MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU 4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 5
1. Công dụng, yêu cầu, phân loại 5
1.1. Công dụng 5
1.2. Yêu cầu 5
1.3. Phân loại 6
2. Đặc điểm cấu tạo hộp số cơ khí 8
2.1. Hộp số 3 trục 8
2.2. Hộp số 2 trục 10
3. Các bộ phận chính của hộp số 12
CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 19
1. Các phương án lựa chọn 19
1.1. Hộp số 2 trục 5 số tiến 19
1.2. Hộp số 3 trục 5 số tiến 21
1.3. Hộp số 3 trục 4 số tiến 22
2. Chọn phương án thiết kế 24
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỘP SỐ 25
1. Tính toán tỉ số truyền 27
1.1. Xác định tỉ số truyền của truyền lực chính 27
1.2. Xác định tỉ số truyền tay số 1 27
1.3. Xác định tỉ số truyền các tay số trung gian 28
2. Tính toán các thông số cơ bản của bánh răng 29
2.1. Xác định khoảng cách giữa các trục 29
2.2. Chọn các thông số modun của bánh răng 29
2.3. Xác định số răng 30
1
2.4. Xác định lại tỷ số truyền và khoảng cách trục 32
2.5. Tính bề rộng răng 35
2.6. Dịch chỉnh bánh răng 35
3. Kết quả tính bền trục trung gian 78
Chương VI: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG
TRỤC THỨ CẤP 82
1. Cắt phôi, tiện mặt đầu và khoan chống tâm 82
2. Tiện thô các bậc trục 82
3. Tiện tinh 83
4. Gia công then hoa 83
5. Gia công ren ở đầu trục 83
6. Nhiệt luyện 85
7. Mà mặt trụ ngoài 85
8. Gia công tinh lần cuối mặt trụ ngoài 86
9. Mài siêu tinh lần cuối mặt trụ ngoài 87
10. Kiêm tra trục 87
KẾT LUẬN 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO 90
3
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay ô tô đã trở thành phương tiện giao thông hết sức quan trọng trong đời
sống hàng ngày.ngành công nghiệp ô tô phát triển rất lâu trên thế giới.Tuy nhiên
tại Việt Nam công nghiệp ôtô chủ yếu vẫn còn mang tính chất sản xuất nhỏ lẻ, lắp
ráp và nhập khẩu xe đã qua sử dụng, để có thể phát triển bền vững trong quá trình
hội nhập, ngành công nghiệp ôtô cần có mục tiêu, định hướng, qui hoạch chiến
lược cụ thể. Đối với ngành ôtô nói riêng và ngành cơ khí nói chung, khối lượng
công việc thiết kế tính toán cho các chi tiết là rất lớn. Việc áp dụng những tiến bộ
về khoa học kỹ thuật sẽ giúp quá trình thiết kế rút ngắn thời gian, kết quả tối ưu,
tăng năng suất lao động, tăng hiệu quả kinh tế,…
Sau 5 năm được đào tạo chuyên ngành ô tô tại trường đại học Bách Khoa Hà
Nội bản thân em cũng đã có những kiến thức nhất định về ô tô tuy còn rất nhiều
hạn chế. Em được giao đề tài “Tính toán thiết kế hộp số cơ khí trên xe con có ứng
dụng thiết kế 3D trên CATIA và đánh giá độ bền các chi tiết bằng COSMOS”. Với
- Có cơ cấu báo hiệu khi gài số lùi.
- Kết cấu nhỏ, gọn, dễ điều khiển, bảo dưỡng và sửa chữa Có khả năng bố trí
cụm trích công suất để dẫn động các thiết bị phụ khác.
1.3. Phân loại
5
Tùy theo những yếu tố căn cứ để phân loại, hộp số được phân loại như sau:
1.3.1.Theo trạng thái của trục hộp số trong quá trình làm việc
-Hộp số có tất cả các trục cố định.
-Hộp số có trục di động (hộp số hành tinh): Hộp số hành tinh và biến mô men là
một cụm có chung vỏ làm thành cụm hộp số tự động được lắp liền sau động cơ.
Cụm hộp số tự động có hệ thống điều khiển điện từ thủy lực làm việc theo chương
trình lập sẵn, thực hiện tự động đóng ngắt thay đổi các tỷ số truyền bên trong hộp
số chính.Cấu tạo của hộp số hành tinh dùng trên ô tô và các phương tiện giao thông
khá phức tạp. Hộp số hành tinh được tổ hợp từ các cơ cấu hành tinh cơ bản hoặc từ
các cơ cấu hành tinh tổ hợp.
