NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Ô TÔ
Họ vè tên sinh viên: Phạm Đình Tuệ Lớp: 07C4A
Ngày bắt đầu: 17/01/11 Ngày hoàn thành: 05/05/11
Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Văn Tụy
1. Đầu đề thiết kế: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ Ô TÔ
2. Số liệu cho trước:
+ Loại ô tô: Du lịch
+ Loại động cơ: Diesel
Công suất cực đại: 85[kW] Ở tốc độ: 3300[rpm]
Mômen cực đại: 260[kW] Ở tốc độ: 1800[rpm]
+ Trọng lượng toàn bộ: 2800[kG]
+ Tốc độ cực đại của xe: 120[km/h]
+ Bán kính làm việc của bánh xe: 0.33[m]
3. Yêu cầu:
3.1. Các nội dung thuyết minh và tính toán:
+ Tổng quan về hộp số.
+ Chọn tỷ số truyền của số thấp nhất và tính số cấp của hộp số.
+ Chọn loại/kiểu, sơ đồ động học của hộp số.
+ Tính toán kích thước cơ bản của trục và các cặp bánh răng hộp số.
+ Tính toán và xác định các thông số cơ bản của bộ đồng tốc hộp số.
3.2. Bản vẽ và đồ thị:
+ Bản vẽ lắp hộp số và điều khiển số (A
o
)
3.3. Hình thức:
Theo “ Quy định về hình thức Đồ án thiết kế môn học của bộ môn Ô tô và
Máy công trình”.
Đà Nẵng, ngày… tháng… năm 2011
Bộ môn Ô tô và Máy Công trình
1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Công dụng và yêu cầu:

+ Kích thước chiều ngang gọn.
Nhược:+ Hiệu suất thấp, trừ số truyền thẳng.
+ Kết cấu phức tạp.
* Đối với xe khách: Thường có 2 hộp số, một hộp số chính và một hộp số phụ
( hộp số phụ có thể bố trí trược hoặc sau hộp số chính). Vì loại xe này luôn làm
việc trong tình trạng tải luôn thay đổi và thường chạy trên những đoạn đường có
độ dốc không lớn lắm cho nên số cấp tương đối nhiều hơn xe du lịch.
* Đối với xe tải: Do vận chuyển hàng hóa là khối lượng chính và hoạt động trong
những địa hình có đồi dốc tương đối lớn : đèo, gặp đèn đỏ… nên số cấp của hộp
số xe này thường là 8 đến 10 hoặc 16… và có 2 cần số điều khiển.
1.2. Phân loại hộp số:
Theo số trục: + Loại 2 trục.
+ Loại 3 trục.
Theo số cấp: + n ≤ 6 : hộp số thường.
+ n ≥ 6 : hộp số nhiều cấp.
Sơ đồ:
Loại 2 trục:
Điều khiển: Lái xe chỉ cần kéo cần gài số sang các vị trí cần gài ta được số cần
gài.
Loại 3 trục:
Hộp số nhiều cấp:
• Hộp số phụ bố trí phía sau:
Khi ống gài D gài sang phải thì tỷ số truyền là 1, khi ống D gài sang trái thì tỷ số
truyền của hộp số phụ là:
1
1
+=
c
HT
i

2. Bộ đồng tốc:
Cấu tạo bộ đồng tốc:
+ Nhóm ma sát: để đồng đều nhanh tốc độ
+ Nhóm phản lực: Không cho gài số khi chưa đồng đều tốc độ
+ Nhóm định vị: đưa vành ma sát vào tiếp xúc trước và giữ cho đồng tốc ở vị trí
trung gian khi không gài số.
2. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU.
2.1. Tính toán xác định các thông số yêu cầu ban đầu.
a. Tỷ số truyền của số thấp nhất i1
Theo Lý thuyết ô tô tỷ số truyền thấp nhất được xác định theo công thức:
td
Maxbx
iMe
GR
i
η0max
1
Ψ
=
Với : ψmax=0.2
G = 2800.9,81=27468N
Rbx=0,33m
Memax= 260Nm
ηtd=0,9
io: tỷ số truyền của cầu chủ động (truyền lực chính) và được xác định theo vận tốc
cức đại của xe:
max

