Thiết kế hộp số xe tải trên 3 5 tấn

Chuyên khảo phân tích Thiết kế hộp số xe tải trên 3 5 tấn, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo., phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Chuyên ngành

Cơ Khí Ô Tô

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Đồ án

2022

45
2
0

Phí lưu trữ

30 Point

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Quy Trình Thiết Kế Hộp Số Xe Tải 3

Hộp số là một bộ phận trung tâm trong hệ thống truyền lực của ô tô, đặc biệt là xe tải hạng nặng. Chức năng chính của nó không chỉ dừng lại ở việc thay đổi tỷ số truyền để điều chỉnh tốc độ và mô men xoắn từ động cơ đến bánh xe. Nó còn cho phép xe thay đổi chiều chuyển động (tiến hoặc lùi) và ngắt kết nối động cơ khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian dài. Đối với các dòng xe tải trên 3.5 tấn như TMT CUULONG DFA7050T, việc thiết kế hộp số xe tải trên 3 5 tấn đòi hỏi sự chính xác tuyệt đối để đáp ứng các điều kiện vận hành khắc nghiệt. Một hộp số được thiết kế tốt phải đảm bảo hiệu suất truyền lực cao, vận hành êm ái, không gây tiếng ồn và chuyển số nhẹ nhàng. Đồng thời, kết cấu phải nhỏ gọn, dễ dàng bảo dưỡng và có độ tin cậy cao. Quá trình thiết kế bắt đầu từ việc phân tích các thông số kỹ thuật của xe tham khảo, bao gồm trọng lượng, công suất động cơ, và khả năng vượt dốc. Từ đó, các kỹ sư sẽ lựa chọn phương án kết cấu phù hợp nhất, thường là các loại hộp số cơ khí có cấp do tính phổ biến, độ bền và chi phí sản xuất hợp lý. Các loại hộp số này được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí như phương pháp thay đổi tỷ số truyền, số lượng trục, và loại bánh răng sử dụng. Việc hiểu rõ các yêu cầu và phân loại này là bước đệm quan trọng để tiến hành các bước tính toán chi tiết, từ việc xác định tỷ số truyền đến kiểm tra độ bền của từng chi tiết.

1.1. Vai trò và các yêu cầu cốt lõi của hộp số cơ khí xe tải

Trong hệ thống truyền lực, hộp số đóng vai trò trái tim, đảm nhận nhiệm vụ biến đổi và truyền tải năng lượng từ động cơ. Công dụng chính của nó bao gồm: thay đổi lực kéo và tốc độ của xe để phù hợp với các điều kiện địa hình và tải trọng khác nhau, cho phép xe lùi, và ngắt động cơ khỏi bánh xe khi dừng. Để thực hiện tốt các chức năng này, một hộp số cơ khí phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe. Đầu tiên, nó phải có dải tỷ số truyền hộp số hợp lý, đảm bảo xe có đủ sức kéo khi khởi hành và leo dốc, đồng thời đạt được tốc độ cao và tiết kiệm nhiên liệu trên đường bằng. Thứ hai, hiệu suất truyền lực phải cao để giảm tổn thất năng lượng. Thứ ba, quá trình chuyển số phải nhẹ nhàng, không gây ra tải trọng động đột ngột làm ảnh hưởng đến độ bền của hệ thống. Cuối cùng, kết cấu phải nhỏ gọn, dễ điều khiển, bảo dưỡng và có khả năng trích công suất để dẫn động các thiết bị phụ trợ khác.

1.2. Phân loại các hệ thống hộp số phổ biến trên xe tải nặng

Hộp số ô tô được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau. Dựa vào phương pháp thay đổi tỷ số truyền, có thể chia thành hộp số có cấp và hộp số vô cấp. Hộp số có cấp, với các giá trị tỷ số truyền cố định, là loại phổ biến nhất trên xe tải do độ bền và khả năng chịu tải lớn. Trong nhóm hộp số có cấp, người ta tiếp tục phân loại dựa trên số lượng trục. Hộp số 2 trục thường được sử dụng trên xe du lịch có động cơ đặt trước và dẫn động cầu trước. Ngược lại, hộp số 3 trục (bao gồm trục sơ cấp, trục trung gian, và trục thứ cấp) là lựa chọn phổ biến cho xe tải và xe khách với kết cấu động cơ đặt trước, dẫn động cầu sau. Loại hộp số này cho phép tạo ra các tỷ số truyền lớn và có một số truyền thẳng (tỷ số truyền bằng 1) giúp tăng hiệu suất và độ bền. Ngoài ra, hộp số còn được phân loại theo phương pháp điều khiển (cưỡng bức, bán tự động, tự động) và loại bánh răng sử dụng (bánh răng thẳng, bánh răng nghiêng).

