TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BỘ MÔN Ô TÔ & MÁY ĐỘNG LỰC

ĐỀ TÀI:
TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỘP SỐ Ơ TƠ
Sinh viên thực hiện:
Nhóm
Giảng viên hướng dẫn:

Hà Nội 2019

MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU..........................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ ÔTÔ.......................................................2


1.1. Công dụng và yêu cầu của hộp số ôtô.............................................................2
1.1.1. Công dụng............................................................................................................2
1.1.2. Yêu cầu.................................................................................................................2
1.1.3. Phân loại...............................................................................................................2

1.2. Phân loại hộp số.......................................................................................................3
1.2.1. Phân tích đặc điểm hộp số ơtơ chia theo số trục..................................................4
1.2.1.1. Hộp số hai trục..............................................................................................4
1.2.1.2. Hộp số ba trục (hộp số đồng tâm).................................................................5
1.2.2. Phân tích đặc điểm hộp số ơtơ chia theo số cấp...................................................7
1.2.2.1. Số cấp thường (số cấp từ 3 đến 6).................................................................7
1.2.2.2. Hộp số nhiều cấp (số cấp từ 8 đến 20)..........................................................9
1.2.3. Cơ cấu điều khiển số..........................................................................................11
1.2.3.1. Đặc điểm kết cấu cơ cấu điều khiển............................................................11

1.2.3.2. Kết cấu cơ cấu định vị, khóa hãm và cơ cấu chống gài ngẫu nhiên số lùi. .11
1.2.3.3. Ống gài số...................................................................................................13
1.2.3.4. Bộ đồng tốc hộp số ơtơ................................................................................13

1.3. Phân tích chọn phương án kết cấu hộp số:..........................................................19
1.3.1. Đặc điểm............................................................................................................21
1.3.2. Ưu điểm..............................................................................................................22
1.3.3. Nhược điểm........................................................................................................22

Chương 2. TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ BAN ĐẦU.....................23
2.1. Xác định các thông số cơ bản của hộp số ô tô....................................................23
2.1.1 Tỷ số truyền số thấp nhất – số cao nhất của hộp số............................................23
2.1.2 Tính số cấp của hộp số........................................................................................24
2.1.3 Tỷ số truyền trung gian của hộp số.....................................................................25
2.1.4 Đồ thị đặc tính tốc độ động cơ và các đồ thị đặc tính động lực ơ tơ hộp số MT26
2.1.5 Đồ thị đặc tính lực kéo …………………………………………………………27
2.1.6 Đồ thị góc dốc………………………………………………………………….29
2.1.7 Đồ thị gia tốc ……………………………………………………………………32
2.1.8 Đồ thị tăng tốc ………………………………………………………………… 33

2.2. Chọn loại/kiểu và sơ đồ động học hộp số.....................................................35
2.2.1. Chọn loại / kiểu hộp số.......................................................................................35
2.2.2. Sơ đồ động học hộp số.......................................................................................35


2.3. Các thông số kết cấu cơ bản của hộp số..............................................................36
2.3.1. Khoảng cách trục................................................................................................36
2.3.2. Kích thước theo chiều trục của cac-te hộp số....................................................37
2.3.3. Tính tốn số răng của các bánh răng hộp số......................................................37
2.3.4. Đường kính trục hộp số......................................................................................42

2.3.5. Kích thước sơ bộ các ổ bi đỡ trục......................................................................44
2.3.6 Đường kính vịng chia và mơmen qn tính của bánh răng hộp số....................46

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ CỦA LY HỢP............50
3.1. Mơ men ma sát của ly hợp................................................................................50
3.2. Bán kính vành khăn của bề mặt ma sát của đĩa bị động....................................51
3.3. Diện tích và bán kính trung bình của hình vành khăn tấm ma sát.....................52
3.4. Lực ép của cơ cấu ép........................................................................................53
3.5. Xác định cơng trượt sinh ra trong q trình đóng ly hợp..................................53
3.5.1. Mơ men qn tính qui dẫn Ja.............................................................................54

3.5.2. Mơ men cản chuyển động qui dẫn Ma [N.m]……………………………………55
3.5.3. Tính thời gian trượt ly hợp trong các giai đoạn (t1 và t2)....................................55
3.5.4. Tính cơng trượt tổng cộng của ly hợp................................................................56

3.6. Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp.............................................................................56
3.7 Xác định thông số cơ cấu ép………………………………………………… 57
3.7.1. Lực ép cần thiết của một lị xo Flx (N) khi làm việc...........................................58

