Luận văn thạc sĩ: Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con - Ngô Văn Dũng

Luận văn thạc sĩ ngành cơ khí giao thông về thiết kế hộp số vô cấp CVT. Cung cấp quy trình tính toán, lựa chọn phương án và bản vẽ kỹ thuật chi tiết.

• Tác giả: Ngô Văn Dũng
• Người hướng dẫn: Ts. Lê Văn Tụy
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa - Đại Học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Cơ Khí Giao Thông
• Đề tài: Thiết Kế Hộp Số Vô Cấp Cho Ô Tô Con
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Tổng Quan Luận Văn Thiết Kế Hộp Số Vô Cấp CVT Cho Ô Tô

Luận văn đi sâu vào việc phân tích và tính toán thiết kế hộp số vô cấp, một dạng hộp số tự động vô cấp (Continuously Variable Transmission - CVT) ngày càng phổ biến trên ô tô con. Mục tiêu chính là nắm vững nguyên lý hoạt động CVT và áp dụng lý thuyết để thiết kế một hệ thống truyền lực hoàn chỉnh. Nội dung tổng quan giới thiệu về cấu tạo cơ bản của CVT, bao gồm các thành phần cốt lõi như puli chủ động, puli bị động, và dây đai thép (steel belt). So sánh chi tiết giữa CVT và AT (hộp số tự động có cấp) được thực hiện để làm nổi bật các ưu nhược điểm hộp số CVT, chẳng hạn như khả năng thay đổi tỷ số truyền mượt mà, tối ưu hóa vòng tua động cơ, và cải thiện hiệu suất truyền động. Luận văn nhấn mạnh rằng CVT không sử dụng các cặp bánh răng cố định, thay vào đó là hệ thống puli và dây đai cho phép thay đổi tỷ số truyền một cách liên tục, mang lại trải nghiệm lái êm ái và tiết kiệm nhiên liệu. Đây là nền tảng quan trọng để hiểu rõ các thách thức và giải pháp trong các chương sau.

1.1. Khám phá nguyên lý hoạt động và cấu tạo hộp số CVT

Hộp số biến thiên liên tục (CVT) hoạt động dựa trên nguyên tắc thay đổi đường kính làm việc của hai cụm puli để tạo ra vô số tỷ số truyền. Cấu tạo hộp số CVT bao gồm các bộ phận chính: bộ biến mô (torque converter), bộ truyền hành tinh để đảo chiều, cặp puli chủ động (primary pulley) và puli bị động (secondary pulley), cùng với một dây đai thép (steel belt) hoặc dây đai truyền V. Mỗi puli được tạo thành từ hai má hình nón có thể di chuyển ra vào. Khi khoảng cách giữa hai má puli chủ động thay đổi, dây đai sẽ di chuyển lên hoặc xuống, làm thay đổi đường kính làm việc. Đồng thời, puli bị động cũng thay đổi ngược lại để duy trì sức căng của dây đai. Quá trình này được điều khiển bởi hệ thống điều khiển thủy lực và ECU hộp số, giúp thay đổi tỷ số truyền một cách trơn tru, không có sự gián đoạn như hộp số có cấp. Điều này cho phép động cơ luôn hoạt động ở dải vòng tua tối ưu, nâng cao hiệu quả nhiên liệu và giảm phát thải.

1.2. So sánh ưu nhược điểm hộp số CVT và hộp số tự động AT

Việc so sánh CVT và AT là cần thiết để hiểu rõ vị trí của công nghệ này. Ưu điểm lớn nhất của CVT là mang lại trải nghiệm vận hành êm ái, loại bỏ hoàn toàn cảm giác "giật" khi chuyển số. Nhờ dải tỷ số truyền biến thiên liên tục, CVT giúp động cơ hoạt động ổn định tại vòng tua hiệu quả nhất, từ đó cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu. Tuy nhiên, ưu nhược điểm hộp số CVT cũng rõ ràng. Do truyền động bằng dây đai, CVT thường bị giới hạn về mô-men xoắn có thể chịu đựng, nên ít phù hợp với các động cơ công suất lớn. Cảm giác lái có thể không "bốc" và phấn khích như hộp số AT hay DCT do không có các cấp số rõ rệt. Chi phí bảo dưỡng hộp số CVT và sửa chữa cũng có thể cao hơn do cấu tạo phức tạp và yêu cầu vật liệu chế tạo đai CVT có độ chính xác cao. Ngược lại, hộp số AT truyền thống cho cảm giác chuyển số rõ ràng và chịu được mô-men xoắn lớn hơn, nhưng hiệu suất nhiên liệu thường kém hơn và quá trình chuyển số không mượt bằng.

