Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5
1.1. Các thông số tham khảo 5
1.2. Giới thiệu chung về hộp số 6
1.2.1. Công dụng 6
1.2.2. Yêu cầu 6
1.2.3. Phân loại 7
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT
KẾ 9
2.1 . Giới thiệu một số hộp số cơ khí thường dùng trên ô tô hiện nay. 9
2.1.1. Hộp số 3 trục 9
2.1.2. Hộp số 2 trục 12
2.2. Quan điểm thiết kế 14
2.3. Kết luận về phương án thiết kế 15
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỘP SỐ 20
3.1. Tính tỷ số truyền hộp số 20
3.1.1. Khoảng cách trục 21
3.1.2. Modun các bánh răng hộp số 21
3.1.3. Góc nghiêng răng β 21
3.1.4. Số răng của các bánh răng 22
3.1.5. Xác định lại chính xác tỷ số truyền, khoảng cách trục 25
3.1.6. Dịch chỉnh góc bánh răng 26
3.2. Tính bền bánh răng 36
3.2.1. Chế độ tải trọng để tính toán hộp số 36
3.2.2. Tính bền bánh răng 38
3.3. Tính toán trục hộp số 41
3.3.1. Tính sơ bộ trục, kích thước trục hộp số 41
3.3.2. Tính bền trục 42
Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 1


Ô tô là một loại phương tiện giao thông được sử dụng từ rất lâu, ở hầu hết
các quốc gia trên thế giới. Đất nước ta đang trong thời kì phát triển, ngành công
nghiệp ô tô đang là vấn đề quan tâm của nhà nước. Cùng với quá trình phát triển
của nghành công nghiệp ô tô thì càng có nhiều nhà máy ô tô ra đời, các ngành
dịch vụ liên quan đến ô tô cũng phát triển theo, việc nội địa hóa đang được đẩy
mạnh và ngày càng nhiều chi tiết được sản xuất trong nước.
Hộp số là một trong những bộ phận quan trọng của hệ thống truyền lực trên ô
tô. Nó làm nhiệm vụ biến đổi mô men theo điều kiện cản của mặt đường. Ngày
nay việc sử dụng hộp số tự động đang là xu thế của ngành công nghiệp ô tô,
nhưng hộp số cơ khí vẫn được dùng phổ biến hiện nay, đặc biệt là trên các xe ô
tô vận tải. Đem lại nhiều lợi ích kinh tế cho người sử dụng.
Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 3
3
Đồ án tốt nghiệp
Trong đồ án tốt nghiệp này em được giao đề tài: tính toán thiết kế hộp số cơ
khí cho xe tải (cụ thể: xe tải 5 tấn với xe tham khảo là xe Zil 130), có ứng dụng
thiết kế 3D trên CATIA và đánh giá độ bền các chi tiết bằng COSMOS. Với yêu
cầu thiết kế nhỏ gọn, đủ bền, dễ điều khiển, giá thành hợp lý.
Em xin trân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo
Nguyễn Trọng Hoan, thầy giáo Hoàng Thăng Bình và các thầy trong bộ môn ô tô
và xe chuyên dụng – Viện cơ khí động lực – Trường đại học Bách Khoa Hà Nội
đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2010.
Sinh viên: Mạc Văn Hiệu.

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Các thông số kỹ thuật của xe tham khảo:
TT Thông số Xe ZIL130 Đơn vị

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.
1.2.2. Yêu cầu
Hộp số cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 5
5
Đồ án tốt nghiệp
• Có dãy tỉ số truyền hợp lý, phân bố các khoảng có tỉ 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.
• 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.
1.2.3. Phân loại
Tùy theo những yếu tố căn cứ để phân loại, hộp số được phân loại như sau:
• Theo trạng thái của trục hộp số trong quá trình làm việc:
 Hộp số có trục cố định.


CHƯƠNG 2
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. 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.
Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50 7
7
Đồ án tốt nghiệp
- 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:
2.1.1. Hộp số 3 trục
Là hộp số có đa số các số truyền i
h
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.

Za
Z2
Z'2
a) Sơ đồ kết cấu. b) Sơ đồ bố trí trục.
Hình 2.1: 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.
G
1
, G
2
, G
3
: các khớp gài.
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.
Z
i
: các bánh răng.
Số Vị trí gài Dòng truyền Giá trị
1 G
3
, G
2
≡0; G
1
=1. I, Z
a
xZ’
a
, II, Z’

a
xZ’
a
, II, X’
3
xZ
3
, III i
h
trung gian
4 G
1
, G
2
≡0; G
3
=4. I, Z
a
xZ’
a
, II, Z’
4
xZ
4
, III i
h
trung gian
5 G
1
, G

