TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ Ô TÔ
Công dụng,phân loại,yêu cầu của hộp số
Hộp số là thiết bị quan trọng giúp điều chỉnh tỷ số truyền vòng quay và mô men xoắn từ động cơ đến các bánh xe chủ động Điều này cần thiết để thích ứng với mô men cản luôn biến đổi, nhằm tối ưu hóa công suất của động cơ.
+ Giúp cho xe thay đổi được chiều chuyển động.
+ Đảm bảo cho xe dừng tại chỗ mà không cần tắt máy hoặc không cần tách ly hợp.
Dẫn động momen xoắn ra ngoài cho các bộ phận đặc biệt đối với các xe chuyên dùng.
1.1.2.Yêu cầu. Để đảm bảo công dụng nêu trên ngoài các yêu cầu chung về sức bền và kết cấu gọn, hộp số có cấp ô tô cần phải thoải mãn các yêu cầu đặc trưng sau: a Hộp số ô tô máy kéo phải có đủ tỷ số truyền cần thiết nhằm đảm bảo tốt tính chất động lực và tính năng kinh tế nhiên liệu khi làm việc. b Khi gài số không sinh ra các lực va đập lên các bánh răng nói riêng và hệ thống truyền lực nói chung Muốn vậy hộp số phải có các bộ đồng tốc để gài số hoặc ống gài số. c Hộp số phải có vị trí trung gian để ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian dài Phải có cơ cấu chống gài 2 số cùng lúc để đảm bảo an toàn không bị vỡ răng d Hộp số phải có số lùi để cho phép xe chuyển động lùi; đồng thời xe có cơ cấu an toàn chống gài 2 số một cách ngẫu nhiên. e Điều khiển nhẹ nhàng, êm dịu và hiệu suất cao.
Theo phương pháp điều khiển chia ra các loại : Điều khiển bằng tay , điều khiển tự động và bán tự động.
Theo số cấp phân ra các loại 3,4,5 và nhiều cấp.
Loại và sơ đồ động hộp số
Hiện nay, các loại hộp số trên ô tô máy kéo chủ yếu sử dụng trục cố định và điều khiển bằng tay Những hộp số này có kết cấu đơn giản, hiệu suất cao, giá thành hợp lý, cùng với kích thước và trọng lượng nhỏ gọn.
Hộp số hai trục bao gồm trục sơ cấp với các bánh răng chủ động và trục thứ cấp lắp đặt các bánh răng bị động tương ứng với cấp số truyền.
Hộp số hai trục không thể truyền thẳng như hộp số ba trục do phải sử dụng một cặp bánh răng ăn khớp với số răng bằng nhau, dẫn đến hiệu suất của hộp số hai trục luôn thấp hơn một.
Hệ thống truyền lực có kết cấu đơn giản và hoạt động êm ái, mang lại hiệu suất cao ở các tay số trung gian Việc bố trí dễ dàng và đơn giản hóa kết cấu hệ thống khi động cơ được đặt ở cầu chủ động là những ưu điểm nổi bật của nó.
Hộp số này có nhược điểm là không có số truyền thẳng, dẫn đến việc các bánh răng và ổ trục không được giảm tải ở số truyền cao, gây ra tăng mài mòn và tiếng ồn Bên cạnh đó, kích thước theo chiều ngang của nó lớn hơn so với hộp số ba trục ở cùng tỷ số truyền.
I: Trục sơ cấp hộp số. II: Trục thứ cấp hộp số. 1: Số cấp số 1 của hộp số. 2: Số cấp số 2 của hộp số. 3: Số cấp số 3 của hộp số. 4: Số cấp số 4 của hộp số. L:Số cấp số lùi của hộp số.
Trục thứ cấp của hộp số thường được sản xuất gắn liền với bánh răng côn hoặc bánh răng trụ của hệ truyền lực chính, giúp đơn giản hóa cấu trúc và thuận tiện cho việc bố trí.
Hình 1.3: Sơ đồ hộp số hai trục.
Các phương án bố trí số lùi, số tiến và đồng tốc của hộp số được thiết kế nhằm tối ưu hóa hiệu suất Việc đặt đồng tốc cho các số cao trên trục chủ động giúp giảm momen quán tính quy dẫn, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của hộp số.
- Một số trường hợp đồng tốc được đặt trên cả trục chủ động lẫn bị động để rút ngắn chiều dài hộp số.
Hộp số có ưu điểm nổi bật là khả năng tạo số truyền thẳng, giúp đạt hiệu suất cao nhất Khi hoạt động ở chế độ này, các bánh răng, ổ trục và trục trung gian gần như không bị tải, từ đó nâng cao hiệu suất truyền và giảm tiêu hao nhiên liệu, kéo dài tuổi thọ cho hộp số Bên cạnh đó, hộp số còn có khả năng tạo ra tỷ số truyền lớn trong kích thước nhỏ gọn, góp phần giảm trọng lượng tổng thể của ô tô.
Trục thứ cấp cần được bố trí gối lên trục sơ cấp qua ổ bi bên trong đầu ra trục sơ cấp, tuy nhiên, do bị hạn chế bởi điều kiện kết cấu, ổ bi này có thể không được chọn theo tiêu chuẩn tính toán mà phải thiết kế riêng Hơn nữa, ở các số truyền trung gian, việc truyền momen diễn ra qua hai cặp bánh răng ăn khớp, dẫn đến hoạt động không êm và hiệu suất thấp.