II. Thách Thức Khi Tính Toán Thiết Kế Hộp Số Vô Cấp Cho Xe

Quá trình tính toán thiết kế hộp số CVT đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật phức tạp. Thách thức lớn nhất là xác định chính xác dải tỷ số truyền tối ưu, từ tỷ số truyền thấp nhất (để khởi hành và leo dốc) đến tỷ số truyền cao nhất (để đạt tốc độ tối đa và tiết kiệm nhiên liệu). Luận văn của Ngô Văn Dũng đã đề cập đến việc tính toán các thông số này dựa trên khối lượng xe (1550 kg), mô-men xoắn cực đại của động cơ (140 Nm), và các lực cản động học. Một vấn đề quan trọng khác là độ bền của các chi tiết cốt lõi. Vật liệu chế tạo đai CVT, thường là các lá thép mỏng xếp chồng lên nhau, phải chịu được lực căng và mài mòn cực lớn. Việc lựa chọn vật liệu và thiết kế hình học của puli ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất truyền động và tuổi thọ của hộp số. Ngoài ra, việc thiết kế hệ thống điều khiển thủy lực để thay đổi đường kính puli một cách nhanh chóng và chính xác theo tín hiệu từ ECU hộp số cũng là một bài toán khó, đòi hỏi sự cân bằng giữa tốc độ đáp ứng và sự êm ái khi vận hành.

2.1. Xác định dải tỷ số truyền tối ưu cho hiệu suất động cơ

Việc xác định dải tỷ số truyền là bước nền tảng trong thiết kế hộp số CVT. Theo tài liệu, tỷ số truyền cao nhất (i1) được tính toán để xe đạt vận tốc cực đại (v_max) ở vòng tua công suất tối đa của động cơ. Ngược lại, tỷ số truyền thấp nhất (in) phải đủ lớn để tạo ra lực kéo cần thiết cho xe khởi hành và vượt dốc theo yêu cầu (ví dụ, độ dốc 10%). Phương trình cân bằng lực kéo và lực cản (lực cản không khí, lực cản lăn) được sử dụng để tìm ra các giá trị này. Một điểm đặc biệt của CVT là tỷ số truyền thường được thiết kế đối xứng. Do đó, luận văn giới thiệu các hệ số điều chỉnh (Cf và K) để hiệu chỉnh dải tỷ số truyền, đảm bảo bộ truyền đai hoạt động ổn định và hiệu quả trong toàn bộ quá trình thay đổi đường kính puli. Việc tính toán chính xác dải tỷ số truyền này quyết định trực tiếp đến khả năng tăng tốc, tốc độ tối đa và tính kinh tế nhiên liệu của xe.

2.2. Bài toán vật liệu chế tạo đai CVT và độ bền hệ thống

Độ bền của dây đai thép (steel belt) là yếu tố sống còn của hộp số CVT. Dây đai này không hoạt động dựa trên ma sát như dây đai V-belt cao su truyền thống, mà truyền mô-men xoắn thông qua lực đẩy giữa hàng trăm phần tử thép nhỏ. Các phần tử này phải được làm từ vật liệu siêu bền, chịu được áp suất cực lớn và chống mài mòn cao. Thách thức nằm ở việc lựa chọn loại thép hợp kim và quy trình xử lý nhiệt phù hợp để đạt được các đặc tính này. Ngoài ra, hai dải băng thép nhiều lớp giữ các phần tử lại với nhau cũng phải chịu lực căng rất lớn. Bất kỳ sai sót nào trong vật liệu chế tạo đai CVT đều có thể dẫn đến hiện tượng trượt đai, gây mất công suất và hỏng hóc nghiêm trọng. Bề mặt của puli chủ động và puli bị động cũng đòi hỏi vật liệu có độ cứng cao và bề mặt được gia công siêu mịn để giảm mài mòn và đảm bảo hiệu suất truyền động.