II
IV
0
G
1
III
IV
Z'
L2
Z'
1
Z
1
Z
L1
Z'
2
Z
2
Z
3
Z'a
Z
a
Z'
L
L
Z'
3
G

, G
1
≡0; G
2
=1. I,Z
a
xZ’
a
, II, Z’
1
xZ
1
, III i
h
lớn nhất
Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50
10
10
Đồ án tốt nghiệp
2 G
1
, G
3
≡0; G
2
=2. I, Z
a
xZ’
a
, II, Z’

h
=1
Lùi G
3
, G
2
≡0; G
1
=L I, Z
a
xZ’
a
, II, Z’
L
xZ
L2
xZ
L1
, III Đảo chiều quay

2.1.2. 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. (Giá trị i
h
không cần lớn).
Ví dụ điển hình: hộp số 2 trục 5 cấp:
I, II: lần lượt là các trục sơ cấp, trục thứ cấp.

G
1
Z
5
Z
4
G
2
Z
3
Z
2
Z
L
Z
1
I
C
1
C
2
II
G
3
Hình 2.3: Sơ đồ kết cấu của hộp số 2 trục 5 cấp
Các số truyền và dòng truyền mô men của hộp số 2 trục 5 cấp:
Số Vị trí gài Dòng truyền Giá trị
1 G
1
, G

trung gian
3 G
1
, G
3
≡ 0; G
2
=3. I, Z
3
xZ’
3
, II, C
1
xC
2
i
h
trung gian
4 G
1
, G
3
≡ 0; G
2
=4. I, Z
4
xZ’
4
, II, C
1

I, Z
L
xZ
L1
xZ
L2
, II Đảo chiều quay
2.2. Quan điểm thiết kế
Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50
12
12
Đồ án tốt nghiệp
Theo yêu cầu của bài toán đặt ra là thiết kế hộp số cho xe 5 tấn, với xe tham
khảo là xe zil 130.
•
1221275416VINA
•
1221275990VINA
Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50
13
13
Đồ án tốt nghiệp
Hình 2.4: Xe tham khảo: zil 130
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:
 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.

• Sơ đồ hộp số tham khảo :
13
2
G
1
G
2
G
3
L
1
45
I
3
2
III
II
1
3
4
6
5
7
11
12
10
8
9
Hình 2.5: Sơ đồ hộp số xe tham khảo
Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50

trục.
• Trục bị động III (trụ thứ cấp) bố trí trên 2 ổ lăn: một – gối trên vỏ, một– gối vào
lòng bánh răng Z’
a
. Trục mang theo ba bánh răng nghiêng: Z
4
(số 4), Z
3
(số 5), Z
2
Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50
16
16
Đồ án tốt nghiệp
(số 8) lắp quay trơn trên trục, một bánh răng thẳng Z
1
(số 9) di trượt bằng then
hoa đảm bảo cho việc di chuyển gài số trực tiếp, hai bộ khớp gài dạng đồng tốc
G
2
, G
3
được gài vào vị trí tương ứng (hình vẽ 2.5). Khi một bánh răng được gài
các bánh răng khác sẽ ở vị trí quay tự do (quay lồng không). Vị trí khớp gài G
3
có thể bố trí nối với bánh răng Z
a
, tạo nên khả năng truyền thẳng từ trục I sang
trục III (số truyền thẳng). Khớp gài G
1

≡0; G
2
=2. I, Z
a
xZ’
a
, II, Z’
2
xZ
2
, III i
h
trung gian
3 G
1
, G
3
≡0; G
2
=3. I, Z
a
xZ’
a
, II, Z’
3
xZ
3
, III i
h
trung gian

≡0; G
1
=L I, Z
a
xZ’
a
, II, Z’
L
xZ
L1
, Z
L2
xZ
1
, III Đảo chiều quay
• Qua bảng ta nhận thấy:
• Đa số các tỉ số truyền được thực hiện thông qua hai cặp bánh răng ăn khớp, trong
đó có cặp bánh răng luôn ăn khớp Z
a
, Z’
a
.
Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50
17
17
Đồ án tốt nghiệp
• Ở số truyền thẳng, lúc này dòng truyền trực tiếp từ trục sơ cấp qua khớp gài tới
trục thứ cấp. Khi đó, các bánh răng làm việc không tải, hiệu suất truyền lực của
hộp số là cực đại. Thời gian làm việc ở số truyền thẳng có thể chiếm khoảng
60% - 80% tổng thời gian chuyển động, do vậy cho phép hạn chế hao mòn bánh

b
h
e t
fc
G r
i
M i i
ψ
η
≥
- Theo điều kiện bám:
1
max
0
.
. .
. . .
b
h
e t
fc
m G r
i
M i i
ϕ
ϕ
η
≤
+ G: trọng lượng toàn bộ của ô tô:
G = 95250 (N)

bx
= 0.45 (mm)
+i
f
: tỷ số truyền hộp số phụ. i
f
= 1
+i
o
: tỷ số truyền truyền lực chính. i
o
= 6,32 ( xe tham khảo).
+ i
cc
: tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng. i
cc
=1
+M
emax
: mô men xoắn cực đại của động cơ, M
emax
= 430 N.m
Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50
19
19
Đồ án tốt nghiệp
+ η : Hiệu suất của hệ thống truyền lực. η= 0,85
→ 5,75 ≤ i
h1
≤ 10,4

