Bài giảng Kết cấu tính toán ô tô-Hộp số ô tô

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: Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 2 + 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. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 3 −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 L3 L2 L1 Za Za L2Za' L3 L1 Za II IIII II 12345 L Hình H3-1 :Hộp số ba trụckiểu đồng tâm với hai trục trung gian II đối xứng. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 4 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). Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 5 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 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. 1 2 3 6 5 4 II I 34 12 L Hình H3-2b: Sơ đồ hộp số hai trục. Chú thích: I: Trục sơ cấp của hộp số. II:Trục thứ cấp của 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. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 6 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 công tác lớn và vừa (Vct ≥ 2000cm3). Với ô-tô du lịch có thể tích công tác nhỏ (Vct <2000 cm 3) 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). Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 7 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. Chú thích: 5: Vị trí gàicấp số tiến số 5. Các thông số khác đã đ−ợc chú thích ở trên. II I III L1234 a) Sơ đồ hộp số du lịc 3 trục I II 21 43L b) Sơ đồ hộp số du lịch hai trục Hình H3-3: Sơ đồ hộp số 4 cấp xe du lịch. II IIII 5L 1234 Hình H3-4: Sơ đồ hộp số 5 cấp xe du lịch. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 8 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. 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). II I III L12345 a) Sơ đồ hộp số ZIL-130 III II I 1L2345 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. III II I 23 L145 c) Sơ đồ hộp số IFA – W50L III II I 1L 2345 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. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 9 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. III II I L 123465 b) Sơ đồ hộp số Spicer- 5000 III II I L 12 3465 a) Sơ đồ hộp số ZF- AK6 –80 Hình H3-6: Sơ đồ hộp số 6 cấp trên xe tải, tất cả đều có đồng tốc. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 10 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 I I I I I Ip II I L 2 p 1 p2 14 3 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) Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 11 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. 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: ip1 = 1 1 21 += Z Z Cω ω 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). IIIpIII II I 1p 2p1 L3 25 4 Hình H3-7b : Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ kiểu hành tinh Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 12 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. III 95 6 7 84 32 10111213 II 14 I Hình H3-7c :Kết cấu hộp số 10 cấp với hộp số phụ kiểu hành tinh. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 13 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. 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 Z a p Z a c I p I I I I I I L 13 25 42 p 1 p Hình H3-7d : Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ bố trí tr−ớc. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 14 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 Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 15 (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. Hình H3-7g : Sơ đồ điều khiển hộp số phụ của hộp số nhiều cấp. I 3p4p II Ip 45 23 L1 2p1p III IIIp Hình H3-7f :Hộp số nhiều cấp với hộp số chia (tr−ớc) và hộp hành tinh (sau). Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 16 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 : 1−= n hn hI i iq ⇒ 1 log )log(log +−= q iin hnhI (3-1) 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; Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 17 (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: ⎪⎪ ⎪⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎨ ⎧ ≤ ≤ ≥ oa bxe hI toe bx hI toe bxa hI i r i iM rG i iM rG i min min max max max . . υ ω η ϕ η ψ ϕ (3-1') 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. