp của hộp số, có thể phân chia hộp số ôtô ra làm hai loại: hộp số th−ờng và hộp số nhiều cấp. Kiểu hộp số th−ờng có số cấp nhỏ hơn hoặc bằng 6, còn kiều hộp số nhiều cấp có số cấp hộp số lớn hơn 6 (th−ờng từ 8 đến 20 cấp). 2 phân tích đặc điểm kết cấu hộp số ôtô : 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 th−ờng 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. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 2
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô II 5 4 3 2 1 L I III Za L2 Za' Za L3 L3 II L1 Za L1 L2 Hình H3-1 :Hộp số ba trụckiểu đồng tâm với hai trục trung gian II đối xứng. −u 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 nh− bằng một nếu nh− 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 đ−ợc 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 nh−ợc 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 th−ớc ngoài đầu trục có bánh răng chủ động truyền mômen xuống cho trục trung gian) nên ổ bi này có thể không đ−ợc 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 GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 3
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô tải. Tuy nhiên, nhờ đặc điểm nổi bậc là có khả năng truyền thẳng nh− đã nêu ở trên, nên thực tế ô bi này có thời gian làm việc không nhiều, ít ảnh h−ởng 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 đ−ợc nh−ợc điểm đã nêu. Mặc khác do điều kiện ăn khớp của các bánh răng tốt hơn nên cải thiện đ−ợc 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 t−ơng ứng. Loại hộp số hai trục không thể tạo ra đ−ợc số truyền thẳng nh− hộp số nhiều trục nêu trên mặc dầu rằng tỷ số truyền của một cấp số nào đó bằng một (ih = 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) nh− trên một số ôtô du lịch (hình H3-2a và hình H3-2b). Chiều truyền động là ng−ợc nhau: truyền động đ−ợc dẫn ra của trục thứ cấp có chiều ng−ợc 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 nh− các sơ đồ bố trí cổ điển trên ôtô sử dụng hộp số ba trục đồng tâm. Hộp số hai trục cũng đ−ợc sử dụng phổ biến đối với hệ thống truyền lực của máy kéo hoặc các loại xe chuyên dùng khác. −u điểm của hộp số hai trục là cho phép tạo nên hệ truyền lực gọn nh− 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). GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 4
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 1 6 5 2 3 4 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 L Chú thích: I: Trục sơ cấp của hộp số. I II:Trục thứ cấp của hộp số. 1: Số cấp số 1 của hộp số. II 2: Số cấp số 2 của hộp số. 3: Số cấp số 3 của hộp số. 4 3 2 1 4: Số cấp số 4 của hộp số. Hình H3-2b: Sơ đồ hộp số hai trục. L: Số cấp số lùi của hộp số. Nh−ợc điểm cơ bản của hộp số hai trục là kích th−ớc 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 th−ớc gọn hơn nh−ng hiệu suất thấp hơn, trừ số truyền thẳng). Kích th−ớc hộp số lớn sẽ kéo theo trọng l−ợng lớn; nhất là khi xe có tỷ số truyền lớn. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 5
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 2.2 Phân tích đặc điểm kết cấu hộp số theo số cấp : 2.2.1 Hộp số th−ờng (số cấp từ 3 đến 6): Số cấp của hộp số ảnh h−ởng lớn đến tính năng động lực cũng nh− tính kinh tế nhiên liệu của xe. Số cấp tăng lên thì tính năng động lực cũng nh− tính kinh tế nhiêu liệu đều tăng, công suất sử dụng để lấy đà và tăng tốc cũng nhanh hơn; nh−ng lúc đó số lần gài số phải tăng theo làm phức tạp điều khiển và kéo dài một phần thời gian lấy đà. Với ôtô du lịch th−ờng thiết kế với đ−ờng đặc tính động lực tốt, tính năng tăng tốc cao, nên phần lớn thời gian làm việc là ở số truyền thẳng, còn các số truyền trung gian khác rất ít sử dụng. Vì vậy hộp số ba cấp đ−ợc sử dụng cho những xe du lich có thể tích 3 công tác lớn và vừa (Vct ≥ 2000cm ). 3 Với ô-tô du lịch có thể tích công tác nhỏ (Vct <2000 cm ) th−ờng 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 l−ợng tiêu hao nhiên liệu) cho xe và để năng cao tuổi thọ cho động cơ, ng−ời ta cũng thiết kế hộp số năm cấp cho xe du lịch (hình H3-4); trong đó số truyền thứ năm th−ờng là số truyền tăng (ih5 < 1). Số truyền tăng đ−ợc đ−ợc thiết kế cho xe khi chạy trên đ−ờng có chất l−ợng 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 l−ợng toàn bộ thay đổi trong giới hạn khá lớn. Đối với ôtô vận tải, th−ờng đ−ợc thiết kế với tiêu chí tiêu hao nhiên liệu thấp, do vậy tính động lực không cao; hơn nữa phạm vi thay đổi trọng l−ợng toàn bộ của xe nằm trong dãi rộng nên hộp số th−ờng phải đ−ợc 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). GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 6
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô L 3 4 4 3 2 1 L I III I II II 1 2 a) Sơ đồ hộp số du lịc 3 trục b) Sơ đồ hộp số du lịch hai trục Hình H3-3: Sơ đồ hộp số 4 cấp xe du lịch. 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. 4 3 2 1 L 5 I III II Hình H3-4: Sơ đồ hộp số 5 cấp xe du lịch. Chú thích: 5: Vị trí gàicấp số tiến số 5. Các thông số khác đã đ−ợc chú thích ở trên. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 7
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 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. 5 4 3 2 1 L 5 4 3 2 L 1 I III I III II II a) Sơ đồ hộp số ZIL-130 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. 5 4 3 2 5 4 1 L L 1 I III I III II II 3 2 c) Sơ đồ hộp số IFA – W50L 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. 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). GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 8
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 5 6 4 3 5 6 4 3 2 1 L 2 1 I III I III II II L a) Sơ đồ hộp số ZF- AK6 –80 b) Sơ đồ hộp số Spicer- 5000 Hình H3-6: Sơ đồ hộp số 6 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 đ−ờng hoặc chất l−ợng đ−ờng xấu nh− xe làm việc ở các hầm mỏ, công tr−ờng) 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 nh− tăng tuổi thọ cho động cơ, ngày nay hộp số ôtô vận tải th−ờng thiết kế thêm số truyền tăng (ih<1) để chạy trên đ−ờng tốt hơn hoặc khi chạy non tải hay không tải. Số truyền tăng th−ờng 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 th−ớc 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 đ−ờng 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 nh− vậy phải có thêm cơ cấu điều khiển phụ và khi đó kết cấu hộp số đ−ợc chia làm hai phần : hộp số chính và hộp số phụ (Hình H3-7a, b); trong đó số cấp của hộp số chính th−ờng từ 4ữ5 cấp, còn số cấp của hộp số phụ từ 2ữ4 cấp. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 9
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 4321L 2p 1p I IIIp III II 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 th−ờng) 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 th−ờng đ−ợc 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 GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 10
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô với các kiểu truyền động bánh răng ăn khờp thông th−ờng. Tuy nhiên, do đặc điểm kết cấu của bộ hành tinh, nên hộp số có cấu tạo phức tạp và kồng kềnh hơn. 54321L 1p 2p I III IIIp II Hình H3-7b : Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ kiểu hành tinh 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 đ−ợc 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 đ−ợc cho trên hình H3-7c; trong đó cụm hành tinh đ−ợc 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: ω1 Z 2 ip1 = = +1 ωC Z1 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, Z1 t−ơng ứng là số răng của vành răng bao cố định (Z2) và của bánh răng trung tâm (Z1). GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 11
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 4 5 6 7 8 9 2 3 I 14 III II 13 12 11 10 Hình H3-7c :Kết cấu hộp số 10 cấp với hộp số phụ kiểu hành tinh. 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 th−ờng xuyên ăn khớp, dẫn động trục trung gian II. 3: Càng gạt số bốn và số năm, 4: Thanh tr−ợt dẫn động càng gài số ba và số hai. 5: Càng gài số ba và số hai, 6: Thanh tr−ợt 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 (ip2 = 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. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 12
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 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 tr−ớc hộp số chính (Hình H3-7d) cho phép nâng cao hiệu suất của hộp số nhiều cấp. 2p 1p 5432L1 Ip I III Zap Zac II Hình H3-7d : Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí tr−ớc. Chú thích: Ip: Trục sơ cấp hộp số phụ, 1p, 2p : Vị trí gài cấp số 1, cấp số 2 của số phụ, Zap : cặp bánh răng dẫn động trục trung gian từ hộp số phụ, Zap : cặp bánh răng dẫn động trục trung gian từ hộp số chính, Với sơ đồ bố trí này sẽ cho hiệu suất cao nh− hộp số th−ờng (4 đến 5 cấp); mỗi số truyền của hộp số nhiều cấp chỉ qua hai cặp bánh răng giống nh− hộp số thông th−ờng mặc dầu có thêm hộp số phụ phía tr−ớc. Cặp thứ nhất là cặp bánh răng th−ờng xuyên truyền động zac của hộp số chính (hoặc của hộp số phụ zap) 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 đ−ờng 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 trí truyền thẳng 1p (1p ≡ 1) để truyền mômen xuống trục trung gian (II) theo cặp bánh GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 13