55,2
9,0.42,3.260
2,0.81,9.2800.33,0
1
==i
b. Số cấp:
Đối với hộp số xe ô tô du lịch và xe khách thì: dựa vào tính năng động lực của
xe và cách bố trí của hệ thống truyền lực có thể chọn số cấp của hộp số từ 3-5 số.
Chọn trước công bội q=1,5
Số cấp được xác định:
1
)ln(
)ln(
1
+=
q
i
n
Thế số:
31,31
)5,1ln(
)55,2ln(
=+=n
. Vậy chọn n=4 ( Hộp số 4 cấp)
* Các tỷ số truyền trung gian:
Đối với ô tô du lịch và ô tô liên tỉnh thường làm việc trong điều kiện đường sá
tương đối tốt, hệ số các tổng cộng của mặt đường nhỏ nên thường làm việc ở vùng
có tỷ số truyền nhỏ hay số truyền lớn. Nên số truyền trung gian được xác định theo
cấp số điều hòa nhằm sử dụng tốt công suất động cơ khi sang số như sau:
1

=
h
h
hi
ian
i
i
Trong đó: a: hằng số điều hòa của dãy tỷ số truyền hộp số, được xác định bằng:
1
11
)1(
ihihn
an −=−
Với: n: số cấp hộp số
ih1: tỷ số truyền số thấp nhất của hộp số
ihn: tỷ số truyền số thấp cao của hộp số
suy ra:
20,0
55,2).14(
155,2
).1(
1
1
1
=
−
−
=
−
−

1
2
=
+
=
+
=
h
h
hi
ia
i
i
1
55,2.2,0.31
55,2
31
1
1
2
=
+
=
+
=
h
h
hi
ia
i

I
,
z
a
3
z
1
2
z
1
1
z
1
z
l
L
,
l
z
l
a
z
4
B
z
2
3
2
3
A

II
III
tâm ổ bi bên trái đến tâm bánh răng gài số 3; l-khoảng cách tâm hai gối đỡ trục
trung gian; A-khoảng cách trục hộp số.
3.1. Tính toán thiết kế các thông số::
a. Khoảng cách trục:
Đối với hộp số ôtô du lịch khoảng cách trục (A) được xác định theo công
thức kinh nghiệm sau [3]:
A = Ka.
3
ra
M
(mm) (3.1)
Trong đó:
Ka- hệ số kinh nghiệm; Đối với ô tô du lịch Ka= 8,9  9,3
Vì hộp số thiết kế là hộp số của ô tô dùng động cơ điesel nên chọn Ka= 8,9
Mra = Memax. ih1 (Nm)- mômen trên trục ra(thứ cấp) của hộp số.
Ở đây: Memax- mômen cực đại của động cơ, Memax= 260 (Nm)
ih1- tỷ số truyền của tay số một, ih1 = 2,55
Vậy: Mra = 260.2,55 = 663 (Nm)
Suy ra: A = 8,9.
3
663
=77,58 (mm)
Theo số liệu thống kê, đối với xe du lịch thì: A = (65  80) (mm)
Vậy A = 77,58 (mm) là thỏa mãn.
b. Kích thước chiều trục của hộp số :
Kích thước chiều trục của hộp số được xác định dựa vào kích thước chiều
rộng của các chi tiết lắp trên trục, như: bánh răng, ổ trục, đồng tốc, các kích
thước này có thể xác định sơ bộ theo khoảng cách trục A, theo các công thức kinh

+ b/2 = 20/2 + 6 +16/2 = 24 (mm)
l
1
= a + b/2 +H +b/2 = 24 + 16/2 +54 +16/2 =94 (mm)
l = 2. l
1
+2.b/2 +
δ
=2.94+2.16/2+6 = 210 (mm)
- Kích thước chiều trục của cacte hộp số (Lh):
Lh
≈
(3,0  3,4).A (mm)
Chọn Lh = 3,0 . A = 3,0 . 77,58 = 223.74 (mm)
c. Xác định đường kính trục:
Đường kính trục của hộp số được chọn chủ yếu theo điều kiện cứng vững, dựa
vào kinh nghiệm sau[3]:
- Đường kính trục sơ cấp (phần then hoa) (d1):
d1= Kd. (Memax)1/3 (mm)
ở đây: Kd= (4,04,6) - hệ số kinh nghiệm
Memax - mômen cực đại của động cơ theo đề bài cho(Nm).
chọn Kd= 4
suy ra: d1 = 4.(260)1/3 = 25,53 (mm)
Chọn d1=26mm
- Đường kính các trục trung gian (d2) và thứ cấp (d3):
+ ở phần giữa (đối với trục bậc):
d2,3 ≈ 0,45.A = 0,45. 77,58 = 34,91mm
Chọn d2,3=35 (mm)
d. các thông số chính của bánh răng:
Môduyn (mn)