1: Vị trí gài cấp số tiến 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 số
5 : Vị trí gài cấp số tiến số 5
L :Vị trí gài cấp số lùi
Hình 1.1: Sơ đồ hộp số ba trục.
Hộp số 3 trục kiểu đồng tâm với hai trục trung gian đối xứng:
Sơ đồ động của hộp số ba trục với số cấp giống nhau hoặc khác nhau chủ yếu phụ thuộc vào số lượng các cặp bánh răng ăn khớp và cách bố trí số lùi Hầu hết các tay số đều sử dụng cặp bánh răng nghiêng để đảm bảo sự ăn khớp liên tục Để gài số, có thể sử dụng ống gài hoặc đồng tốc.
Hộp số nhiều cấp được hình thành bằng cách lắp thêm một hộp giảm tốc, gọi là hộp số phụ, vào trước hoặc sau hộp số cơ sở Hộp số phụ thường bao gồm một tỷ số truyền thẳng và một tỷ số truyền giảm hoặc tăng.
Hộp số phụ được đặt phía trước có cấu trúc hợp lý, với một bánh rang để tạo số thấp, trong khi số cao truyền trực tiếp từ trục hộp số phụ vào trục sơ cấp của hộp số chính Tỷ số truyền thấp của hộp số phụ không lớn, nhưng chủ yếu có tác dụng chia nhỏ dãy tỷ số truyền của hộp số chính, do đó được gọi là hộp số chia.
Hình 1.4c: Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí trước.
I: trục sơ cấp hộp số phụ 1p, 2p: Vị trí gài cấp số 1, cấp số 2 của hộp số phụ.
Zap: Cặp bánh răng dẫn động trục trung gian từ hộp số phụ.
Zac: Cặp bánh răng dẫn động trục trung gian từ hộp số chính
Kết cấu đơn giản, đảm bảo tính thống nhất hoá cao cho hộp số chính.
Yêu cầu khoảng cách trục hộp số lớn hơn, do mômen trên trục ra của hộp số chính lớn.
Hộp số phụ đặt phía sau thường sử dụng trục cố định với hai cặp bánh răng hành tinh, bao gồm cả truyền thẳng và truyền giảm Với tỷ số truyền lớn hơn hộp số chính, loại hộp này được gọi là hộp giảm tốc.
Hình 1.4a: Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí phía sau.
III: Trục thứ cấp của hốp số chính (cũng là trục sơ cấp của hộp số phụ). IIIp: Trục thứ cấp hộp số phụ.
1p: Vị trí gài cấp số 1 của hộp số phụ.
2p: Vị trí gài cấp số 2 của hộp số phụ.
- Ưu điểm: + Giảm khoảng cách trục và tải trọng tác dụng lên các chi tiết của hộp số chính.
- Nhược điểm: + Giảm tính thống nhất hoá của hộp số chính.
+ Hiệu suất giảm khi gài số truyền thấp.
Cơ cấu điều khiển hộp số
1.3.1 Đặc điểm kết cấu cơ cấu điều khiển.
Cơ cấu điều khiển trên ô tô có nhiệm vụ truyền lực từ tay lái đến ống gài số, bánh răng di trượt hoặc bộ đồng tốc, giúp di chuyển chúng vào vị trí gài số hoặc vị trí trung gian Hầu hết các cơ cấu điều khiển số đều sử dụng hệ thống đòn điều khiển đơn giản, được gắn trực tiếp lên nắp hộp số thông qua khớp cầu, cho phép điều khiển số với 6 vị trí gài số khác nhau.
Khi hộp số ở vị trí xa buồng lái, như khi buồng lái nằm trên động cơ hoặc động cơ ở đuôi xe, đòn điều khiển vẫn được đặt bên cạnh người lái Để truyền động lên các thanh trượt gắn trên nắp hộp số, cần sử dụng đòn điều khiển trung gian.
Hệ thống điều khiển hộp số từ xa sử dụng cơ chế điều khiển cơ khí hoặc thủy khí thông qua các van phân phối và xilanh lực.
1.3.2 Đặc điểm kết cấu cơ cấu định vị và khóa hãm.
Cơ cấu định vị đảm bảo vị trí chính xác cho các bánh răng di trượt khi gài hoặc nhả số, giúp các bánh răng hoàn toàn nhả số hoặc ăn khớp đúng chiều dài Lực định vị được điều chỉnh đủ mạnh để ngăn chặn tình trạng tự gài hoặc nhả số ngẫu nhiên.
Cơ cấu định vị thường dùng loại bi lò xo tác dụng lên hốc hãm của thanh trượt ( dùng để gắn các càng gạt số)
Khóa hãm có vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn tình trạng gài hai số cùng lúc, giúp bảo vệ hộp số khỏi hư hỏng Khi một số đã được gài vào, khóa hãm sẽ giữ chặt các thanh trượt của các số khác ở vị trí trung gian, chỉ cho phép một số duy nhất hoạt động.