= 4 (mm) theo tiêu chuẩn.
3.1.3. Góc nghiêng răng β
Phần lớn các bánh răng là bánh răng nghiêng.
Đối với ô tô tải
00
2618 ÷=
β
Tuy nhiên trong khi chọn β cần lưu ý đến điều kiện đảm bảo độ êm dịu
làm việc và một số điều kiện làm việc khác. Độ êm dịu cao nhất khi hệ số trùng
khớp chiều trục ε là số nguyên. Tuy nhiên
β
ε
không thể lớn hơn 1 do các bánh
răng có bề rộng giới hạn nên ta thường chọn
β
ε
=1.
→ góc β được xác định:
Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50
20
20
Đồ án tốt nghiệp
.
arcsin
n
m
b
ε
ω
π

b
ε
ω
π
π
β
 
 
= = =
 ÷
 ÷
 
 
Trên thực tế
Ζ
≤
ββ
để đảm bảo một số điều kiện như giảm tải trọng tác
dụng lên ổ.
→ Chọn:
0
24
β
=
3.1.4. Số răng của các bánh răng
Đối với hộp số 3 trục 5 cấp, mỗi tay số trừ số lùi và số truyền thẳng được tạo
nên bởi 2 cặp bánh răng:
Cặp bánh răng dẫn động trục trung gian có tỷ số truyền: i
a
Cặp bánh răng nối trục trung gian với trục thứ cấp có tỷ số truyền: i

ω
β
= − =
⇒ = =
⇒ = = =
Chọn:
46
,
=
a
z

(răng).
Số truyền 5 là số truyền thẳng nên:
1
5
=
h
i
Tỷ số truyền ở các tay số khác
hnnh
iai .
)1(
=
−
Trong đó :
1
4
1
5

19,7
. 1
n
a
z
m i
ω
= =
+
Chọn
20
1
=
z
( răng)
28,50.
1
,
1
== ziz

chọn
50
,
1
=z
răng
( )
2
2

( )
3
3
2.a . os
31,97
1
n
c
z
m i
ω
β
= =
+
Chọn
32
3
=z
(răng)
,
3 3 3
. 32z i z= =
Chọn
32
,
3
=z
(răng)
( )
4

- Tỷ số truyền lùi thường được chọn:
)45,88,7().3,12,1(
1
÷=÷=
hl
ii
Chọn
1,8=
l
i
Khoảng cách trục số lùi và trục chính.
,
,
9
11
10 12
11
12
3,18
. 3,18
25
1,25
20
l
l
a
l
i
i
i

Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50
23
23
Đồ án tốt nghiệp
Khoảng cách trục giữa trục đảo chiều và trục trung gian
Chọn :
90
2
=
ω
a
(mm)
3.1.5. Xác định lại chính xác tỷ số truyền và khoảng cách trục hộp số
Tỷ số truyền hộp số sau khi đã chọn số răng các bánh răng.
, ,
.
a i
hi
a i
z z
i
z z
=
Thay số ta có bảng sau:
Các tay
số
1
i
2
i

,
c
a a−
i
z
20 25 32 39 18
,
i
z
50 40 32 25 46
140 142,3 140,11 140,11 140,11
Mạc Văn Hiệu ÔtôA-K50
24
24
Đồ án tốt nghiệp
Chọn khoảng cách trục chính xác là: 140 (mm)
Sai lệch khoảng cách trục giữa các bánh răng được giải quyết bằng dịch
chỉnh góc bánh răng.
3.1.6. Dịch chỉnh góc bánh răng
Sau khi tính toán lại khoảng cách trục có sự sai lệch, để giải quyết sự sai lệch
đó ta có 2 giải pháp: thay đổi góc nghiêng của các bánh răng hoặc dịch chỉnh các
bánh răng.
* Thay đổi góc nghiêng răng.
Thông thường biện pháp này người ta ít dùng vì nó sẽ gây khó khăn cho
công nghệ chế tạo máy và sửa chữa các bánh răng.
* Dịch chỉnh các bánh răng ăn khớp với nhau.
Biện pháp này được dùng nhiều vì chúng ta có thể dễ dàng dịch chỉnh nhờ
thay đổi khoảng cách giữa dao thanh răng và bánh răng cần chế tạo trong quá
trình chế tạo.
Các cặp bánh răng số 1 và số lùi không cần dịch chỉnh do đã đảm bảo khoảng