III. Phương Pháp Tính Toán Bộ Truyền Đai Puli Và Dây Đai Thép

Đây là phần cốt lõi của luận văn, trình bày chi tiết phương pháp tính toán thiết kế hộp số cho bộ truyền đai. Quá trình bắt đầu bằng việc xác định kích thước hình học của puli chủ động và puli bị động, dựa trên dải tỷ số truyền đã được xác định ở chương trước. Đường kính nhỏ nhất và lớn nhất của puli được chọn để đảm bảo tỷ số truyền biến thiên từ 1,66 đến 0,6, như trong thiết kế tham khảo. Sau khi có kích thước, các phân tích lực phức tạp được thực hiện. Luận văn tính toán lực căng trên dây đai thép (steel belt), lực ép cần thiết của hệ thống điều khiển thủy lực tác động lên má puli di động để tránh trượt đai khi truyền mô-men xoắn cực đại. Các thông số này là cơ sở để thiết kế xi lanh thủy lực và lựa chọn bơm dầu phù hợp. Việc mô phỏng động học và phân tích ứng suất trên các chi tiết cũng được đề cập, nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và bền bỉ trong các điều kiện vận hành khắc nghiệt.

3.1. Thiết kế kích thước puli chủ động và puli bị động

Dựa trên dải tỷ số truyền đã chọn (ví dụ từ 0,6 đến 1,66), kích thước của puli chủ động và puli bị động được tính toán. Luận văn chọn đường kính làm việc nhỏ nhất của puli là 80mm. Từ đó, đường kính lớn nhất được xác định là 133,33mm để đảm bảo tỷ số truyền đối xứng. Khoảng cách trục giữa hai puli cũng là một thông số quan trọng, được chọn là 200mm để đảm bảo kết cấu nhỏ gọn và không có va chạm cơ khí. Chiều dài của dây đai thép được tính toán dựa trên khoảng cách trục và đường kính trung bình của các puli. Các thông số hình học này, bao gồm cả góc nghiêng của má puli (thường là 11-15 độ), ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng truyền lực và độ bền của dây đai. Thiết kế chính xác đảm bảo dây đai luôn tiếp xúc tốt với bề mặt puli trên toàn dải hoạt động, tối ưu hóa hiệu suất truyền động.

3.2. Phân tích lực tác động và ứng suất trên dây đai truyền

Để truyền được mô-men xoắn từ động cơ mà không bị trượt, dây đai thép (steel belt) phải được kẹp chặt giữa hai má của puli bởi một lực ép rất lớn. Luận văn đã tính toán lực ép này dựa trên mô-men xoắn cực đại của động cơ (140 Nm) và hệ số ma sát giữa đai và puli. Lực ép này, lên tới hàng chục nghìn Newton, được tạo ra bởi áp suất dầu trong hệ thống điều khiển thủy lực. Ngoài lực ép, dây đai còn chịu lực căng cực lớn khi hoạt động. Việc phân tích và tính toán các lực này giúp xác định ứng suất tác động lên các lá thép và dải băng của dây đai. Từ đó, các kỹ sư có thể lựa chọn vật liệu chế tạo đai CVT phù hợp và xác định các thông số an toàn để đảm bảo dây đai không bị đứt hoặc biến dạng trong quá trình vận hành, đặc biệt là khi tăng tốc đột ngột hoặc chịu tải nặng.