II. Các Thách Thức Khi Thiết Kế Hộp Số Cho Xe Tải Hạng Nặng

Việc thiết kế hộp số xe tải trên 3 5 tấn đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật phức tạp, đòi hỏi sự cân bằng giữa hiệu suất, độ bền và chi phí. Thách thức lớn nhất là đảm bảo hệ thống có khả năng chịu được mô men xoắn cực đại từ động cơ diesel, vốn rất lớn ở dải vòng tua thấp. Các chi tiết như bánh răng hộp số, trục và ổ lăn phải được tính toán và chế tạo từ vật liệu có độ bền cao để chống lại sự mài mòn và phá hủy do mỏi. Một vấn đề quan trọng khác là tối ưu hóa dải tỷ số truyền. Các tỷ số truyền phải được phân bố hợp lý để xe vừa có lực kéo mạnh mẽ ở số thấp để vượt qua độ dốc tối đa (khoảng 20.1% đối với xe TMT CUULONG DFA7050T), vừa có thể di chuyển với tốc độ cao và tiết kiệm nhiên liệu ở số cao. Sai sót trong việc xác định tỷ số truyền hộp số có thể làm giảm tính năng động học và kinh tế của xe. Bên cạnh đó, việc giảm tiếng ồn và rung động khi vận hành cũng là một yêu cầu không thể bỏ qua. Sử dụng bánh răng nghiêng giúp tăng khả năng chịu tải và giảm tiếng ồn, nhưng lại phát sinh lực dọc trục, đòi hỏi phải tính toán kỹ lưỡng để chọn ổ lăn phù hợp. Cuối cùng, kết cấu tổng thể phải nhỏ gọn để dễ dàng lắp đặt trên khung xe nhưng vẫn phải đảm bảo độ cứng vững, tránh biến dạng khi chịu tải.

2.1. Yêu cầu về độ bền và khả năng chịu mô men xoắn lớn

Xe tải trên 3.5 tấn thường được trang bị động cơ diesel với mô men xoắn cực đại lớn, ví dụ như xe tham khảo TMT CUULONG DFA7050T có mô men xoắn 235 Nm tại 1900 v/ph. Hộp số phải có khả năng truyền tải toàn bộ mô men này một cách an toàn và hiệu quả. Điều này đặt ra yêu cầu cao về tính bền của bánh răng và các trục hộp số. Vật liệu chế tạo thường là thép hợp kim được tôi luyện để đạt độ cứng bề mặt cao và độ dẻo dai của lõi. Quá trình tính toán độ bền phải xét đến hai dạng hỏng hóc chính: hỏng do ứng suất uốn tại chân răng và hỏng do ứng suất tiếp xúc trên bề mặt răng. Các tính toán này phải được thực hiện cho từng cặp bánh răng ở từng cấp số, dựa trên mô men tính toán được xác định theo điều kiện mô men cực đại của động cơ và điều kiện bám của bánh xe.

2.2. Tối ưu hóa dãy tỷ số truyền để đảm bảo hiệu suất

Việc lựa chọn dải tỷ số truyền hộp số là một bài toán tối ưu hóa phức tạp. Tỷ số truyền ở tay số 1 (ih1) phải đủ lớn để xe có thể vượt qua sức cản lớn nhất, được xác định qua công thức của viện sĩ Chuđacốp. Tỷ số truyền ở số cao nhất (thường là số truyền thẳng ih = 1) quyết định tốc độ tối đa của xe. Các tỷ số truyền trung gian phải được phân bố theo một quy luật nhất định (thường là cấp số nhân) để đảm bảo quá trình chuyển số mượt mà, động cơ luôn làm việc trong vùng hiệu quả. Như trong đồ án tham khảo, tỷ số truyền của xe TMT CUULONG DFA7050T được phân bố từ 5.51 ở số 1 xuống còn 1.00 ở số 5. Sự phân bố hợp lý này không chỉ nâng cao chất lượng động học mà còn cải thiện tính kinh tế nhiên liệu, một yếu tố cực kỳ quan trọng trong vận tải hàng hóa.

III. Phương Pháp Lựa Chọn Phương Án Thiết Kế Hộp Số Tối Ưu

Lựa chọn phương án thiết kế là bước nền tảng quyết định đến toàn bộ cấu trúc và hiệu quả hoạt động của hộp số. Đối với việc thiết kế hộp số xe tải trên 3 5 tấn, việc cân nhắc giữa các loại kết cấu khác nhau là cực kỳ quan trọng. Dựa trên yêu cầu của xe tải có động cơ đặt dọc và dẫn động cầu sau như TMT CUULONG DFA7050T, phương án hộp số 3 trục 5 cấp số tiến và 1 số lùi được ưu tiên lựa chọn. Lý do chính cho sự lựa chọn này là khả năng tạo ra các tỷ số truyền lớn, phù hợp với yêu cầu về lực kéo của xe tải. Hơn nữa, kết cấu hộp số 3 trục cho phép thiết kế một số truyền thẳng (số 5), nơi dòng công suất được truyền trực tiếp từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp mà không qua các cặp bánh răng trên trục trung gian. Điều này giúp hiệu suất truyền lực đạt cực đại, giảm mài mòn bánh răng và tiết kiệm nhiên liệu, vì xe tải dành phần lớn thời gian hoạt động (60-80%) ở số truyền thẳng. So với hộp số 2 trục, hộp số 3 trục có cấu trúc phức tạp hơn nhưng lại ưu việt hơn về khả năng chịu tải và tạo ra tỷ số truyền lớn. Việc sử dụng 5 cấp số được xem là sự cân bằng hợp lý giữa tính kinh tế, độ phức tạp và giá thành sản xuất, tránh sự rườm rà và chi phí cao của các hộp số nhiều cấp hơn.