+ Cơ cấu an toàn khi gài số lùi:
Hộp số ô tô cần được trang bị cơ cấu an toàn nhằm ngăn chặn việc gài số ngẫu nhiên khi xe đang di chuyển, điều này giúp bảo vệ răng hộp số khỏi bị gãy vỡ và giảm thiểu quá tải cho hệ thống truyền lực.
Hình 1.5: Kết cấu cơ cấu định vị số.
Hình 1.6: Kết cấu khóa hãm.
Cơ cấu này thường dùng chốt cản với sức ép lò xo lớn gây cản nhiều khi tiến hành gài số lùi so với gài số tiến.
Hầu hết các bánh răng gài số trong hộp số ô tô thường được lắp lồng không lên trục, với bánh răng di trượt chỉ giới hạn ở số lùi hoặc số một Để gài số cho các bánh răng quay trơn trên trục, cần sử dụng ống gài hoặc bộ đồng tốc để nối cứng bánh răng với trục qua các khớp răng Quá trình gài số dễ dàng hơn nhờ vào việc thiết kế các răng của ống gài vát nhọn và cách điệu, với mỗi răng có một răng khuyết đi, đồng thời các đai răng của bánh răng gài số cũng có sự chênh lệch chiều dài giữa các răng.
1.3.4 Bộ đồng tốc hộp số ô tô.
Trên hầu hết các hộp số hiện đại, bộ đồng tốc quán tính được sử dụng để kết nối trục với các bánh răng quay trơn khi gài số, nhằm tránh va đập cho bánh răng và hệ thống truyền lực Bộ đồng tốc có vai trò làm đồng đều tốc độ của bánh răng quay trơn trên trục với tốc độ của trục trước khi thực hiện gài số Nếu không có bộ đồng tốc, việc gài số sẽ không thể thực hiện.
- Bộ đồng tốc loại I (loại chốt hãm)
Bộ phận nối (1) có cấu trúc tương tự như ống gài, giúp kết nối then hoa với trục Nó có khả năng di chuyển sang bên phải hoặc bên trái để kết nối với bánh răng gài số (4) khi tốc độ đã được đồng đều.
Hình 1.7: Kết cấu bộ đồng tốc loại I (bộ phận nối kiểu liền).
+ 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) và bánh răng gài số (4).
Vành ma sát (3) của đồng tốc có chức năng tạo ra mômen ma sát với bề mặt ma sát trên bánh răng gài số (4), giúp đồng đều tốc độ giữa hai bộ phận này trước khi thực hiện thao tác gài số.
Bộ phận định vị bao gồm bi định vị và chốt, có chức năng giữ cho các vành ma sát ở vị trí trung gian khi bộ đồng tốc chưa gài số Đồng thời, nó cho phép vành ma sát tiếp xúc trước với vành ma sát trên bánh răng trong quá trình gài số.
Bộ đồng tốc này được ưa chuộng trên xe tải và xe khách cỡ trung bình đến lớn nhờ vào thiết kế vững chắc và độ tin cậy cao.
Hình 1.8: Kết cấu bộ đồng tốc loại Ib (bộ phận nối kiểu rời).
- Bộ đồng tốc loại II (loại răng hãm):
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 côn ma sát, r ms : Bán kính ma sát trung bình, β: Góc nghiêng của bề mặt hãm, r β : Bán kính trung bình mặt hãm.
Hình 1.9: Kết cấu bộ đồng tốc loại IIa (kiểu định vị).
TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU
Tính toán xác định các thông số yêu cầu ban đầu
2.1.1 Tỷ số truyền của số thấp nhất i h1
Tỷ số truyền của tay số 1 được tính theo điều kiện kéo theo [1]: i h1 ≥❑ max G a r bx
Trong đó : ψmax: Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường, theo đề : ψmax = 0,26
Ga: Trọng lượng toàn bộ xe, theo đề : Ga = 5700.9,81 = 55917 [N] rbx: Bán kính làm việc bánh xe, theo đề: rbx = 0,35 [m]
Memax: Mômen cực đại, theo đề: Memax = 197 [Nm].
t: Hiệu suất hệ thống truyền lực, theo [2]: t = 0,85 ¿ 0,93, chọn t 0,85
i 0 : Tỷ số truyền của truyền lực chính, được tính theo [1]: i 0 =ω emax r bx i hn v amax (2.1 ' /42cu nố I)
Với: ihn: Tỷ số truyền cao nhất của hộp số, thường chọn ihn = 1
emax: Tốc độ lớn nhất của động cơ, [rad/s] ; được xác định theo [1]:
Với động cơ xăng, xe tải: emax= (0,8 ÷ 1,0) Chọn emax = 0,85.N
N: Là tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ, ta có:
Vmax: Tốc độ cực đại của xe, [m/s]
Lần lượt thế số vào (2.2) rồi (2.1) ta được: i 0 =ω emax r bx i hn v amax E2,38.0,35
Kiểm tra theo điều kiện bám, theo [1] ta có: i h1 ≤ G φ φ r bx
G: Trọng lượng bám của xe, [N]
Theo [2] thì trọng lượng bám của xe được xác định như sau:
Với: Gcd: Trọng lượng phân bố lên cầu chủ động [N]
Chọn: G cd =0,6.G3550,2[N] mcd: Hệ số phân bố tải trọng lên cầu chủ động
Theo [2] thì: m cd ≈(1,2÷1,35) Chọn mcd = 1,25
: Hệ số bám giữa lốp với mặt đường Theo [2] thì:
Thay các số liệu trên vào (2.3), ta được: i h1 ≤ G φ φ r bx
1,97.4,74 0,85 ,86 Kiểm tra theo điều kiện tốc độ tối thiểu của ôtô Theo [3] min 1 min 0
(2.4) Trong đó: ω e min : Tốc độ góc ổn định nhỏ nhất của động cơ khi đầy tải, [rad/s]
Vamin là tốc độ chuyển động tịnh tiến nhỏ nhất của ôtô, được đo bằng mét trên giây (m/s) Đối với xe tải vừa, có thể tham khảo khoảng kinh nghiệm với ω e min từ 500 đến 600 vòng/phút Do đó, chọn ω emin là 500 vòng/phút, tương ứng với đơn vị rad/s.
