I. Tổng Quan Về Hộp Số Cơ Khí Xe Tải Zil 130
Hộp số cơ khí là một trong những bộ phận quan trọng nhất của hệ thống truyền lực trên ô tô tải. Hộp số xe tải Zil 130 được thiết kế để biến đổi mô men xoắn theo điều kiện cản của mặt đường, đảm bảo xe có khả năng vận hành ổn định với tải trọng 5 tấn. Với mô men xoắn cực đại từ động cơ là 410 N/m và tỷ số truyền hộp số được tính toán kỹ lưỡng, thiết kế hộp số này mang lại hiệu suất truyền lực đạt 0,85 và vận tốc chuyển động tối đa 90 km/h. Xe Zil 130 sử dụng hộp số 3 trục với khả năng chuyển số mượt mà, giảm thiểu tải trọng động và tiếng ồn trong quá trình vận hành. Bài tập lớn này tập trung vào tính toán, thiết kế và kiểm bền các chi tiết cơ bản của hộp số, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cao, giá thành hợp lý và dễ điều khiển.
1.1. Các Thông Số Kỹ Thuật Xe Zil 130
Xe tải Zil 130 là loại xe vận tải có kích thước bao 6500 × 2660 × 2400 mm, với tải trọng 5000 kg. Chiều dài cơ sở 3800 mm, khối lượng bản thân ô tô 4300 kg, khối lượng toàn bộ 9525 kg. Vận tốc chuyển động lớn nhất đạt 90 km/h, mô men xoắn cực đại của động cơ 410 N/m. Tỷ số truyền truyền lực chính i0 = 6,32, hiệu suất hệ thống truyền lực 0,85. Đây là những thông số cơ bản dùng để tính toán và lựa chọn phương án thiết kế hộp số.
1.2. Công Dụng Và Yêu Cầu Thiết Kế
Hộp số cơ khí có ba công dụng chính: thay đổi tốc độ và mô men truyền lực trên bánh xe, ngắt động cơ khỏi hệ thống truyền lực, thay đổi chiều chuyển động tiến hoặc lùi. Yêu cầu thiết kế bao gồm dãy tỉ số truyền hợp lý, hiệu suất truyền lực cao, hoạt động không gây tiếng ồn, chuyển số nhẹ nhàng, và đảm bảo độ bền, độ tin cậy trong làm việc.
II. Tính Toán Thiết Kế Hộp Số
Tính toán thiết kế hộp số là bước quan trọng để xác định các thông số kỹ thuật chính của hộp số. Quá trình này bao gồm tính toán tỷ số truyền hộp số, xác định khoảng cách trục, lựa chọn modun và số răng của các bánh răng. Công thức tính tỷ số truyền dựa trên vận tốc tối đa của xe, tốc độ quay động cơ và đặc tính tải trọng. Khoảng cách trục được tính toán để đảm bảo các bánh răng ăn khớp chính xác, ngăn chặn rung động và tiếng ồn. Lựa chọn modun bánh răng phù hợp ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và tuổi thọ của hộp số. Sau khi tính toán sơ bộ, cần xác định lại chính xác tỷ số truyền và khoảng cách trục để đảm bảo các giá trị gần nhất với yêu cầu thiết kế.
2.1. Tính Tỷ Số Truyền Và Khoảng Cách Trục
Tỷ số truyền hộp số được tính toán dựa trên công thức: i = n₁/n₂, trong đó n₁ là tốc độ quay trục sơ cấp, n₂ là tốc độ quay trục thứ cấp. Khoảng cách trục xác định vị trí tương đối giữa các bánh răng. Công thức: a = (d₁ + d₂)/2, với d₁, d₂ là đường kính của hai bánh răng ăn khớp. Những tính toán này đảm bảo hộp số hoạt động hiệu quả.
2.2. Lựa Chọn Modun Và Số Răng
Modun bánh răng được lựa chọn dựa trên điều kiện bền và khoảng cách trục tính toán. Số răng của các bánh răng phải là số nguyên, được xác định từ tỷ số truyền mong muốn. Các giá trị được lựa chọn từ tiêu chuẩn công nghiệp để đảm bảo tính khả thi sản xuất và độ bền cao.