3.1. So sánh ưu nhược điểm giữa hộp số 2 trục và hộp số 3 trục

Trong thiết kế hộp số cơ khí, hai loại kết cấu phổ biến là 2 trục và 3 trục. Hộp số 2 trục, với trục sơ cấp và thứ cấp song song, có ưu điểm là kết cấu đơn giản, nhỏ gọn và hiệu suất cao do dòng công suất chỉ đi qua một cặp bánh răng ở mỗi số truyền. Nó rất phù hợp với xe du lịch dẫn động cầu trước. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là khó tạo ra tỷ số truyền lớn và không có số truyền thẳng. Ngược lại, hộp số 3 trục (sơ cấp, trung gian, thứ cấp) có trục sơ cấp và thứ cấp đồng tâm. Mặc dù dòng công suất phải đi qua hai cặp bánh răng ở hầu hết các số truyền (làm giảm nhẹ hiệu suất), nó lại có khả năng tạo ra tỷ số truyền rất lớn và quan trọng nhất là có số truyền thẳng (ih=1) với hiệu suất gần như tuyệt đối. Đây là yếu tố quyết định giúp nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho xe tải nặng.

3.2. Lý do chọn hộp số cơ khí 3 trục 5 cấp cho xe tải 5 tấn

Phương án hộp số cơ khí 3 trục 5 cấp được chọn cho xe tải 5 tấn dựa trên nhiều phân tích thực tiễn. Thứ nhất, kết cấu 3 trục cung cấp tỷ số truyền lớn ở số 1, đảm bảo khả năng khởi hành và leo dốc mạnh mẽ cho xe đầy tải. Thứ hai, số truyền thẳng ở cấp số 5 giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm hao mòn khi xe chạy trên đường trường, chiếm phần lớn thời gian vận hành. Thứ ba, số lượng 5 cấp số là đủ để phân chia dải tỷ số truyền hộp số một cách hợp lý, giúp động cơ luôn hoạt động trong vùng tối ưu. Sử dụng ít cấp số hơn (3 hoặc 4 cấp) sẽ không khai thác hết tiềm năng của động cơ, trong khi nhiều cấp số hơn (8, 10 cấp) sẽ làm tăng độ phức tạp, kích thước, trọng lượng và giá thành không cần thiết cho một chiếc xe tải ở phân khúc này. Do đó, phương án này đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa hiệu năng, độ bền và chi phí.

IV. Hướng Dẫn Các Bước Tính Toán Thiết Kế Hộp Số Xe Tải

Sau khi đã lựa chọn được phương án kết cấu, giai đoạn tiếp theo trong thiết kế hộp số xe tải trên 3 5 tấn là thực hiện các bước tính toán chi tiết. Đây là quá trình cốt lõi, quyết định các thông số kỹ thuật chính xác của từng bộ phận. Quá trình này bắt đầu bằng việc xác định các tỷ số truyền hộp số cho từng cấp, dựa trên các yêu cầu về động lực học của xe. Tiếp theo, các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng như khoảng cách trục (aω) và mô đun pháp tuyến (mn) được xác định dựa trên các công thức kinh nghiệm và tiêu chuẩn hóa. Ví dụ, trong đồ án tham khảo, khoảng cách trục được tính toán và chọn là 125 mm, và mô đun được chọn là 4.5 mm. Từ các thông số này, số răng của từng bánh răng hộp số được tính toán để đảm bảo tỷ số truyền mong muốn và tổng số răng của các cặp bánh răng ăn khớp trên các trục song song là hằng số. Sau khi có số răng, kích thước hình học chi tiết của từng bánh răng (đường kính vòng chia, vòng đỉnh, vòng đáy, chiều rộng vành răng) được xác định. Bước cuối cùng trong giai đoạn này là xác định mô men tính toán tác dụng lên từng trục ở các cấp số khác nhau, đây là cơ sở dữ liệu đầu vào quan trọng cho việc kiểm tra bền ở giai đoạn sau. Quá trình tính toán thiết kế hộp số này đòi hỏi sự chính xác và tuân thủ chặt chẽ các nguyên lý cơ học và tiêu chuẩn ngành.