CHƯƠNG 4. MƠ TẢ CHI TIẾT KẾT CẤU HỘP SỐ THIẾT KẾ..........................59
4.1. Sơ đồ động học, kết cấu và nguyên lý làm việc của hộp số thiết kế..............59
4.1.1. Sơ đồ động học và kết cấu của hộp số thiết kế..................................................59
4.1.2. Nguyên lý làm việc của hộp số thiết kế.............................................................60

4.2. Kết cấu các cụm chi tiết chính của hộp số thiết kế........................................61
4.2.1. Bánh răng...........................................................................................................61
4.2.2. Trục....................................................................................................................62
4.2.2.1. Trục sơ cấp..................................................................................................62
4.2.2.2. Trục trung gian............................................................................................63
4.2.2.3. Trục thứ cấp.................................................................................................64

4.2.3. Cơ cấu điều khiển...............................................................................................64
4.2.3.1. Đòn điều khiển............................................................................................64
4.2.3.2. Cơ cấu định vị và khóa hãm........................................................................65
a. Cơ cấu định vị......................................................................................................65
b. Khóa hãm.............................................................................................................65


4.2.3.3. Cơ cấu tránh gài ngẫu nhiên số lùi..............................................................66
4.2.3.4. Bộ đồng tốc.................................................................................................66
4.2.4. Cacte hộp số.......................................................................................................68

CHƯƠNG V. HỘP SỐ CVT....................................................................................69
i_CVT = a.exp(b.w).................................................................................................70
6.1.1 Loại hộp số thiết kế và các thông số sau khi thiết kế......................................73
6.1.2 Bánh răng và trục hộp số................................................................................74
6.1.3 Bộ đồng tốc....................................................................................................74
6.2.1 Loại hộp số thiết kế và các thông số sau khi thiết kế......................................76
6.2.2 Bánh răng và trục hộp số................................................................................76
KẾT LUẬN.............................................................................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................80


LỜI NĨI ĐẦU
Trong thời kỳ cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, cơng nghiệp ơ tơ là nghành
cơng nghiệp quan trọng hàng đầu mà Nhà nước ta đặc biệt quan tâm và chú trọng để phát
triển để thể hiện thế mạnh của Việt Nam trên trường khu vực và Quốc tế.
Là sinh viên ngành “Cơ khí động lực khoa Cơ khí giao thơng” em ln cố gắng
phấn đấu nhiều hơn để có một khối kiến thức thật vững chắc cho cơng việc sau này. Đồ
án mơn học tính tốn và thiết kế ô tô là một đồ án quan trọng đối với sinh viên khoa Cơ
khí giao thơng hồn thành môn học thiết kế ô tô. Đồ án giúp sinh viên tự tìm hiểu các

kiến thức trên lý thuyết và thực tế để sinh viên có thể hiểu một cách sâu rộng, tổng quát
hơn về môn học và kiến thức ngành nghề sau này.
Thông qua sự hướng dẫn tận tình và dễ hiểu của thầy TS. Nguyễn Văn Đơng và
thầy TS Lê Văn Tuỵ đã giúp em hoàn thành đồ án mơn học này và có thêm một số kiến
thức để áp dụng cho thực tế. Do thời gian hoàn thành đồ án và sự hiểu biết của em cịn
hạn chế nên khơng tránh đươc sai sót nên em mong sự góp ý của thầy và các bạn.

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2020

1


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ ƠTƠ
1.1. Cơng dụng và yêu cầu của hộp số ôtô
1.1.1. Công dụng
Hộp số là thiết bị dùng để thay đổi số vòng quay và mômen của động cơ truyền
đến các bánh xe chủ động (cả về trị số và hướng) đủ để thắng sức cản chuyển động
của ô tô, máy kéo thay đổi khá nhiều trong q trình làm việc.Ngồi ra hộp số còn
dùng để thực hiện chuyển động lùi hoặc đứng yên trong thời gian lâu dài mà không
cần tắt máy.
1.1.2. Yêu cầu
- Có tỷ số truyền và số lượng tay số thích hợp, đảm bảo được chất lượng động
lực và tính kinh tế nhiên liệu cần thiết cho ơ tơ máy kéo.
- Làm việc êm dịu, chuyển số nhẹ nhàng thuận tiện, không va đập.
- Kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy , bền vững.

- Hiệu suất cao, kích thước khối lượng nhỏ, giá thành rẻ.
- Có vị trí trung gian để có thể cắt lâu dài động cơ khỏi hệ thống truyền lực.
1.1.3. Phân loại
Tuỳ theo những yếu tố căn cứ để phân loại,hộp số được chia ra:
Theo phương pháp điều khiển chia ra các loại:
+ Điều khiển bằng tay.
+ Điều khiển tự động.
+ Điều khiển bán tự động.
Theo số cấp (chỉ tính số cấp tiến) phân ra các loại:
+ Hộp số 3 cấp.
+ Hộp số 4 cấp.