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 18 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]: max max ahn bxe o i r i υ ω= (3-1") 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 : ⎪⎪ ⎪⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎨ ⎧ −+= += += ).)1(1( ... ; ).21( ; ).1( hI hI hk hI hI hIII hI hI hII iak ii ia ii ia ii (3-3) Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 19 Trong đó : a : Hằng số điều hoà của dãy tỷ số truyền hộp số, xác định bằng : ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −=− hIhn ii an 11).1( (3-3') 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 : ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ −ữ= − −= )1(2 ).1( 1 nk in ia hI hI (3-3") - Nếu số truyền cao nhất là số truyền tăng (ihn < 1) thì ta có: ⎪⎪ ⎪⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎨ ⎧ += −ữ= − −= =− )1( 1 )2(2 ).2( 1 1)1( a i nk in ia i hn hI hI nh (3-3"') + 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 : ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ = == = − )1( 2 / ... ;// ;/ k hIhk hIhIIhIII hIhII qii qiqii qii (3-4) Trong đó : q : Công bội của dãy tỷ số truyền hộp số, xác định theo (3-1); Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 20 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 < 1) thì ih(n-1)=1, k=2ữ(n-2). 3.1.3 Phân chia tỷ số truyền chung cho hộp số chính và hộp số phụ : Đối với hộp số nhiều cấp (n>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). Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 21 • 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 : (n-1).logqh = ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ hn hI i i log = logDh ; ở đây đặt Dh = hn hI i i (3-7) Cũng t−ơng tự đối với hộp số chính, hộp số phụ ta cũng có : (nc-1).logqc = ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ cn c i i 1log =logDc ; ở đây đặt Dc = cn c i i 1 (3-7’) (np-1).logqp = ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ pn p i i 1log =logDp ; ở đây đặt Dp = pn p i i 1 (3-7’’) H3-8a) Không có số truyền tăng H3-8b) Có số truyền tăng ở hộp số phụ H3-9a) Không có số truyền tăng H3-9b) Có số truyền tăng ở hộp số chính I II III IXXB B A A IX X IIIIII logqh logqc 0 5 4 3 2 1 logDc logDp logDh logqp logqh logqc 0 5 4 3 2 1 logDc logDp logDh...h 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 Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 41 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 Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 42 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 max1 ed Mkd = (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]: 18,016,0 ; 45,0 2 2 2 ữ≈≈ l dAd (3-25') + Đối với trục thứ cấp : Đ−ờng kính và chiều dài trục, tính bằng [mm]: 21,018,0 ; 45,0 3 3 3 ữ≈≈ l d Ad (3-25") 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 : Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 43 - Lực vòng : z z r M P max= (3-26) - Lực h−ớng kính : β α cos max z z r tgM R = (3-26') - Lực chiều trục : z z r tgM Q αmax= (3-26") 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 : - Lực vòng : tb z r M P max= (3-27) - Lực h−ớng kính : β δβδα cos )sinsincos(max tb z r tgM R m= (3-27') - Lực chiều trục : β δβδα cos )cossinsin(max tb z r tgM Q ±= (3-27") 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. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 44 + 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 : - ứng suất uốn : 31,0 d M u u =σ (3-28) - ứng suất uốn : 32,0 d M x x =τ (3-28') - ứng suất tổng hợp (uốn và xoắn đồng thời) : 2 3 2 3 2,0 4 1,0 ⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛+⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛= d M d M xu thσ (3-28") 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 : ứng suất dập σd [N/m2] then hoa đ−ợc xác định theo công thức : ttbt t d hbzdk M max2=σ (3-29) 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]; Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 45 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 : - Với mối ghép then cố định : σd = 50 ữ100 [MN/m2]; - Với mối ghép then di tr−ợt : σd = 30 [MN/m2]; • 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 : 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. C P x a b l A B y M C b x a l A B y Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 46 • Độ võng và góc xoay do lực P sinh ra (theo hình H3-15) Vị trị tính Độ võng y Góc xoay θ Từ A đến C [ ]22 )()(2 6 xlbxll EJl Pbx −−−− ( )222 3 6 xbl EJl Pb −− Từ C đến B [ ]22 )(2 6 )( xlblb EJl xlPa −−−− [ ]lbbxl EJl Pa 2)(3 6 22 −+− Tại điểm C yc = EJl bPa 3 22 θc = EJl abPab 3 )( − • Độ võng và góc xoay do mô-men M sinh ra (theo hình H3-15) Vị trị tính Độ võng y Góc xoay θ Từ A đến C ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −−− xl l aa l x EJ M )236( 6 23 ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −−− )236(3 6 22 l l aa l x EJ M Từ C đến B ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −++− 2 2 2 3 3)32(3 6 ax l alx l x EJ M ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ++− l alx l x EJ M 22 3263 6 Tại điểm C yc = ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+ al l a EJ Ma 32 3 2 θc = ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+ al l a EJ M 3 2 + Tr−ờng hợp tải trọng tác dụng ngoài hai gối đỡ, theo sơ đồ hình H3-16 : 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. x a b l C A B