ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT BÀI GIẢNG
Tên học phần: Thiết kế tính tốn ơ tơ
Mã học phần: AT6051

Bài 3
THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỘP SỐ TRONG HTTL
1. Những yêu cầu cơ bản, phân loại, các thơng số chính
Hộp số có nhiệm vụ thay đổi tỉ số truyền của hệ thống truyền lực để tạo được lực
kéo tại các bánh xe chủ động phù hợp với điều kiện chuyển động. Trong các hộp
số cơ khí, việc biến đổi momen và vận tốc góc được thực hiện nhờ các bộ truyền
bánh răng. Cùng một giá trị của momen xoắn và vận tốc góc của động cơ, momen
và vận tốc của bánh xe chủ động có thể thay đổi được bằng cách thay đổi tỷ số
truyền của hộp số. Cụ thể hơn, nếu sử dụng tay số thấp( tỷ số truyền lớn ) của
hộp số thì sẽ có được momen kéo tại bánh xe chủ động lớn, nhưng vận tốc bánh
xe sẽ nhỏ và ngược lại.
Hộp số cần đáp ứng những yêu cầu sau :
- Có tay số và dải tỷ số truyền thích hợp để đảm bảo được tính năng động lực
học và tính kinh tế nhiên liệu của xe.
- Việc chuyển số phải được thực hiện dễ dàng, tiện lợi (lực tác động và hành
trình cần gạt nhỏ), nhanh chóng và khơng gây tiếng ồn.
- Có cơ cấu định vị chống nhảy số và cơ cấu chống gài đồng thời hai số
- Có vị trí trung gian để có thể ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong
thời gian dài.
- Có cơ cấu báo hiệu khi gài số lùi.
- Có vị trí để lắp thêm bộ phận trích cơng suất khi cần thiết.
Hộp số được phân loại theo các dấu hiệu sau:
-

Theo dạng kết cấu: hộp số với các trục cố định và hộp số hành tinh.
Theo số tay số ( chỉ tính các tay số tiến ): hốp số 3 cấp, 4 cấp, 5 cấp ……
Theo vị trí tương quan giữa trục vào và trục ra: hộp só đồng trục và hộp số

không đồng trục.
Theo số bậc tự do của hộp số: hộp số 3, 4, ….. bậc tự do.

Hộp số trục cố định được sử dụng rộng rãi trong các HTTL cơ khí và HTTL thủy
cơ. Hộp số hành tinh được sử dụng chủ yếu trong các HTTL thủy cơ, do vậy
chúng sẽ được trình bày trong phần hộp số thủy cơ.


Số tay số và các tỷ số truyền được lựa chọn bằng cách tính tốn sức kéo. Trên
các ơ tơ có HTTL cơ khí, số tay có thể nằm trong khoảng 3 đến 16 ( hiếm khi lớn
hơn 16 ). Các loại ơ tơ con thường có từ 3 đến 5 tay số, cịn các ơ tơ tải có tể có
4 ÷ 7 số. Các hộp số có từ 8 tay số trở lên thường chỉ sử dụng trong các đầu kéo
của các đoàn xe tải trọng lớn, chuyên vận chuyển đường dài.
Các hốp số có tay số khơng q 7 thường được cấu tạo có 2 bậc tự do, việc gài
số được thực hiện bằng cách di trượt bánh răng cần gài số hoặc gài bằng khớp
răng. Các hộp số có tay số từ 8 đến 15 được thực hiện với 3 bậc tự do, nghĩa là
để gài số cần phải tác động vào 2 cơ cấu điều khiển. Với các hộp số có tay số lớn
hơn 16 thì cần phải tác động vào 3 cơ cấu điều khiển để gài số (hộp số ó 4 bậc tự
do). Việc tăng số bậc tự do cho phép giảm được số các cặp bánh răng trong hộp
số mà vẫn có được nhiều tay số. Tuy nhiên, cấu tạo của các hộp số này thường
phức tạp hơn. Số lượng tay số càng nhiều thì lái xe càng có nhiều khả năng lựa
chọn tay số thích hợp với điều kiện chuyển động cụ thể. Nhưng nếu số tay số
nhiều quá thì cấu tạo của hộp số trở nên rất phức tạp và hơn nữa, lái xe cũng sẽ
gặp khó khăn trong việc lựa chọn tay số thích hợp.
Các thơng số chính của hộp số là: vùng thay đổi tỷ số truyền 𝐷ℎ ; số tay số n; tỷ
số truyền của tay số cao nhất 𝑖𝑐 .
Vùng thay đổi tỷ số truyền được xác định như sau :
𝐷ℎ =

𝑖𝑡

𝑖𝑐

, trong đó 𝑖𝑡 à tỷ số truyền ở tay số thấp nhất.