2


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

+ Hộp số 5 cấp.
+ Hộp số nhiều cấp.
Theo sơ đồ động,phân ra:
+ Hộp số với các trục cố định(2,3 hay nhiều trục).
+ Hộp số hành tinh (1 dãy, 2 dãy,...).
Theo số lượng phần tử điều khiển cần thiết để gài một số truyền, phân ra:
+ Một phần tử điều khiển.
+ Hai phần tử điều khiển.
+ Ba phần tử điều khiển.
Theo số lượng dòng lực, phân ra:

+ Một dòng.
+ Hai dòng.
+ Ba dòng.
Theo cơ cấu gài số :
+ Bằng bánh răng di trượt.
+ Bằng bộ đồng tốc.
+ Bằng phanh và li hợp (đối với hộp số thuỷ cơ ).
1.2. Phân loại hộp số
Tùy theo tính chất truyền mơmen cũng như sơ đồ động học, hiện nay hộp số ôtô có
thể phân loại như sau:


Theo tính chất truyền mơmen, có thể phân hộp số thành hai kiểu:
Kiểu hộp số vô cấp: Hộp số vô cấp trên ôtô chủ yếu là kiểu truyền động bằng

thủy lực được gọi là bộ biến mơ ( biến đổi momen ). Có momen truyền qua hộp số
biến đổi liên tục và do đó tỷ số truyền động học cũng biến đổi liên tục.
 Hộp số thường: Hộp số có số cấp nhỏ hơn hoặc bằng 6.
3


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số




GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

Hộp số nhiều cấp: Hộp số có số cấp lớn hơn 6 (thường từ 8 đến 20 cấp).

1.2.1. Phân tích đặc điểm Kiểu hộp số có cấp: Hộp số có một số cấp hữu hạn

(thường từ 3 đến 20 cấp). Ứng với mỗi cấp, giá trị mômen và tốc độ truyền qua hộp
số là thay đổi.
- Theo số trục chứa các cặp bánh răng truyền số, có thể chia thành 2 loại:
 Loại hộp số hai trục: Hộp trục sơ cấp gắn với bánh răng chủ động của số
truyền, trục thứ cấp lắp các bánh răng bị động.
 Loại hộp số ba trục: Trục sơ cấp gắn bánh răng chủ động của số truyền, trục
trung gian chứa các bánh răng trung gian và trục thứ cấp chứa các bánh răng bị
động. Trục sơ cấp và trục thứ cấp bố trí đồng tâm.
- Theo số cấp của hộp số:
hộp số ôtô chia theo số trục
1.2.1.1. Hộp số hai trục
-

Sơ đồ hộp số hai trục:

Hình 1.1- Sơ đồ hộp số hai trục
I: Trục sơ cấp của hộp số.

2: Cấp số 2 của hộp số.

II: Trục thứ cấp của hộp số.

3: Cấp số 3 của hộp số.

1: Cấp số 1 của hộp số.

4:Cấp số 4 của hộp số.
4



Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

L:Cấp số lùi của hộp số.


Đặc điểm:
Hộp số hai trục không thể tạo ra được số truyền thẳng, mặc dù tỷ số truyền

của một cấp nào đó bằng một (qua một cặp bánh răng ăn khớp có số răng bằng
nhau).
 Hiệu suất của mọi cấp số truyền trong hộp số này luôn nhỏ hơn 1. Mỗi cặp
bánh răng luôn ở vị trí ăn khớp nhưng chưa truyền được mơmen.
 Bánh răng bị động được lắp quay trơn trên trục chỉ được nối cứng với trục
khi gài số. Các bộ gài số thường là bộ đồng tốc.
- Ưu điểm: Mỗi tỷ số truyền do một cặp bánh răng ăn khớp nên nói chung hiệu
suất truyền lực nói chung cao.
- Nhược điểm:
 Khơng có số truyền thẳng (η = 1).
 Kích thước theo chiều ngang lớn hơn hộp số ba trục có cùng giá trị tỷ số
truyền, làm kéo theo trọng lượng lớn, nhất là khi xe có tỷ số truyền lớn.
1.2.1.2. Hộp số ba trục (hộp số đồng tâm)
-

Sơ đồ hộp số ba trục:


Hình 1.2- Hộp số ba trục kiểu đồng tâm với hai trục trung gian II đối xứng.

5


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

I:Trục sơ cấp của hộp số.
II:Trục trung gian của hộp số.
III: Trục thứ cấp của hộp số.
1,2,3,4,5,L: Các cấp số của hộp số.