i
- góc nghiêng và bán kính vòng lăn của bánh răng tay số i trên
trục trung gian; β
1
và r
1
- góc nghiêng và bán kính vòng lăn của bánh răng luôn
luôn ăn khớp của bánh răng trục sơ cấp.
Thực tế, lực chiều trục không thể cân bằng hoàn toàn và trên ô tô người ta
sử dụng các bánh răng có góc nghiêng β khác nhau, để tại điều kiện thuận lợi cho
công nghệ và sửa chữa.
Theo số liệu thống kê, góc nghiêng các bánh răng hộp số ô tô du lịch hiện
nay nằm trong khoảng: β = 22
0
34
0

chọn β = 33
0
Số răng tổng của các cặp bánh răng (Z∑)
Sau khi đã chọn chọn được khoảng cách trục A, môđuyn mn và góc
nghiêng β, như sau: A = 77,58(mm); mn = 2,7 (mm); β = 33
0
Ta có thể xác định sơ bộ số răng tổng cộng của các cặp bánh răng theo
công thức [3]:
ZΣ =
n
m
β
2.A.cos

1
k

= Z
Σ
/(i
gk
+1) (3.8)
Z
2
k
/ Z
1
k
= i
gk
Z
2
k
= Z
Σ
- Z
1
k

Trong đó: i
gk
- tỷ số truyền cặp bánh răng được gài của tay số thứ k.
i
gk

.
Kinh nghiệm cho thấy, tỉ số truyền i
h1
phân phối tương đối hợp lí nếu Z
1
1
=
(1517) răng: đối với ôtô du lịch có i
h1
= (3,5 3,8). Vì hộp số có mô đuyn bánh
răng nhỏ m
n
= 2,7 (mm), nên chọn Z
1
1
= 17(răng).
Như vậy: i
g1
= (Z
Σ
- Z
1
1
)/ Z
1
1
= (48 - 17)/17 = 1,82
và i
a
= i

Tỷ số truyền của cặp bánh răng được gài của tay số thứ k được xác định
theo công thức[3]: i
gk
= i
hk
/ i
a

(3.9)
Tỉ số truyền cặp bánh răng được gài ở tay số hai (i
g2
):
i
g2
= i
h2
/ i
a
= 1,68/1,4 = 1,2
Tỉ số truyền cặp bánh răng được gài ở tay số ba (i
g3
):
i
g3
= i
h3
/ i
a
= 1,25/1,4 = 0,9
- Số răng của cặp bánh răng được gài ứng với các tay số thứ k của hộp số:

)
Z
1
2

= Z
Σ
/(i
g2
+1) = 48/(1,2+1) = 21,82 . Chọn Z
2
= 22(răng)
⇒ Z
2
2
= Z
Σ
- Z
1
2
= 48 - 22 = 26(răng)
+ Cặp bánh răng gài ở tay số ba (Z
1
3
, Z
2
3
)
Z
1

):
i’
g1
= Z
2
1
/ Z
1
1
= 31/17 = 1,82
+ Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số hai(i’
g2
):
i’
g2
= Z
2
2
/ Z
1
2
= 26/22 = 1,18
+ Tỷ số truyền của cặp bánh răng gài số ba (i’
g3
):
i’
g3
= Z
2
3

g1
= 1,4.1,82 = 2,55
+ Tay số hai (i’
h2
)
i’
h2
= i’
a
.i’
g2
= 1,4.1,18 = 1,65
+ Tay số ba (i’
h3
)
i
3
= i’
a
.i’
g3
= 1,4.0,92 = 1,29
Tỷ số truyền của các bánh răng gài số lùi (i
hl
)
i
gl
= i
hl
/ i

. i’
gl
với i’
gl
= Z
2
L
/ Z
1
L
= 34/14 = 2,43
Vậy: i’
hl
= 1,4.2,43 = 3,4
Xác định khoảng cách trục số lùi với trục trung gian (A
tg
) và trục thứ cấp
(A
tc
)

dùng bánh răng thẳng. Khoảng cách trục được xác định theo số răng và mô
đuyn của bánh răng dựa vào công thức sau[3]:
A
i
=(m
n
.( Z + Z’ ))/2 (mm) (3.12)
Trong đó: A
i

l
’ + Z
1
L
))/2 = (2,7.( 17 +14))/2 = 41,85 (mm)
A
tc
= (m
n
.( Z
2
L
+ Z
l
’ ))/2 = (2,7.( 34 + 17))/2 = 68,85 (mm)
e. Tính toán đồng tốc:
O1
,
z
l
A
l
z
1
A
t
g
O3
O2
2