IV. Hướng Dẫn Thiết Kế Cơ Cấu Hành Tinh Và Điều Khiển Thủy Lực

Bên cạnh bộ truyền đai, một hộp số CVT hoàn chỉnh còn cần các cơ cấu phụ trợ quan trọng. Luận văn trình bày phương pháp thiết kế bộ truyền hành tinh, có nhiệm vụ đảo chiều quay để xe có thể lùi. Bộ truyền này thường được khóa lại khi xe chạy tiến. Một thành phần không thể thiếu khác là bộ biến mô (torque converter), đóng vai trò như một khớp nối thủy lực giữa động cơ và hộp số. Nó giúp xe khởi hành êm ái và khuếch đại mô-men xoắn ở tốc độ thấp. Trái tim của hệ thống là hệ thống điều khiển thủy lực, bao gồm bơm dầu, các van điện từ và các đường dẫn dầu phức tạp. Dưới sự chỉ huy của ECU hộp số, hệ thống này điều chỉnh áp suất dầu đến các xi lanh của puli, từ đó thay đổi tỷ số truyền một cách chính xác. Luận văn đề xuất một phương án điều khiển thủy lực cụ thể, cho thấy sự tích hợp chặt chẽ giữa cơ khí, thủy lực và điện tử trong một hộp số CVT hiện đại.

4.1. Vai trò của bộ biến mô torque converter trong CVT

Bộ biến mô (torque converter) là cầu nối giữa động cơ và đầu vào của hộp số CVT. Chức năng chính của nó là truyền và khuếch đại mô-men xoắn từ động cơ đến hộp số bằng môi chất là dầu thủy lực. Khi xe đứng yên và động cơ hoạt động, bộ biến mô cho phép động cơ quay mà không làm xe di chuyển, tương tự chức năng của ly hợp. Khi xe bắt đầu di chuyển, nó khuếch đại mô-men xoắn, giúp tăng lực kéo ban đầu. Ở tốc độ cao, một ly hợp khóa (lock-up clutch) bên trong bộ biến mô sẽ được kích hoạt để kết nối trực tiếp động cơ với hộp số, loại bỏ sự trượt thủy lực và cải thiện hiệu suất truyền động. Sự kết hợp giữa bộ biến mô và cơ cấu truyền đai vô cấp tạo nên một hệ thống truyền lực tự động vừa êm ái vừa hiệu quả.

4.2. Nguyên tắc hệ thống điều khiển thủy lực và ECU hộp số

Hệ thống điều khiển thủy lực là bộ não vận hành của hộp số CVT. Nó bao gồm một bơm dầu tạo ra áp suất, một cụm van điều khiển (valve body) với nhiều van điện từ, và các xi lanh tác động lên má puli di động. ECU hộp số nhận tín hiệu từ các cảm biến (tốc độ xe, vị trí bướm ga, vòng tua động cơ) để tính toán tỷ số truyền lý tưởng tại mọi thời điểm. Sau đó, ECU sẽ ra lệnh cho các van điện từ trong cụm van điều khiển để điều chỉnh áp suất dầu đến puli chủ động và puli bị động. Áp suất này tạo ra lực ép cần thiết để thay đổi đường kính làm việc của puli, qua đó thay đổi tỷ số truyền. Sự điều khiển chính xác và nhanh chóng của hệ thống này đảm bảo quá trình chuyển số diễn ra liên tục, mượt mà và đáp ứng đúng yêu cầu của người lái.

V. Kết Quả Mô Phỏng Động Học Và Hiệu Suất Truyền Động CVT

Sau khi hoàn tất các bước tính toán thiết kế hộp số, luận văn tiến hành xây dựng các đặc tính và mô phỏng động học để đánh giá hiệu quả của phương án thiết kế. Một trong những kết quả quan trọng là đồ thị đặc tính của hộp số, biểu diễn mối quan hệ giữa tỷ số truyền và tốc độ động cơ. Đồ thị này cho thấy hộp số duy trì tỷ số truyền thấp nhất ở dải tốc độ đầu để tối đa hóa lực kéo, sau đó giảm dần tỷ số truyền khi tốc độ tăng để tối ưu hóa hiệu suất và tốc độ. Việc phân tích hiệu suất truyền động cũng được thực hiện, so sánh năng lượng đầu vào từ động cơ và năng lượng đầu ra tại bánh xe. Hiệu suất của CVT bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như sự trượt vi mô của dây đai, tổn thất thủy lực trong bộ biến mô và hệ thống điều khiển. Mục tiêu của thiết kế là tối thiểu hóa các tổn thất này để đạt được hiệu quả nhiên liệu cao nhất, một trong những ưu điểm chính của công nghệ hộp số tự động vô cấp.