Đặc điểm:
Trục trung gian có thể là một, hai hoặc ba trục bố trí xung quanh trục sơ cấp

và thứ cấp nhằm tăng độ cứng vững cho trục thứ cấp, duy trì sự ăn khớp tốt nhất
cho các cặp bánh răng lắp trên trục. Trục trung gian là khối bánh răng cố định trên
trục.
- Ưu điểm:
 Trục sơ cấp và trục thứ cấp đồng trục nên thiết kế được số truyền thẳng bằng
cách nối hai trục với nhau mà không cần qua bộ bánh răng nào.
 Kết cấu gọn so với hộp số hai trục có cùng tỷ số truyền nhất là theo chiều
ngang.
- Nhược điểm:
 Với việc sử dụng ba trục nên sử dụng ít nhất hai cặp bánh răng để truyền
mômen (trừ số truyền thẳng) nên hiệu suất truyền lực nhỏ hơn hộp số hai trục.

 Việc tăng thêm trục trung gian để tăng độ cứng vững cho trục thứ cấp nên
làm cho hộp số cồng kềnh, phức tạp và nặng hơn.
 Do kết cấu đặc biệt của trục nối trục nên đòi hỏi lỗ gối trục của trục sơ cấp
phải gia cơng chính xác kính thước ngồi của ổ đỡ.
 Khơng cho phép truyền ngược, chỉ được phép truyền theo một chiều.
1.2.2. Phân tích đặc điểm hộp số ôtô chia theo số cấp
1.2.2.1. Số cấp thường (số cấp từ 3 đến 6)
- Số cấp của hộp số ảnh hưởng lớn đến tính năng động lực cũng như tính kinh tế
nhiên liệu của xe. Số cấp tăng lên thì tính năng động lực cũng như tính kinh tế nhiên
liệu đều tăng, cơng suất sử dụng để lấy đà và tăng tốc cũng nhanh hơn nhưng lúc đó
số lần gài số phải tăng theo làm phức tạp điều khiển và kéo dài một phần thời gian
lấy đà.

6


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

- Với ôtô du lịch thường thiết kế với đường đặc tính động lực học 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 được sử dụng cho những xe du
lịch có thể tích cơng tác lớn và vừa.
- Với ơtơ du lịch có thể tích cơng tác nhỏ thường dùng hộp số có bốn số cấp
nhằm sử dụng hợp lý công suất của động cơ và nâng cao tính kinh tế nhiên liệu của
xe.
- Ngày nay, để nâng cao tuổi thọ của động cơ và để sử dụng tốt nhất công suất
động cơ, nâng cao tính kinh tế nhiên liệu (giảm lượng tiêu hao nhiên liệu) cho xe,

người ta cũng thiết kế hộp số 5 cấp cho xe du lịch, trong đó số thứ 5 thường là số
tăng.

a) Sơ đồ hộp số xe du lịch 3 trục

b) Sơ đồ hộp số xe du lịch 2 trục

Hình 1.3: Sơ đồ hộp số 4 cấp xe du lịch.
I: Trục sơ cấp.

III: Trục thứ cấp.

II: Trục trung gian ( đối với hộp số 3
trục ) hoặc trục thứ cấp ( đối với hộp
số 2 trục)
1: Vị trí gài cấp số tiến cấp số 1 2: Vị trí gài cấp số tiến số 2, 3: Vị trí gài cấp số
tiến số 3, 4: Vị trí gài cấp số tiến cấp số 4, L Vị trí gài cấp số lùi.
- Số truyền tăng được thiết kế cho xe khi chạy trên những đường có chất lượng
tốt hơn hoặc tải trọng nhỏ hơn so với thiết kế. Sử dụng số truyền tăng không những
7


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

tiết kiệm nhiên liệu mà còn cho phép nâng cao tính năng động lực học một cách hợp
lý của xe, tăng tuổi thọ của động cơ. Điều này có ý nghĩa hết sức quan trọng đổi với
ôtô vận tải. Vì chúng có trọng lượng tồn bộ thay đổi trong giới hạn khá lớn.

- Đối với ôtô tải, thường được thiết kế trên tiêu hao nhiên liệu thiết kế thấp, do
vậy tính năng động lực học khơng cao nữa. Hơn nữa phạm vi thay đổi trọng lượng
toàn bộ của xe nằm trong dải rộng nên hộp số thường phải được thiết kế với số cấp
nhiều hơn, phổ biến dùng hộp số 5 cấp đến 6 cấp. Hộp số 5 cấp thì các số từ hai đến
năm đều có bố trí bộ đồng tốc, số 1 và số lùi chỉ có dùng ống gài đơn giản.
- Hình vẽ dưới đây là hộp số xe tải có 5 cấp nhưng 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 số để lùi xe.

