Đồ án Thiết kế Hộp số ô tô du lịch - SVTH Ung Khả Ý (ĐH Bách Khoa Đà Nẵng)

Tải miễn phí đồ án hộp số ô tô du lịch đầy đủ. Tài liệu phân tích chi tiết công dụng, phân loại, tính toán và thiết kế kết cấu hộp số ô tô.

• Tác giả: Ung Khả Ý
• Người hướng dẫn: Phan Minh Đức
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Thiết Kế Ô Tô
• Đề tài: Đồ án thiết kế hộp số xe du lịch
• Loại tài liệu: Đồ án
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Hộp Số Ô Tô Du Lịch

Hộp số ô tô du lịch là một bộ phận thiết yếu trong hệ thống truyền lực của xe. Nó đóng vai trò thay đổi mômen và số vòng quay từ động cơ truyền đến bánh xe chủ động, đảm bảo xe hoạt động hiệu quả trong các điều kiện làm việc khác nhau. Công dụng của hộp số bao gồm thay đổi tỷ số truyền theo tốc độ xe, thay đổi chiều quay để xe có thể lùi, và ngắt truyền động khi cần thiết. Hộp số phải đáp ứng các yêu cầu về sức bền, kết cấu gọn nhẹ, đủ tỷ số truyền, không sinh ra lực va đập khi gài số, và có vị trí trung bình hợp lý. Những yêu cầu này giúp hộp số ô tô hoạt động an toàn, bền bỉ và tiết kiệm nhiên liệu.

1.1. Công Dụng Của Hộp Số Ô Tô

Hộp số ô tô có nhiều công dụng quan trọng. Nó thay đổi mômen và số vòng quay động cơ phù hợp với các tốc độ khác nhau. Hộp số cho phép xe thay đổi chiều quay để chạy lùi, ngắt truyền động lâu dài giữa động cơ và bánh xe khi để xe đứng yên, khởi động, hoặc chạy theo quán tính. Những chức năng này làm cho hộp số trở thành bộ phận không thể thiếu trong ô tô hiện đại.

1.2. Yêu Cầu Thiết Kế Hộp Số

Yêu cầu thiết kế hộp số ô tô rất khắt khe. Hộp số phải có đủ tỷ số truyền để đảm bảo tính chất động lực và tiết kiệm nhiên liệu. Khi gài số, không được sinh ra lực va đập lên răng và hệ thống truyền lực, vì vậy cần có bộ đồng tốc hoặc ống gài số. Hộp số cần có kết cấu gọn nhẹ, vị trí hợp lý, và độ bền cao để đáp ứng yêu cầu hoạt động lâu dài.

II. Phân Loại và Cấu Tạo Hộp Số

Phân loại hộp số ô tô được thực hiện dựa trên cấu trúc và chức năng. Có hai loại chính là hộp số hai trục (gồm trục sơ cấp và trục thứ cấp) và hộp số ba trục hay hộp số đồng tâm (gồm trục sơ cấp, trục trung gian, và trục thứ cấp). Hộp số nhiều cấp được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất và tính kinh tế. Ngoài ra, có hộp số phụ đặt phía trước hoặc phía sau hộp số chính để tăng cường khả năng truyền lực. Mỗi loại hộp số có cơ cấu điều khiển riêng, bộ đồng tốc để đồng tốc các bánh răng, và cơ cấu định vị-khóa hãm để giữ số đã chọn.

2.1. Các Loại Hộp Số Thường Dùng

Hộp số hai trục là cấu trúc cơ bản với trục sơ cấp và trục thứ cấp. Hộp số ba trục (đồng tâm) phức tạp hơn, có trục trung gian ở giữa, cho phép nhiều tỷ số truyền. Hộp số nhiều cấp được sử dụng rộng rãi để cải thiện hiệu suất nhiên liệu. Hộp số phụ đặt trước hoặc sau hộp số chính để tăng tỷ số truyền cho các điều kiện đặc biệt.

2.2. Cơ Cấu Điều Khiển Gài Số

Cơ cấu điều khiển hộp số bao gồm cơ cấu định vị đảm bảo vị trí số chính xác, cơ cấu an toàn tránh gài số lùi ngẫu nhiên, ống gài số để chuyển số, và bộ đồng tốc để cân bằng tốc độ. Bộ đồng tốc loại I (chốt hãm) và loại II (răng hãm) là hai kiểu chính được sử dụng trong thiết kế hiện đại.