Vamin = 23 km/h , Chọn Vamin = 2 km/h=0,55 m/s ( theo bản B2-1/43 cuốn I) Thay các số trên vào (2.4) ta được:
Dựa vào các điều kiện trên ta có:
- Theo điều kiện kéo: ih1 ¿ 6,41
- Theo điều kiện tốc độ tối thiểu: ih1 7,02
- Theo điều kiện bám: ih1 ¿ 13,86
Với các điều kiện này thì 7,02 ¿ ih1 ¿ 13,86 nên ta chọn i h 1= 7,5
2.1.2 Tính số cấp của hộp số.
Xe tải thường được thiết kế với tiêu chí tiết kiệm nhiên liệu, tuy nhiên tính năng động lực học không cao, dẫn đến số cấp số thường dao động từ 4 đến 6 cấp Đặc biệt, một số mẫu xe có thể trang bị hộp số lên đến 10 hoặc 20 cấp.
Số cấp của hộp số được xác định theo công thức: n = log(ih1) - log(ihn) / log(q) + 1 Trong đó, n là số cấp hộp số, ih1 là tỉ số truyền thấp nhất, ihn là tỉ số truyền cao nhất, và q là công bội của dãy tỉ số truyền Khi tính toán, có thể chọn công bội trung bình q theo kinh nghiệm, với giá trị cho hộp số thường là q = 1,5 đến 1,8 Do đó, trong trường hợp này, chọn q = 1,5.
Ta có: n=log( i h 1)−log (i hn ) log(q) +1=log(7,5)−log(1) log(1,7) +1=4,79 Chọn số nguyên n* = 5 và là số truyền thẳng ih5 = 1
2.1.3 Xác định tỷ số truyền các tay số trung gian
Tính theo công bội q: Đối với xe tải số truyền trung gian được lập theo cấp số nhân với công bội q*, tính theo [2].
Tính lại công bội q của hộp số: q ¿ = n ¿ −1
Theo quy luật cấp số nhân các cấp số trung gian được xác định như sau:
+ Tỷ số truyền tay số 2: ih2 = 2,42
+ Tỷ số truyền tay số 3: ih3 = 1,577
Phân tích chọn kiểu - loại và cách bố trí
2.2.1 Chọn loại / kiểu hộp số Ô tô thiết kế là ô tô tải chuyên dùng để chở hàng hóa, làm việc ở điều kiện thường xuyên thay đổi tải, có tỷ số truyền lớn nên ta chọn hộp số loại ba trục cố định, có trục sơ cấp và trục thứ cấp đồng tâm vì: Hộp số này có ưu điểm nổi bật là trục sơ cấp và trục thứ cấp đồng tâm nên có thể làm tỷ số truyền thẳng, trường hợp này hiệu suất bằng 1 Khi làm việc ở số truyền thẳng, các bánh răng, ổ trục và trục trung gian gần như được giảm tải hoàn toàn nên giảm được mài mòn, tiếng ồn và mất mát công suất Đây là điều quan trọng vì thời gian làm việc ở tỷ số truyền thẳng của ô tô tải chiếm tỷ lệ cao Mặc khác khi ô tô chạy trên đường thẳng, thời gian sử dụng tay số trung gian giảm nên tuổi thọ ô tô được kéo dài. Để gài số có thể chọn đồng tốc hoặc ống gài Để gài số êm dịu tránh va đập làm mòn, vỡ răng chọn gài số bằng bộ đồng tốc ở số 1, 2, 3, 4 và phương án bố trí bánh răng số lùi là không luôn luôn ăn khớp Bánh răng số lùi là bánh răng thẳng.
Số lùi được gài bằng cách di trược bánh răng trung gian trên trục số lùi Với:
+ Tỷ số truyền tay số lùi: ihl = (1,2 1,3).ih1 = 1,2.3,77 = 4,524
2.2.2 Sơ đồ động học hộp số
Từ những phân tích trên ta thiết kế sơ đồ động học của hộp số xe tải bốn số tiến, một số lùi như sau:
Hình 2.1: Sơ đồ động học hộp số [2]
1: Trục sơ cấp, 2: Trục trung gian, 3: trục thứ cấp, 4: Bộ đồng tốc 4-5, 5: Bộ đồng tốc 2-3, 6: Bánh răng gài số 1-số lùi.
Một số đặc điểm của hộp số lựa chọn:
- Kích thước hộp số nhỏ gọn vì bánh răng bị động gài số lùi nằm trên đồng tốc gài số 1-2
- Để gài số lùi ta dùng 1 bánh răng di trượt
- Đồng tốc được đặt trên trục thứ cấp.