Hình 1.4- Sơ đồ hộp số 5 cấp trên xe tải, tất cả đều dùng đồng tốc.
- Khi tải trọng càng tăng, thì số cấp và tỷ số truyền đều tăng theo. Đặc biệt đối
với ôtô tải lớn, làm việc trong điều kiện nặng nhọc phải dùng hộp số nhiều cấp.
- Để nâng cao tính động lực học và tính kinh tế nhiên liệu cũng như tăng tuổi thọ
cho động cơ. Ngày nay, hộp số ôtô vận tải thường thiết kế thêm số truyền tăng để
chạy trên đường tốt hơn hoặc khi chạy không tải hoặc non tải.
1.2.2.2. Hộp số nhiều cấp (số cấp từ 8 đến 20)

8


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

- Đối với ôtô tải lớn và rất lớn hoạt động trong điều kiệu nặng nhọc hoặc đối với
liên hợp máy kéo cỡ lớn thì số cấp của hộp số có thể lên đến 8 cho đến 20 cấp. Với
hộp số như vậy phải thêm cơ cấu điều khiển phụ và khi đó kết cấu của hộp số được
chia làm hai phần: hộp số phụ và hộp số chính. Trong đó, hộp số chính thường từ 45 cấp, cịn số cấp của hộp số phụ từ 2-4 cấp.
- Khi sử dụng hộp số nhiều cấp theo sơ đồ động học đơn giản không những hộp

số trở nên cồng 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 số truyền thẳng.
- Để nâng cao hiệu suất của hộp số nhiều cấp, nếu hộp số từ 8 đến 10 cấp số thì
hộp số phụ thường được thiết kế hai cấp theo sơ đồ động học của bộ truyền kiểu
hành tinh.

Hình 1.5: Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ kiểu hành tinh
- Bộ truyền bánh răng kiểu hành tinh sẽ cho hiệu suất cao hơn so với các kiểu
truyền động bánh răng ăn khớp thông thường. Tuy nhiên, do đặc điểm kết cấu của
bộ hành tinh nên hộp số có cấu tạo phức tạp hơn và cồng kềnh hơn.
- 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 trước hộp số
chính cho phép nâng cao hiệu suất của hộp số nhiều cấp.

9


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

Hình 1.6: Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí phía trước.
- Với sơ đồ bố trí trên đây sẽ cho hiệu suất cao như hộp số thường (4 đến 5 cấp)
mỗi số truyền của hộp số nhiều cấp chỉ qua hai cặp bánh răng giống như hộp số
thơng thường mặc dù có thêm hộp số phụ ở phía trước.
1.2.3. Cơ cấu điều khiển số
1.2.3.1. 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 trượt hoặc bộ đồng tốc để dịch chuyển chúng vào vị trí cần gài số

hoặc trả về vị trí trung gian.
- Phần lớn cơ cấu điều khiển trên ôtô là hệ thống đòn điều khiển đơn giản. Chúng
được gắn trực tiếp lên nắp hộp số bằng khớp cầu. Ở ôtô thiết kế, khớp cầu cho phép
đòn điều khiển số với 6 vị trí gài số (năm số tiến và một số lùi).
- Khi hộp số bố trí xa buồng lái (vị trí của nắp hộp số vượt ra ngồi tầm với
người lái) như khi buồng lái đặt ngay trên động cơ hoặc động cơ bố trí ở đi xe
(phổ biến trên xe khách) thì địn điều khiển vẫn bố trí cạnh lái xe. Trong trường hợp
này thì dùng thêm địn điều khiển trung gian để truyền động đến các thanh trượt trên
nắp hộp số ở vị trí xa người lái. Hệ thống này là hệ thống điều khiển hộp số từ xa,
có hai loại: loại cơ khí và thủy lực.
1.2.3.2. Kết cấu cơ cấu định vị, khóa hãm và cơ cấu chống gài ngẫu nhiên
số lùi

10


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

- Cơ cấu định vị: Có nhiệm vụ giữ đúng vị trí của các bánh răng di trượt gài số
hay bánh răng của bộ đồng tốc (hoặc ống gài) mỗi khi gài số hoặc nhả số, đảm bảo
cho các bánh răng nhả số hoàn toàn hay ăn khớp hết chiều dài răng. Lực định vị vừa
đủ lớn để tránh hiện tượng tự gài hoặc tự nhả số ngẫu nhiên. Thường dùng loại bi lò
xo tác dụng lên hốc hãm của thanh trượt (dùng để gắn các cần gạt số).

Hình 1.7- Kết cấu cơ cấu định vị số
1- Lò xo định vị, 2- Bi định vị, 3- Thanh trượt.
- Khóa hãm: Có nhiệm vụ chống gài hai số cùng một lúc tránh làm gãy, vỡ răng

hộp số. Để đảm bảo điều này, khi gài một số thì khóa hãm sẽ khóa chặt cưỡng bức
các thanh trượt của các số kia ở vị trí trung gian. Chỉ cho phép một số được gài mà
thơi.