III. Kiểm Bền Các Chi Tiết Cơ Bản Của Hộp Số
Kiểm bền bánh răng là quá trình xác định xem các chi tiết có chịu được tải trọng trong quá trình vận hành không. Bên cạnh kiểm bền bánh răng, kiểm bền trục hộp số cũng rất quan trọng vì trục phải chịu các lực uốn và xoắn phức tạp. Tính toán sơ bộ trục bao gồm xác định kích thước tiết diện dựa trên công thức tính đơn giản. Sau đó, kiểm bền chi tiết được thực hiện dựa trên lý thuyết bền cố định, bền mỏi, và kiểm tra điều kiện ứng suất. Chế độ tải trọng cho hộp số trên xe tải thường bao gồm tải trọng bình thường, tải trọng cực đại, và các điều kiện làm việc khác nhau. Các ổ lăn trục cũng phải được kiểm tra để đảm bảo độ bền trong quá trình vận hành dài hạn.
3.1. Kiểm Bền Bánh Răng Và Trục
Bền bánh răng kiểm tra xung quanh chân răng và bề mặt răng chịu được ứng suất tiếp xúc. Công thức Hertz được sử dụng để tính ứng suất tiếp xúc. Kiểm bền trục bao gồm tính toán ứng suất uốn, ứng suất xoắn, và ứng suất tổng hợp. Các trục phải đáp ứng điều kiện an toàn với hệ số bền yêu cầu.
3.2. Tải Trọng Tác Dụng Lên Ổ Lăn
Tải trọng ổ lăn bao gồm tải trọng từ bánh răng tác dụng lên các trục, được phân bổ trên hai ổ lăn của mỗi trục. Đối với trục trung gian và trục sơ cấp, tải trọng được tính toán dựa trên mô men xoắn và lực ăn khớp. Các ổ lăn được chọn dựa trên tải trọng động tương đương.
IV. Phương Án Thiết Kế Và Cơ Cấu Hộp Số
Hộp số 3 trục được lựa chọn cho xe tải Zil 130 vì nó mang lại sự cân bằng tốt giữa hiệu suất, độ bền và chi phí sản xuất. Cấu trúc hộp số này bao gồm ba trục chính: trục sơ cấp (nhận lực từ động cơ), trục trung gian (truyền lực qua các bánh răng), và trục thứ cấp (truyền lực đến cầu chủ động). Các cơ cấu hộp số như cơ cấu đồng tốc, cơ cấu chuyển số, cơ cấu tránh ăn khớp kép, và cơ cấu khóa chuyển số được thiết kế để đảm bảo hoạt động mượt mà và an toàn. Cơ cấu đồng tốc giúp cân bằng tốc độ giữa các chi tiết trước khi gài số, giảm thiểu sốc tải. Hộp phân phối và hộp số phụ có thể được sử dụng để mở rộng dãy tỷ số truyền, tăng khả năng vượt địa hình. Thiết kế này đảm bảo xe có khả năng vận hành ổn định trên các loại đường khác nhau.
4.1. Cơ Cấu Đồng Tốc Và Chuyển Số
Cơ cấu đồng tốc là một trong những cơ cấu quan trọng nhất, giúp cân bằng tốc độ quay của các bánh răng trước khi gài số. Có nhiều loại đồng tốc như kiểu 2, 3 mặt côn hoặc kiểu không có khóa. Cơ cấu chuyển số cho phép chọn các tỷ số truyền khác nhau bằng cách ăn khớp các bánh răng khác nhau. Cơ cấu này được điều khiển bằng ống trượt gài số.
4.2. Cơ Cấu Khóa Và Hộp Phân Phối
Cơ cấu khóa chuyển số và cơ cấu tránh gài nhầm số lùi đảm bảo chỉ một số được gài tại một thời điểm. Cơ cấu khóa số lùi bảo vệ hộp số khỏi các tác động không mong muốn. Hộp phân phối và hộp số phụ được sử dụng để tăng số lượng tỷ số truyền, cải thiện khả năng vược địa hình của xe.