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 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. Nh− 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 nh− số phụ (truyền thẳng), do đó sẽ cho hiệu suất truyền của hộp số nhiều cấp cao nhất (xem nh− 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 tr−ớc 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 tr−ớc chỉ nhỏ hơn hoặc bằng một (ihn<1, ih(n-1)=1). Ngoài ra, nếu số cấp là 16 hoặc 20 và có số truyền tăng hoặc không có truyền tăng nh−ng công bội q nhỏ (q ≈ 1,2ữ1,3), thì có thể kết hợp hộp số phụ kiểu "chia" hai cấp phía tr−ớc (nh− hình H3-7d) và hộp số phụ kiểu hành tinh bố trí sau hộp số chính GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 14
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô (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; th−ờng phải kết hợp điều khiển bằng cần cơ khí và điều khiển bán tự động nh− trên hình H3-7g. 5 4 3 2 1 L 1p 2p 4p 3p Ip III IIIp I II Hình H3-7f :Hộp số nhiều cấp với hộp số chia (tr−ớc) và hộp hành tinh (sau). Hình H3-7g : Sơ đồ điều khiển hộp số phụ của hộp số nhiều cấp. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 15
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 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 nh− tính nhiên liệu của xe trong mọi điều kiện làm việc. 3.1.1 Số cấp của hộp số : + Đối với hộp số ôtô du lịch và ôtô khách : căn cứ vào đặc tính động lực của xe cũng nh− sự bố trí hệ thống truyền lực mà có thể chọn từ 3 đến 5 cấp và xác định sơ đồ động học thích hợp nh− đã phân tích ở trên. + Đối với hộp số ôtô tải : Số cấp đ−ợc xác định trên cơ sở bảo đảm tính năng động lực và tính kinh tế nhiên liệu tốt nhất. Đối với ôtô vận tải, có thể xác định số cấp của hộp số dựa vào công bội q của dãy tỷ số truyền hộp số sao cho giá trị của nó không đ−ợc lớn hơn giá trị giới hạn [q] (nhằm bảo đảm tính động lực và tính kinh tế nhiên liệu của xe). Ng−ợc lại, q nhỏ thì số cấp sẽ tăng lên nhiều; tính kinh tế và động lực của xe tốt hơn nh−ng 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 : ihI (logihI − logihn ) q = n−1 ⇒ n = +1 (3-1) ihn log q 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 th−ờng : q = 1,50 ữ1,70; + Đối với hộp số nhiều cấp : q = 1,20 ữ1,40; GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 16
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô (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 (ihn = 1, truyền thẳng). Nếu thêm truyền tăng thì số cấp sẽ tăng thêm một đơn vị. Giá trị tỷ số truyền số thấp ihI đ−ợc xác định theo các điều kiện kéo, điều khiện bám và tốc độ tối thiểu của ôtô nh− sau: ⎧ ψ G .r i ≥ max a bx ⎪ hI M i η ⎪ e max o t ⎪ ϕGϕ .rbx ⎨ihI ≤ (3-1') ⎪ M e maxioηt ⎪ ω e min rbx ⎪ihI ≤ ⎩⎪ υ a minio Trong đó : Ga : Trọng l−ợng toàn bộ xe, [N]; Gϕ : Trọng l−ợng bám của xe, [N]; ϕ : Hệ số bám giữa lốp với mặt đ−ờng, ϕ = 0,6ữ0,8; ψmax : Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đ−ờng; 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] Du lịch và khách. 0,35 ữ 0,50 5 ữ 7 700 ữ1000 ( ) 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. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 17
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Giá trị tỷ số truyền lực chính io cùng với tỷ số truyền cao nhất của hộp số ihn đ−ợc 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]: ω e max rbx io = (3-1") ihnυ a max Trong đó : ihn : Giá trị tỷ số truyền cao nhất của hộp số, th−ờng ihn = 1; nếu có số truyền tăng thì ihn ≈ 0,65 ữ 0,85; ωemax : Tốc độ góc lớn nhất của động cơ, [rad/s]; đ−ợc 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, th−ờng làm việc ở các số truyền cao, nên các số truyền trung gian đ−ợc xác lập theo cấp số điều hoà nhằm sử dụng tốt nhất công suất động cơ khi sang số nh− sau : ⎧ i i = hI ; ⎪ hII (1+ a.i ) ⎪ hI ⎪ ihI ⎪ihIII = ; ⎨ (1+ 2a.ihI ) (3-3) ⎪ ⎪ ⎪ ihI ⎪ihk = ⎩ (1+ (k −1)a.ihI ) GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 18
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Trong đó : a : Hằng số điều hoà của dãy tỷ số truyền hộp số, xác định bằng : ⎛ 1 1 ⎞ (n −1).a = ⎜ − ⎟ (3-3') ⎝ ihn ihI ⎠ 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 (ihn=1) thì chỉ tính các số trung gian k = 2ữ(n-1); tức là : ⎧ ihI −1 ⎪a = ⎨ (n −1).ihI (3-3") ⎪ ⎩k = 2 ữ (n −1) - Nếu số truyền cao nhất là số truyền tăng (ihn < 1) thì ta có: ⎧ih(n−1) = 1 ⎪ i −1 ⎪a = hI ⎪ (n − 2).i ⎨ hI (3-3"') ⎪k = 2 ữ (n − 2) ⎪ 1 ⎪ihn = ⎩⎪ (a +1) + Đối với xe tải, buýt, th−ờng làm việc với các số truyền trung gian và thấp, nên số truyền trung gian đ−ợc xác lập theo cấp số nhân với công bội q nh− đã trình bày : ⎧ihII = ihI / q; ⎪ 2 ⎪ihIII = ihII / q = ihI / q ; ⎨ (3-4) ⎪ ⎪ (k −1) ⎩ihk = ihI / q Trong đó : q : Công bội của dãy tỷ số truyền hộp số, xác định theo (3-1); GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 19
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 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 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 đảm sao cho : • Tích của hai số truyền thấp nhất của hộp số chính ic1 và phụ ip1 phải bằng tỷ số truyền chung ihI ; tức là : ihI = ic1.ip1; (3-5) • Tích của hai số truyền cao nhất của hộp số chính icn và phụ ipn phải bằng tỷ số truyền chung ihn ; tức là : ihn = icn.ipn; (3-5’) • 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 nh− các hình H3-8 và H3-9. • Trên trục số logarit A ta đặt các giá trị logicn, logic(n-1), , logicII, logicI t−ơng 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 t−ơng 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 t−ơng ứng cách nhau bằng logarit của công bội (logq đối với hộp số nhiều cấp trên trục B hoặc logqc 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 (logicn < 0 trên trục A của hình H3-8b hay logipn<0 trên trục B của hình H3-9b). GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 20
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô • 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 : ⎛ ihI ⎞ ihI (n-1).logqh = log⎜ ⎟ = logDh ; ở đây đặt Dh = (3-7) ⎝ ihn ⎠ ihn Cũng t−ơng tự đối với hộp số chính, hộp số phụ ta cũng có : ⎛ ic1 ⎞ ic1 (nc-1).logqc = log⎜ ⎟ =logDc ; ở đây đặt Dc = (3-7’) ⎝ icn ⎠ icn ⎛ i ⎞ i log⎜ p1 ⎟ p1 (np-1).logqp = ⎜ ⎟ =logDp ; ở đây đặt Dp = (3-7’’) ⎝ i pn ⎠ i pn 0 logDc 0 logDc logqc logqc A A 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 logq h logqp logqh B X IX III II I B X IX III II I logDp logDp logDh logDh H3-8a) Không có số truyền tăng H3-8b) Có số truyền tăng ở hộp số phụ 0 0 logqc logqc 4 3 2 1 A 4 3 2 1 A logqh logqh B B VIII VII V IV III II I VIII VII V IV III II I logDc logDp logDc logDp logDh logDh H3-9a) Không có số truyền tăng H3-9b) Có số truyền tăng ở hộp số chính GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 21
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Chú thích: Hình H3-8a, b: Sơ đồ phân chia hộp số nhiều cấp có công bội của hộp số phụ qp= qh (với qh 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 qc = qh (qh 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 qc Trục B đặt các giá trị loga rit của dãy các tỷ số truyền hộp số nhiều cấp có công bội qh . Giá trị của các cấp số hộp số phụ đ−ợc 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 (ih = 1, ic = 1, ip = 1) sẽ ứng với các điểm có giá trị bằng không (logik = 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 đ−ợc công bội của hộp số phụ khi biết số cấp của nó (sẽ trình bày sau phần phân tích này, ngay bên d−ới). 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 t−ơng 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 tr−ớc 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 (ip <1, truyền tăng, logip <0 trên hình H3-8b) hoặc lớn hơn một nh−ng có giá trị công bội chính bằng công bội của hộp số nhiều cấp (qp = qh, hình H3-8a). GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 22
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Nói chung giá trị tỷ số truyền, công bội và do đó khoảng cách logarit Dp của số phụ trong tr−ờng hợp này là nhỏ (công bội qp = qh ≈ 1,2ữ1,3). Khi hộp số phụ chỉ có hai cấp thì có thể bố trí phía tr−ớc hộp số chính để nâng cao hiệu suất truyền chung của hộp số nhiều cấp nh− 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 icn <1; logicn <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 đ−ợc gọi là cấp số thấp nhất - ic1). Với cách chia này, ta có công bội của hộp số chính bằng công bội của hộp số nhiều cấp: qc = qh. 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: log D p = log Dh − log Dc = (nh −1)log qh − (nc −1)log qc Với nh = nc.2 (np =2) và qh = qc ta có: i p1 nc nc log D p = nc log qc hay D p = = qc = qh i p2 nc ệ ip1 = ip2. qh Kiểu hộp số phụ hai cấp có giá trị tỷ số truyền lớn nh− vậy chỉ có thể là kiểu hành tinh mới có thể bảo đảm đ−ợc 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 th−ớc 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 đ−ờng xấu) th−ờng sử dụng vùng các số thấp (sử dụng chủ yếu số thấp của hộp số phụ); ng−ợc lại khi làm việc trong điều kiện đ−ờng tốt hơn, thì sử dụng các số cao (sử dụng chủ yếu số cao của hộp số phụ). GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 23
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Ngoài hai mô hình đặc tr−ng 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 nh− mô hình H3-9; và cũng không xen kẻ đều hoàn toàn theo sơ đồ mô hình nh− 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 ) nh− mô hình hộp số phụ hai cấp trên hình H3-10a, b nh− sau. 0 0 logqc logqc 4 3 2 1 A 4 3 2 1 A logq logqp p B B 4A 3A 2A 1A 4A 3A 2A 1A 4B 3B 2B 1B 4B 3B 2B 1B logDc logDp logDc logDp logDh logDh 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. Nh− 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 ng−ợc lại từ số cao về số thấp), trong tr−ờng hợp này các cấp tỷ số truyền của riêng hộp số chính cũng nh− riêng hộp số phụ vẫn phải phân bố theo qui luật cấp số nhân. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 24