5.1. Xây dựng đồ thị đặc tính của hộp số vô cấp thiết kế

Đồ thị đặc tính là một công cụ trực quan để đánh giá hoạt động của hộp số CVT thiết kế. Luận văn đã xây dựng đồ thị biểu diễn sự biến thiên của đường kính puli chủ động (D1), puli bị động (D2) và tỷ số truyền (i_CVT) theo tốc độ động cơ. Theo kết quả, ở dải tốc độ thấp (ví dụ dưới 4200 vòng/phút), hộp số giữ tỷ số truyền cao nhất (imax = 1,66) để cung cấp mô-men xoắn lớn nhất cho việc khởi hành. Khi tốc độ động cơ tăng lên, đường kính puli chủ động D1 tăng dần trong khi D2 giảm dần, làm cho tỷ số truyền giảm tuyến tính xuống giá trị thấp nhất (imin = 0,6) ở tốc độ cao. Đồ thị này chứng minh rằng thiết kế cho phép động cơ hoạt động gần với đường đặc tính tối ưu, từ đó cải thiện cả hiệu suất và tính kinh tế.

5.2. Đánh giá hiệu suất truyền động và các yếu tố ảnh hưởng

Hiệu suất truyền động là tỷ lệ phần trăm công suất được truyền từ trục khuỷu động cơ đến bánh xe chủ động. Đối với hộp số CVT, hiệu suất thường thấp hơn một chút so với hộp số sàn do có những tổn thất cố hữu. Các nguồn tổn thất chính bao gồm: tổn thất do trượt trong bộ biến mô (torque converter) ở tốc độ thấp, tổn thất năng lượng để vận hành bơm dầu của hệ thống điều khiển thủy lực, và tổn thất do ma sát và trượt vi mô giữa dây đai thép và bề mặt puli. Tuy nhiên, bằng cách cho phép động cơ hoạt động liên tục ở điểm hiệu quả nhất, CVT có thể bù đắp những tổn thất này và mang lại hiệu quả nhiên liệu tổng thể tốt hơn so với hộp số tự động có cấp truyền thống trong nhiều điều kiện lái xe thực tế. Các thiết kế hiện đại như của Jatco CVT luôn tìm cách giảm thiểu các tổn thất này để nâng cao hiệu suất.

VI. Tương Lai Công Nghệ Và Hướng Dẫn Bảo Dưỡng Hộp Số CVT

Công nghệ hộp số tự động vô cấp (CVT) không ngừng phát triển. Các nhà sản xuất hàng đầu như Jatco đang liên tục cải tiến để tăng khả năng chịu mô-men xoắn, mở rộng dải tỷ số truyền và cải thiện hiệu suất truyền động. Tương lai của CVT có thể bao gồm việc kết hợp với hệ thống hybrid, sử dụng vật liệu mới nhẹ hơn và bền hơn cho dây đai thép, và áp dụng thuật toán điều khiển thông minh hơn trong ECU hộp số. Để đảm bảo độ bền và hiệu suất, việc bảo dưỡng hộp số CVT đúng cách là cực kỳ quan trọng. Không giống như hộp số AT, CVT yêu cầu loại dầu chuyên dụng và cần được thay thế định kỳ theo khuyến nghị của nhà sản xuất. Bỏ qua việc bảo dưỡng có thể dẫn đến mài mòn puli và dây đai, gây ra các hư hỏng tốn kém. Hiểu rõ về công nghệ và tuân thủ lịch trình bảo dưỡng sẽ giúp người dùng khai thác tối đa lợi ích mà hộp số CVT mang lại.

6.1. Xu hướng phát triển công nghệ Từ Jatco CVT đến các cải tiến mới

Jatco CVT là một trong những tên tuổi lớn nhất trong ngành sản xuất hộp số vô cấp, cung cấp cho nhiều hãng xe Nhật Bản. Xu hướng phát triển hiện nay tập trung vào việc khắc phục các nhược điểm cố hữu của CVT. Các kỹ sư đang nghiên cứu các thiết kế mới như bổ sung một cấp số cơ khí (giống như Direct Shift-CVT của Toyota) để cải thiện khả năng tăng tốc khi khởi hành. Dải tỷ số truyền cũng được mở rộng hơn để tối ưu hóa hiệu quả ở cả tốc độ thấp và tốc độ cao. Vật liệu chế tạo đai CVT và puli ngày càng được cải tiến với các lớp phủ bề mặt đặc biệt để giảm ma sát và tăng độ bền. Đồng thời, các thuật toán điều khiển trong ECU hộp số ngày càng tinh vi hơn, có khả năng mô phỏng các cấp số ảo để mang lại cảm giác lái thể thao hơn cho người dùng.