P y M x a bl C A B y Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 47 • Độ võng và góc xoay do lực P sinh ra (theo hình H3-16) Vị trị tính Độ võng y Góc xoay θ Từ A đến C [ ]22 )()(2 6 xlbxll EJl Pbx −−−− ( )222 3 6 xbl EJl Pb −− Từ C đến B [ ]22 )(2 6 )( xlblb EJl xlPa −−−− [ ]lbbxl EJl Pa 2)(3 6 22 −+− Tại điểm C yc = EJl bPa 3 22 θc = EJl abPab 3 )( − • Độ võng và góc xoay do mô-men M sinh ra (theo hình H3-16) Vị trị tính Độ võng y Góc xoay θ Từ A đến C ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −−− xl l aa l x EJ M )236( 6 23 ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −−− )236(3 6 22 l l aa l x EJ M Từ C đến B ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −++− 2 2 2 3 3)32(3 6 ax l alx l x EJ M ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ++− l alx l x EJ M 22 3263 6 Tại điểm C yc = ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+ al l a EJ Ma 32 3 2 θc = ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+ al l a EJ M 3 2 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 64 )( 44 dDJ −= π (3-30) 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. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 48 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): 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. J2 M l1 RA P1 J1 P2 P3 RB J3 l2 l3 l4 l5 l6 c d ∆Q1 ∆M2∆M1 l1 k1RA k1P1 k2P2 k3M3 k3P3 k3RB l2 l3 l4 l5 l6 J0 ∆Q2 Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 49 ) 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 : .v.v.. ; ; 3 0 3 2 0 2 1 0 1 J J k J J k J J k === (3-31) ) 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 : ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ −=∆ −=∆ −=∆ −=∆ )( )( )( )( 2322 2322 1211 1211 kkMM kkQQ kkMM kkQQ u u (3-31') 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. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 50 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 công thức : 045,13299,178149,0 max 2 max +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛+⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛−= ee tt M G M GK ; trong đó G là trọng l−ợng toàn bộ của ôtô tính bằng [N]. Hệ số khả năng làm việc C của ổ lăn đ−ợc xác định theo công thức : 3,0321 )( hnKKKQC tttd= (3-33) Trong đó : Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 51 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 kéo, nhiệt độ làm việc th−ờng d−ới 398oK, cho nên K3 = 1; 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]. 25 35 45 55 65 75 85 95 50 90 130 170 210 250 290 330 Tỷ số G/Memax (N/Nm) Ph ần tr ăm c ủa M em ax (% ) Hình H3-19 : Đồ thị xác định hệ số sử dụng mô-men quay động cơ. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 52 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 : 33,3 1 ∑ = = n i iiitd QQ γδ (3-33') 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 : )( 21 SSAmRQi m±+= (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. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 53 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 Xích Hộp số ba cấp Hộp số bốn cấp Hộp số năm cấp 25 20 15 65 40 30 10 30 30 10 15 10 Máy kéo Bánh bơm Hộp số ba cấp Hộp số bốn cấp 15 10 70 30 15 45 15 α α d D Hình H3-20 : Kết cấu ổ bi chặn và ổ thanh lăn hình côn. R R Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 54 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). Khi αo = 120 thì e ≈ 0,35 ữ 0,55; với αo ≈ 18 ữ200 thì e ≈ 0,57; với αo = 24ữ260 thì e ≈ 0,68; khi αo = 360 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. kdldlldC )106( ; )0,15,0( ; 2453 7,0* ữ=ữ== (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 = ld30 . 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 bd Qq ≤= (3-34) 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]. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 55 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. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 56 Nếu hộp số phụ có nhiều hơn hai cấp, phải dùng van kiểu xoay (xem hình H4-4b). 7 6 5 43 1 2 I II III IV Hình H4-4b: Điều khiển hộp số phụ với van phân phối kiểu xoay . Hình H4-4 : Điều khiển hộp số phụ bán tự động (van phân phối kiểu tr−ợt) Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 57 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. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 58 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. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 59 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. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 60 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. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 61 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). 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).