Tay số cao nhất trong hộp số đồng trục thường là số truyền thẳng ( 𝑖𝑐 = 1) nhưng
cũng có thể là số truyền cao ( 𝑖𝑐 < 1).
Một thông số quan trọng nữa của hộp số là chỉ số trung bình của dãy số q:
𝑞=

𝑛−1

√𝐷𝑘

Chẳng hạn, đối với các hộp số có 5 tay số chỉ số q nằm trong khoảng 1,6 ÷ 1,7.
Đối với các hộp số có nhiều tay số hơn q = 1,25 ÷ 1,40.
2. Cấu tạo hộp số :
2.1 Hộp số 2 bậc tự do
Hộp số được cấu tạo bởi các bộ phận cơ bản là hộp giản tốc bánh răng và cơ cấu
điều khiển sang số. Việc thiết kế hộp số được bắt đầu bằng sự lựa chọn sơ đồ
động học của hộp giản tốc. Hộp số hai bậc tự do có thể thiết kế với 2 hoặc 3 trục.
Hộp số ba trục thường được chế tạo theo sơ đồ đồng trục như thể hiện trên hình
4.1 . Trên hình 4.2 là sơ đồ cấu tạo một hộp số 2 trục.


Đối với các hộp số 3 trục, bằng cách bố trí trục vào và trục ra của hộp số nằm
trên một đường thẳng (đồng trục) người ta có thể dễ dàng nối trực tiếp hai trục
này với nhau để tạo số truyền thẳng. Khi ô tô chuyển động với số truyền thẳng
các bánh răng và các trục chỉ quay trơn, khơng phải chịu tải. Nhờ đó mà giảm
được tốc độ mài mòn, giảm tổn thất năng lượng cũng như độ ồn. Trong các hộp
số ba trục, tỷ số truyền được tạo bởi 2 cặp bánh răng cho nên có thể có được tỷ

số truyền lớn ở tay số 1 (chẳng hạn 𝑖1 = 7 ÷ 9).
Các hộp số 2 trục về mặt kết cấu đơn giản hơn hộp số 3 trục. Tuy nhiên, các hộp
số này không cho phép tạo được tay số truyền thẳng và tỷ số truyền ở tay số 1
thường khơng q cao (khơng q 4) vì nó được tạo bởi một cặp bánh răng duy
nhất. Nếu muốn tăng tỷ số truyền thêm nữa thì phải tăng kích thước chung của
hộp số. Hộp số 2 trục thường được sử dụng trong các trường hợp cần có kết cấu
gọn và khơng địi hỏi tỷ số truyền cao. Dạng hộp số này thường được dùng trên
một số ô tô con và ơ tơ thể thao có động cơ bố trí cùng HTTL.
Các sơ đồ của các hộp số ba trục có cùng tay số thường chỉ khác nhau ở số cặp
bánh răng luôn luôn ăn khớp và cách tạo số lùi. Trên hình 4.1-a,b,c là các sơ đồ
hộp số có 4 tay số. Các hộp số trong các sơ đồ thứ nhất và thứ hai có 4 cặp bánh
răng, số lùi được gài bằng một bánh răng di trượt. trong sơ đồ thứ ba có cặp bánh
răng ln ăn khớp, số 1 và số lùi được thực hiện nhờ các bánh răng di trượt. Các
sơ đồ hộp số có 5 tay số được thể hiện ở hình 4.1-d,e,f . Riêng sơ đồ d sử dụng
bánh răng đều luôn luôn ăn khớp. Hai sơ đồ cuối cùng trên hình 4.1 thể hiện các
hộp số có 6 tay số, trong đó sơ đồ g có sử dụng bánh răng di trượt để gài số 1 và
số lùi, còn ở sơ đồ cuối cùng tất cả các bánh răng đều luôn luôn ăn khớp.
Để tạo số lùi thường phải có một bánh răng trung gian để đảo chiều chuyển động,
trong nhiều trường hợp do đặc thù cấu tạo của hộp số, bánh răng trung gian có
thể là bánh răng kép. Phương án thứ nhất có kết cấu đơn giản hơn, tuy nhiên các
bánh răng số lùi hải chịu chế độ tải uốn theo chu kì đối xứng nên khả năng chịu
tải kém hơn. Bánh răng trung gian kép có chế độ tải hợp lý hơn vì các răng phải
chịu chu kì tải 1 phía (ứng suất khơng đổi dấu). Với phương án này có thể tạo
được tỷ số truyền lớn hơn.