4.1. Quy trình xác định tỷ số truyền và các thông số cơ bản

Quy trình bắt đầu với việc xác định tỷ số truyền hộp số ở tay số 1 (ih1) theo công thức của Chuđacốp, dựa vào trọng lượng toàn bộ của xe, hệ số cản lớn nhất, bán kính bánh xe và mô men xoắn cực đại của động cơ. Trong đồ án, giá trị ih1 được tính toán là 5.53. Tỷ số truyền ở tay số 5 được chọn là 1 (số truyền thẳng). Các tỷ số truyền trung gian được phân bố theo quy luật cấp số nhân. Sau đó, khoảng cách trục aω được tính theo công thức kinh nghiệm: aω = ka * ³√Memax. Với xe tải, hệ số ka được chọn là 19, cho ra khoảng cách trục sơ bộ là 117.25 mm, và được chọn theo tiêu chuẩn là 125 mm. Mô đun pháp tuyến (mn) cũng được chọn theo kinh nghiệm, thường từ 0.032 đến 0.045 lần khoảng cách trục, và được chọn là 4.5 mm theo tiêu chuẩn.

4.2. Tính toán số răng và kích thước hình học của bánh răng

Sau khi có khoảng cách trục và mô đun, số răng của các bánh răng hộp số được tính toán. Đối với hộp số 3 trục, tổng số răng của cặp bánh răng luôn ăn khớp (za + z'a) và các cặp bánh răng gài số (zi + z'i) phải xấp xỉ bằng nhau. Số răng của bánh răng chủ động (za) thường được chọn ≥ 17 để tránh hiện tượng cắt chân răng, trong đồ án này chọn za = 21 răng. Từ đó, số răng của các bánh răng còn lại được tính toán để thỏa mãn tỷ số truyền đã xác định. Ví dụ, cặp bánh răng số 1 có z1 = 12 răng và z'1 = 41 răng. Dựa trên số răng, mô đun, và góc nghiêng răng (β), các kích thước hình học chi tiết như đường kính vòng chia (d), đường kính vòng đỉnh (da), và chiều rộng vành răng (B) được xác định cho từng bánh răng, tạo thành bộ thông số hoàn chỉnh để chế tạo.

4.3. Các bước xác định mô men xoắn tính toán cho hệ thống

Để kiểm tra bền, cần xác định mô men xoắn tính toán tác dụng lên các chi tiết. Có hai phương pháp xác định: theo mô men cực đại của động cơ và theo điều kiện bám của bánh xe. Mô men tính toán sẽ là giá trị nhỏ hơn giữa hai kết quả này. Ví dụ, mô men trên trục sơ cấp được tính là 175.7 Nm (giá trị nhỏ hơn). Từ đó, mô men trên trục trung gian và trục thứ cấp ở mỗi cấp số được tính toán, có xét đến hiệu suất truyền lực. Ví dụ, mô men trên trục trung gian là 285 Nm, và trên trục thứ cấp ở số 1 là 149.8 Nm. Các giá trị này là cơ sở để tính toán lực vòng tác dụng lên răng bánh răng, từ đó tiến hành kiểm tra tính bền của bánh răng theo ứng suất uốn và ứng suất tiếp xúc.

V. Bí Quyết Kiểm Tra Độ Bền Bánh Răng Và Trục Hộp Số Xe Tải

Kiểm tra bền là bước không thể thiếu trong quy trình thiết kế hộp số xe tải trên 3 5 tấn để đảm bảo an toàn và tuổi thọ của hệ thống. Quá trình này tập trung vào các chi tiết chịu tải trọng lớn nhất, bao gồm bánh răng hộp số, các trục và ổ lăn. Đối với bánh răng, việc kiểm tra độ bền được thực hiện dựa trên hai chỉ tiêu chính: ứng suất uốn tại chân răng và ứng suất tiếp xúc trên bề mặt làm việc. Các giá trị ứng suất tính toán phải nhỏ hơn giới hạn cho phép của vật liệu. Theo kết quả trong đồ án tham khảo, ứng suất uốn lớn nhất xảy ra ở bánh răng số lùi trên trục trung gian (282.35 MN/m²) và ứng suất tiếp xúc lớn nhất cũng ở bánh răng này (1342.47 MN/m²). Tất cả các giá trị này đều nằm trong giới hạn cho phép, chứng tỏ thiết kế bánh răng đảm bảo độ bền. Đối với các trục hộp số (sơ cấp, trung gian, thứ cấp), việc kiểm tra bền được thực hiện bằng cách tính toán ứng suất tổng hợp từ mô men uốn và mô men xoắn tại các tiết diện nguy hiểm. Ngoài ra, độ cứng vững của trục (độ võng và góc xoay) cũng được kiểm tra để đảm bảo các bánh răng ăn khớp đúng vị trí. Cuối cùng, các ổ lăn được lựa chọn và kiểm tra dựa trên tải trọng quy dẫn và tuổi thọ yêu cầu, đảm bảo chúng có thể hoạt động ổn định trong suốt vòng đời của xe.