1.3.2. Theo số trục của hộp số (không kể trục số lùi)
Trên ô tô con thường sử dụng hộp số chính ba trục hoặc hai trục.
-Hộp số ba trục có trục chủ động (trục sơ cấp) và trục bị động (trục thứ cấp) được
thiết kế đồng trục. Phần lớn các số truyền đều thông qua hai cặp bánh răng ăn
khớp, nếu nối trực tiếp trục chủ động và trục bị động có thể tạo ra số truyền thẳng.
Cấu trúc này thường gặp trên ô tô có cầu sau chủ động.
-Hộp số hai trục : tất cả các số truyền truyền qua một cặp bánh răng ăn khớp.
Trong một số trường hợp số truyền cao nhất có thể truyền qua nhiều cặp bánh răng.
Cấu trúc này thường gặp trên ô tô có động cơ đặt trước, cầu trước chủ động.
1.3.3. Theo số tỷ số truyền chung của hộp số chính.
Theo số lượng số tiến là 3,4,5…
1.3.4. 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
điểm rất quan trọng là hiện nay động cơ cao tốc được dùng nhiều trên ô tô. Như thế
nghĩa là nếu cần đảm bảo một tỉ số truyền như nhau thì loại hộp số này có kích
thước bé, trọng lượng cũng bé hơn, do đó giảm được trọng lượng toàn bộ ôtô
Hình 1.1: Hộp số 3 trục
Trục sơ cấp và trục thứ cấp đặt đồng tâm cho nên tạo ra được tỉ số truyền thẳng
nghĩa là gài cứng trục sơ cấp và trục thứ cấp lại với nhau. Trong trường hợp này
hiệu suất sẽ rất cao, coi như bằng 1, bởi vì truyền động không qua một cặp bánh
răng nào cả. Đối với ô tô rất quan trọng bởi thời gian làm việc ở số truyền thẳng
chiếm tỉ lệ 50%-80% .Trên các đoạn đường bằng phẳng có thể gài số truyền thẳng,
do đó thời gian sử dụng các tay số trung gian sẽ ít đi, cho nên bánh răng và ổ bi ở
các tay số này có kích thước
Nhược điểm:
- Hộp số có số truyền thẳng có khuyết điểm là ổ bi đằng trước (theo chiều chuyển
động của ôtô) của trục thứ cấp được đặt vào lỗ đằng sau của trục sơ cấp. Do điều
kiện kết cấu của hộp số (kích thước trục sơ cấp, ổ bi này không thể làm to được,
cho nên khi làm việc có lực tác dụng thì ổ bi này sẽ ở tình trạng căng thẳng. Trong
8
hộp số các bánh răng có nhiệm vụ truyền động giữa các trục. Để truyền động được
các bánh răng trên các trục phải ăn khớp với nhau.
-
-
Hình 1.2 Đường truyền công suất
Bánh răng trong hộp số được lắp cố định trên trục bằng then bán nguyệt, then
bằng (hoặc liền khối với trục), bánh răng lắp lồng không trên trục nhờ bạc lót.
- Bánh răng: trong hộp số 3 trục thường sử dụng bánh răng di trượt để gài số, lên
trong quá trình gài số quá trình va đập cũng thường dẫn đến mòn, vỡ răng.
- Khi dùng phương pháp di trượt để gài số thì buộc phải dùng bánh răng thẳng để
lắp trên các then hoa, cho lên như vậy sẽ dẫn đến chất lượng của ăn khớp bánh
9
răng không bằng bánh răng nghiêng. Nếu muốn dùng bánh răng nghiêng thì các
13- Bộ đồng tốc cấp số ba- bốn.
15- Bánh răng chủ động trục thứ cấp.
Ngày nay, hộp số hai trục được dùng rất phổ biến trên ôtô du lịch( xe có tải trọng
phân bố lên hai cầu tương đương nhau). Do đảm bảo tính gọn nhẹ của hệ thống
truyền lực, không sử dụng các đăng trong điều kiện không gian gầm xe chặt hẹp.