- Các tay số đều sử dụng cặp bánh răng nghiêng thường xuyên ăn khớp.
- Trục thứ cấp được làm dài ra với 3 gối đỡ để rút ngắn chiều dài trục các đăng.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN
Tính toán kích thước cơ bản của trục và bánh răng hộp số
Khoảng cách trục là thông số quan trọng ảnh hưởng đến kích thước của cacte hộp số và các chi tiết bên trong như bánh răng, đồng tốc và ổ bi.
Hình 3.1- Sơ đồ tính toán sơ bộ kích thước hộp số
Khoảng các trục A (mm) của hộp số được xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau:
Hệ số kinh nghiệm (ka) được xác định cho các loại xe như sau: đối với xe du lịch, ka nằm trong khoảng từ 8,9 đến 9,3, trong khi đối với xe vận tải, ka có giá trị từ 8,6 đến 9,6 cho hộp số thường và từ 9,5 đến 11,0 cho hộp số nhiều cấp.
Vì xe thiết kế là xe tải nên chọn ka = 9,5
Memax: Momen quay cực đại của động cơ Memax = 197 [Nm]. ih1: Tỷ số truyền thấp của hộp số
3.1.2 Tính toán số răng của các bánh răng hộp số Để đảm bảo cho bánh răng hộp số làm việc êm ta chọn mô đun mk có giá trị nhỏ, ngược lại góc nghiêng của răng β k thường có giá trị lớn, chọn như sau:
Mô đun: Với xe tải thì m = [3,5:5] [1] , chọn m = 3,5 cho tay số 2, 3, 4 Chọn m = 4 cho tay số một, số lùi và cặp bánh răng truyền chung.
Góc nghiêng: β = [18:26] ᵒ [1] , chọn β = 26 ᵒ cho tay số 2,3,4 Chọn β = 18 ᵒ cho tay số một, số lùi và cặp bánh răng truyền chung.
Hộp số ba trục đồng trục sử dụng hai cặp bánh răng cho mỗi cặp số, trong đó có một cặp bánh răng chung luôn ăn khớp, ngoại trừ số truyền thẳng Cặp bánh răng này cần có tỷ số truyền nhỏ để đảm bảo tuổi thọ và đồng thời không làm cho số răng chủ động của cặp bánh răng ở số truyền thấp quá nhỏ.
Số răng chủ động của cặp bánh răng gài số truyền thấp Z1 = [ 16:12 ] [1] ( với ih1 = [6:8] ) khi thiết kế ih1 = 7,5 nên ta chọn Z1 = 16.
Tỷ số truyền của cặp bánh răng số một (ig1) được xác định dựa trên góc nghiêng β1 là 18 độ và mô đun pháp m1 là 4.
Số răng của bánh răng chủ động trong hộp số được xác định dựa trên khoảng cách trục A và tỷ số truyền của cặp bánh răng ăn khớp igk, theo công thức cụ thể.
Số răng bị động của các cặp bánh răng ăn khớp tương ứng được xác định theo tỷ số truyền gài số chính của nó:
Za ’ = Za.ia = 18.2,3 = 41,14 chọn Za ’ = 41 răng.
Tính chính xác lại khoảng cách trục do làm tròn số răng:
Tính lại góc nghiêng của bánh răng để đảm bảo khoảng cách trục của chúng đều là A = 115,7 (mm): cos β k ( ' )
Bảng 3.1: Kết quả tính toán các thông số bánh răng
Tỷ số truyền i z ig1 = 2,94 ia = 2,28 i2 = 1,84 ig3 = 1,14 ig4 = 0,7
Tỷ số truyền hộp số ih1 = 7,5 ih2 = 4,6 ih3 = 2,7 ih4 = 1,6 ih5 = 1
3.2 Tính kích thước trục hộp số
3.2.1 Trục sơ cấp Đường kính sơ bộ trục: d1 = kd
3 M max kd : Hệ số kinh nghiệm, kd = [4:4,6] [1] chọn kd = 4,6.
Với trục sơ cấp thì Mmax = Memax = 197 (N.m), còn đối với trục trung gian thì
Mmax2 = Memax.ia = 197.2,3 = 453,1(N.m). d2 = 4,6√ 3 453,1 = 39,68 (mm) chọn d2 = 40 (mm). d1 = 4,2√ 3 197 = 29,7 (mm) chọn d10 d 1 l 1 = 0,18 [1] nên l1 = d 1
3.2.2 Trục thứ cấp Đường kính trục thứ cấp d3 = 0,45A = 0,45.115,7 = 52 (mm).
Chiều dài trục trung gian và trục thứ cấp có thể lấy bằng nhau: l2 = l3 = 6b + 3H + 3B + 4 δ b
Trong đó: b: Chiều rộng bánh răng, b = 23 (mm).
H: Chiều rộng đồng tốc, H = 52 (mm).
B: chiều rộng ổ đỡ, B = 26 (mm). l2 = l3 = 6.23 + 3.52 + 2.26 + 4.5 = 366 (mm).