5.1. Phân tích độ bền bánh răng theo ứng suất uốn và tiếp xúc

Phân tích tính bền của bánh răng là một quy trình hai bước. Đầu tiên là tính toán ứng suất uốn (σu), vốn là nguyên nhân gây gãy răng. Ứng suất này được tính dựa trên lực vòng tác dụng, mô đun, chiều rộng vành răng và hệ số dạng răng. Thứ hai là tính toán ứng suất tiếp xúc (σtx), nguyên nhân gây tróc rỗ bề mặt. Ứng suất này phụ thuộc vào lực vòng, mô đun đàn hồi của vật liệu và bán kính cong của bề mặt răng tại điểm tiếp xúc. Kết quả tính toán cho thấy các cặp bánh răng của hộp số được thiết kế đều thỏa mãn điều kiện bền. Ví dụ, đối với cặp bánh răng luôn ăn khớp, σu = 40.656 MN/m² và σtx = 583.7 MN/m², đều thấp hơn giới hạn cho phép (thường là [σu] = 100-250 MN/m² và [σtx] = 650-700 MN/m²).

5.2. Phương pháp tính toán độ bền và độ cứng vững của trục

Các trục hộp số chịu tác động đồng thời của mô men uốn và mô men xoắn. Độ bền của trục được kiểm tra bằng cách tính ứng suất tương đương (σtđ) tại các tiết diện nguy hiểm (thường là vị trí lắp bánh răng hoặc ổ lăn) và so sánh với ứng suất cho phép của vật liệu. Ứng suất tương đương được xác định theo thuyết bền phù hợp (ví dụ, thuyết bền thế năng biến đổi hình dáng). Đồ án đã tính toán và vẽ biểu đồ mô men cho trục thứ cấp, trung gian và sơ cấp ở các cấp số khác nhau. Kết quả cho thấy ứng suất lớn nhất trên trục thứ cấp là 118 MN/m², nhỏ hơn giới hạn bền cho phép. Ngoài ra, độ cứng vững cũng được kiểm tra bằng cách tính độ võng và góc xoay, đảm bảo chúng không vượt quá giới hạn để không ảnh hưởng đến sự ăn khớp của bánh răng.

5.3. Lựa chọn và kiểm tra độ bền cho các ổ lăn trong hộp số

Các ổ lăn là chi tiết quan trọng, đỡ các trục và cho phép chúng quay. Việc lựa chọn ổ lăn dựa trên đường kính trong (bằng đường kính ngõng trục) và khả năng chịu tải. Khả năng làm việc của ổ lăn được đánh giá thông qua hệ số khả năng làm việc (C), tính toán dựa trên tuổi thọ yêu cầu (tính theo triệu vòng) và tải trọng quy dẫn tác dụng lên ổ. Tải trọng quy dẫn (Rtd) là một giá trị tương đương tổng hợp từ lực hướng tâm và lực dọc trục. Dựa trên các giá trị tính toán, đồ án đã chọn được các loại ổ bi đỡ chặn và ổ bi kim phù hợp cho từng vị trí trên các trục, đảm bảo chúng hoạt động bền bỉ trong suốt quãng đường yêu cầu giữa hai kỳ đại tu (≥ 160,000 km cho xe tải).

VI. Kết Luận Định Hướng Phát Triển Cho Thiết Kế Hộp Số

Quá trình thiết kế hộp số xe tải trên 3 5 tấn, dựa trên cơ sở phân tích và tính toán cho xe TMT CUULONG DFA7050T, đã đạt được mục tiêu đề ra. Phương án hộp số 3 trục 5 cấp số tiến và 1 số lùi đã được chứng minh là phù hợp, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về động lực học, độ bền và hiệu suất vận hành. Các kết quả tính toán chi tiết cho bánh răng hộp số, trục và ổ lăn đều cho thấy các chi tiết thỏa mãn điều kiện bền và làm việc an toàn dưới các chế độ tải trọng khác nhau. Việc tối ưu hóa tỷ số truyền hộp số đã đảm bảo xe vừa có sức kéo tốt, vừa tiết kiệm nhiên liệu, phù hợp với điều kiện vận hành thực tế. Bản thiết kế này không chỉ là một giải pháp kỹ thuật cụ thể mà còn là một minh chứng cho quy trình thiết kế hệ thống cơ khí phức tạp, từ việc lựa chọn phương án đến tính toán kiểm nghiệm chi tiết. Nhìn về tương lai, lĩnh vực thiết kế hộp số xe tải vẫn đang không ngừng phát triển. Các xu hướng mới tập trung vào việc tăng số cấp số (lên tới 10-12 cấp hoặc hơn) để tối ưu hóa hiệu suất động cơ, ứng dụng công nghệ điều khiển điện tử và tự động hóa (hộp số AMT) để giảm thao tác cho người lái, và sử dụng vật liệu mới nhẹ hơn, bền hơn để giảm trọng lượng tổng thể và nâng cao hiệu quả nhiên liệu.