Các cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các
hộp số ô tô thay cho các bánh răng di trượt vì chúng có những ưu điểm sau. Các
bánh răng luôn luôn ăn khớp không bị va đập khi gài số nên không bị hư hỏng
mặt đầu của các bánh răng như các bánh răng di trượt. Các bánh răng luôn ăn

khớp được gài bằng các khớp răng nên hành trình của cần gạt cũng ngắn hơn so
với trường hợp gài bằng di trượt bánh răng, nhờ đó mà việc điều khiển cũng dễ
dàng hơn. Đối với các bánh răng ln ăn khớp có thể sử dụng bộ đồng tốc để gài
số một cách dễ dàng và êm dịu hơn. Hơn nữa, đối với các cặp bánh răng ln
ln ăn khớp có thể sử dụng các bánh răng nghiêng làm việc êm dịu hơn các
bánh răng thẳng. Khi dùng phương pháp di trượt bánh răng để gài số thì buộc
phải sử dụng các bánh răng thẳng lắp trên các then hoa, bởi vì nếu sử dụng bánh
răng nghiêng trong trường hợp này thì các then sẽ phải chế tạo theo dạng xoắn
ốc với công nghệ rất phức tạp.


Tuy nhiên số cặp bánh răng luôn ăn khớp càng lớn thì tải tác dụng lên các bộ
đồng tốc cũng tăng theo. Bởi vì chúng sẽ phải làm đồng đều tốc độ của một số
lượng lớn các chi tiết đang quay. Để có được số 1 và số lùi bằng cách sử dụng
các bánh răng ln ăn khớp thì phải bố trí trên trục thứ cấp 2 bánh răng có đường
kính lớn. Trong khi đó chỉ cần có 1 bánh răng di trượt trên trục thứ cấp cùng với
các bánh răng trung gian có số lùi là có thể có được cả số 1 và số lùi với các tỷ
số truyền tương đương nhau (Hình 4.1- c, d, g). Vấn đề lựa chọn phương án tạo
số 1 và số lùi cần được giải quyết tùy theo mức độ sử dụng các tay số này trong
trường hợp cụ thể của xe thiết kế. Chẳng hạn đối với các loại xe tự đổ thường
hoạt động trong các công trường, vùng mỏ để chở đất đá, quặng, ….., việc sử
dụng tay số 1 và số lùi là rất thường xuyên, nếu điều kiện cho phép thì nên thiết
kế các tay số này bằng các cặp bánh răng ln ăn khớp.

Trên hình 4.2 là sơ đồ của một hộp số hai trục được sử dụng trên các loại ô tô
con. Các hộp số này có đặc điểm chung là trên trục thứ cấp có bố trí bánh răng
cơn của truyền lực chính, tất cả các số tiến đều được thực hiện bằng các cặp bánh
răng ln ăn khớp cịn số lùi thì được gài bằng bánh răng di trượt.
Trong các hộp số ô tô tải, để tăng độ cứng vững của hộp số, các trục có thể được
bố trí trên nhiều ổ đỡ, chẳng hạn như sơ đồ trên hình 4.1- f. Tuy nhiên, trong

những trường hợp như vậy, kết cấu hộp số trở nên phức tạp hơn, cơng nghệ gia
cơng địi hỏi phải chính xác hơn và việc tháo lắp trở nên khó khăn hơn. Một số