Tính đường kính vòng chia và mô men quán tính bánh răng hộp số
Bán kính vòng chia của bánh răng được xác định theo công thức
Cặp bánh răng gài số một:
Cặp bánh răng gài số hai:
Cặp bánh răng gài số ba:
Cặp bánh răng gài số bốn:
Bảng 3.2: Kết quả tính toán bán kính vòng chia và đường kính lắp bánh răng tương ứng
Z Z’ R(mm) R’(mm) A(mm) d(mm) d’(mm)
Cắp bánh răng gài số
Cặp bánh răng gài số
Cặp bánh răng gài số
Cặp bánh răng gài số
Mô men quán tính khối lượng của bánh răng có thể coi gần đúng là hình trụ được tính bằng:
Khối lượng riêng của vật liệu làm bánh răng là thép, với giá trị ρ = 7800 kg/m³ Bề rộng của bánh răng thứ k được ký hiệu là bk, trong khi bán kính trục lắp bánh răng thứ k được ký hiệu là rk Đối với bánh răng có đường kính d, bán kính ra được xác định là ra = d/3.
Mô men quán tính khối lượng của cặp bánh răng chung:
Mô men quán tính khối lượng của cặp bánh răng gài số một:
Mô men quán tính khối lượng của cặp bánh răng gài số hai:
Mô men quán tính khối lượng của cặp bánh răng gài số ba:
Mô men quán tính khối lượng của cặp bánh răng gài số bốn:
Mô men quán tính khối lượng của bánh răng qui về trục ly hợp Jqd được tính theo công thức sau:
Jk là mô men quán tính khối lượng của bánh răng Tỷ số truyền từ trục ly hợp đến bánh răng thứ k được xác định như sau: nếu bánh răng nằm trên trục trung gian thì ik = ia, còn nếu bánh răng nằm trên trục thứ cấp thì ik = ia.igk.
Mô men quán tính khối lượng qui dẫn về trục ly hợp của cặp bánh răng chung:
Jqda = Ja = 234,1 (kg.mm 2 ) vì trục của bánh răng chung chủ động chính là trục của ly hợp nên Jqda = Ja.
Mô men quán tính khối lượng qui về trục ly hợp của cặp bánh răng gài số một:
Mô men quán tính khối lượng qui về trục ly hợp của cặp bánh răng gài số hai:
Mô men quán tính khối lượng qui dẫn về trục ly hợp của cặp bánh răng gài số ba:
Mô men quán tính khối lượng qui về trục ly hợp của cặp bánh răng gài số bốn:
Bảng 3.3: Kết quả tính toán mô men quán tính khối lượng các bánh răng
J(kg.mm 2 ) J’(kg.mm 2 ) Jqd (kg.mm 2 ) J’qd(kg.mm 2 ) Cặp bánh răng chung 422,802 11731,09 422,802 2135,379 Cặp bánh răng gài số
Cặp bánh răng gài số
Cặp bánh răng gài số
Cặp bánh răng gài số
Xác định các thông số cơ bản của bộ đồng tốc
3.4.1 Nhiệm vụ và sơ đồ tính toán đồng tốc
Hiệu quả của đồng tốc được xác định qua thời gian đồng tốc tc, là khoảng thời gian cần thiết để đồng bộ tốc độ các phần cần nối khi người lái tác động lực lên đòn điều khiển và áp suất trên bề mặt ma sát trong giới hạn cho phép Đồng thời, đồng tốc cũng phải đáp ứng các yêu cầu quy định khác.
- Không cho phép gài số khi các phần cần nối chưa đồng tốc.
- Không bị kẹt dính các bề mặt ma sát và bề mặt hãm trong quá trình làm việc.
- Vì vậy, khi tính toán đồng tốc có các nhiệm vụ chính sau:
Để đạt hiệu quả đồng tốc, cần xác định các kích thước cơ bản, bao gồm chỉ tiêu thời gian đồng tốc và tuổi thọ cần thiết.
+ Đánh giá qua giá trị áp suất.
+ Công trượt riêng trên bề mặt
+ Thời gian gài số thực tế cần thiết.
Hình 3.1 Sơ đồ tính toán đồng tốc [5]
3.4.2 Chọn loại đồng tốc cho hộp số
Hộp số của xe tải nặng 5700 KG cần có kết cấu vững chắc và tin cậy do đây là loại xe tải vừa Vì không yêu cầu tính nhỏ gọn, nên bộ đồng tốc loại chốt hãm được lựa chọn để lắp trên hộp số.
Hình 3.2 Kết cấu bộ đồng tốc
1: Bộ phận nối, 2: Chốt hãm, 3: Vành ma sát, 4: Bánh răng gài số,
5: Chốt định vị, 6: Bi định vị.
Bộ phận nối (1) được thiết kế giống như ống gài, có nhiệm vụ kết nối then hoa với trục Nó có khả năng di chuyển sang trái hoặc phải để kết nối với bánh răng gài số (4) khi tốc độ đã được đồng đều.
- Chốt hãm (2): Có nhiệm vụ tạo ra 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) đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra mô men ma sát với bề mặt ma sát trên bánh răng gài số (4), giúp đồng đều tốc độ giữa hai bộ phận này trước khi thực hiện gài số.
Bộ phận định vị bao gồm bi định vị và chốt, có chức năng giữ cho các vành ma sát ở vị trí trung gian khi bộ đồng tốc không gài số Đồng thời, bộ phận này cũng cho phép vành ma sát tiếp xúc trước với vành ma sát trên bánh răng khi thực hiện việc gài số.