Kiểu hộp số này gồm hai cụm bộ phận cùng lắp đặt chung trong một vỏ hộp: Cụm
hộp số sang số bằng tay và bộ vi sai. Công suất động cơ được truyền đến trục sơ
cấp rồi đến trục thứ cấp hộp số. Bánh răng chủ động của trục thứ cấp truyền
mômen cho bộ vi sai làm quay các bán trục.
3.Các bộ phận chính của hộp số
Cơ cấu điều khiển là bộ phận quan trọng của hộp số, nó bao gồm các bộphận sau:
Đòn điều khiển, trục trượt, càng cua, cơ cấu định vị khoá hãm, cơ cấu định vị số
lùi, ống gài số, bộ đồng tốc. Nó có nhiệm vụ dịch chuyển các bánh răng tương ứng
với các ống gài số hoặc bộ đồng tốc ở trong hộp số khi gài và nhả số. Đòn điều
khiển phải bố trí thuận lợi cho người điều khiển.
11
Hình 1.5: cơ cấu gài số
Tuỳ theo sự bố trí đòn điều khiển có hai loại: Loại đặt trực tiếp trên nắp hộp số và
loại đặt riêng rẽ đối với hộp số.Dạng đặt trực tiếp trên nắp hộ số: Đòn điều khiển
lắp vào nắp hộp số từ trên xuống, đòn được ép vào mặt tựa hình cầu bằng lò xo 1
trực tiếp tác dụng lên đòn từ trên xuống dưới (hình a), hoặc bằng lò xo 2 đặt ở phía
dưới và ép vào đòn qua đĩa 5 (hình b), có khi đòn điều khiển lắp vào nắp hộp số từ
dưới lên, lúc đó đòn được ép vào mặt tựa hình cầu bằng lò xo 6, lò xo này tựa một
đầu vào gờ lồi ra 7 ở vỏ hộp số và ép đòn từ dưới lên, để giữ đòn điều khiển ở vị trí
đúng, ở mặt tựa hình cầu có đặt chốt định vị 3. Bề mặt tựa hình cầu của đòn điều
khiển được che bụi bẩn và nước bằng bao 4.
Trong khi tiến hành gài số để đảm bảo gài số được an toàn, người ta làm chốt định
vị và khoá hãm. Định vị dùng để gài các số cho đúng vị trí sao cho bánh răng ăn
khớp được hết chiều dài, tránh hiện tượng gài và nhả số ngẫu nhiên. Khoá hãm có
14
biến ở các xe tải và xe khách cỡ trung bình và lớn nhờ kết cấu vững chắc và tin
cậy.
Các nhà máy MAZ và KRAZ ( của Liên Xô cũ) sử dụng loại đồng tốc loại Ib
với bộ phận nối kiểu rời ( gồm các chi tiết 1A và 1B) cũng có nguyên tắc cấu tạo
và làm việc tương tự. Chỉ khác là 2 vành ma sát 3 của đồng tốc được làm liền khối,
do vậy bộ phận được nối tách rời được liên kết với nhau thông qua chốt hãm 2.
Nhược điểm của loại này là phải chế tạo hốc hãm H trên ống ma sát 3 trở nên khó
khăn hơn.
- Khi chưa đồng đều tốc độ giữa bánh răng gài số 4 và bộ đồng tốc, mô men ma
sát hình thành trên vành ma sát 3 làm chốt hãm 2 tì vào bề mặt hãm với góc
nghiêng β trên bộ phận nối 1. tại đây xuất hiện phản lực mà thành phần lực chiều
Q’ tác dụng ngược lên bộ phận nối 1 vào ăn khớp với khớp răng tương ứng trên
bánh gài số 4
- Khi đã có sự đồng đều tốc độ (không có sự trượt tương đối giữa 2 bề mặt côn)
mô men ma sát sẽ không còn nữa. lúc này lực Q do người lái tạo ra chỉ cần đủ
thắng lực lò xo định vị 5 đẩy nhẹ chốt hãm 2 thoát khỏi bề mặt hãm và tiếp tục đưa
vành răng của bộ phận nối đi vào ăn khớp với vành răng trên bánh răng gài số 4.
Việc gài số được thực hiện.