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 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 đ−ợc xác định trên trục số logarit B bằng : ⎧ ⎛ i ⎞ log⎜ p1 ⎟ = (n −1).log q = log D ⎪ ⎜ ⎟ p p p ⎨ ⎝ i pn ⎠ (3-8) ⎪ ⎩log D p = log Dh − log Dc Nh− vậy tuỳ theo mô hình phân chia nh− đã trình bày trên, ta có ph−ơng pháp xác định các tỷ số truyền cho hộp số chính và phụ nh− 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 : (n p −1) + Tỷ số truyền số thấp : i p1 = q p .i pn (3-9) 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). (k −1) + Tỷ số truyền trung gian : i pk = i p1 / q p (3-9') Trong đó k là số thứ tự của số truyền thứ k của hộp số phụ. 2 Chú ý lúc này ta có : qc = qh (khi np = 2) (3-9’’) Đối với hộp số chính : ihI + Tỷ số truyền số thấp : ic1 = (3-9’’’) i p1 Trong đó : ihI là tỷ số truyền thấp của hộp số nhiều cấp, theo (3-1'); + Tỷ số truyền trung gian : (k −1) ⎧ick = ic1 / qc ⎪ ⎨ i (3-9’’’’) (n −1) c1 ⎪qc = c ⎩ icn GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 25
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 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 : (nc −1) + Tỷ số truyền số thấp : ic1 = qc .icn (3-10) (k−1) + Tỷ số truyền trung gian : ick = ic1 / qc (3-10') Các thông số đã đ−ợc chú thích. Đối với hộp số phụ : ihI + Tỷ số truyền số thấp : i p1 = (3-10’’) ic1 + Tỷ số truyền trung gian : (k −1) ⎧i pk = i p1 / q p ⎪ ⎨ i p1 (3-10’’’) (n p −1) ⎪q p = i ⎩⎪ pn Các thông số đã đ−ợc chú thích. nc Lúc này ta có : D p = qc (3-10’’’’) ) 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 GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 26
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô truyền của hộp số nhiều cấp không còn phân bố theo qui luật cấp số nhân trên toàn bộ dãy số. Tuy vậy, trong từng hộp số phân chia (chính và phụ) vần tuân thủ sự phân bố theo qui luật cấp số nhân. Để tính dãy tỷ số truyền của hộp số chính cũng nh− hộp số phụ trong tr−ờng hợp này ta có các giả thiết sau : - Dãy các tỷ số truyền của hộp số chính, hộp số phụ vẫn tuân theo qui luật cấp số nhân; - Trên “từng khoảng” dãy số truyền của hộp số nhiều cấp vẫn tuân theo qui luật cấp số nhân; nghĩâ là trên trục số logarit đối với hộp số nhiều cấp, ta vẫn có sự cách đều nhau giữa các số trong “từng khoảng” t−ơng ứng. Ví dụ trên hình H3-10a ta có các dãy : (1B, 2B, 3B), (3B, 1A, 4B, 2A), (2A, 3A, 4A) đều phân bố theo qui luật cấp số nhân cục bộ. - Để đơn giản, ở đây ta chỉ xét hộp số phụ hai cấp (np = 2). Và giả thiết ta vần có * công bội lý thuyết ph của hộp số nhiều cấp đ−ợc xác định bằng : i * (n −1) hI qh = h (3-11) ihn Theo hình H3-10, ta có : ⎧ ⎛ i ⎞ ⎜ c1 ⎟ ⎪log⎜ ⎟ = log Dc = (nc −1).log qc ⎪ ⎝ icn ⎠ ⎪ ⎪ ⎛ i p1 ⎞ ⎛ ⎛ 1 ⎞⎞ log⎜ ⎟ = log D = ⎜n − j + ⎟.log q (3-12) ⎨ ⎜ ⎟ p ⎜ c ⎜ ⎟⎟ c ⎪ ⎝ i pn ⎠ ⎝ ⎝ 2 ⎠⎠ ⎪log D = log D + log D ⎪ h c p ⎩⎪ Từ (3-11) và (3-12) suy ra : (n−1) ⎛ 1 ⎞ ()n−1 −⎜ j + ⎟ ⎝ 2 ⎠ * qc = ()qh (3-13) Trong đó : j là chỉ số, chỉ cấp xen kẻ : j = 1,2, (nc-2) 2 - Khi j = nc-1, thì qc = qh ta có kiểu phân chia xen kẻ đều theo mô hình H3-8; - Khi j = - 1/2, thì qc = qh ta có kiểu phân chia tách biệt theo mô hình H3-9; GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 27
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Từ đây, ta có trình tự xác định tỷ số truyền của các hộp số chính và phụ nh− 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 th−ờng có nhiều cấp số với khoảng cách tỷ số truyền của chúng nhỏ để bảo đảm tốc độ làm việc bình th−ờng 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 th−ờng đ−ợc 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 : ⎧ihII = ihI / q ⎪ ⎨ (3-14) ⎪ (k −1) ⎩ihk = ihI / q 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 đ−ợc xác định theo lực kéo lớn nhất và lực kéo nhỏ nhất nh− sau : Pm max + Pf q = m (3-14') Pm min + Pf 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]; GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 28
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Thực nghiệm cho thấy rằng, hiệu suất kéo trung bình (đối với truyền lực có cấp) đạt đ−ợc 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 đ−ợc xác định theo lực kéo lớn nhất và lực kéo thấp nhất của móc kéo : ⎧ (Pm max + Pf ).rbx ⎪ihI = ⎪ M nηt io ⎨ (3-15) (P + P ).r ⎪i = m min f bx ⎪ hn ⎩ M nηt io Trong đó : 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 −ơng 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 th−ờng đ−ợc 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 đ−a 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 đ−ờng, ng−ời ta thiết kế từ một đến hai số truyền vận chuyển với tốc độ vận chuyển trên đ−ờng đất vào khoảng 2,77ữ3,32[m/s] và trên đ−ờng nhựa khoảng 6,92[m/s] có khi đến 8,35[m/s] trên loại đ−ờng tốt đối với máy bánh bơm. Còn đối với máy xích cần có tốc độ vận chuyển từ 2,77ữ3,32[m/s]. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 29
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 3.2 Xác định kích th−ớc 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 th−ớc 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 đ−ợc xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau : 3 A ≈ ka M e maxihI (3-16) Trong đó : k = 9,1 ± 0,2 (doi voi xe tai 0,5) k = 10,25 ± 0,75 ka : Hệ số kinh nghiệm, có giá trị nằm trong khoảng sau : - Đối với xe du lịch : k=8,9ữ9,3; - Đối với xe vận tải : k=8,6ữ9,6 - cho hộp số th−ờng, k=9,5ữ11 - cho hộp số nhiều cấp; (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 th−ờng 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 th−ớc theo chiều trục cac-te hộp số : Kích th−ớc theo chiều trục của cac-te hộp số l [mm] nói chung có thể đ−ợc 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 th−ờng đ−ợc xác định theo kích th−ớc khoảng cách trục A nh− sau : + Chiều rộng bánh răng : b ≈ (0,19 ữ 0,23)A đối với hộp số th−ờng; GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 30
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 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; D−ới bảng B3-1 là các kích th−ớc t−ơng ứng của một số hộp số ôtô. Bảng B3-1 : Đặc tr−ng hình học của một số hộp số ôtô. Kiểu Mmax(*) A Hệ số b/A B/A H/A Tỷ số hộp số [Nm] [mm] ka ( ) ( ) ( ) l/A Volga 632 77 8,9 0,22 0,245 0,79 2,90 Gaz-53 1800 110,63 9,1 0,19 0,19 0,58 2,22 Zil-130 2900 123,25 8,6 0,22 0,20 0,48 3,00 Iamz-236H 4500 165,75 10,0 0,20 0,21 0,47 2,86 Kamaz-14 4830 160 9,5 0,20 0,22 0,54 3,04 Volvo-R61 3280 160 10,8 0,21 0,25 0,39 2,08 Fuller-RT915 2530 148 10,8 0,17 0,16 - 2,38 ZF-5S-110GP 3160 154 10,5 0,20 0,36 2,63 2,63 (*) Mô men lớn nhất ở trục thứ cấp hộp số chính; ( ) Tính giá trị trung bình; Hộp số nhiều cấp, mô men ở trục thứ cấp của hộp số chính. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 31
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 3.2.3 Xác định kích th−ớc bánh răng: Bánh răng hộp số ôtô th−ờng dùng dạng răng ngiêng nhămg bảo đảm yêu cầu làm việc êm dịu, khả năng làm việc lâu dài mà kích th−ớc 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 tr−ợt trên trục (hình H3- 12) cũng chỉ cần then hoa răng thẳng, không cần then hoa xoắn phức tạp. 5 4 3 2 1 L 5 4 3 2 L 1 I III I III II II a) Sơ đồ hộp số ZIL-130 b) Sơ đồ hộp số Clark-280 V Hình H3-12: Sơ đồ hộp số dùng bánh răng di tr−ợt để gài số (số 1 và số lùi). β 3 4 1 3 1 2 Q α Q 5 rβ 6 rms Hình H3-13: Kết cấu bộ đồng tốc cùng với bánh răng của hộp số ôtô. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 32
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Chú thích: 1: Bộ phận nối (t−ơng tự ống gài), 2: Chốt phản lực (chốt hãm), 3: Vành côn ma sát của đồng tốc, 4: Bánh răng hộp số ôtô, 5: Chốt định vị của đồng tốc, 6: Bi định vị đồng tốc. α: Góc nghiêng của vành côn ma sát trên bánh răng (cũng là góc nghiêng của vành côn ma sát đồng tốc (3)), β: Góc nghiêng bề mặt phản lực, rβ : Bán kính tâm chốt (2), rms : Bán kính trung bình bề mặt côn ma sát. Q: lực gài số. Khác với các hộp số máy kéo (hoặc hộp số chi tiết máy thông th−ờng), hộp số ôtô th−ờng 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 tr−ớc 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). 5 6 4 3 5 6 4 3 2 1 L 2 1 I III I III II II L a) Sơ đồ hộp số ZF- AK6 –80 b) Sơ đồ hộp số Spicer- 5000 Hình H3-14: Sơ đồ hộp số ôtô với tất cả các cấp đều có đồng tốc. • Số răng của bánh răng hộp số hai trục : Số răng của bánh răng chủ động trong hộp số hai trục đ−ợc xác định theo khoảng cách trục A và tỷ số truyền của cặp bánh răng ăn khớp igk nh− sau : GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 33
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô ⎧ 2Acos β1 ⎪Z1 = ⎪ m1 (1+ ig1 ) ⎪ ⎪ ⎪ 2Acos β k ⎨Z k = (3-17) ⎪ mk (1+ igk ) ⎪ ⎪ ⎪ 2Acos β n ⎪Z n = ⎩ mn (1+ ign ) 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 đ−ợc chú thích. Để bảo đảm các bánh răng hộp số ôtô làm việc êm, xu h−ớng chọn mô-duyn mk có giá trị nhỏ, ng−ợc lại góc nghiêng của răng βk th−ờng có giá trị lớn nh− 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 - Xe vận tải : β = 18ữ26 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 đ−ợc xác định bằng Zk' = Zk.ihk (ihk 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. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 34