hộp số được chế tạo cùng với phần phụ phía sau (hình 4.1- g). Phương án này
cho phép từ hộp số cơ sở (phần chính) tạo nên một hộp số có tay số lớn hơn 1
cấp (ví dụ từ hộp số 5 cấp thành 6 cấp hay từ hộp số 6 cấp thành 7 cấp).
2.2 Hộp số ba và bốn bậc tự do
Các hộp số nhiều cấp với 3 bậc tự do thường được chế tạo từ các hộp số cơ sở có
4, 5 hoặc 6 tay số với 3 trục bố trí đồng trục bằng cách ghép thêm vào phía trước
hoặc sau các hộp số này một hộp số phụ. Một số sơ đồ điển hình của các hộp số
nhiều cấp được trình bày trên hình 4.3. Thường gặp hơn cả là các hộp số phụ có
2 cấp: một số truyền thẳng và một số truyền tăng hoặc giảm. Bằng cách làm như
vậy, có thể tạo hộp số có 8 tay số từ hộp số cơ sở 4 cấp (hình 4.3- b) hay hộp số
10 cấp từ hộp số 5 cấp (hình 4.3- a),…. Tương tự như vậy, nếu sử dụng hộp số
phụ có 3 cấp thì có thể nhân 3 số tay số của hộp số cơ sở. Để có được một số
truyền trong hộp số 3 bậc tự do thì phải gài một khớp răng trong hộp số cơ sở và
một khớp trong hộp số phụ.
Hộp số phụ nên đặt ở phía trước hộp số cơ sở trong trường hợp nếu nó hỉ có một
cặp bánh răng với tỷ số truyền lớn hơn hoặc nhỏ hơn 1 (tương ứng với số truyền
giảm hoặc số truyền tăng). Số truyền thẳng trong trường hợp này được tạo bằng
cách nối trực tiếp trục vào của hộp số phụ với trục vào của hộp số cơ sở (hình
4.3- a). Trong trường hợp này hộp số phụ được gọi là hộp chia. Hộp chia không
mở rộng được vùng tỷ số truyền một cách đáng kể nên nó thường được sử dụng
kết hợp với các hộp số cơ sở có vùng tỷ số truyền đủ rộng. Cách tạo hộp số nhều
cấp như trên có những ưu điểm chính như sau: có thể sử dụng những hộp số có
sẵn để tạo hộp số với số tay tăng lên gấp đôi; khi sử dụng cặp bánh răng của hộp
chia, hiệu suất chung của toàn bộ hộp số mới không thay đổi. Nhược điểm lớn
nhất của phương án bố trí này là cần có khoảng cách trục tương đối lớn, do ở tay
số truyền thấp nhất momen trên trục ra của hộp số cơ sở rất lớn.

Hộp số phụ được bố trí phía sau hộp số cơ sở được thực hiện vơi hai cặp bánh
răng như thể hiện trên hình 4.3- b, d, hoặc sử dụng cơ cấu hành tinh như trên hình
4.3- c. Hộp số phụ sau có một số truyền thẳng và một số truyền giảm. Nó thường
được thiết kế có vùng tỷ số truyền lớn hơn nhiều so với hộp số cơ sở, do vậy hộp
số cơ sở chỉ cần có vùng tỷ số truyền nhỏ. Hộp số có nhiều cấp với kết cấu như
trên có những ưu điểm chính như sau: khoảng cách trục của hộp số cơ sở khơng
lớn, vì tỷ số truyền hay momen trên trục thứ cấp của hộp này tương đối nhỏ, có
khả năng tạo được vùng tỷ số truyền lớn: 𝐷ℎ = 12 ÷ 13 và lớn hơn nữa; chế độ
làm việc của các bộ đồng tốc của hộp số cơ sở nhẹ hơn vì độ chênh lệch vận tốc


góc giữa các bộ phận cần kết hợp để gài số nhỏ, điều này cũng cho phép sử dụng
đồng tốc ở các tay số thấp, kể cả trong trường hợp ly hợp có hai đĩa bị động.
Hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí phía sau có nhũng nhược điểm sau: hộp
số cơ sở không thể sử dụng độc lập như một hộp số bình thường vì vùng tỷ số
truyền của nó quá nhỏ; khi sử dụng số truyền thấp trong hộp số phụ momen sẽ
được truyền qua hộp số nhờ 4 cặp bánh răng nên hiệu suất chung của hộp số sẽ
giảm; bộ đồng tốc trong hộp số phụ khơng cần phải có cơng suất lớn.
Hộp số bốn bậc tự do thường được chế tạo từ một hộp số cơ sở kết hợp với 2 hộp
số bố trí phụ trước và sau hộp số cơ sở. Để gài số cần phải gài 3 khớp răng: một
khớp trong hộp số cơ sở, một trong hộp số phụ trước và một trong hộp số phụ
sau. Một ví dụ của dạng hộp số như vậy được thể hiện trên sơ đồ hình 4.3- e.