- Khi chưa đồng đều tốc độ giữa bánh răng gài số 4 và bộ đồng tốc, mô men ma
sát hình thành trên vành ma sát 3 làm chốt hãm 2 tì vào bề mặt hãm với góc
nghiêng β trên bộ phận nối 1. tại đây xuất hiện phản lực mà thành phần lực chiều
Q’ tác dụng ngược lên bộ phận nối 1 vào ăn khớp với khớp răng tương ứng trên
bánh gài số 4
- Khi chưa đồng đều tốc độ giữa bánh răng gài số 4 và bộ đồng tốc, mô men ma
sát hình thành trên vành ma sát 3 làm chốt hãm 2 tì vào bề mặt hãm với góc
nghiêng β trên bộ phận nối 1. tại đây xuất hiện phản lực mà thành phần lực chiều
15
Q’ tác dụng ngược lên bộ phận nối 1 vào ăn khớp với khớp răng tương ứng trên
bánh gài số 4
Hình 1.9. Bắt đầu đồng tốc
-
-
-
-
-
-
Hình 1.10. Quá trình đồng tốc
17
Kết thúc chuyên số:Sau khi then của ống trượt gài số ăn khớp với rãnh then của
vòng đồng tốc, ống trượt tiếp tục dịch chuyển và ăn khớp với rãnh then của bánh
răng số. Khi đó, việc chuyển số sẽ kết thúc
- Hình 1.11. Kết thúc đồng tốc
Cơ cấu đồng tốc kiểu có 2 ,3 mặt côn: để tăng khả năng ăn khớp đồng tốc, các kiểu
xe gần đây đã ứng dụng cơ cấu ăn khớp đồng tốc kiểu này, đặc biệt cho bánh răng
số 2 và số 3
Cơ cấu đồng tốc kiểu không có khóa: 1 cơ cấu đồng tốc không có khóa có lò xo
khóa đóng vai trò của khóa chuyển số và dùng cho bánh răng số 5 hộp số ngang ở
1 số kiểu xe
- Hình 1.12. bộ đồng tốc
18
CHƯƠNG II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1.Các phương án lựa chọn
1.1.Hộp số 2 trục 5 cấp
G
1
G
L2
Hình 2.1 Sơ đồ hộp số 2 trục 5 cấp
số Vị trí gài Dòng truyền
1
G
1,
G
2
≡
0 ; G
3
=1 I, z
1
×
z’
1 ,
II, C
1
×
C
1
2
G
1,
G
2
≡
0 ; G
3
3
≡
0 ; G
2
=4 I, z
4
×
z’
4 ,
II, C
1
×
C
2
5 G
2,
G
3
≡
0 ; G
1
=5 I, z
5
×
z’
5 ,
II, C
1
×
C
Trục chủ động (trục sơ cấp) đồng thời là trục bị động của li hợp đặt trên 2 ổ lăn.
Trên trục bố trí 2 bộ khớp gài dạng đồng tốc, gắn then hoa trên trục. Các bánh răng
chủ động số 1 và số 2 và số lùi bố trí chế tạo liền trục.
Trục bị động (trục thứ cấp) bố trí trên 2 ổ lăn. Trục mang theo: 3 bánh răng bị
động lắp then hoa trên trục, thực hiện nhận momen truyền sang trục bị động. Các
bánh răng bị động tương ứng với số 1 số 2 lắp quay trơn trên trục thông qua các ổ
con lăn (được chế tạo từ 2 nửa). Các bánh răng số 1 và số 2 chỉ liên kết với trục
nhờ khớp gài đồng tốc G3. Khớp gài G3 bố trí trên trục bị động có kết cấu rãnh
chứa nạng gạt và 1 bánh răng số lùi L2. Bánh răng L2 trên khớp gài G3 không liên
kết với bánh răng số lùi L trên trục chủ động, do vậy không ảnh hưởng tới việc
chuyển số 1 và số 2. Trên trục biij động của hộp số bố trí 1 cặp bánh răng trụ răng
nghiêng C1,C2 có tỉ số truyền lớn đóng vai trò như bánh răng truyền lực chính
trong các cầu xe thông thường. Trong lòng bánh răng bị động C2 bố trí các cụm vi
sai và bán trục truyền mo men ra các bánh xe. Số lùi được thực hiện nhờ việc dịch
chuyển bánh răng L1, tới vị trí đồng thời ăn khớp với bánh răng L và bánh răng
L2. Nhờ vậy, trục bị động thực hiện đảo chiều quay khi gài số lùi. Khi dịch chuyển
bánh răng L1, khớp gài G3 ở vị trí trung gian, đóng vai trò truyền mo men thông
qua then hoa của khớp gài sang trục bị động của hốp số.