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Trong các cặp bánh răng đó có một cặp bánh răng đ−ợc 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 đ−ợc 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 ihI=6ữ8). Giá trị nhỏ của Z1=12ữ13 chỉ chọn cho xe có giá trị tỷ số thấp (ihI) lớn và mô- duyn của răng lớn. Khi đã chọn đ−ợc số răng chủ động Z1 của cặp bánh răng gài số, thì từ công thức (3-17), dễ dàng tính đ−ợc 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 nh− sau : ⎧ ihI ⎪ia = ⎪ ig1 ⎨ (3-18) i ⎪i = hk ⎪ gk ⎩ ia 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 đ−ợc ia và igk thì số răng của bánh răng chủ động t−ơng ứng Za và Zk (k=2ữn, trừ số truyền thẳng) đ−ợc xác định theo công thức (3-17). Số răng bị động của các cặp bánh răng ăn khớp t−ơng ứng đ−ợc xác định theo tỷ số truyền gài số của chính nó : ' Z k = Z k igk (3-19) GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 35
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Chú ý rằng, khi tính toán số răng theo (3-17) và (3-19) số răng phải đ−ợc làm tròn, vì vậy khoảng cách trục của các cặp bánh răng ăn khớp Aα ≠ A. Cho nên các bánh răng phải đ−ợc 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 nh− sau : 2(A ± ξ k mk )cos β k Z k = (3-20) ⎛ Z ' ⎞ ⎜ k ⎟ mk ⎜1+ ⎟ ⎝ Z k ⎠ 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), th−ờng 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 −u điểm hơn hẳn so với hộp số kiểu bánh răng thông th−ờng : 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 th−ờng 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 đ−ợc 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 đ−ợc thực hiện bằng cách khoá cơ cấu hành tinh). Tỷ số truyền số thấp ip1 đ−ợc 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). GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 36
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Z b i p1 = +1 (3-21) Z a Trong đó : Za : Số răng của bánh răng trung tâm (ở đầu ra trục thứ cấp - H3-17b); Zb : Số răng của vành răng bao. Số răng (răng thẳng) của các bánh răng trung tâm Za, bánh răng bao Zb cùng với bánh răng vệ tinh Zg đ−ợc xác định theo khoảng cách trục Aht : m(Z + Z ) m(Z − Z ) a g = b g = A (3-22) 2 2 ht Từ (3-22) suy ra Z b − Z a = 2Z g , nghĩa là số răng Za, Zb là những số nguyên d−ơng hoặc cùng chẵn, hoặc cùng lẽ. Nếu Z a + Z g ≠ Z b − Z g thì phải chế tạo bánh răng dịch chỉnh nhằm bảo bảm điều kiện ăn khớp đúng theo cùng một khoảng cách trục Aht với hệ số dịch chỉnh tổng cộng cho từng cặp bánh răng ξj (j=1ữ2) nh− sau : ⎧ m(Z a + Z g ) − 2Aht ⎪ξ1 = ⎪ 2m ⎨ (3-22') m(Z − Z ) − 2A ⎪ξ = b g ht ⎩⎪ 2 2m Bánh răng sau khi đã xác định đ−ợc kích th−ớc, có thể đ−ợc kiểm tra bền nh− sau : 2 + ứng suất uốn σu [N/m ], đ−ợc xác định trên cơ sở công thức Lewis : P σ = K. (3-23) u bmy Trong đó : K : Hệ số bổ sung, tính đến sự tập trung ứng suất, độ trùng khớp, ma sát bề mặt tiếp xúc, biến dạng các gối đỡ và trục.v.v - Với bánh răng trụ răng thẳng : K = 0,36 - Với bánh răng trụ răng nghiêng : K = 0,24; P : Lực vòng tác dụng lên răng, [N]; b : Chiều rộng của vành răng, [m]; GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 37
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô y : Hệ số dạng răng; với cặp bánh răng không điều chỉnh có thể chọn theo số 3 răng t−ơng đ−ơng Ztd = Z/cos β (β là góc nghiêng) trên bảng B3-3. Đối với cặp bánh răng có điều chỉnh, thì hệ số dạng răng y' đ−ợc xác định theo hệ số dạng răng y của cặp bánh răng không điều chỉnh nh− sau : ' (1+ λξ) y = y kh kα (3-23') f o ở đây : λ : Hệ số hiệu chỉnh, tra theo bảng B3-3; ξ : Hệ số dịch chỉnh của bánh răng; 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 m tiêu chuẩn : k = 2,25. (m là mô-duyn pháp tuyến); k h o kα : Hệ số hiệu chỉnh góc ăn khớp khi góc ăn khớp α khác với tiêu chuẩn 20 o Bảng B3-3a : Hệ số dạng răng y đối với răng không dịch chỉnh (α=20 ; fo = 1,0) Số răng Ztd Hệ số y Hệ số λ Số răng Ztd Hệ số y Hệ số λ 12 0,098 1,13 28 0,138 0,29 14 0,105 0,97 30 0,140 0,27 16 0,113 0,75 32 0,142 0,25 17 0,117 0,68 35 0,144 0,23 18 0,120 0,62 37 0,146 0,22 19 0,122 0,56 40 0,148 0,21 20 0,124 0,53 45 0,150 0,20 21 0,126 0,48 50 0,152 0,19 22 0,128 0,41 60 0,156 0,17 24 0,132 0,36 80 0,159 0,14 26 0,136 0,32 - - - GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 38
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Khi gia công bánh răng có góc ăn khớp α khác với góc tiêu chuẩn (20o) thì hệ số hiệu chỉnh góc ăn khớp có thể tra bảng B3-3b: 0 Bảng B3-3b : Hệ số hiệu chỉnh góc ăn khớp kα khi góc ăn khớp kháctiêu chuẩn 20 Góc α 14o50' 17o30' 20o 22o30' 25o Hệ số kα 0,79 0,89 1,0 1,10 1,23 Bánh răng ôtô máy kéo th−ờng làm bằng thép hợp kim tốt có thành phần các bon trung bình và thấp : 12XH4A,15HM,18XΓT,20 XΓP, 30 XΓT .v.v ximentit hoá với chiều dày từ 0,8ữ1,8[mm]. Giá trị ứng suất uốn tính toán theo biểu thức (3-23) không đ−ợc v−ợt quá 850 [MN/m2] đối với số thấp và số lùi; ở các số cao không đ−ợc v−ợt quá 350 [MN/m2] đối với xe du lịch và 250 [MN/m2] đối với xe vận tải và khách. Đối với máy kéo không v−ợt quá 400 [MN/m2]. 2 + ứng suất tiếp xúc σtx [N/m ], đ−ợc xác định trên cơ sở công thức của Hert- Beliaeb : P E ⎛ 1 1 ⎞ tt ⎜ ⎟ σ tx = 0,418 ⎜ ± ⎟ (3-24) bcosα ⎝ ρ1 ρ 2 ⎠ Trong đó : Ptt : Lực vòng tính toán, [N]; E : Mô-duyn đàn hồi, E=2,1.1011 [N/m2]; b : Chiều rộng vành răng, [m]; α : Góc ăn khớp, [độ]; ρ1, ρ2 : Bán kính cong của các bề mặt răng tại điểm tiếp xúc, [m]; "-" : Dấu trừ đ−ợc dùng khi cặp bánh răng ăn khớp trong. Bán kính cong ρ1, ρ2 của cặp bánh răng ăn khớp tại điểm tiếp xúc, đ−ợc xác định: sinα sinα ρ = r ; ρ = r (3-24') 1 1 cos2 β 2 2 cos 2 β GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 39
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô ở đây : r1, r2 là bán kính vòng lăn của bánh răng chủ động và bị động; Các thông số khác đã chú thích. Lực vòng tính toán Ptt đ−ợc xác định theo mô men tính toán của động cơ Mtt - Đối với máy kéo, mô men quay th−ờng đ−ợc sử dụng ở giá trị gần mô men danh nghĩa Mn. Nên khi tính toán ứng suất tiếp xúc theo (3-24) thì Ptt đ−ợc tính theo Mn và giá trị ứng suất tiếp cho phép không đ−ợc quá 1500 [MN/m2]. - Đối với ôtô, th−ờng th−ờng ôtô chỉ sử dụng ở giá trị trung bình của mô men cực đại động cơ Memax. Nên trong tính toán, có thể lấy 0,5Memax để tính toán Ptt trong công thức tính ứng suất tiếp (3-24). Giá trị ứng suất tiếp cho phép không đ−ợc quá 1400 [MN/m2] (với số thấp và số lùi có thể lên đến 2000 [MN/m2]) đối với bánh răng đ−ợc xêmentít hoá (với bánh răng xianuya hoá giá trị cho phép chỉ lấy bằng một nữa đối với xêmentít hoá). 3.2.4 Xác định kích th−ớc trục hộp số : Một trong những yêu cầu cơ bản đối với trục hộp số ôtô máy kéo là độ cứng của trục. Nếu trục không có độ cứng tốt, khi làm việc sẽ bị võng và làm sai lệch sự ăn khớp của các bánh răng, không bảo đảm yêu cầu làm việc êm, giảm hiệu súât truyền và răng mau mòn và mòn lệch. Ngoài ra, khi trục võng sẽ làm ảnh h−ởng đến độ bền và khả năng làm việc của các ổ đỡ. Trục sơ cấp hộp số ba trục đồng tâm th−ờng đ−ợc chế tạo liền với bánh răng chủ động của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp (do đầu trục phải làm lớn lên để đặt ổ đỡ của trục thứ cấp - xem các hình H3-12 và hình H3-13). Trên ôtô, phần lớn trục sơ cấp hộp số đồng thời là trục ly hợp, nên gối đỡ tr−ớc đặt trong lỗ bánh đà. Đối với máy kéo, hộp số th−ờng bố trí tách riêng rẽ so với ly hợp thông qua truyền động các đăng hoặc khớp nối, thì trục sơ cấp đ−ợc đặt trên hai ổ nằm ở nắp hộp số. Trục trung gian hộp số ôtô kiểu ba trục đồng trục có thể có kết cấu theo hai loại : thứ nhất, loại trục cố định trong võ hộp số, còn các bánh răng đ−ợc chế tạo liền thành một khối quay trơn trên trục thông qua các ổ thanh lăn (hình H3-14). Kết cấu này cho độ cứng vững của trục và cả thành võ tốt. Tuy vậy việc chế tạo khối bánh răng nh− vậy là GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 40
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô phức tạp và lãng phí vật liệu, nên loại này chỉ sử dụng hạn chế trên một số xe du lịch hoặc tải nhỏ. thứ hai, loại trục quay trên hai ổ đỡ đặt trong võ hộp số (hình H3-12 và H3- 13), còn các bánh răng đ−ợc lắp chặt với trục bằng then hoặc chế tạo liền trục (th−ờng là bánh răng số thấp, số lùi). Trục thứ cấp hộp số ôtô kiểu ba trục đồng tâm có đầu tr−ớc gối lên ổ đặt bên trong lỗ trục sơ cấp (hình H3-12 và hình H3-14). Các bánh răng trên trục thứ cấp ăn khớp th−ờng xuyên với bánh răng trên trục trung gian (hay trên trục sơ cấp đối với hộp số hai trục) là quay trơn trên trục thứ cấp bằng ổ tr−ợt hoặc ổ thanh lăn hay ổ bi. Để tăng c−ờng bôi trơn tốt cho các ổ này ở ôtô tải lớn th−ờng phải dùng bơm dầu đặt ở đầu trục trung gian (hoặc trục sơ cấp) để bơm dầu vào bên trong trục, theo các lỗ h−ớng kính trên trục đến bôi trơn cho các ổ (xem hình H3-7c). Hình H3-15 : Kết cấu hộp số hai trục xe du lịch. Trục thứ cấp của hầu hết máy kéo (và một số hộp số hai trục ôtô du lịch) nối liền với cầu chủ động, bởi vậy trên đầu trục có đặt bánh răng côn chủ động của truyền lực GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 41