6.2. Hướng dẫn bảo dưỡng hộp số CVT để tăng tuổi thọ

Để hộp số CVT hoạt động bền bỉ, việc bảo dưỡng hộp số CVT là không thể bỏ qua. Yếu tố quan trọng nhất là thay dầu hộp số đúng định kỳ, thường là sau mỗi 40.000 - 80.000 km tùy thuộc vào nhà sản xuất và điều kiện vận hành. Cần phải sử dụng đúng loại dầu CVT chuyên dụng (ví dụ NS-2, NS-3) vì dầu thông thường có thể phá hủy các chi tiết bên trong. Thói quen lái xe cũng ảnh hưởng đến tuổi thọ hộp số; tránh tăng tốc đột ngột hoặc kéo tải nặng thường xuyên sẽ giúp giảm áp lực lên dây đai thép và puli. Việc kiểm tra và làm mát hệ thống dầu hộp số cũng rất quan trọng, vì nhiệt độ quá cao là kẻ thù chính của CVT. Tuân thủ các hướng dẫn này sẽ giúp đảm bảo hiệu suất truyền động và kéo dài tuổi thọ của hộp số.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TRÊN ÔTÔ Các hộp số trên ôtô dùng để thay đổi tỷ số giữa động cơ và cầu chủ động. Nói một cách khác khi không có hộp số, chiếc xe chỉ chạy được ở một tốc độ duy nhất với một tốc độ cực đại nhất định. Ngoài ra khả năng tăng tốc từ khi xuất phát cùng với khả năng leo dốc của xe cũng bị hạn chế nếu như nó không sử dụng hộp số. Vì vậy hộp số sử dụng một hệ thống bánh răng khác nhau từ thấp đến cao để biến mô men xoắn của động cơ phù hợp với điều kiện vận hành( khởi hành, tăng tốc, leo dốc…).

Các số có thể cài theo cách thông thường bằng tay hoặc tự động. Công dụng, yêu cầu, phân loại 1. Công dụng Hộp số dùng để : - Thay đổi tốc độ và mô men truyền (hay lực kéo) trên các bánh xe. - Thay đổi chiều chuyển động của xe (tiến hoặc lùi).

- Ngắt động cơ lâu dài khỏi hệ thống truyền lực. Trên một số ô tô chức năng thay đổi mô men truyền có thể được đảm nhận nhờ một số cụm khác(hộp phân phối ,cụm cầu xe.)nhằm tăng khả năng biến đổ mô men đáp ứng điều kiện làm việc mở rộng của ô tô. Yêu cầu Hộp số cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau: - Có dãy tỷ số truyền hợp lý, phân bố các khoảng thay đổi tỷ số truyền tối ưu, phù hợp với tính năng động lực học yêu cầu và tính kinh tế vận tải. - Phải có hiệu suất truyền lực cao.

- Khi làm việc không gây tiếng ồn, chuyển số nhẹ nhàng, không phát sinh các tải trọng động khi làm việc. Đối với các hộp số sử dụng bộ truyền có cấp, khi chuyển số thường xảy ra thay đổi giá trị tốc độ và mô men gây nên tải trọng động. Hạn chế các xung lực và mô men biến động cần có các bộ phận ma sát (đồng tốc, khớp ma sát, bộ truyền thủy lực.)cho phép làm đều tốc độ của các phần tử truyền và nâng cao độ bền, độ tin cậy trong làm việc của hộp số. SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS.