III. Tính Toán Xác Định Các Thông Số Ban Đầu

Tính toán hộp số ô tô bắt đầu từ việc chọn kiểu hộp số phù hợp dựa trên sơ đồ động học. Cần tính tỷ số truyền của số thấp nhất để đảm bảo khả năng leo dốc và khởi động. Số cấp của hộp số được xác định dựa trên đặc tính động cơ và yêu cầu hoạt động. Sau đó, tính kích thước cơ bản của trục (trục sơ cấp và thứ cấp) và các cặp bánh răng. Số răng của từng bánh được tính toán để đạt tỷ số truyền mong muốn. Đường kính vòng chia và mômen quán tính bánh răng được xác định để kiểm tra độ bền và hiệu suất truyền.

3.1. Chọn Kiểu Hộp Số và Xác Định Tỷ Số Truyền

Chọn kiểu hộp số dựa trên sơ đồ động học phù hợp với ô tô du lịch. Tỷ số truyền số thấp nhất được tính để đảm bảo xe có khả năng leo dốc đủ. Số cấp hộp số thường là 4-6 cấp cho ô tô du lịch hiện đại, được xác định dựa trên đặc tính động cơ, khối lượng xe, và yêu cầu hiệu suất.

3.2. Tính Toán Kích Thước Trục và Bánh Răng

Kích thước trục sơ cấp được tính dựa trên mômen động cơ tối đa. Kích thước trục thứ cấp phụ thuộc vào tỷ số truyền và tải trọng. Số răng bánh răng được tính toán để đạt các tỷ số truyền yêu cầu. Đường kính vòng chia và mômen quán tính được xác định để kiểm tra độ bền theo tiêu chuẩn kỹ thuật.

IV. Thiết Kế Bộ Đồng Tốc và Kết Cấu Chi Tiết

Bộ đồng tốc hộp số là cơ cấu quan trọng giảm tốc độ giữa các bánh răng trước khi khóa chúng vào một tỷ số truyền mới. Nhiệm vụ của bộ đồng tốc là đồng bộ hóa tốc độ quay giữa các bánh để gài số không có va đập. Cần tính mô men quán tính tổng cộng của các bộ phận quay, mô men ma sát yêu cầu, bán kính ma sát, và chiều rộng bề mặt vành. Góc nghiêng bề mặt hãm được chọn để đạt thời gian chuyển số tối ưu. Mô tả chi tiết kết cấu bao gồm trục hộp số, bánh răng, cơ cấu điều khiển, cơ cấu tránh gài ngẫu nhiên, cơ cấu định vị-khóa hãm, và bộ đồng tốc thiết kế cuối cùng.

4.1. Tính Toán Bộ Đồng Tốc Điều Khiển

Bộ đồng tốc được chọn loại phù hợp (loại I hoặc II) dựa trên yêu cầu động lực. Mô men quán tính được tính cho trục ly hợp, bánh răng sơ cấp, và bánh răng thứ cấp. Mô men ma sát yêu cầu xác định khả năng đồng tốc. Bán kính ma sát và chiều rộng bề mặt tính toán từ góc nghiêng β để đạt đặc tính động lực mong muốn.

4.2. Mô Tả Chi Tiết Kết Cấu Hộp Số

Kết cấu hộp số thiết kế gồm trục hộp số chịu tải từ các bánh răng, bánh răng và trục được sắp xếp hợp lý. Cơ cấu điều khiển bao gồm ống gài số, cơ cấu tránh gài lùi ngẫu nhiên. Cơ cấu định vị-khóa hãm đảm bảo giữ số, bộ đồng tốc hoạt động để cân bằng tốc độ trước khi gài số.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1.TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ Ô TÔ 1. Công dụng và yêu cầu của hộp số ô tô 1. Công dụng Hộp số là bộ phận dùng để thay đổi mômen và số vòng quay của động cơ truyền đến các bánh xe chủ động đủ để thắng sức cản chuyển động của ôtô thay đổi khá nhiều trong quá trình làm việc. Ngoài ra, hộp số còn dùng để: - Thay đổi chiều quay của trục bị động so với trục chủ động để xe có thể chạy lùi.

- Ngắt truyền động lâu dài giữa động cơ và các bánh xe chủ động khi cần thiết như: khi cho xe đứng yên trong thời gian dài mà không cần phải tắt máy, khi khởi động, cho xe chạy xuống dốc, chạy theo quán tính,… 1. Yêu cầu Để đảm bảo các công dụng trên, ngoài các yêu cầu chung về sức bền và kết cấu gọn nhẹ thì hộp số phải thõa mãn các yêu cầu đặc trưng sau: - Hộp số phải có đủ tỷ số truyền cần thiết nhằm đảm bảo tốt tính chất động lực và tính kinh tế nhiên liệu khi làm việc. - Khi gài số không sinh ra các lực va đập 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 để gài số.