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô chính (th−ờng đ−ợc chế tạo liền trục). Gối đỡ trục lúc này làm việc trong điều kiện rất nặng nhọc. Để giảm tải trọng tác dụng lên ổ đòng thời làm tăng độ cứng vững cho trục, khi thiết kế ổ nên tính cho ổ này chỉ chịu lực h−ớng kính, còn lực chiều trục thì gối đỡ tr−ớc nhận hoàn toàn (H3-14 và hình H3-15). • Tính sơ bộ kích th−ớc trục : Khi tính trục hộp số ôtô, có thể dùng những công thức kinh nghiệm để chọn sơ bộ kích th−ớc trục : + Đối với trục sơ cấp : Đ−ờng kính sơ bộ của trục, tính bằng [mm]: 3 d1 = kd M e max (3-25) Trong đó : kd : Hệ số kinh nghiệm, kd = 4ữ4,6; Memax : Mô-men quay cực đại của động cơ, [Nm]. + Đối với trục trung gian : Đ−ờng kính và chiều dài trục, tính bằng [mm]: d 2 d 2 ≈ 0,45A ; ≈ 0,16 ữ 0,18 (3-25') l2 + Đối với trục thứ cấp : Đ−ờng kính và chiều dài trục, tính bằng [mm]: d3 d3 ≈ 0,45A ; ≈ 0,18 ữ 0,21 (3-25") l3 Trong đó : A là khoảng cách trục, [mm]. Chú ý rằng, chiều dài trục chọn sơ bộ theo (3-25') cần phải phù hợp với tổng chiều dài các chi tiết lắp trên trục. • Tính trục theo điều kiện bền : Sau khi đã xác định sơ bộ kích th−ớc trục, vẽ sơ đồ bố trí các chi tiết lên trục, tiến hành tính toán bền trục để xác định chính xác hơn kích th−ớc trục. Kích th−ớc hoàn toàn chính xác khi bảo đảm tính cứng vững của trục. + Xác định lực tác dụng lên trục : Lực tác dụng lên trục gồm các lực từ các bánh răng và phản lực tại các ổ đỡ. Trong tr−ờng hợp chung, tại mỗi vị trí đặt bánh răng ta có các lực tác dụng : GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 42
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô M - Lực vòng : P = z max (3-26) rz M tgα - Lực h−ớng kính : R = z max (3-26') rz cos β M tgα - Lực chiều trục : Q = z max (3-26") rz Trong đó : Mzmax : Mô-men quay cực đại tác dụng lên bánh răng,[Nm]: Mzmax = Memax.iz (ở đây iz - tỷ số truyền tính từ động cơ đến bánh răng đang tính, Memax mô-men cực đại của động cơ - với máy kéo lấy bằng mô-men danh nghĩa Mn); rz : Bán kính vòng chia của bánh răng, [m]; α : Góc ăn khớp, [độ]; β : Góc nghiêng của răng, [độ] (với răng trụ răng thẳng β = 0 ). Riêng đối với hộp số hai trục của máy kéo và một số xe con, ở đằng sau trục thứ cấp có gắn bánh răng côn (răng nghiêng) của truyền lực chính thì : M - Lực vòng : P = z max (3-27) rtb M (tgα cosδ sin β sinδ ) - Lực h−ớng kính : R = z max m (3-27') rtb cos β M (tgα sinδ ± sin β cosδ ) - Lực chiều trục : Q = z max (3-27") rtb cos β Trong đó : rtb : Bán kính vòng chia tại tiết diện trunh bình của bánh răng côn, [m]; α : Góc ăn khớp tại tiết diện trung bình, [độ]; β : Góc nghiêng của răng tại tiết diện trung bình, [độ]; δ : Góc nữa côn của bánh răng (tạo bởi đ−ờng sinh và đ−ờng trục), [độ] "-/+" : Dấu nằm phía "trên" ứng với chiều xoắn ng−ợc chiều quay của bánh răng (khi đứng theo h−ớng từ đáy lên đỉnh); và ng−ợc lại. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 43
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô + Khi đó kích th−ớc trục đ−ợc xác định chính xác hơn theo điều kiện bền đều (uốn và xoắn) tại các vị trí lắp đặt bánh răng : M - ứng suất uốn : σ = u (3-28) u 0,1d 3 M - ứng suất uốn : τ = x (3-28') x 0,2d 3 - ứng suất tổng hợp (uốn và xoắn đồng thời) : 2 2 ⎛ M ⎞ ⎛ M ⎞ σ = u + 4 x th ⎜ 3 ⎟ ⎜ 3 ⎟ (3-28") ⎝ 0,1d ⎠ ⎝ 0,2d ⎠ Trong đó : Mu, Mx: T−ơng ứng là mô-men uốn và xoắn tại tiết diện đang tính, [Nm]; d : Đ−ờng kính trục tại tiết diện đang tính, [m]; Giá trị ứng suất tổng hợp cho phép đối với vật liệu thép bánh răng hoặc 40X là từ 50 đến 70 [MN/m2] (nghĩa là hệ số an toàn từ 5 đến 10 lần nhằm bảo đảm độ cứng vững cho trục). Giá trị nhỏ lấy cho trục càng dài. Tại vị trí có lắp bánh răng di tr−ợt hoặc đặt đồng tốc (hay ống gài số) thì trục d−ợc làm theo dạng then hoa. Kích th−ớc đ−ờng kính ngoài then hoa đ−ợc xác định trên cơ sở bảo đảm lắp ráp và định vị các bánh răng trên trục cũng nh− chính kết cấu của bộ đồng tốc hay ống gài. Then hoa đ−ợc tính theo dập và cắt; thực tế sử dụng cho thấy then hoa chủ yếu bị hỏng do dập, vì vậy ở đây chỉ trình bày cách tính theo dập : 2 ứng suất dập σd [N/m ] then hoa đ−ợc xác định theo công thức : 2M t max σ d = (3-29) kt d tb hbzt Trong đó : Mtmax : Mô-men cực đại tác dụng lên may ơ lắp then với trục, [Nm]; dtb : Đ−ờng kính trung bình của then hoa, [m]; h : Chiều cao của then, [m]; b : Chiều dài phần then hoa tiếp xúc với may-ơ, [m]; GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 44
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô zt : Số l−ợng then; kt : Hệ số tính đến sự phân bố tải không đều lên các then, kt=0,75. Then hoa hộp số ôtô máy kéo th−ờng là dạng thân khai hoặc chữ nhật. Nếu then hoa thân khai thì đ−ờng kính vòng chia của then dt= ztmt, chiều cao h= 2,25mt (ở đây mt là mô-duyn pháp tuyến). Giá trị ứng suất dập cho phép : 2 - Với mối ghép then cố định : σd = 50 ữ100 [MN/m ]; 2 - Với mối ghép then di tr−ợt : σd = 30 [MN/m ]; • Tính trục theo cứng vững : Kích th−ớc trục đ−ợc xác định theo điều kiện bên ở trên thực sự là kích th−ớc chính xác khi trục bảo đảm độ cứng vững. Trục càng cứng vững (ít bị võng) càng bảo đảm điều kiện ăn khớp đúng của các cặp bánh răng, cho phép nâng cao tuổi thọ của các bánh răng và giảm tiếng ồn khi các bánh răng làm việc. Độ cứng vững đ−ợc đặc tr−ng bằng độ võng và góc xoay tại mỗi vị trí lắp bánh răng trên trục. Độ võng và góc xoay đ−ợc xét trong hai mặt phẳng thẳng góc nhau : Mặt phẳng thứ nhất chứa đ−ờng tâm của các trục, và mặt phẳng thứ hai chứa trục đang xét và vuông góc với mặt phẳng thứ nhất. Công thức để xác định độ võng và góc xoay đối với từng tr−ờng hợp cụ thể khi có lực P hoặc mô-men M tác dụng đối với trục có tiết diện không đổi, xác định nh− sau : + Tr−ờng hợp tải trọng tác dụng giữa hai gối đỡ theo sơ đồ hình H3-15 : P A B A M B C x C x a b a b l l y y a) Sơ đồ tính chỉ có lực P a) Sơ đồ tính chỉ có mô-men M Hình H3-16 : Sơ đồ tính độ võng và góc xoay khi tải đặt giữa hai gối. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 45
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô • Độ võng và góc xoay do lực P sinh ra (theo hình H3-15) Vị trị tính Độ võng y Góc xoay θ Pbx Pb Từ A đến C []2l(l − x) − b 2 − (l − x) 2 (l 2 − b 2 − 3x 2 ) 6EJl 6EJl Pa(l − x) Pa Từ C đến B []2lb − b 2 − (l − x) 2 [3(l − x) 2 + b 2 − 2lb] 6EJl 6EJl Pa 2b 2 Pab(b − a) Tại điểm C y = θc = c 3EJl 3EJl • Độ võng và góc xoay do mô-men M sinh ra (theo hình H3-15) Vị trị tính Độ võng y Góc xoay θ M ⎡ x 3 3a 2 ⎤ M ⎡3x 2 3a 2 ⎤ Từ A đến C ⎢ − (6a − − 2l)x⎥ ⎢ − (6a − − 2l)⎥ 6EJ ⎣ l l ⎦ 6EJ ⎣ l l ⎦ 3 2 2 2 M ⎡ x 2 3a 2 ⎤ M ⎡3x 3a ⎤ ⎢ − 3x + (2l + )x − 3a ⎥ ⎢ − 6x + 2l + ⎥ Từ C đến B 6EJ ⎣ l l ⎦ 6EJ ⎣ l l ⎦ Ma ⎛ 2a 2 ⎞ M ⎛ a 2 l ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ Tại điểm C yc = ⎜ + l − 3a⎟ θc = ⎜ + − a⎟ 3EJ ⎝ l ⎠ EJ ⎝ l 3 ⎠ + Tr−ờng hợp tải trọng tác dụng ngoài hai gối đỡ, theo sơ đồ hình H3-16 : P A B A B M C x C x l b l b a a y y a) Sơ đồ tính chỉ có lực P a) Sơ đồ tính chỉ có mô-men M Hình H3-17 : Sơ đồ tính độ võng và góc xoay khi tải đặt ngoài hai gối. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 46
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô • Độ võng và góc xoay do lực P sinh ra (theo hình H3-16) Vị trị tính Độ võng y Góc xoay θ Pbx Pb Từ A đến C []2l(l − x) − b 2 − (l − x) 2 (l 2 − b 2 − 3x 2 ) 6EJl 6EJl Pa(l − x) Pa Từ C đến B []2lb − b 2 − (l − x) 2 [3(l − x) 2 + b 2 − 2lb] 6EJl 6EJl Pa 2b 2 Pab(b − a) Tại điểm C y = θc = c 3EJl 3EJl • Độ võng và góc xoay do mô-men M sinh ra (theo hình H3-16) Vị trị tính Độ võng y Góc xoay θ M ⎡ x 3 3a 2 ⎤ M ⎡3x 2 3a 2 ⎤ Từ A đến C ⎢ − (6a − − 2l)x⎥ ⎢ − (6a − − 2l)⎥ 6EJ ⎣ l l ⎦ 6EJ ⎣ l l ⎦ 3 2 2 2 M ⎡ x 2 3a 2 ⎤ M ⎡3x 3a ⎤ ⎢ − 3x + (2l + )x − 3a ⎥ ⎢ − 6x + 2l + ⎥ Từ C đến B 6EJ ⎣ l l ⎦ 6EJ ⎣ l l ⎦ Ma ⎛ 2a 2 ⎞ M ⎛ a 2 l ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ Tại điểm C yc = ⎜ + l − 3a⎟ θc = ⎜ + − a⎟ 3EJ ⎝ l ⎠ EJ ⎝ l 3 ⎠ Chú thích : - Chiều d−ơng của lực (P) và độ võng (y) đ−ợc thừa nhận theo chiều trục y; - Chiều d−ơng của mô-men (M) và góc xoay θ đ−ợc thừa nhận theo chiều từ trục x đến trục y (cùng chiều kim đồng hồ); - E : Mô-duyn đàn hồi kéo nén, E=2,1.1011 [N/m2]; - J : Mô-men quán tính của tiết diện đang tính, [m4]; đ−ợc xác định nh− sau π (D 4 − d 4 ) J = (3-30) 64 Trong đó : d : Đ−ờng kính trong (lỗ) của trục, [m]; (trục đặc d=0); D : Đ−ờng kính ngoài của trục, [m]; nếu trục có then hoa, đ−ờng kính ngoài lấy theo đ−ờng kính trung bình của then. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 47
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Tr−ờng hợp trục có hai hay nhiều lực (hoặc mô-men) tác dụng đồng thời, thì độ võng và góc xoay tại tiết diện đang tính sẽ bằng tổng đại số các độ võng và góc xoay do các lực và mô-men sinh ra tại tiết diện đó. Độ võng tổng cộng cho phép trong mặt phẳng đi qua các trục không đ−ợc quá 0,10 [mm], còn trong các mặt phẳng vuông góc với nó, không quá 0,15 [mm]. Góc xoay tổng cộng trong các mặt phẳng không đ−ợc v−ợt quá 0,002 [rad]. Chú ý rằng, các công thức tính độ võng và góc xoay nh− đã trình bày ở trên chỉ áp dụng cho trục trơn (đ−ờng kính ngoài không đổi); tổng quát hơn là mô-men quán tính tiết diện không đổi. Tr−ờng hợp trục bậc (đ−ờng kính thay đổi) hoặc mo-men quán tính tiết diện thay đổi, thì phải qui đổi thành trục trơn để có mô-men quán tính không đổi J0 theo sơ đồ tính toán sau (hình H3-18): R P3 B RA P P2 1 M J J2 3 J1 l1 l2 l3 l4 l5 l6 c d k3RB k3P3 k R ∆Q k2P2 1 A k1P1 1 J0 k3M3 ∆M1 ∆M2 l1 l2 l3 l4 l5 l6 ∆Q2 Hình H3-18 : Sơ đồ tính qoán qui đổi trục bậc sang trục trơn. Chú thích : J1, J2, J3 : Mô-men quán tính tiết diện t−ơng ứng các đoạn trục của trục bậc; J0, k1, k2, k3 : Mô-men quán tính qui đổi và các hệ số qui đổi t−ơng ứng; ∆Q1, ∆Q2, ∆M1, ∆M2 : Là các gia số về lực cắt và mô-men uốn xuất xiện tại các mặt cắt có b−ớc nhảy về tiết diện. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 48
