I. Tổng quan về hộp số và yêu cầu thiết kế
Phần này trình bày tổng quan về hộp số, bao gồm nhiệm vụ chính là thay đổi tỷ số truyền, điều chỉnh momen xoắn và tốc độ xe. Hộp số cũng cho phép đổi chiều chuyển động (tiến/lùi) và tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực. Yêu cầu thiết kế bao gồm dải tỷ số truyền hợp lý, hiệu suất truyền lực cao, vận hành êm ái, kết cấu gọn nhẹ, dễ bảo dưỡng và sửa chữa. Hộp số Toyota Altis 1.8 được phân tích như một ví dụ cụ thể, nhấn mạnh sự cần thiết của cơ cấu đồng tốc để nâng cao tuổi thọ bánh răng và giảm va đập khi chuyển số. Xe Toyota Altis 1.8 EMT 2007 sử dụng hộp số cơ khí 5 cấp. Việc lựa chọn phương án kết cấu hộp số phụ thuộc vào các yếu tố như tỷ số truyền, tuổi thọ bánh răng, hiệu suất truyền lực, và tính dễ chế tạo. Thiết kế hộp số cần đảm bảo độ bền, độ tin cậy cao và dễ điều khiển.
1.1 Nhiệm vụ của hộp số
Hộp số có nhiệm vụ thay đổi tỷ số truyền để điều chỉnh momen xoắn tại bánh xe, điều khiển tốc độ xe phù hợp với điều kiện vận hành. Hộp số cũng đảm bảo khả năng đổi chiều chuyển động, cho phép tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực khi cần thiết mà không cần tắt máy. Các loại xe chuyên dụng còn cần hộp số dẫn động lực cho các bộ phận công tác. Thiết kế hộp số cần đáp ứng đầy đủ các nhiệm vụ này, đảm bảo hoạt động trơn tru và hiệu quả.
1.2 Yêu cầu đối với hộp số
Thiết kế hộp số cần đáp ứng nhiều yêu cầu khắt khe. Tỷ số truyền phải hợp lý, tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và động lực học của xe. Hiệu suất truyền lực phải cao, vận hành êm ái, không gây tiếng ồn, chuyển số nhẹ nhàng, không gây lực va đập. Kết cấu hộp số phải gọn gàng, chắc chắn, dễ bảo dưỡng, sửa chữa, và có giá thành thấp. Hộp số cần có cơ cấu định vị chống nhảy số, chống gài số đồng thời, và cơ cấu báo hiệu khi gài số lùi. Thiết kế hộp số phải cân bằng giữa các yêu cầu này để đảm bảo hiệu quả tổng thể.
II. Phân tích và thiết kế hộp số Toyota Altis
Phần này tập trung vào thiết kế hộp số Toyota Altis 1.8. Sơ đồ động học của hộp số 3 trục với trục sơ cấp và trục thứ cấp đồng tâm được trình bày chi tiết. Nguyên lý hoạt động của từng số (bao gồm cả số lùi) được giải thích rõ ràng. Tính toán tỷ số truyền của từng cấp số được thực hiện dựa trên các thông số của xe, bao gồm tải trọng, độ dốc, công suất động cơ và momen xoắn. Vật liệu được lựa chọn dựa trên điều kiện làm việc của hộp số, ưu tiên độ bền cao và khả năng chịu tải lớn. Thép 20X được đề xuất với độ rắn thích hợp. Thiết kế hộp số bao gồm tính toán các kích thước chính xác của bánh răng, trục, và ổ lăn.
2.1 Sơ đồ động học và nguyên lý hoạt động
Hộp số Toyota Altis 1.8 sử dụng hộp số 3 trục, trục sơ cấp và thứ cấp đồng tâm. Sơ đồ động học minh họa rõ ràng cách các bánh răng ăn khớp để tạo ra các tỷ số truyền khác nhau. Nguyên lý hoạt động của từng cấp số được giải thích, bao gồm cả cơ chế hoạt động của bộ đồng tốc. Số 4 là số truyền thẳng. Số 1 và số lùi được gài bằng khớp răng. Cấu tạo hộp số được mô tả chi tiết, bao gồm các bánh răng, trục, và ổ lăn. Phân tích kỹ thuật về cách hộp số thay đổi tỷ số truyền để đạt được tốc độ và momen xoắn mong muốn là trọng tâm của phần này.
2.2 Tính toán tỷ số truyền và lựa chọn vật liệu
Phần này tập trung vào tính toán tỷ số truyền cho từng cấp số của hộp số. Các thông số đầu vào bao gồm tải trọng xe, độ dốc tối đa, công suất và momen xoắn động cơ, cùng hệ số ma sát lăn và hệ số cản không khí. Tính toán dựa trên các công thức kỹ thuật, xác định tỷ số truyền cho mỗi cấp số (1, 2, 3, 4, 5 và lùi). Lựa chọn vật liệu cho bánh răng cũng được thực hiện, cân nhắc đến độ bền, độ cứng, và khả năng chịu tải. Thép 20X được chọn sau khi phân tích các yêu cầu về độ bền và khả năng chịu mài mòn của hộp số. Các thông số kỹ thuật được tính toán và trình bày chi tiết.
III. Tính toán chi tiết các thành phần hộp số
Phần này đi sâu vào tính toán các thông số chi tiết của các thành phần hộp số, bao gồm khoảng cách trục, số răng bánh răng, lực tác dụng lên bánh răng và trục, ứng suất, và lựa chọn ổ lăn. Tính toán khoảng cách trục dựa trên công thức kinh nghiệm và điều chỉnh để đảm bảo ăn khớp chính xác của bánh răng. Số răng bánh răng được xác định dựa trên tỷ số truyền đã tính toán ở phần trước. Lực và ứng suất tác dụng lên bánh răng và trục được tính toán để đảm bảo an toàn và độ bền. Lựa chọn ổ lăn phù hợp dựa trên tải trọng và tốc độ quay. Phương pháp tính toán được trình bày rõ ràng, cùng với các bảng biểu minh họa kết quả. Thiết kế CAD có thể được sử dụng để hỗ trợ quá trình này.
3.1 Tính toán khoảng cách trục và số răng bánh răng
Khoảng cách trục được tính toán sơ bộ dựa trên công thức kinh nghiệm, sau đó được điều chỉnh để đảm bảo ăn khớp chính xác của các bánh răng. Số răng bánh răng được xác định dựa trên tỷ số truyền đã tính toán trước đó. Góc nghiêng răng và modun được lựa chọn để tối ưu hóa hiệu suất truyền lực và giảm tiếng ồn. Tính toán được thực hiện cho cả bánh răng trụ thẳng và trụ nghiêng. Các thông số được trình bày trong các bảng biểu chi tiết, đảm bảo tính chính xác và minh bạch.
3.2 Tính toán lực ứng suất và lựa chọn ổ lăn
Lực và ứng suất tác dụng lên bánh răng và trục được tính toán để đảm bảo an toàn và độ bền. Các tải trọng được phân tích, bao gồm tải trọng tĩnh và động. Ứng suất uốn và ứng suất tiếp xúc được tính toán để lựa chọn vật liệu và kích thước phù hợp. Lựa chọn ổ lăn dựa trên tải trọng, tốc độ quay, và các yêu cầu về độ bền. Các công thức và phương pháp tính toán được trình bày rõ ràng, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Các thông số kỹ thuật được trình bày trong các bảng biểu, dễ dàng tham khảo và kiểm tra.