- Hộp số phải có vị trí trung gian để 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 đảm bảo an toàn cho hộp số không bị gãy vỡ răng. - Phải có số lùi để cho phép xe chuyển động lùi. Đồng thời phải có cơ cấu an toàn chống gài số lùi một cách ngẫu nhiên.

- Điều khiển nhẹ nhàng, làm việc êm dịu, tin cậy và hiệu suất cao. SVTH: Ung Khả Ý _ Lớp:18C4A_GVHD: TS. Phan Minh Đức -2- Đồ án thiết kế hộp số xe du lịch 1. Phân loại hộp số ô tô Với các yêu cầu nêu trên, tùy theo tính chất truyền mômen cũng như sơ đồ động học, hiện nay hộp số cơ khí ôtô có thể phân loại như sau: - Dựa vào tính chất truyền mômen, có thể phân hộp số ôtô ra làm hai kiểu: + Kiểu hộp số vô cấp là kiểu hộp số 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 này dùng trên ôtô chủ yếu là kiểu truyền động bằng thủy lực. + Kiểu hộp số có cấp là kiểu hộp số gồm một số cấp hữu hạn (thường từ 3 đến 20 cấp). Ứng với mỗi cấp có giá trị mômen và do đó tốc độ truyền qua hộp số không đổi. - Dựa trên số trục chứa các cặp bánh răng truyền số, có thể chia hộp số ôtô ra làm hai loại sau: + Hộp số hai trục: Là loại hộp số có trục sơ cấp gắn với bánh răng chủ động của số truyền, trục thứ cấp chứa bánh răng bị động.

+ Hộp số ba trục: Là hộp số có trục 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 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 ra làm hai loại: + Hộp số thường có số cấp nhỏ hơn hoặc bằng 6. + Hộp số nhiều cấp có số cấp lớn hơn 6 (thường từ 8 đến 20 cấp).

Một số loại hộp số thường dùng 1. Hộp số hai trục Gồm một trục sơ cấp gắn với bánh răng chủ động và trục thứ cấp gắn với bánh răng bị động của các cấp số truyền tương ứng. Loại hộp số hai trục không thể tạo được số cấp truyền thẳng như hộp số ba trục nên hiệu suất tất cả các cấp số truyền của hộp số luôn nhỏ hơn một. SVTH: Ung Khả Ý _ Lớp:18C4A_GVHD: TS.

Phan Minh Đức -3- Đồ án thiết kế hộp số xe du lịch Với hộp số hai trục thì đầu ra có thể đi theo hai chiều nên nó phù hợp với hệ thống truyền lực có cầu chủ động bố trí cùng phía với động cơ như trên một số xe ô tô du lịch. Điều này thuận lợi cho việc thiết kế truyền lực chính của cầu chủ động với kiểu bánh răng trụ và nếu thiết kế kiểu này thì không cần sử dụng truyền động cắc- đăng để nối truyền động từ hộp số đến cầu chủ động như các sơ đồ bố trí cổ điển trên ô tô sử dụng hộp số ba trục đồng tâm. Hộp số hai trục cũng được sử dụng phổ biến của hệ thống truyền lực máy kéo và các loại máy chuyên dụng khác.1- Sơ đồ hộp số hai trục I- Trục sơ cấp; II- Trục thứ cấp; 1, 2, 3, 4, 5, L- Vị trí gài cấp số 1, số 2, số 3, số 4, số 5, số lùi của hộp số. - Ưu điểm: + Hiệu suất cao vì mỗi số chỉ qua 1 cặp bánh răng ăn khớp.

+ Kết cấu đơn giản. + Dễ bố trí và đơn giản được kết cấu, hệ thống truyền lực khi xe đặt động cơ gần cầu chủ động. SVTH: Ung Khả Ý _ Lớp:18C4A_GVHD: TS. Phan Minh Đức -4- Đồ án thiết kế hộp số xe du lịch - Nhược Điểm: + Kích thước chiều ngang lớn hơn hộp số ba trục đồng tâm khi có cùng tỷ số truyền (ở hộp số đồng tâm, mỗi tỷ số truyền thì ít nhất qua hai cặp bánh răng nên kích thước gọn hơn nhưng hiệu suất thấp hơn trừ số truyền thẳng).

+ Kích thước hộp số lớn sẽ kéo theo trọng lượng lớn, nhất là khi xe có tỷ số truyền lớn. + Không có số truyền thẳng, vì thế các bánh răng, ổ trục không được giảm tải ở số truyền cao - làm tăng mài mòn và tiếng ồn. + Giá trị tỉ số truyền tay số thấp nhất bị hạn chế. Hộp số ba trục (hộp số đồng tâm) Kết cấu hộp số ba trục thường có ít nhất 3 trục truyền động, có trục sơ cấp và trục thứ cấp lắp đồng trục, ngoài ra còn có thêm trục trung gian.