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô ) Mô-men quán tính qui đổi J0 chọn tr−ớc tuỳ ý, các hệ số qui đổi ki (i=1ữ3) đ−ợc tính nh− sau : J 0 J 0 J 0 k1 = ; k2 = ; k3 = .v.v (3-31) J1 J 2 J 3 ) Các gia số về lực ∆Qj (j=1ữ2) và mô-men ∆Mj (j=1ữ2) đ−ợc xác định theo các hệ số qui đổi ki (i=1ữ3) nh− sau : ⎧∆Q1 = Q1 (k2 − k1 ) ⎪ ⎪∆M 1 = M u1 (k2 − k1 ) ⎨ (3-31') ⎪∆Q2 = Q2 (k3 − k2 ) ⎪ ⎩∆M 2 = M u2 (k3 − k2 ) Trong đó : Q1, Q2 : Lực cắt t−ơng ứng tại các mặt cắt có b−ớc nhảy về tiết diện cvà d; Mu1, Mu2 : Mô-men uốn t−ơng ứng tại các mặt cắt có b−ớc nhảy về tiết diện. ) Các tải trọng tác dụng lên trục (lực P và mô-men M) cũng nh− các phản lực tại các gối (RA, RB) cũng đ−ợc qui đổi bằng cách nhân thêm với các hệ số t−ơng ứng trong các đoạn trục ki (i=1ữ3) sau khi qui đổi (xem hình H3-18). Nh− vậy để có thể qui đổi trục bậc thành trục trơn (có mô-men quán tính không đổi J0) khi tính độ cứng vững của trục, ta tiến hành tính toán theo trình tự : - Tr−ớc hết, cần phải xác định phản lực tại các gối đỡ (RA, RB), tính lực cắt Q và mô-men uốn Mu tại các mặt cắt có b−ớc nhảy về tiết diện; - Tiếp theo, chọn tr−ớc mô-men quán tính qui đổi J0, xác định các hệ số qui đổi ki theo công thức (3-31) và tính các gia số tải trọng (∆Q và ∆M) theo các công thức (3-31'); - Sau đó, đặt các tải trọng đã hiệu chỉnh (kiPi và kiMi) cùng các tải trọng mới xuất hiện tại các mặt cắt có b−ớc nhảy về tiết diện (∆Qj và ∆Mj); - Cuối cùng là tiến hành tính độ võng và góc xoay cho trục trơn chịu đồng thời các tải trọng nh− đã chỉ ra trên hình H3-18. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 49
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 3.2.5 Tính toán chọn ổ đỡ dùng trong hộp số ôtô máy kéo : Hộp số ôtô máy kéo th−ờng dùng ổ đỡ kiểu ổ lăn. ổ tr−ợt chỉ dùng để đỡ bánh răng của số lùi hoặc các bánh răng ăn khớp th−ờng xuyên quay trơn trên trục. ổ bi một dãy th−ờng đ−ợc dùng ở gối đỡ sau trục thứ cấp và trục trung gian của hộp số ba trục, loại hai dãy đ−ợc dùng ở đầu trục thứ cấp hộp số hai trục. ổ thanh lăn hình trụ đ−ợc dùng trong tr−òng hợp khi khoảng không gian để đặt ổ không lớn mà lực h−ớng kính tác dụng lên ổ khá lớn. ổ thanh lăn hình trụ th−ờng dùng ở gối đỡ tr−ớc trục thứ cấp hộp số ba trục, ở gối đỡ sau trục thứ cấp hộp số hai trục nơi có gắn bánh răng côn chủ động của truyền lực chính. ổ thanh lăn hình côn chịu cả lực h−ớng kính và lực chiều trục lớn, nh−ng quá trình sử dụng cần điều chỉnh định kỳ luôn nên ít dùng trong hộp số. Khi tính toán ổ lăn, cần xác định hệ số khả năng làm việc (C) rồi chọn ổ theo bảng tiêu chuẩn. ổ lăn đ−ợc tính toán ở chế độ tải trọng trung bình Mtt [Nm]. Máy kéo th−ờng làm việc ở gần công suất danh nghĩa của động cơ, nên mô-men tính toán đ−ợc lấy theo mô-men danh nghĩa Mn. Còn đối với ôtô, chế độ tải trọng trung bình đ−ợc xác định bằng : Mtt = Ktt.Memax (3-32) Trong đó : Ktt : Hệ số chỉ mức độ sử dụng mô-men quay cực đại của động cơ Memax. Hệ số Ktt có thể xác định theo đồ thị kinh nghiệm trên hình H3-19 hoặc tính theo 2 ⎛ G ⎞ ⎛ G ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ công thức : K tt = −0,8149⎜ ⎟ +17,299⎜ ⎟ +13,045 ; trong đó G là trọng l−ợng ⎝ M e max ⎠ ⎝ M e max ⎠ toàn bộ của ôtô tính bằng [N]. Hệ số khả năng làm việc C của ổ lăn đ−ợc xác định theo công thức : 0,3 C = Qtd K1K 2 K 3 (ntt h) (3-33) Trong đó : GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 50
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Qtd : Lực t−ơng đ−ơng tác dụng lên ổ lăn, [N]; K1 : Hệ số tính đến vòng nào của ổ lăn sẽ quay : nếu vòng trong quay thì K1=1, vòng ngoài quay thì : - Với ổ bi h−ớng kính : K1 = 1,10 - Với các loại khác : K1 = 1,35; K2 : Hệ số xét đến tính chất tải trọng : - Đối với ổ lăn hộp số ôtô : K2 = 1,0 - Đối với hộp số máy kéo : K2 = 1,3ữ1,5; K3 : Hệ số tính đến chế độ nhiệt làm việc của ổ lăn; với ổ lăn hộp số ôtô máy o kéo, nhiệt độ làm việc th−ờng d−ới 398 K, cho nên K3 = 1; 95 (%) 85 emax emax 75 65 55 45 35 Phần trăm của M 25 50 90 130 170 210 250 290 330 Tỷ số G/Memax (N/Nm) Hình H3-19 : Đồ thị xác định hệ số sử dụng mô-men quay động cơ. ntt : Số vòng quay tính toán của ổ lăn, [vg/ph]; đối với ôtô, số vòng quay tính toán đ−ợc tính ở số truyền thẳng (ih=1) với tốc độ trung bình của ôtô du lịch là 13,85 [m/s] và đối với ôtô vận tải là 9,7 [m/s], còn đối với máy kéo đ−ợc xác định ở số truyền làm việc với thời gian nhiều nhất với tốc độ canh tác trung bình. h : Thời gian làm việc yêu cầu đối với ổ lăn, tính theo giờ [h]. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 51
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Thời gian làm việc của ổ lăn đ−ợc xác định trên cơ sở bảo đảm quảng đ−ờng chạy yêu cầu giữa hai kỳ đại tu xe máy tính theo tóc độ trung bình nêu trên : - Đối với ôtô dung tích nhỏ : Sh = 100.000 [Km] - Đối với ôtô có dung tích lớn : Sh = 200.000 [Km] - Đối với ôtô hành khách : Sh = 160.000 [Km] - Riêng với máy kéo : h = 6.000 giờ. Lực t−ơng đ−ơng tác dụng lên ổ lăn đ−ợc xác định theo công thức : n 3,33 Qtd = ∑δ iγ iQi (3-33') i=1 Trong đó : n : Số cấp của hộp số; δi : Hệ số tính đến số vòng quay làm việc ni ở số truyền thứ i (δi =ni/ntt); γi : Hệ số tính đến thời gian làm việc ở số truyền thứ i, theo bảng B3-3; Qi : Lực h−ớng kính qui dẫn tác dụng lên ổ lăn ở số truyền thứ i, [N]. Lực h−ớng kính qui dẫn Qi tác dụng lên ổ đ−ợc xác định bằng : Qi = R + m(A ± S1 m S 2 ) (3-33") ở đây : R : Lực h−ớng kính tác dụng lên ổ ứng với số truyền i, [N]; m : Hệ số chuyển lực chiều trục thành lực h−ớng kính, m=1,5; A : Lực chiều trục tác dụng lên ổ lăn, [N]; S1, S2 : Lực chiều trục sinh ra bởi tác dụng của lực h−ớng kính R1, R2 t−ơng ứng của ổ thứ nhất, thứ hai [N]. " ± " : Dấu"+" hay trừ "-" phụ thuộc vào chiều các lực Si của các ổ trên trục so với chiều của lực chiều trục Atác dụng lên ổ. Lực chiều trục S đ−ợc xác định tỷ lệ theo lực h−ớng kính R tác dụng lên ổ : Với ổ thanh lăn hình côn thì S = 1,245Rtgα, với α là góc côn của ổ (hình H3-20) phụ thuộc vào đặc điểm kết cấu của ổ và có giá trị nằm trong khoảng α = 10ữ300. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 52
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Bảng B3-3 : Tỷ lệ thời gian làm việc ở các số truyền của hộp số (%) Điều kiện Loại Số truyền Chạy trơn Sử dụng Ôtô - máy kéo I II III IV V theo đà Du lịch (dung tích nhỏ) 3 10 50 37 Đ−ờng tốt Du lịch (DT vừa và lớn) 3 10 40 47 thành phố Ô tô buýt 0,5 6,5 23 50 20 Vận tải 0,5 4,5 20 50(25) (25) 25 Du lịch 2 13 70(10) (60) 15 Đ−ờng tốt Ô tô buýt 0,5 2,5 7 75 15 ngoài TP Vận tải 1 4 20 60(30) (30) 15 Trong & Du lịch 2 8 70(20) (50) 20 Ngoài TP Vận tải 0,5 3,5 20 60(35) (25) 16 Máy kéo Hộp số ba cấp 25 65 10 Xích Hộp số bốn cấp 20 40 30 10 Hộp số năm cấp 15 30 30 15 10 Máy kéo Hộp số ba cấp 15 70 15 Bánh bơm Hộp số bốn cấp 10 30 45 15 α α R R D d Hình H3-20 : Kết cấu ổ bi chặn và ổ thanh lăn hình côn. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 53
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Với ổ bi h−ớng kính thì S = e.R, với e là hệ số tỷ lệ; phụ thuộc vào góc côn của ổ bi αo (hình H3-20). 0 0 0 Khi αo = 12 thì e ≈ 0,35 ữ 0,55; với αo ≈ 18 ữ20 thì e ≈ 0,57; với αo = 24ữ26 0 thì e ≈ 0,68; khi αo = 36 thì giá trị của e > 0,68. ổ thanh lăn kim cũng đ−ợc tính chọn theo hệ số khả năng làm việc. Nếu điều kiện về kích th−ớc bị hạn chế không cho phép dùng ổ thanh lăn kim tiêu chuẩn, thì có thể dùng các thanh lăn kim đặc biệt đặt trực tiếp giữa trục và chi tiết mà không có các vòng trong hoặc vòng ngoài. * 0,7 C = 2453d l ; l = (0,5 ữ1,0)d ; l = (6 ữ10)d k (3-33'") Trong đó : d : Đ−ờng kính vòng lăn của các kim (đ−ờng kính ngoài của vòng trong ổ đặc thanh lăn kim hoặc đ−ờng kính cổ trục đặt kim trực tiếp), [mm]; dk : Đ−ờng kính của các kim, [mm]; l : Chiều dài làm việc của các kim, [mm]. Lực tĩnh (Q, [N]) cho phép tác dụng lên ổ thanh lăn kim bằng Q = 30ld . Khe hở giữa các kim không đ−ợc quá 0,025 [mm]. Cổ trục đặt thanh lăn lim phải có độ cứng lớn hơn HRC60. Nếu dùng ổ tr−ợt, cần kiểm tra áp suất cho phép lớp dầu bôi trơn : Q q = ≤ [q] (3-34) bd Trong đó : b : Chiều rộng ổ tr−ợt, [m]; d : Đ−ờng kính trục, [m]; [q] : áp suất cho phép đối với lớp dầu bôi trơn, [q] = (4ữ6)106 [N/m2]. Tỷ số b/d th−ờng nằm trong giới hạn 1,3ữ1,7. Chiều dày của bạc tr−ợt nằm trong giới hạn δ = 4ữ6 [mm]. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 54