3.4.3 Tính mô men quán tính khối lượng tổng cộng qui về trục ly hợp
+ JL.iL -2 Trong đó: k: Số bánh răng quay trơn thứ k trên trục thứ cấp.
J1 : Mô men quán tính khối lượng của trục sơ cấp hộp số và tất cả các chi tiết nối với trục ( kg.m 2 ).
J2 : Mô men quán tính khối lượng của trục trung gian và tất cả các chi tiết gắn trên trục trung gian ( kg.m 2 ). ia : Tỷ số truyền lực chung.
JZk : Mô men quán tính khối lượng của bánh răng bị động của cặp bánh răng gài số thứ k. m : Số lượng bánh răng quay trơn trên trục thứ cấp.
Mô men quán tính khối lượng của bánh răng số lùi liên kết chặt chẽ với bánh răng trên trục trung gian và các khối lượng quay khác, được tính bằng kg.m² Tỷ số truyền của bánh răng số lùi, từ trục sơ cấp hộp số đến bánh răng số lùi, cũng có mối quan hệ động học với bánh răng trên trục trung gian.
Với: Jtr1 là mô men quán tính khối lượng của trục sơ cấp hộp số, Jlh là mô men quán tính khối lượng của đĩa bị động ly hợp.
J1 = 1 2 πρ l1Rtr1 4 + 1 2 πρ blh( Rlh 4 – Rtr1 4 ). l1 = 167 (mm), Rtr1 = 1 2d1 = 1 2.30 = 15 (mm). blh: Chiều rộng trung bình của đĩa ly hợp, blh = [ 1,5:2 ] (mm) [1] , ta chọn blh 1,5 (mm).
Zms = 2 đĩa ma sát. μ : hệ số ma sát trượt giữa các đôi bề mặt ma sát, μ = 0,25 [1] p : Áp suất pháp tuyến bề mặt ma sát, p = [ 1,4:2,5 ].10 5 (N/m 2 ) [1] , chọn: p = 2,5.10 5 (N/m 2 ).
KR = [ 0,53:0,75 ] [1] , vì là xe tải cỡ trung nên chọn KR = 0,53.
Thay vào ta tính được:
: Tổng mô men quán tính khối lượng của bánh răng thứ k gắn trên trục trung gian.
Vì bánh răng số lùi có khối lượng nhỏ nên ta có thể bỏ qua khi tính toán mô men quán tính khối lượng.
Cuối cùng ta tính được mô men quán tính khối lượng tổng cộng qui về trục ly hợp:
3.4.4 Mô men ma sát yêu cầu của bộ đồng tốc
Mô men ma sát yêu cầu của bộ đồng tốc được xác định theo công thức:
Mô men quán tính của bánh răng gài số và các khối lượng chuyển động quay trong hộp số liên quan đến trục sơ cấp và được qui dẫn về trục sơ cấp (kg.m²) Tỷ số truyền thứ k của hộp số tương ứng với chế độ tính toán của đồng tốc Chênh lệch tốc độ giữa hai bánh răng gài số (rad/s) được xác định theo công thức ω eo 1.
Tỷ số truyền từ trục sơ cấp đến trục bộ đồng tốc của hộp số được xác định bởi ik±1, tương ứng với số truyền vừa nhả số Tốc độ góc của động cơ khi bắt đầu chuyển số, ký hiệu là ω eo, có giá trị khác nhau tùy thuộc vào việc chuyển số Khi sang số từ thấp lên cao, ω eo được tính là 0,75 ω N, tương đương 376,98 rad/s, trong khi khi chuyển từ số cao về số thấp, ω eo là 0,9 ω N, tương ứng với 301,59 rad/s Thời gian làm đồng đều tốc độ giữa bộ đồng tốc và bánh răng gài số, ký hiệu tc, cho ô tô tải là từ 1 đến 1,5 giây với tay số thấp và từ 0,3 đến 0,8 giây với tay số cao Thời gian chuyển số cho số cao (số bốn) được chọn dựa trên các thông số này.
Từ số cao về thấp: tc = 0,5 (s).
Thời gian chuyển số cho số thấp là:
Từ số thấp lên cao: tc = 1,4 (s).
Từ số cao về thấp: tc = 0,7 (s).
3.4.5 Tính bán kính ma sát của bộ đồng tốc
Mô men ma sát trong bộ đồng tốc liên quan đến bán kính trung bình Rms của vành côn ma sát Nó được xác định bởi lực ép Q tác dụng lên bề mặt ma sát, theo công thức Mms.
Q: Lực ép tác dụng theo chiều trục lên đôi bề mặt ma sát (N) Lực ép Q do lực điều khiển P trên cần số tạo ra và được xác định nhờ công thức:
Lực tác dụng lên cần điều khiển cho xe tải được chọn là Pđk = 100 N Tỷ số truyền đòn điều khiển được xác định trong khoảng iđk = [1,5:2,5], và chọn iđk = 2,5 Hiệu suất của cơ cấu điều khiển được chọn là η đk = 0,95, nằm trong khoảng iđk = [0,85:0,95] Hệ số ma sát giữa đôi bề mặt ma sát, với vật liệu đồng thau và làm việc trong dầu, được chọn là μ = 0,07, trong khoảng μ = [0,06:0,07] Cuối cùng, góc côn của đôi bề mặt ma sát, với vật liệu đồng thau, được chọn là α = 7ᵒ, trong khoảng α = [6:7] ᵒ.