Trục trung gian có thể có một, hai hoặc ba trục bố trí xung quanh trục sơ cấp và thứ cấp nhằm tăng độ cứng vững cho trục thứ cấp, duy trì sự ăn khớp tốt nhất cho các cặp bánh răng lắp trên trục. - Ưu điểm: + Có số truyền thẳng, bằng cách nối trực tiếp trục sơ cấp và trục thứ cấp. Khi làm việc ở số truyền thẳng, các bánh răng, ổ trục và trục trung gian hầu như được giảm tải hoàn hoàn toàn nên giảm được mài mòn, tiếng ồn và mất mát công suất nên đạt được hiệu suất cao nhất. 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 50% ÷ 80%).

Vì vậy hộp số kiểu này được sử dụng nhiều trên các loại xe ôtô (từ xe du lịch cho đến xe khách và xe tải). + Ở các số truyền khác, mômen truyền qua hai cặp bánh răng, do đó có thể tạo được tỷ số truyền lớn với kích thước khá nhỏ gọn. Nhờ đó giảm được trọng lượng toàn bộ của ôtô. - Nhược điểm: SVTH: Ung Khả Ý _ Lớp:18C4A_GVHD: TS.

Phan Minh Đức -5- Đồ án thiết kế hộp số xe du lịch Trục thứ cấp phải bố trí gối lên trục sơ cấp thông qua ổ bi đặt bên trong phần rỗng của đầu trục ra trục sơ cấp, nên ổ bi này có thể không được 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 tải. Tuy vậy, cách bố trí này hộp số có khả năng truyền thẳng nên ổ bi này làm việc cũng không nhiều nên ít ảnh hưởng đến tuổi thọ của ổ bi.2- Sơ đồ hộp số ba trục I- Trục sơ cấp; II- Trục trung gian; III- Trục thứ cấp. Hộp số nhiều cấp Hộp số nhiều cấp được tạo thành bằng cách ghép thêm vào phía trước hay phía sau hộp số cơ sở (hộp số chính loại 3 trục) một hộp giảm tốc gọi là hộp số phụ.

Hộp số phụ thường có một số truyền thẳng và một số truyền giảm hoặc tăng. Hộp số phụ đặt phía trước hộp số chính Nó chỉ có một cặp bánh răng để tạo số thấp, còn số cao là số truyền thẳng nối trực tiếp trục vào của hộp số phụ với trục sơ cấp của hộp số chính. Tỷ số truyền số thấp của hộp số phụ này không lớn, có tác dụng chủ yếu là chia nhỏ dãy tỷ số truyền của hộp số chính nên còn gọi là hộp số chia. SVTH: Ung Khả Ý _ Lớp:18C4A_GVHD: TS.

Phan Minh Đức -6- Đồ án thiết kế hộp số xe du lịch Hình 1.3- Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ kiểu hành tinh bố trí phía trước 1p, 2p- Vị trí gài cấp số 1, số 2 của hộp số phụ; 1, 2, 3, 4, 5, L- Vị trí gài cấp số 1, số 2, số 3, số 4, số 5, số lùi của hộp số; 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; Ip- Trục sơ cấp hộp số phụ; I- Trục sơ cấp hộp số chính (thứ cấp hộp số phụ); II- Trục trung gian; III- Trục thứ cấp hộp số chính. - Ưu điểm: + Kết cấu đơn giản, đảm bảo tính thống nhất hoá cao cho hộp số chính. + Hiệu suất tương tự như hộp số chính khi gài số thấp ở hộp số phụ. - Nhược điểm: + 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 hộp số chính SVTH: Ung Khả Ý _ Lớp:18C4A_GVHD: TS. Phan Minh Đức -7- Đồ án thiết kế hộp số xe du lịch Thường là loại có trục cố định với hai cặp bánh răng hành tinh. Có một số truyền thẳng và một số truyền giảm với tỷ số truyền khá lớn (khoảng số truyền lớn hơn của hộp số chính) nên gọi là hộp giảm tốc.4- Sơ đồ hộp số nhiều cấp với hộp số phụ kiểu hành tinh bố trí phía sau I- Trục sơ cấp hộp số chính; II- Trục trung gian; III- Trục thứ cấp hộp số chính (trục sơ cấp của hộp số phụ); IIIp- Trục thứ cấp của hộp số phụ. - Ưu điểm: + Giảm khoảng cách trục và tải trọng tác dụng lên các chi tiết củ - 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 SVTH: Ung Khả Ý _ Lớp:18C4A_GVHD: TS.