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 4. Cơ cấu điều khiển hộp số : 4.1 Đặc điểm kết cấu cơ cấu điều khiển : Cơ cấu điều khiển có nhiệm vụ truyền lực tác động của lái xe đến ống gài số, hay bánh răng di tr−ợt, hoặc bộ đồng tốc để dịch chuyển chúng vào vị trí gài số hoặc trả về vị trí trung gian. Phần lớn cơ cấu điều khiển số trên ôtô là hệ thống đòn điều khiển đơn giản. Chúng đ−ợc gắn trực tiếp trên nắp hộp số bằng khớp cầu. Khớp cầu cho phép đòn điều khiển số với 6 vị trí gài số (th−ờng là 5 số tiến và một số lùi). Khi hộp số có vị trí xa buồng lái (vị trí nắp hộp số v−ợt ra ngoài tầm với của lái xe) nh− khi buồng lái đặt ngay trên động cơ hoặc động cơ bố trí ở đuôi xe (phổ biến trên xe khách) thì đòn điều khiển vẫn bố trí bên cạnh lái xe. Trong tr−ờng hợp này phải dùng thêm hệ thống đòn điều khiển trung gian để truyền động đến các thanh tr−ợt gắn trên nắp hộp số ở xa vị trí ng−ời lái. Hệ thống điều khiển kiểu này th−ờng gọi là hệ thống điều khiển hộp số từ xa. Điều khiển hộp số từ xa có thể thực hiện nhờ hệ thống đòn điều khiển cơ khí (chủ yếu dùng để điều khiển hộp số chính); cũng có thể thực hiện bằng truyền động thuỷ khí nhờ các van phân phối và các xy lanh lực. Khi hộp số có hơn sáu số (hộp số nhiều cấp) thì ngoài đòn điều khiển chính; cần phải có thêm hệ thống điều khiển từ xa để tiến hành gài số cho hộp số phụ. Hệ thống điều khiển từ xa kiểu bán tự động trên hình H4-4 là kiểu truyền động khí nén điều khiển cho hai cấp số truyền. Bằng cách ấn nút chia số (2), van phân phối (3) thực hiện điền khiển (bằng khí nén) sự dịch chuyển van phân phối khí (4) về một trong hai phía để sẵn sàng cho cấp khí vào bên phải hoặc bên trái của xy lanh công tác (5). Khí nén chỉ đ−ợc cấp vào xy lanh (5) khi lái xe cắt ly hợp bằng cách đạp bàn đạp (15). Nhờ áp suất cao của dầu chuyển đến xy lanh (12), cần đẩy (11) dịch chuyển để mở ly hợp; đồng thời càng (10) tỳ lên cần đẩy (9) làm mở van điều khiển khí nén (8) cấp khí vào xy lanh công tác (5). Pistton (5) dịch chuyển để quay càng gạt số (6), tiến hành gài số cho hộp số. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 55
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Hình H4-4 : Điều khiển hộp số phụ bán tự động (van phân phối kiểu tr−ợt) Nếu hộp số phụ có nhiều hơn hai cấp, phải dùng van kiểu xoay (xem hình H4-4b). 3 4 5 II III 6 I IV 7 2 1 Hình H4-4b: Điều khiển hộp số phụ với van phân phối kiểu xoay . GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 56
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 4.2 Đặc điểm kết cấu cơ cấu định vị và khoá hãm : 4.2.1 Cơ cấu định vị : Cơ cấu định vị có nhiệm vụ giữ đúng vị trí của các bánh răng di tr−ợt gài số hay khớp răng của bộ đồng tốc (hoặc ống gài) mỗi khi gài số hoặc khi nhả số; bảo đảm cho các bánh răng nhả hoàn toàn hay ăn khớp hết chiều dài của răng. Lực định vị vừa đủ lớn để tranh hiện t−ợng nhả số hoặc gài số một cách ngẫu nhiên. Cơ cấu định vị th−ờng dùng loại bi và lò xo tác dụng lên hốc hõm của các thanh tr−ợt (dùng để gắn các càng gạt số - hình H4-5). Đối với tr−ờng hợp gài số bằng bánh răng di tr−ợt răng nghiêng, lực chiều trục lớn, dễ làm mòn nhanh các hốc lõm định vị và sẽ dẫn đến hiện t−ợng bị nhả số. Để khắc phục yếu điểm này đối với định vị bi, có thể làm định vị kiểu chốt (hoặc kiểu chốt khoá - chỉ nhả định vị khi nào ly hợp đ−ợt ngắt) cho phép định vị làm việc an toàn hơn. Hình H-5 : Cơ cấu định vị các thanh tr−ợt gài số. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 57
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 4.2.2 Khoá hãm: Khoá hãm có nhiệm vụ chống cho hai số cùng gài một lúc; tránh làm gãy vở răng hộp số. Để bảo đảm đ−ợc điều này, khi một số đã vào gài số thì khoá hãm sẽ khoá chặt (c−ỡng bức) các thanh tr−ợt của các số kia ở vị trí trung gian. Một số bất kỳ nào khác chỉ có thể vào số, khi và chỉ khi tất cả các số đang ở trạng thái "mo" (vị trí trung gian). Kết cấu khoá hãm th−ờng cũng dùng bi kết hợp với chốt (hình H4-5b). Hình H4-5b : Kết cấu khoá hãm các thanh tr−ợt gài số. 4.2.3 Cơ cấu an toàn khi gài số lùi: Trên hộp số ôtô, th−ờng phải có cơ cấu an toàn để tránh gài số một cách ngầu nhiên khi mà xe đang còn chuyển động tiến; làm gãy vỡ răng hộp số cũng nh− gây quá tải đối với hệ thống truyền lực. Cơ cấu an toàn chống gài ngẫu nhiên số lùi có nhiều loại; thông th−ờng dùng chốt cản với lực ép lò xo để tạo ra lực cản lớn hơn nhiều khi tiến hành gài số lùi (hình H4-6) so với việc gài số các cấp số tiến. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 58
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Hình H4-6 : Cơ cấu an toàn tránh gài số lùi ngẫu nhiên. 4.3 ống gài số : Hầu hết các bánh răng gài số của hộp số ôtô máy kéo th−ờng đ−ợc lắp lồng không lên trục (quay trơn); bánh răng di tr−ợt chỉ sử dụng hạn chế ở số lùi hoặc số một. Để tiến hành gài số đối với các bánh răng quay trơn trên trục, phải dùng ống gài hoặc bộ đồng tốc nhằm nối cứng bánh răng với trục thông qua các khớp răng : nó có thể là răng ngoài hoặc răng trong (hình H4-7). Hình H4-7 : Kết cấu ống gài hộp số ôtô máy kéo. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 59
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Để qua trình gài số bằng ống gài đ−ợc dễ dàng và nhanh chóng hơn, các răng của ống gài đ−ợc vát nhọn và cứ một răng lại khuyết đi một răng; đồng thời về phía các đai răng của bánh răng gài số, cứ cách một răng có một răng ngắn hơn (hình H4-7b). Kết cấu nh− vậy ta gọi là ống dễ gài. ống gài số chỉ sử dụng để thực hiện việc gài số cho số lùi hoặc số thấp nhất (số ihI) cho một số hộp số ôtô, các số thấp của máy kéo; còn hầu hết các số khác của hộp số ôtô phải dùng bộ đồng tốc để gài số nhằm bảo đảm việc gài số đ−ợc êm dịu, không gây va đập răng cho hộp số nối riêng cũng nh− hệ thống truyền lực nói chung. Hình H4-7b : Kết cấu ống dễ gài. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 60
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 4.4 Bộ đồng tốc hộp số ôtô : Trên hầu hết các hộp số ôtô (có cấp) hiện nay, ng−ời ta dùng bộ đồng tốc quán tính để nối ghép trục với bánh răng quay trơn mỗi khi gài số nhằm tránh sự va đạp cho các bánh răng và hệ thống truyền lực. Bộ đồng tốc có nhiệm vụ làm đồng đều nhanh chóng tốc độ bánh răng quay trơn trên trục so với tốc độ của trục rồi mới gài đ−ợc số; ng−ợc lại khi ch−a đồng đều tốc độ thì không thể thực hiện đ−ợc việc gài số. 4.4.1 Phân tích đặc điểm kết cấu của bộ đồng tốc : a) Bộ đồng tốc loại I (loại chốt hãm) : Tuỳ theo kết cấu cụ thể mà bộ đồng tốc hộp số ôtô có nhiều kiểu khác nhau; tuy vậy chúng đều có một cấu tạo chung sau : + Bộ phận nối (1): có cấu tạo t−ơng tự ống gài (răng ngoài hoặc trong) nối then hoa với trục; tức là có thể di tr−ợt về phía phải (hoặc trái) để nối với bánh răng gài số (4) khi đã đồng đều tốc độ (hình H4-15a, b). β 3 4 1 3 1 2 Q α Q 5 rβ 6 rms Hình H4-15a : Kết cấu bộ đồng tốc loại I (bộ phận nối kiểu liền). + Chốt hãm (2) : có nhiệm vụ tạo phản lực tác dụng ng−ợc lên bộ phận nối (1) để chống gài số khi ch−a đồng đều tốc độ giữa bộ phận nối (1) với bánh răng gài số (4). GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 61
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô + Vành ma sát (3) của đồng tốc : Có nhiệm vụ tạo ra mômem ma sát giữa vành ma sát (3) với bề mặt ma sát trên bánh răng gài số (4) nhằm làm đồng đều tốc độ giữa chúng tr−ớc khi gài số. + Bộ phận định vị : gồm bi định vị (5) và chốt (6) có nhiệm vụ giữ cho các vành ma sát ở vị trí trung gian khi bộ đồng tốc không thực hiện việc gài số; đồng thời cho phép đ−a vành ma sát (3) vào tiếp xúc tr−ớc với vành ma sát trên bánh răng (4) khi tiến hành gài số. Bộ đồng tốc loại Ia với kiểu bộ phận nối liền khối nh− ống gài đ−ợc sử dụng khá phổ biến ở các xe tải và khách cỡ trung bình và lớn nhờ kết cấu vững chắc và tin cậy. β 1a Q 3 4 2 α Q 1b rβ rms 3 Hốc hãm H 1b 6 1a Hình H4-15b : Bộ đồng tốc loại Ib (bộ phận nối kiểu rời). Các nhà máy MAZ và KRAZ (của Liên-xô cũ) sử dụng bộ đồng tốc loại Ib với bộ phận nối kiểu rời (gồm chi tiết 1A và 1B, hình H4-15b) cũng có nguyên tắc cấu tạo và GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 62
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô nguyên lý làm việc t−ơng tự. Chỉ khác là hai vành ma sát (3) của đồng tốc đ−ợc làm liền khối; do vậy bộ phận nối đ−ợc tách rời và liên kết với nhau thông qua chốt hãm (2). Nh−ợc điểm loại này là phải chế tạo hốc hãm (H) trên ống ma sát (3) trở nên khó khăn hơn. Nguyên lý làm việc của bộ đồng tốc loại I: Tuỳ theo kết cấu, bộ đồng tốc loại I của hộp số ôtô có thể có nhiều kiểu khác nhau; tuy vậy chúng đều có một nguyên lý làm việc chung nh− sau : D−ới tác dụng của lực gài từ cơ cấu điều khiển, ống nối (1) của bộ đồng tốc (hay 1A cùng 1B trên hình H4-15b) sẽ dịch chuyển về bên phải (hoặc bên trái). Nhờ bộ phận định vị (5) mà vành ma sát (3) sẽ dịch chuyển đồng thời với bộ phận nối (1), vào tiếp xúc tr−ớc với bề mặt ma sát của bánh răng gài số (4). Do có sự khác nhau về tốc độ của hai bề mặt ma sát mà tại đây hình thành một mô-men ma sát. Mô-men ma sát này làm cho bánh răng gài số (4) - đang quay trơn trên trục - nhanh chóng thay đổi tốc độ về với tốc độ của bộ đồng tốc. Khi ch−a đồng đều tốc độ giữa bánh răng gài số (4) và bộ đồng tốc, mo-men ma sát hình thành trên vành ma sát (3) làm chốt hãm (2) tỳ vào bề mặt hãm (với góc nghiêng β) trên bộ phận nối (1)(*). Tại đây xuất hiện phản lực mà thành phần lực chiều trục Q’ tác dụng ng−ợc lên bộ phận nối (1) có giá trị lớn hơn hoặc bằng chính lực gài Q. Chính vì vậy, khi ch−a đồng đều tốc độ, lái xe không thể tiếp tục đẩy bộ phận nối (1) vào ăn khớp với khớp răng t−ơng ứng trên bánh răng gài số (4). Khi đã có sự đồng đều tốc độ – không có sự tr−ợt t−ơng đối giữa hai bề mặt côn - mô-men ma sát sẽ không còn nữa, phản lực Q’ do mômen ma sát sinh ra cũng không còn nữa. Lúc này lực gài Q do lái xe tạo ra chỉ cần đủ thắng lực lò xo định vị (5), đẩy nhẹ chốt hãm (2)(*) thoát khỏi bề mặt hãm và tiếp tục đ−a vành răng của bộ phận nối (1) đi vào ăn khớp với vành răng trên bánh răng gài số (4). Việc gài số đã đ−ợc thực hiện. Chú thích (*) Đối với bộ đồng tốc kiểu bộ phận nối rời (1A và 1B hình H4-15b) thì vị trí của chốt hãm (2) và bề mặt hãm đ−ợc hoán vị : mặt hãm ở trên vành ma sát - gọi là hốc hãm H, còn chốt hãm (2) nối cứng hai phần 1A và 1B của bộ phận nối(1). Khi đã GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 63