Hình 1.8- Kết cấu khóa hãm
1- Thanh khóa, 2- Thanh trượt.

11


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

- Cơ cấu an toàn chống gài ngẫu nhiên số lùi: Trên hộp số ơtơ phải có cơ cấu an
toàn tránh gài ngẫu nhiên số lùi mà khi xe chuyển động tịnh tiến, có thể làm gãy vỡ
răng hộp số cũng như quá tải cho hệ thống truyền lực. Cơ cấu này dùng chốt cản với
sức ép lò xo gây cản khi tiến hành gài số lùi so với gài số tiến.

Hình 1.9- Kết cấu chống gài ngẫu nhiên số lùi
1- Nạng gài số 1 và lùi, 2- Nắp hộp số, 3- Chốt chống gài ngẫu nhiên số lùi, 4- Lò
xo chốt chống gài ngẫu nhiên số lùi, 5- Vít định vị chống gài ngẫu nhiên số lùi.
1.2.3.3. Ống gài số
- Hầu hết các bánh răng gài số của hộp số ôtô thường được lắp lồng không trên
trục, bảnh răng di trượt chỉ dùng hạn chế ở số lùi hoặc số một. Để tiến hành gài số
đối với các bánh răng quay trơn trên trục ta phải dùng ống gài hoặc bộ đồng tốc
nhằm nối cứng bánh răng với trục thơng qua các khớp răng, nó có thể là răng trong
hoặc răng ngồi.
- Để q trình gài số bằng ống gài dễ dàng và nhanh chóng hơn, các răng của ống

gài được 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.
- Ống gài số chỉ sử dụng để thực hiện việc gài số lùi hoặc số thấp cho hộp số ơtơ,
cịn hầu hết các số khác của hộp số phải dùng bộ đồng tốc để gài số nhằm đảm bảo
việc gài số được êm dịu, không gây va đập răng cho hộp số nói riêng và cũng như
hệ thống truyền lực nói chung.
1.2.3.4. Bộ đồng tốc hộp số ơtơ
- Trên hầu hết các hộp số có cấp hiện nay, người ta dùng bộ đồng tốc quán tính để
nối ghép trục với các bánh răng quay trơn mỗi khi gài số nhằm tránh va đập cho các
12


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

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 cho gài số.
Ngược lại khi chưa đồng tốc thì khơng thể thực hiện việc gài số.
a) Bộ đồng tốc loại Ia (loại chốt hãm):
- Tuỳ theo kết cấu cụ thể mà bộ đồng tốchộp số ôtô có nhiều kiểu khác nhau, tuy
vậy chúng đều có một cấu tạo chung sau:
 Bộ phận nối (1): có cấu tạo tương tự ống gài (răng ngoài hoặc trong) nối then
hoa với trục, tức là có thể di trượt về phía phải (hoặc trái) để nối với bánh răng gài
số (4) khi đã đồng đều tốc độ (hình 1.11).

Hình 1.10: Kết cấu bộ đồng tốc loại Ia (bộ phận nối kiểu liền).
1: Bộ phận nối, 2:Chốt hãm, 3:Vành ma sát, 4: Bánh răng số, 5: Chốt định vị, 6: Bi
định vị, α:Góc nghiêng bề mặt cơn ma sát, β: Góc nghiêng bề mặt hãm, rms: Bán

kính ma sát, rβ: Bán kính hãm.
 Chốt hãm (2): có nhiệm vụ tạo phản lực tác dụng ngược lên bộ phận nối (1) để
chống gài số khi chưa đồng đều tốc độ giữa bộ phận nối (1) với bánh răng gài số
(4).
 Vành ma sát (3) của đồng tốc: Có nhiệm vụ tạo ra mômen 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 trước khi gài số.

13


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

 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 đưa vành ma sát (3) vào tiếp xúc trước 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 như ống gài được sử dụng
khá phổ biến ở các xe tải và khách cỡ trung bình và lớn nhờ kết cấu vững chắc và
tin cậy.