6.1. Đánh giá tổng kết phương án thiết kế hộp số đã lựa chọn

Phương án thiết kế hộp số 3 trục, 5 cấp đã giải quyết thành công các yêu cầu kỹ thuật cho xe tải 5 tấn. Kết cấu này cân bằng được giữa hiệu năng, độ tin cậy và chi phí sản xuất. Các cặp bánh răng nghiêng được sử dụng cho các số tiến giúp giảm tiếng ồn và tăng khả năng chịu tải, trong khi bánh răng thẳng được dùng cho số 1 và số lùi để đơn giản hóa việc gài số khi xe đứng yên. Các kết quả kiểm tra bền cho thấy ứng suất trên tất cả các chi tiết đều nằm trong giới hạn an toàn. Điều này khẳng định rằng hộp số được thiết kế có kết cấu hợp lý, tính công nghệ cao, đảm bảo các yêu cầu cần thiết và phù hợp với điều kiện vận hành tại Việt Nam.

6.2. Xu hướng phát triển công nghệ hộp số cho xe tải nặng

Ngành công nghiệp ô tô đang chứng kiến những bước tiến vượt bậc trong công nghệ hộp số. Đối với xe tải nặng, xu hướng rõ rệt là tăng số lượng cấp số để động cơ luôn hoạt động ở dải vòng tua hiệu quả nhất, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải. Hộp số sàn tự động hóa (AMT - Automated Manual Transmission) ngày càng trở nên phổ biến, kết hợp ưu điểm về độ bền của hộp số sàn và sự tiện lợi của hộp số tự động. Hơn nữa, việc tích hợp các hệ thống điều khiển điện tử thông minh, có khả năng dự đoán địa hình (predictive cruise control) để chọn số tối ưu, đang mở ra một kỷ nguyên mới cho hiệu suất vận hành. Vật liệu composite và các hợp kim nhẹ tiên tiến cũng đang được nghiên cứu để giảm trọng lượng hộp số, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế tổng thể.

20/09/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Các thông số tham khảo Xe tham khảo: xe tải TMT CUULONG DFA7050T (5 tấn). 1 Thông số về kích thước Kích thước bao (DxRxC) (mm) 7070x2180x3620 Chiều dài cơ sở (mm) 3800 Công thức bánh xe 4x2 Cỡ lốp 8.25-16 2 Thông số về trọng lượng Trọng lượng bản thân (kg) 3350 - Khối lượng xe đầy tải phân bố lên cầu sau chủ 1960 động (kg) - Khối lượng xe đầy tải phân bố lên cầu trước (kg) 1390 Trọng tải (kg) 4700 Trọng lượng toàn bộ (kg) 8245 3 Thông số về tính năng chuyển động Tốc độ lớn nhất (km/h) 72 Độ dốc lớn nhất ô tô vượt được (%) 20,1 Dung tích xylanh () 3707 Công suất cực đại (kW) / tốc độ quay (v/ph) 70 / 3200 Mômen xoắn cực đại (N.m) / tốc độ quay (v/ph) 235 / 1900 4 Hộp số Số cấp 5 Tỉ số truyền hộp số: I 5,51 II 3,60 III 2,35 IV 1,53 V 1,00 Số lùi 6,8 2 about:blank 5/45 5/3/24, 3:48 PM Đồ án thiết kế ô tô Nguyễn Trường Sơn 1951080263 CO19B 1. Giới thiệu chung về hộp số Hộp số là cụm chi tiết quan trọng của hệ thống truyền lực, cho phép thay đổi và phân chia tốc độ và mô men xoắn của động cơ đến các cầu chủ động của ô tô.

Công dụng Hộp số trong hệ thống truyền lực của ô tô dùng để:  Thay đổi tốc độ và mô men truyền lực (hay lực kéo) trên các bánh xe.  Ngắt động cơ lâu dài khỏi hệ thống truyền lực.  Thay đổi chiều chuyển động tiến hoặc lùi của ô tô. 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 đổi mô men đáp ứng mở rộng điều kiện làm việc của ô tô.

Yêu cầu Hộp số cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:  Có dãy tỉ số truyền hợp lý, phân bố các khoảng có tỉ số truyền tối ưu, đảm bảo chất lượng độc học và tính kinh tế vận tải cao.  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.  Đối với các hộp số sử dụng các bộ truyền có cấp (các tỉ số truyền cố định), khi chuyển số, thường xảy ra thay đổi 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 thuỷ 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.  Đảm bảo tại một thời điểm làm việc chỉ gài vào một số truyền nhất định một cách chắc chắn (cơ cấu định vị, khoá hãm, bảo hiểm số lùi,.  Kết cấu phải nhỏ gọn, dễ điều khiển, dễ bảo dưỡng và sửa chữa.  Có khả năng bố trí cụm công suất để dẫn động các thiết bị khác.