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô có sự đồng đều tốc độ, chốt hãm (2) sẽ đẩy nhẹ hốc hãm H và thoát khỏi nó để bộ phận nối (1) tiếp tục đi vào nối với vành răng gài số trên bánh răng gài số (4). Nh− vậy, khi và chỉ khi đã có sự đồng đều tốc độ giữa bánh răng gài số (4) với bộ phận nối (1) thì mới có thể gài đ−ợc số, tránh sự va đập răng cũng nh− tải trọng động chung cho cả hệ thống truyền lực ôtô. b) Bộ đồng tốc loại II (loại răng hãm) : Trên hộp số ôtô du lịch, vận tải và khách cỡ nhỏ, kích th−ớc các bánh răng hộp số nhỏ, không đủ không gian để thiết kế bộ đồng tốc loại I. Hơn thế nữa, tải trọng tác dụng bề mặt hãm nói chung không lớn nên có thể sử dụng chính mặt nghiêng của các răng để làm bộ phận hãm. Đồng tốc này đ−ợc gọi là đồng tốc loại II (tên gọi do tác giả đặt). Tuỳ theo kết cấu cụ thể mà bộ đồng tốc loại II của hộp số ôtô có nhiều kiểu dáng khác nhau nh−ng đều có chung nguyên tắc cấu tạo sau : + Bộ phận nối (1): làm nhiệm vụ nối bánh răng quay trơn (4) với trục (7). Bộ phận nối có cấu tạo t−ơng tự ống gài; di tr−ợt dọc trục bằng khớp nối then hoa (hình H4-16a). Các răng của bộ phận nối (1) đ−ợc vát nghiêng với góc β đủ nhỏ để chống gài số khi bánh răng gài (4) ch−a đồng đều tốc độ với trục (7). 4 6 rβ α 5 rms 7 1 23 β Hình H4-16a : Kết cấu bộ đồng tốc loại IIa (kiểu bi định vị). GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 64
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 1 - Bộ phận nối, 2 - Vành răng hãm, 3 - Vành ma sát, 4 - Bánh răng, 5 - Thanh tr−ợt, 6 - Bi định vị, 7 - Trục hộp số , α - Góc nghiêng của mặt côn ma sát; rms - Bán kính ma sát trung bình; β - Góc nghiêng của bề mặt hãm , rβ - Bán kính trung bình mặt hãm. + Bộ phận hãm (2) : có nhiệm vụ chống lại việc gài số khi bánh răng (4) ch−a đồng đều tốc độ với trục (5). Bộ phận hãm có cấu tạo gồm vành răng hãm (2) gắn trên vành côn ma sát (3). Các răng của vành răng hãm (2) đều đ−ợc vát nghiêng với góc β cùng với các răng trên bộ phận nối (1) nhằm chống lại việc gài số khi bánh răng (4) ch−a đồng đều tốc độ với trục (7). + Bộ phận ma sát : gồm các vành ma sát (3) có nhiệm vụ làm đồng đều tốc độ giữa bánh răng gài số (4) với bộ đồng tốc – tức là đồng đều với trục (7). + Bộ phận định vị : có nhiệm vụ giữ cho các vành ma sát ở vị trí trung gian khi bộ đồng tốc không làm việc; đồng thời cho phép đ−a vành ma sát (3) vào tiếp xúc tr−ớc với bề mặt côn ma sát trên bánh răng gài số (4) khi bắt đầu tiến hành gài số. Bộ phận định vị gồm lò xo và bi định vị (6) cùng thanh đẩy (5) luôn chèn sẵn trong hốc lõm của vành ma sát (3) để sẵn sàng đẩy vành ma sát (3) vào tiếp xúc tr−ớc với bề mặt côn ma sát trên bánh răng gài số (4) khi bắt đầu gài số. Trên hình H4-16b là một đồng tốc loại IIb có thanh tr−ợt (5) làm cả nhiệm vụ định vị thay cho viên bi (6) của loại IIa. + Thanh tr−ợt (5) làm luôn nhiệm vụ định vị; còn lò xo định vị đ−ợc thay bởi hai vòng lò xo (6) nhờ vậy tránh đ−ợc hiện t−ợng bị lệch lò xo khi vào gài số. + Nh−ợt điểm của kiểu này là ma sát giữa hốc định vị và gờ của thanh định vị là ma sát tr−ợt thay vì ma sát lăn nh− loại IIa, nên hốc định vị có thể dễ mòn hơn loại IIa. Tuy vậy lực định vị này nhỏ; hơn nữa bộ đồng tốc làm việc trong dầu nên nh−ợc điểm này có thể khắc phục đ−ợc nhờ chúng luôn luôn đ−ợc bôi trơn trong dầu. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 65
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 4 5 1. Bộ phận nối (ống nối); 2. Vành răng hãm; α 6 3. Vành côn ma sát; 7 4. Bánh răng gài số; 5. Thanh tr−ợt định vị; 6. Lò xo định vị thanh tr−ợt; 7. Trục hộp số; α. Góc côn của vành ma sát; β. Góc nghiêng phản lực của các vành răng hãm. 1 23 β Hình H4-16b : Kết cấu bộ đồng tốc loại IIb (kiểu thanh tr−ợt định vị ). Trên hình H4-16c là một đồng tốc loại II có cấu tạo bộ phận định vị kiểu ống trụ. + Thanh đẩy (5) biến thể thành ống trụ (5a). Lò xo định vị (6) lại trở thành lò xo trụ; đ−ợc lồng trong ống trụ (5a) và chốt định vị (5b); nhờ vậy lò xo không bị lệch nh− kiểu H4-16a. ở đây ống trụ (5a) vừa làm chức năng thanh đẩy vừa làm cả nhiệm vụ định vị. Do trụ đẩy (5a) có kích th−ớc bé, nên cần phải có thêm các lò xo định vị phụ (5c) giữ cho các vành ma sát (3) luôn luôn tỳ sát trụ đẩy. Nguyên lý làm việc của bộ đồng tốc loại IIc : Dù kết cấu bộ đồng tốc loại II có nhiều kiểu khác nhau (hình H4-16a,b,c) nh−ng đều có cùng nguyên lý làm việc nh− sau : D−ới tác dụng của lực gài Q, ống nối (1) sẽ dịch chuyển về phải (hoặc trái). Nhờ bộ phận định vị mà vành ma sát (3) sẽ dịch chuyển đồng thời với ống nối (1) để vào tiếp xúc tr−ớc với mặt côn trên bánh răng gài số (4). Tại đây hình thành một mômen ma sát, làm cho vành ma sát (3) sẽ xoay t−ơng đối với ống nối (1) một góc nhỏ khiến mặt hãm (góc nghiêng β) của vành răng hãm (2) tỳ vào mặt hãm của răng trên ống nối (1). GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 66
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 6 5a 5b α rβ rms 5c 4 7 1 β 2 3 Hình H4-16c : Kết cấu bộ đồng tốc loại IIc (ốngtrụ đẩy định vị ). 1 - Bộ phận nối 2 - Vành răng hãm 3 - Vành ma sát 4 - Bánh răng 5 - Cơ cấu định vị 6 - Lò xo định vị 5a - ống trụ định vị 5b - Chốt định vị α - Góc côn của vành ma sát; rms - Bán kính ma sát trung bình; β - Góc nghiêng của răng hãm rβ - Bán kính trung bình của mặt hãm Khi ch−a đồng đều tốc độ, hai mặt côn ma sát (3) và (4) sẽ sinh ra một mo-men ma sát. Mô-men này sẽ truyền ng−ợc lên ống nối (1) một phản lực Q’ tại mặt nghiêng β của răng trên răng ống nối (1). Lực Q' luôn ng−ợc chiều và có giá trị lớn hơn hoặc bằng lực gài số Q do lái xe tạo ra. Do đó, lái xe không thể cho ống nối (1) tiếp tục đi vào để gài số khi ch−a đồng đều tốc độ. Khi đã đồng đều tốc độ, các vành côn ma sát không còn chuyển động t−ơng đối với nhau, mô-men ma sát không còn nữa, phản lực Q' vì vậy cũng bị triệt tiêu. Lúc này lực gài Q do lái xe tạo ra chỉ cần đủ thắng lực của lò xo định vị (6), đẩy nhẹ vành răng GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 67
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô hãm (2) của vành ma sát (3) đ−a ống nối (1) vào ăn khớp với vành răng trên bánh răng gài số (4). Bộ đồng tốc loại II (răng hãm) đ−ợc sử dụng hầu hết trên hộp số ôtô du lịch và một số hộp số xe tải và khách. Nhà máy ôtô LADA (của Liên-xô cũ) sản xuất bộ đồng tốc loại IId cho các đời xe LADA có kết cấu đơn giản hơn so với các loại kể trên; đ−ợc giới thiệu trên hình H4-16d. Quan hệ giữa vành răng hãm và mặt côn ma sát t−ơng ứng với vành răng hãm (2) và mặt côn ma sát (3) đ−ợc hoán đổi vị trí : mặt côn ma sát đ−ợc cấu tạo trực tiếp trên ống nối (1) thay vì trên bánh răng gài số; còn vành răng hãm đ−ợc tạo ngay trên vành răng gài số của bánh răng (4). Bằng cách đó cho phép đơn giản hoá cơ cấu định vị của đồng tốc. Bộ phận định vị chỉ còn mỗi lò xo chiều trục (5) tác dụng trực tiếp lên vành ma sát (3) theo chiều trục và đ−ợc định vị lại bởi vòng chặn (6). Tuy vậy nh−ợc điểm của kiểu đồng tốc này chính là lực chiều trục của lò xo định vị vì nó có xu h−ớng làm nhả số. Để tránh trả số đối với kiểu đồng tốc này, đòi hỏi lực của cơ cấu định vị trên thanh tr−ợt gài số phải lớn. Điều này lại dẫn đến đễ mòn các hốc định vị trên thanh tr−ợt và do đó lại dễ bị nhả số. 1. Bộ phận nối; 1 3 4 2. Vành răng hãm; 3. Vành côn ma sát; 4. Bánh răng gài số; 5 r 5. Lò xo định vị; ms rβ β - Góc nghiêng của răng hãm; rβ - Bán kính trung bình mặt hãm 2 rms - Bán kính ma sát trung bình. β Hình H4-16d : Bộ đồng tốc loại IId kiểu lò xo định vị h−ớng trục. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 68
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 4.4.2 Tính toán các thông số cơ bản của đồng tốc : Xác định các thông số cơ bản của bộ đồng tốc hộp số ôtô bao gồm việc xác định mô-men cần thiết Mms để làm đồng đều nhanh chóng tốc độ trong thời gian tc, bàn kính ma sát rms, chiều rộng của bề mặt ma sát bms nhằm bảo đảm tuổi thọ cho đồng tốc. 4.4.2.1 Mô-men ma sát cần thiết của bộ đồng tốc : Mô-men ma sát hình thành ở bộ đồng tốc khi gài số với lực gài Q phải thắng đ−ợc mô-men quán tính của bánh răng gài số (4) – xem các hình H4-15, H4-16 - cùng các khối l−ợng chuyển động quay có liên quan động học với bánh răng (4) trong quá trình gài số; nghĩa là : 2 ∆ω M ms = J ∑ik (4-35) tc Trong đó : J∑ : Mô-men quán tính của bánh răng gài số và của tất cả các khối l−ợng chuyển động quay trong hộp số có quan hệ động học trục sơ cấp hộp số (th−ờng là trục ly hợp); đ−ợc qui dẫn về trục sơ cấp, [kgm2]; ik : Tỷ số truyền thứ k của hộp số t−ơng ứng với chế độ tính toán của đồng tốc (tính từ trục sơ cấp đến bánh răng gài số cần tính toán); ∆ω : Chênh lệch tốc độ giữa bánh răng gài số và bộ đồng tốc, [rad/s] ; tc : Thời gian làm đồng đều tốc độ giữa bộ đồng tốc và bánh răng gài số, [s]. ) Thời gian tc đặc tr−ng cho tính hiệu quả của bộ đồng tốc. Thời gian tc càng nhỏ quá trình làm đồng đều tốc độ càng nhanh. Tuy nhiên, nếu tc nhỏ quá, theo (4-35) mô- men ma sát yêu cầu sẽ lớn, đòi hỏi kích th−ớc của bộ đồng tốc phải lớn; làm cho kích th−ớc chung của hộp số trở nên lớn và kồng kềnh. Trong tính toán, tc đ−ợc chọn theo kinh nghiệm, phụ thuộc vào chủng loại xe và tuỳ theo nhóm số truyền cao hay số truyền thấp : + Đối với ôtô du lịch : tc = 0,15 ữ 0,30 [s] cho các số cao; tc = 0,50 ữ 0,80 [s] cho số thấp; + Đối với ôtô tải và khách : tc = 0,30 ữ 0,80 [s] cho các số cao; tc = 1,00 ữ 1,50 [s] cho các số thấp; GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 69