Lê Văn Tụy 2 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con - Đảm bảo tại một thời điểm làm việc chỉ gài vào một số truyền nhất định một cách chắc chắn(cơ cấu định vị ,khóa hãm,bảo vệ. - Kết cấu phải nhỏ gọn, dễ điều khiển thuận tiện trong bảo dưỡng và sửa chữa. - Có khả năng bố trí cụm trích công suất để dẫn động các thiết bị khác. Phân loại Tùy theo theo yếu tố căn cứ để phân loại, hộp số được phân loại như sau: • Theo đặc điểm thay đổi tỷ số truyền : Hộp số vô cấp và hộp số có cấp - Hộp số vô cấp được dùng để tạo thành HTTL vô cấp, trong đó hộp số có tỷ số truyền biến đổi liên tục, trong khoảng tỷ số truyền (R) định sẵn, từ thấp đến cao và ngược lại.

Trên ô tô bộ truyền vô cấp thường gặp: Biến mô men thủy lực, bộ truyền đai đặc biệt. Nếu mô men động cơ làm việc làm việc ở giá trị nhất định, sự biến đổi mô men sau hộp số vô cấp là đường liên tục, do vậy các bộ truyền này còn được gọi là bộ truyền liên tục trong khoảng tỷ số truyền R cho trước. Ví dụ trên biến mô thủy lực khoảng R có thể đạt tới 2,7 trên bộ truyền đai đặc biệt có thể R=4,5. - Hộp số có cấp tạo thành HTTL có cấp, được dùng phổ biến trên ô tô.

Tỷ số truyền hộp số thay đổi với các giá trị cố định khác nhau do vậy còn được gọi bộ truyền gián đoạn. Mức độ gián đoạn phụ thuộc vào số lượng tỷ số truyền bên trong hộp số. HTTL của ô tô có thể được tập hợp bởi các bộ truyền vô cấp và hộp số có cấp. • Theo cấu trúc truyền lực giữa các bánh răng : - Các bánh răng ăn khớp ngoài với các trục cố định: Hộp số thường.

- Kết hợp các bánh răng ăn khớp trong và ăn khớp ngoài có trục di động: Hộp số hành tinh. • Theo phương pháp điều khiển chuyển số của hộp số : - Điều khiển bằng tay. - Điều khiển tự động. - Điều khiển bán tự động.

Một số loại hộp số phổ biến hiện nay 1. Hộp số thường (MT) Phân loại hộp số thường được phân loại theo số trục của hộp số - Hộp số 2 trục. - Hộp số 3 trục. SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS.

Lê Văn Tụy 3 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con Cấu tạo của hộp số thường (loại 3 trục) z' 1 z' z ' III 2 V IV 3 II 3 z' 4 2 I 1 L za z L1 z L2 z 1 z 2 z 3 z 4 z' a z ' L1 Hình 1.1 Sơ đồ hộp số thường loại 3 trục Trục sơ cấp và trục thứ cấp được bố trí đồng trục với nhau, trục trung gian. Các bánh răng Z1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z L1 , Z L 2 , Z a , Z1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z L1 , Z a bánh răng Z a được chế tạo liền với trục sơ cấp. Các bánh răng trên trục thứ cấp Z1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 được quay trơn trên trục. Còn các bánh răng Z1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z a trên trục trung gian được cố định trên trục.

Các ống gài liên kết then hoa với trục và có các vấu răng ở 2 phía để ăn khớp với các bánh răng cần gài. Nguyên lý hoạt động - Vị trí tay số 1: Khi gạt cần 1 sang bên trái, lúc này, mômen truyền từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng luôn ăn khớp za-za’, trục trung gian, cặp bánh răng số 1 rồi đi ra trục thứ cấp. - Vị trí tay số 2: Gạt cần 2 sang bên phải, mômen truyền từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng sô 2 rồi đến trục thứ cấp. - Vị trí tay số 3: Gạt cần 2 sang bên trái, mômen từ trục sơ cấp truyền qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng số 3 rồi tới trục thứ cấp.

SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 4 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con - Vị trí tay số 4: Khi gạt cần 3 sang bên phải, mômen được truyền từ trục sơ cấp, qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, tới trục trung gian, rồi qua cặp bánh răng số 4 ra trục thứ cấp. - Vị trí tay số 5: Khi gạt cần 3 sang bên trái, lúc này, trục sơ cấp và thứ cấp được nối với nhau, mômen được truyền thẳng từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp.Vị trí tay số lùi: Gạt cần 1 sang bên phải, mômen được truyền từ trục sơ cấp, qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, tới trục trung gian, qua 2 cặp bánh răng ZL1-ZL1’, ZL2-Z1’, rồi tới trục thứ cấp. Ưu điểm: - Kết cấu đơn giản, giá thành thấp, bền.