Rms1-2 1 2.sin đk đk ms đk
Rms3-4 3 4.sin đk đk ms đk
Rms4-5 4 5.sin đk đk ms đk
Rms5-4 5 4.sin đk đk ms đk
Rms4-3 4 3.sin đk đk ms đk
Rms3-2 3 2.sin đk đk ms đk
Chọn bán kính ma sát của bộ đồng tốc 2-3 là Rms = 0,068 (m).
Chọn bán kính ma sát của bộ đồng tốc 4-5 là Rms = 0,049(m).
Khi chọn bán kính hãm cho bộ đồng tốc, giá trị được xác định là Rβ = 1,1Rms Cụ thể, bán kính hãm cho bộ đồng tốc 2-3 được tính là Rβ = 1,1 x 0,068 = 0,075 m, trong khi bán kính hãm cho bộ đồng tốc 4-5 là Rβ = 1,1 x 0,49 = 0,054 m.
3.4.6 Chiều rộng bề mặt ma sát của bộ đồng tốc bms
Áp suất pháp tuyến được hình thành tại bề mặt đôi ma sát Đối với vật liệu của vành côn ma sát bằng đồng thau và được bôi trơn bằng dầu trong các-te của hộp số, giá trị áp suất làm việc cho phép là PN = [1:1,5] (MN/m²) [1].
= 1,5 (MN/m 2 ) hay PN = 1,5.10 6 (N/m 2 ). Ở đây ta tính chung bms cho hai bộ đồng tốc theo Rms nhỏ nhất là Rms = 0,049 (m), thay vào công thức tính ta được: bms
3.4.7 Góc nghiêng của bề mặt hãm
Tính toán kiểm tra các thông số cơ bản của đồng tốc
3.5.1 Mô men ma sát thực tế của đồng tốc
Trong đó: μ : Hệ số ma sát của vành ma sát, μ = 0,07. α : Góc côn của vành ma sát, α = 7 ᵒ [1]
Rms : Bán kính vành côn ma sát, bộ đồng tốc 2-3 thì Rms = 0,068 m còn với bộ đồng tốc 4-5 thì Rms = 0,054(m).
Với bộ đồng tốc 2-3 thì:
Mms 100.2,5.0,95.0,07.0,068 sin sin 7 ms đk o đk đk
Với bộ đồng tốc 4-5 thì :
Mms 100.2,5.0,95.0,07.0,049 sin sin 7 ms đk o đk đk
3.5.2 Thời gian chuyển số thực tế của đồng tốc
Thời gian chuyển số thực tế khi gài đồng tốc tương ứng là: tc 2 2
Dấu (+) ứng với trường hợp gài số từ số thấp lên số cao.
Dấu (-) biểu thị trường hợp chuyển từ số cao xuống số thấp Gia tốc góc của trục thứ cấp (εc) xảy ra do xe giảm tốc khi sang số Gia tốc này được xác định từ quá trình giảm tốc của xe trong quá trình chuyển số: εc = b ck ck.
Gia tốc trọng trường được xác định là g = 9,81 m/s² Hệ số cản tổng cộng của đường được chọn là ψ = 0,02 Tỷ số truyền và hiệu suất truyền lực từ bánh răng gài đến bánh xe chủ động ô tô Rbx được ký hiệu là ick và η ck Khi đồng tốc được bố trí trên trục thứ cấp, tỷ số truyền ick sẽ là io = 4,3, và hiệu suất từ hộp số đến bánh xe chủ động được chọn là η ck.
= 0,9. δ : Hệ số xét đến các khối lượng quay trong hệ thống truyền lực quán tính chuyển động tịnh tiến của ô tô Chọn δ = 1,05 [1]
Rbx : Bán kính bánh xe, Rbx = 0,33 (m). εc 9,81.0,02.4,3
Thay vào công thức tính tc ta tính được: tc1-2 2 2
Ta thấy thời gian sang số thực tế phù hợp với lý thuyết tính toán và nằm trong giới hạn kinh nghiệm cho phép.
3.5.3 Công trượt của đôi bề mặt côn ma sát của đồng tốc
Công trượt do ma sát trượt của đôi bề mặt ma sát đồng tốc Lms (J) xác định theo công thức:
Dấu (+) dùng cho trường hợp chuyển từ số thấp lên số cao.
Dấu (-) dùng cho trường hợp chuyển từ số cao xuống số thấp.
3.5.4 Công trượt riêng của đôi bề mặt côn ma sát của đồng tốc
Công trượt riêng của đồng tốc được xác định thông qua công trượt của đôi bề mặt vành ma sát trên mỗi đơn vị diện tích của vành ma sát, với công thức lr = 2 ms ms / ms.
Thế số ta được: lr1-2 = 0,068
Giá trị công trượt riêng lớn nhất của đồng tốc là 155,834 (kJ/m 2 ) nhỏ hơn giới hạn cho phép ( ≤ 200 kJ/m 2 ) đối với xe tải vừa.