Phân loại 3 about:blank 6/45 5/3/24, 3:48 PM Đồ án thiết kế ô tô Nguyễn Trường Sơn 1951080263 CO19B Tùy theo những yếu tố căn cứ để phân loại, hộp số được phân loại như sau: - Theo phương pháp thay đổi tỉ số truyền:  Hộp số vô cấp  Hộp số có cấp  Hộp số hỗn hợp * Với hộp số có cấp + Căn cứ vào số lượng tỷ số truyền ( không kể số lùi)  Hộp số có 2, 3 tỷ số truyền  Hộp số có 4, 5, 6 hoặc 10, 12 số truyền ( xe tải, xe khách,.) + Căn cứ vào số lượng và cách bố trí trục  Hộp số 2 trục  Hộp số 3 trục  Hộp số có trục nằm ngang - Theo phương pháp điều khiển  Hộp số điều khiển tự động  Hộp số điều khiển bán tự động  Hộp số điều khiển cưỡng bức  Hộp số điều khiển gián tiếp và trực tiếp - Theo loại bánh răng  Bánh răng thẳng  Bánh răng nghiên  Bánh răng chữ V  Kết hợp nhiều loại bánh răng - Theo cấu trúc truyền lực giữa bánh răng  Hộp số thông thường  Hộp số hành tinh 4 about:blank 7/45 5/3/24, 3:48 PM Đồ án thiết kế ô tô Nguyễn Trường Sơn 1951080263 CO19B CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2. Giới thiệu một số hộp số cơ khí thường được dùng trên ô tô hiện nay  Hộp số có hộp số vô cấp và hộp số có cấp. - Hộp số vô cấp dùng để tạo thành hệ thống truyền lực vô cấp, trong đó hộp số có tỉ số truyền biến đổi liên tục. - Hộp số có cấp dùng để tạo thành hệ thống truyền lực có cấp.

Tỉ số truyền của hộp số này thay đổi với các giá trị khác nhau. Đây là hộp số được dùng phổ biến trên ô tô hiện nay.  Cấu tạo chung của hộp số cơ khí có cấp bao gồm các bộ phận cơ bản: - Bộ phận đảm nhiệm chức năng truyền và biến đổi mô men bao gồm: các cặp bánh răng ăn khớp, các trục và ổ đỡ trục, vỏ hộp số. - Bộ phận đảm nhận chuyển số đảm nhận chức năng chuyển số theo sự điều khiển của người lái và khả năng giữ nguyên trạng thái làm việc trong quá trình xe hoạt động.

Bộ phận này bao gồm: cần số, các đòn kéo, thanh trượt, nạng gạt, khớp gài, cơ cấu định vị, khóa hãm, cơ cấu bảo hiểm số lùi.  Một số hộp số cơ khí có cấp điển hình: 2. Hộp số 3 trục Là hộp số có đa số các số truyền ih truyền qua hai cặp bánh răng ăn khớp. Với cấu trúc tỉ số truyền truyền qua hai cặp bánh răng ăn khớp nên chiều quay của trục chủ động và trục bị động không thay đổi, cho phép thực hiện một số giá trị tỉ số truyền lớn, tuy nhiên hiệu quả truyền lực sẽ thấp do phải truyền qua nhiều cặp bánh răng ăn khớp.

Sơ đồ cấu trúc, bố trí trục của hộp số 3 trục điển hình : 5 about:blank 8/45 5/3/24, 3:48 PM Đồ án thiết kế ô tô Nguyễn Trường Sơn 1951080263 CO19B  Hộp số 3 trục 5 cấp: G1 1 L G2 2 G3 3 5 4 Z1 Z2 Za Z3 I Z4 I, III III Z'a Z'4 Z'3 Z'2 IV II Z'L Z'1 II ZL1 IV ZL2 a) Sơ đồ kết cấu. b) Sơ đồ bố trí trục.1: Sơ đồ cấu trúc, bố trí trục của hộp số 3 trục 5 cấp I, II, III: lần lượt là các trục sơ cấp, trục trung gian, trục thứ cấp. 0: vị trí trục trung gian của các số truyền. 1, 2, 3, 4, 5: vị trí của các số truyền và bánh răng tương ứng.

Zi: các bánh răng. Số Vị trí gài Dòng truyền Giá trị 1 G3, G2≡0; G1=1. I ZaxZ’a II Z’1xZ1 III ih lớn nhất 2 G1, G3≡0; G2=2. I ZaxZ’a II Z’2xZ2 III ih trung gian 3 G1, G3≡0; G2=3.