- Hiệu suất cao. Nhược điểm: - Người lái phải phối hợp điều khiển hệ thống ly hợp, sang số nên giảm tính êm dịu, người lái phải thao tác nhiều khi chuyển số. Hộp số tự động (AT) Hiện nay có rất nhiều hộp số tự động, chúng được cấu tạo theo một vài cách khác nhau nhưng các chức năng cơ bản và nguyên lý hoạt động của chúng là giống nhau. - Hộp số cơ cấu hành tinh Wilson (nối tiếp, song song).

- Hộp số cơ cấu hành tinh Simpson. - Hộp số cơ cấu hành tinh Ravigneaux. Hộp số tự động bao gồm các bộ phận chính sau: - Bộ biến mô. - Hộp số hành tinh và cơ cấu chuyển số (ly hợp và phanh đai).

- Hệ thống điều khiển chuyển số (thường là hệ thống thủy lực hoặc hệ thống thủy lực điện từ) để điều khiển các ly hợp và phanh đai. Sơ đồ cấu tạo (cơ cấu hành tinh Wilson): SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 5 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con C0 B1 C2 B2 B3 C1 F1 Z6 Z1 Trôc s¬ cÊp Z2 Z3 F2 Z5 Z4 Trôc thø cÊp Hình 1.2 Sơ đồ cơ cấu hành tinh Wilson Nguyên lý hoạt động chung của hộp số tự động là sử dụng các phanh để hạn chế một bậc tự do của cơ cấu hành tinh. Ưu điểm: - Làm giảm mệt mỏi cho lái xe bằng cách loại bỏ các thao tác cắt ly hợp và thường xuyên phải chuyển số.

- Chuyển số một cách tự động và êm dịu tùy thuộc vào chế độ loạt động của động cơ và sức cản của mặt đường. - Do có sử dụng biến mô nên thay đổi được momen do động cơ phát ra một cách liên tục trong khoảng nhỏ. - Giảm độ ồn khi làm việc. - Kích thước nhỏ gọn.

- Chuyển số liên tục không ảnh hưởng tới dòng lực từ động cơ. Nhược điểm: - Kết cấu phức tạp. - Hiệu suất thấp. - Công nghệ chế tạo đòi hỏi có độ chính xác cao.

- Khả năng tăng tốc kém hơn hộp số thường. - Việc sửa chữa hộp số tự động khá phức tạp và tốn kém. Hộp số ly hợp kép (DCT) SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 6 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con Người đã sáng tạo ra hệ thống ly hợp kép là một kỹ sư ôtô người Pháp tên là Adolphe Kegresse được biết đến nhiều nhất trong vai trò người đã phát triển loại xe half-track (với bánh lốp đằng trước và bánh xích phía sau), giúp chiếc xe có thể vượt qua nhiều loại địa hình phức tạp.

Năm 1939, Kegresse đã có những ý tưởng đầu tiên về hệ thống hộp số trang bị ly hợp kép. Nhưng không may là tình hình tài chính bất lợi đã ngăn cản kế hoạch phát triển xa hơn của dự án này.3 Hộp số DCT 1-Ly hợp 1; 2-Ly hợp 2; 3-Trục sơ cấp 1; 4-Trục sơ cấp 2; 5-Bánh răng; 6-Trục thứ cấp. Đến đầu những năm 80 khi hệ thống điều khiển điện tử phát triển, máy tính đã tham gia vào quá trình chuyển số và DCT đã có điều kiện thuận lợi để phát triển xa hơn và Porsche đã đặt những nền tảng đầu tiên của mình trong việc nghiên cứu và phát triển hệ thống ly hợp kép. Năm 1982, những mẫu xe đua được trang bị hệ thống ly hợp kép của Porsche đã giành được nhiều thành công trong các giải đua xe thế giới.