1.2.Hộp số 3 trục 5 số tiến
Trục chủ động (trục sơ cấp) đồng thời là trục bị động của li hợp đặt trên 2 ổ lăn.
Trên trục bố trí 2 bộ khớp gài dạng đồng tốc, gắn then hoa trên trục. Các bánh răng
chủ động số 1 và số 2 và số lùi bố trí chế tạo liền trục. Trục bị động (trục thứ cấp)
bố trí trên 2 ổ lăn. Trục mang theo: 3 bánh răng bị động lắp then hoa trên trục, thực
hiện nhận momen truyền sang trục bị động
20
Z'a
Z'
4
Z'
2
G
3,
G
2
≡
0 ; G
1
=1 I, z
a
×
z’
a ,
II, z’
1
×
z
1 ,
III
2
G
1,
G
3
≡
0 ; G
2
=2 I, z
a
×
z’
0 ; G
3
=4 I, z
a
×
z’
a ,
II, z’
4
×
z
4 ,
III
5 G
1,
G
2
≡
0 ; G
3
=5 I, III
lùi G
3,
G
2
≡
0 ; G
1
=L
I, z
qua then hoa của khớp gài sang trục bị động của hốp số.
1.3. Hộp số 3 trục 4 số tiến
Hộp số gồm 3 trục 4 số tiến và 1 số lùi.Hộp số được đặt dọc theo xe
truyền của hệ thống truyền lực, tăng thêm lực kéo ở bánh xe chủ động nhằm khắc
phục lực cản lớn của mặt đường.
Các bánh răng trên trục trung gian II chế tạo liền trục và trục bị động đặt trên 3 gối
tựa, giúp cho hộp số tuy có kích thước chiều dài lớn song vẫn đảm bảo độ cứng
vững cao. Trục bị động dài có ổ bi đỡ ở giữa tạo điều kiện bố trí cần chuyển số phù
hợp với vị trí điều khiển của người lái và rút ngắn chiều dài các đăng nối ra cầu sau
chủ động.
Hộp số sử dụng 2 ống gài dạng đồng tốc G
2,
G
3
ở các số truyền tiến. Bánh răng z
1
được bố trí chạy trơn trên trục thứ cấp. Bánh răng được gài với trục khi ống gài G2
liên kết với bánh răng Z
1
. Kết cấu như vậy cho phép chuyển từ số 2 về số 1 kể cả
khi tốc độ ô tô còn cao, mà không xảy ra tải tronhj va đập lớn. Bánh răng số lùi
Z
L1
được đặt cố định ở khoang sau của hộp số. Banh răng Z’
L
đặt cố định trên trục
trung gian và không ăn khớp trực tiếp với bánh răng Z
L1
. Bánh răng Z
L2
III
I
II
G1
0L
Hình 2.4 sơ đồ hộp số 3 trục 4 số tiến
Các vị trí gài số :
số Vị trí gài Dòng truyền
1
G
3,
G
1
≡
0 ; G
2
=1 I, z
a
×
z’
a ,
II, z’
1
×
z
1 ,
III
2
G
3
×
z
3 ,
III
4 G
1,
G
2
≡
0 ; G
3
=4 I, III
lùi G
3,
G
2
≡
0 ; G
1
=L
I, z
a
×
z’
a ,
II,
z’
L
×
CHƯƠNG III THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỘP SỐ
Thiết kế hộp số xe con với xe tham khảo
1998 Nissan Skyline GT
Bảng 3.1.Thông số xe tham khảo
Thông số xe tham khảo
Chiều dài lớn nhất 4705mm
Chiều rộng lớn nhất 1720mm
Chiều cao lớn nhất 1375mm
Vệt bánh xe 1475mm
Chiều dài cơ sở 2655mm
Khoảng sáng gầm xe 140mm
Khối lượng toàn bộ 1360kg
Động cơ Đặt trước & dọc
Dung tích động cơ 1998cc
Công suất cực đại 153mã lực (6400vg/phút)
Momen cực đại 186Nm(4400 vg/phút)
V
max
120 km/h
Thông số lốp 205/60 R 15 91H
Tỉ số truyền lực chính 4.36
25
Copyright: Tài liệu đại học ©