Hình 1.11: Bộ đồng tốc loại Ib (bộ phận nối kiểu rời).
1: Bộ phận nối, 2:Chốt hãm, 3:Vành ma sát, 4: Bánh răng số, 5: Chốt định vị, 6: Bi
định vị, α:Góc nghiêng bề mặt cơn ma sát, β: Góc nghiêng bề mặt hãm, rms: Bán
kính ma sát, rβ: Bán kính hãm.
b) Bộ đồng tốc loại II (loại răng hãm):
- Trên hộp số ôtô du lịch, vận tải và khách cỡ nhỏ, kích thước các bánh răng hộp

số nhỏ, khơng đủ không gian để thiết kế bộ đồng tốc loại I. Hơn thế nữa, tải trọng
tác dụng bề mặt hãm nói chung khơng lớn nên có thể sử dụng chính mặt nghiêng
của các răng để làm bộ phận hãm. Đồng tốc này được 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 ơtơ có

14


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

nhiều kiểu dáng khác nhau nhưng 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 tương tự ống gài, di trượt dọc trục bằng khớp nối then hoa (Hình 1.12). Các răng
của bộ phận nối (1) được vát nghiêng với góc β đủ nhỏ để chống gài số khi bánh
răng gài (4) chưa đồng đều tốc độ với trục (7).
- Dưới đây là đồng tốc loại II.

Hình 1.12- Kết cấu bộ đồng tốc IIa (kiểu bi định vị)
1: Bộ phận nối, 2: Vành răng hãm, 3: Vành ma sát, 4: Bánh răng, 5: Thanh trượt,
6- Bi định vị, 7- Trục hộp số, α- Góc nghiêng của mặt cơn 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) chưa
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 được vát nghiêng với
góc β cùng với các răng trên bộ phận nối (1) nhằm chống lại việc gài số khi bánh
răng (4) chưa 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 đưa vành ma sát (3) vào tiếp xúc
trước 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
15


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

hốc lõm của vành ma sát (3) để sẵn sàng đẩy vành ma sát (3) vào tiếp xúc trước với
bề mặt côn ma sát trên bánh răng gài số (4) khi bắt đầu gài số.

Hình 1.13: Kết cấu bộ đồng tốc loại IIb (kiểu thanh trượt định vị).
1. Bộ phận nối (ống nối)

6. Lò xo định vị thanh trượt

2. Vành răng hãm

7. Trục hộp số

3. Vành côn ma sát

. Góc cơn của vành ma sát


4. Bánh răng gài số

. Góc nghiêng phản lực của

5. Thanh trượt định vị

các vành răng hãm

Trên hình 1.13 là một đồng tốc loại IIb có thanh trượt (5) làm cả nhiệm vụ
định vịthay cho viên bi (6) của loại IIa.


Thanh trượt (5) làm luôn nhiệm vụ định vị; còn lò xo định vị được thay bởi

hai vòng lò xo (6) nhờ vậy tránh được hiện tượng bị lệch lò xo khi vào gài số.

16


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

Hình 1.14: Kết cấu bộ đồng tốc loại IIc (ống trụ 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 cơn 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.
 Thanh đẩy (5) biến thể thành ống trụ (5a). Lò xo định vị (6) lại trở thành lò
xo trụ, được lồng trong ống trụ (5a) và chốt định vị (5b), nhờ vậy lị xo khơng bị
lệch như kiểu hình 1.14. Ở đây ống trụ (5a) vừa làm chức năng thanh đẩy vừa làm
cả nhiệm vụ định vị. Do trụ đẩy (5a) có kích thước 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.

17


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

Hình 1.15- Kết cấu bộ đồng tốc loại IId kiểu lò xo định vị hướng trục
1.Bộ phận nối

5. Lò xo định vị


. Góc nghiêng của răng hãm

2. Vành răng hãm

-

3. Vành cơn ma sát

r Bán kính trung bình mặt hãm

4. Bánh răng gài số

rms Bán kính ma sát trung bình

Quan hệ giữa vành răng hãm và mặt cơn ma sát tương ứng với vành răng

hãm (2) và mặt côn ma sát (3) được hốn đổi vị trí, mặt cơn ma sát được cấu tạo
trực tiếp trên ống nối (1) thay vì trên bánh răng gài số, cịn vành răng hãm được tạo
ngay trên vành răng gài số của bánh răng (4). Bằng cách đó cho phép đơn giản hố
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 được định vị lại bởi vịng chặn
(6).
1.3. Phân tích chọn phương án kết cấu hộp số:
Bước quan trọng khi thiết kế hộp số phải phân tích đặc điểm kết cấu của hộp số ôtô
và chọn phương án hợp lý. Việc phân tích này phải dựa trên các yêu cầu đảm bảo
hộp số làm việc tốt chức năng:
- Thay đổi mômen xoắn truyền từ động cơ đến bánh xe chủ động.
18



Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

- Cho phép ôtô chạy lùi.
- Tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực khi dừng xe mà động cơ vẫn làm việc