I ZaxZ’a II X’3xZ3 III ih trung gian 4 G1, G2≡0; G3=4. I ZaxZ’a II Z’4xZ4 III ih trung gian 5 G1, G2≡0; G3=5. I III ih = 1 Lùi G3, G2≡0; G1=L I ZaxZ’a II Z’LxZL1 ZL2xZ1 Đảo chiều quay III Bảng dòng truyền mô men của hộp số 3 trục 5 cấp:  Hộp số 3 trục 4 cấp: 6 about:blank 9/45 5/3/24, 3:48 PM Đồ án thiết kế ô tô Nguyễn Trường Sơn 1951080263 CO19B G2 1 G3 2 4 3 I III I, III Za G1 L 0 ZL2 Z3 Z2 ZL1 Z1 II Z'L2 IV IV Z'L Z'2 Z'1 II Z'3 Z'a a)Sơ đồ kết cấu. b) Sơ đồ bố trí trục.2: Sơ đồ cấu trúc bố trí trục hộp số 3 trục 4 cấp I, II, III: lần lượt là các trục sơ cấp, trục trung gian, trục thứ cấp.

0: vị trí trục trung gian của các số truyền. 1, 2, 3, 4: vị trí của các số truyền và bánh răng tương ứng. Zi: các bánh răng. Dòng truyền mô men của hộp số 3 trục 4 cấp: Số Vị trí gài Dòng truyền Giá trị 1 G3, G1≡0; G2=1.

I ZaxZ’a II Z’1xZ1 III ih lớn nhất 2 G1, G3≡0; G2=2. I ZaxZ’a II Z’2xZ2 III ih trung gian 3 G1, G2≡0; G3=3. I ZaxZ’a II X’3xZ3 III ih trung gian 4 G1, G2≡0; G3=4. I III ih =1 Lùi G3, G2≡0; G1=L I ZaxZ’a II Z’LxZL2xZL1 III Đảo chiều quay 7 about:blank 10/45 5/3/24, 3:48 PM Đồ án thiết kế ô tô Nguyễn Trường Sơn 1951080263 CO19B 2.

Hộp số 2 trục Là hộp số có đa số các số truyền i h truyền qua một cặp bánh răng ăn khớp. Các hộp số này rất phù hợp với hệ thống truyền lực của xe ô tô con, đòi hỏi tốc độ cao. Ví dụ điển hình: hộp số 2 trục 5 cấp: I, II: lần lượt là các trục sơ cấp, trục thứ cấp. 1, 2, 3, 4, 5: vị trí của các số truyền và bánh răng tương ứng.

Zi: các bánh răng. C1, C2: bánh răng chủ động, bánh răng bị động. G1 Z5 Z4 G 2 Z 3 Z2 Z1 ZL I C1 II Z'5 Z'4 C2 Z'3 Z' 2 G3 Z'1 Hình 2.3: Sơ đồ kết cấu của hộp số 2 trục 5 cấp Số Vị trí gài Dòng truyền Giá trị 1 G1, G2≡0; G3=1. I Z1xZ’1 II C1xC2 ih lớn nhất 2 G1, G2≡0; G3=2.

I Z2xZ’2 II C1xC2 ih trung gian 3 G1, G3≡ 0; G2=3. I Z3xZ’3 II C1xC2 ih trung gian 4 G1, G3≡ 0; G2=4. I Z4xZ’4 II C1xC2 ih trung gian 5 G2, G3≡ 0; G1=5. I Z5xZ’5 II C1xC2 ih nhỏ nhất Lùi G1, G2, G3≡0; LxL1xL2 I ZLxZL1xZL2 II Đảo chiều quay Các số truyền và dòng truyền mô men của hộp số 2 trục 5 cấp: 8 about:blank 11/45 5/3/24, 3:48 PM Đồ án thiết kế ô tô Nguyễn Trường Sơn 1951080263 CO19B 2.

Quan điểm thiết kế Theo yêu cầu của bài toán đặt ra là thiết kế hộp số cho xe 5 tấn, với xe tham khảo là xe tải TMT CUULONG DFA7050T. 1221275416VINA 1221275990VINA Hình 2.4: xe tải TMT CUULONG DFA7050T Ta chọn hộp cơ khí giống như xe tham khảo với lí do: - Xe tải động cơ đặt trước, truyền lực bánh sau nên chọn hộp số đặt dọc. - Đây là hộp số cơ khí có cấp được dùng phổ biến hiện nay: 9 about:blank 12/45 5/3/24, 3:48 PM Đồ án thiết kế ô tô Nguyễn Trường Sơn 1951080263 CO19B + Quy trình công nghệ nguyên công gia công chế tạo và lắp ráp đã được ứng dụng rộng. Giá thành chế tạo cho sản phẩm thấp.

+ Vì phổ biến nên quá trình sửa chữa bảo dưỡng của người sử dụng thuận lợi. + Độ tin cậy của sản phẩm sẽ cao hơn so với hộp số vô cấp. - Ta dùng hộp số 3 trục 5 cấp mà không sử dụng hộp số 2 trục hay hộp số nhiều cấp, ít cấp: 4 cấp, 8 cấp,. Vì: + Ảnh hưởng của số lượng số truyền trong hộp số.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