Hộp số thiết kế phải đáp ứng được các yêu cầu:
-Có tỷ số truyền hợp lý, đảm bảo chất lượng kéo cần thiết.
-Không gây va đập đầu răng khi gài số, các bánh răng ăn khớp có tuổi thọ cao
-Hiệu suất truyền lực cao.
-Kết cấu đơn giản, gọn, dễ chế tạo, điều khiển nhẹ nhàng, có độ bền và độ tin
cậycao.
Nhằm nâng cao tuổi thọ cho các bánh răng ăn khớp, trong hộp số cơ khí có cấp
thường bố trí bộ đồng tốc. Nhiệm vụ của bộ đồng tốc là cân bằng tốc độ góc của
cácchi tiết chủ động và bị động trước khi chúng ăn khớp với nhau.Trên ôtô ngày
nay đều sử dụng khá rộng rãi hộp số 2 trục và 3 trục.Hộp số 3 trục thường bố trí trục
sơ cấp và trục thứ cấp đồng tâm. Đối với ôtô vận tải thường dùng loại hộp số 5 và 6
số [4]. Vậy ta chọn hộp số loại 5 số, với hộp số 6 số kết cấu sẽ phức tạp khó chế tạo.
Chọn sơ đồ động học của hộp số
Sơ đồ của hộp số là loại 3 trục :

19


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ


Hình 1.16 – Sơ đồ hộp số 3 trục
Sơ đồ trên là hộp số 3 trục có trục sơ cấp và trục thứ cấp đồng tâm. Gồm 5
cấp (5 số tiến, 1 số lùi). Số 2, 3, 4, 5 được gài bằng bộ đồng tốc. Trong đó tay
số 5 là tay số truyền thẳng. Số lùi (L) và số 1 được gài bằng khớp răng.Các
bánh răng trên trục trung gian được chế tạo rời và lắp chặt trên trục trung
gian.
- Trong hộp số có một cặp bánh răng ln ăn khớp để dẫn truyền mômen
quay từ trục thứnhất đến trục trung gian. Trục thứ nhất được chế tạo thành
một khối với bánh răng chủđộng của cặp bánh răng luôn ăn khớp và vành
răng ngoài để gài số truyền thẳng (i=1).
- Trục thứ nhất được đỡ bằng hai ổ bi, một ổ đặt trong bánh đà và một ổ
đặt ở vỏ hộp số, ổbi này thường chọn có đường kính ngoài lớn hơn bánh răng
chủ động để đảm bảo tháolắp trục thứ nhất được dễ dàng.
- Trên trục trung gian được lắp cố định nhiều bánh răng để dẫn truyền
mômen quay đếntrục thứ hai, giá trị của mômen quay được thay đổi tuỳ theo

20


Tính Tốn Thiết Kế Hộp Số

GVHD: TS. Nguyễn Văn Đơng
TS.Lê Văn Tuỵ

cách gài các bánh răng lắptrượt và cùng quay trên trục thứ hai. Trục trung
gian được đỡ trên hai ổ bi đặt ở vỏ hộpsố.
- Trục thứ hai được đỡ bằng hai ổ bi trong đó ổ bi kim được đặt ngay trong
lỗ đầu trụcthứ nhất, biện pháp này đảm bảo độ đồng tâm giữa hai trục và tiện
lợi cho việc gài sốtruyền thẳng. ổ bi thứ hai đặt ở vỏ hộp số. Trong các xe

thường lắp hộp đo tốc độ ở đuôitrục thứ hai.
- Xu hướng phát triển thiết kế hộp số là sử dụng bộ đồng tốc với mọi tay
số và do đó tấtcả các bánh răng ln ln ăn khớp và t hường sử dụng bánh
có răng nghiêng.
1.3.1. Đặc điểm
Kết cấu hộp số có ít nhất 3 trục truyền động: Trục sơ cấp, trục thứ cấp lắp
đồng trục với trục sơ cấp và trục trung gian. Trục trung gian có thể có một,
hai hoặc ba trục bố trí chung quanh trục sơ cấp và thứ cấp nhằm làm tăng độ
cứng vững cho trục thứ cấp, duy trì sự ăn khớp tốt nhất cho các bánh răng lắp
trên trục.
1.3.2. Ưu điểm
- Có khả năng tạo số truyền thẳng bằng cách nối trực tiếp các trục sơ và thứ
cấp.Khi làm việc ở số truyền thẳng ,ổ trục và trục trung gian hầu như được
giảm tải hoàn toàn nên giảm được mài mịn ,tiếng ồn và mất mát cơng suất.
- Ở các số truyền khác , momen truyền qua hai cặp bánh răng , do đó có thể tạo
được tỷ số truyền lớn tới (79) với kích thước khá nhỏ gọn.Nhờ đó giảm giảm được
trọng lượng tồn bộ của ô tô máy kéo.
1.3.3. Nhược điểm
- Hiệu suất giảm ở các tay số trung gian.

21