Ja
ω
a
γ
Để xác định được các hích thước cơ bản của đồng tốc, cần thiết lập mối
quan hệ giữa các thông số kích thước và chỉ tiêu làm việc của đồng tốc. Muốn vậy
ta tiến hành như sau:
+ Viết phương trình chuyển động cho khối lượng quán tính Jb khi chuyển số, với
các giả thiết:
- Bỏ qua ảnh hưởng lực cản của dầu bôi trơn đến sự giảm tốc độ góc của
bánh răng.
- Tốc độ của ôtô trong thời gian chuyển số không thay đổi.
Các nghiên cứu cho thấy các giả thiết này hợp lí khi sức cản tổng cộng của
đường
ψ
≤
0,15 và thời gian đồng tốc t
c

≤
1,0 (s). Ta có:
J
b
.i
dt
2
.
dt
d
ϖ

rQ
(4.62)
Ơ đây: µ- hệ số ma sát, chọn µ = 0,06.

γ
- góc côn của bề mặt ma sát,
γ
= 7
0
.
r
ms
- bán kính trung bình của bề mặt ma sát.
Q
1
- lực chiều trục tác dụng lên bề mặt ma sát. Lực này do người lái tác
dụng lên đòn điều khiển tạo ra trên bề mặt côn, do vậy:
Q
1
= P
đk
.i
đk
.η
đk
(N) (4.63)
với: P
đk
- lực tác dụng lên đòn điều khiển(N). P
đk

- tốc độ của trục cần nối( trước khi chuyển số) và bánh răng cần gài
đặt trên nó (rad/s). Rõ ràng:
ω
a
= ω
eo
/i
hk
; ω
b
= ω
eo
/i
hk
±
1
(4.64)
Ở đây:i
hk
, i
hk
±
1
- tỷ số truyền tay số cần gài và tay số đang làm việc (cần nhả) của
hộp số; ω
eo
tốc độ góc trục khuỷu động cơ (rad/s)
Khi chuyển số. ω
eo
= (0,75÷0.85).ω

Suy ra ω
N
= 3,14.1800/30 = 188.49(rad/s)
Jb: mô men quán tính qui dẫn, được xác định như sau:
J
Σ
= J
lh
+ J
sc
+ J
tg
i
a
-2
+ J
hi
.i
hi
-2
+ J
sl
.i
sl
-2
(4.65)
Trong đó:
J
lh
, J

J
lh1
: mô men quán tính phần xương của ly hợp
J
lh2
: mô men quán tính phần may-ơ ly hợp
Đường kính ngoài của đĩa bị động ly hợp (D
2
) được giới hạn bởi đường kính bánh
đà động cơ, thường chọn sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau [1]:
D
2
= 3,16.
c
M
e max
(cm) (4.67)
Ơ đây M
emax
=260 (Nm)- mômen xoắn cực đại của động cơ.
c: hệ số kinh nghiệm , chọn c = 4,7: đối với ôtô du lịch.
Vậy: D
2
= 3,16.
7,4
260
= 23,5 (cm) = 235 (mm)
Xác định bán kính vòng trong R
1
: bán kính trong R

1
4
2
−
ρπ
(Kg.mm
2
)
Ở đây: b = 0,8 (mm) - bề dày xương đĩa bị động của ly hợp.
ρ = 7,8.10
-6
(Kg/mm
3
) - khối lượng riêng của thép.
Vậy J
lh1
=
)5,1644,235.(
32
10.8,7.8,0.14,3
44
6
−
−
= 1419 (Kg.mm
2
)
Mô men quán tính J
lh2
được tính như sau:

2
)
Vậy J
lh
= J
lh1
+ J
lh2
= 1419+25,5

= 1446,5 (Kg.mm
2
)
+ Mômen quán tính trục sơ cấp (J
sc
):
( )
( )
2
44
4
/,
2

2
mmkg
RR
b
R
lJJJ

−
= 288,5(Kg.mm
2
)
+ Mômen quán tính của trục trung gian và các bánh răng trên nó (J
tg
):
J
tg
= J
tg
t
+ J
zi
(4.69)
Trong đó:
J
tg
t
- mô men quán tính của trục trung gian
J
zi
- mô men quán tính của bánh răng trên trục trung gian.
Mô men quán tính trục trung gian tính như sau:
J
tg
t
=
( )
2

4
) + (d
1
4
- d’
4
) + (d
2
4
- d’
2
4
).b’/b + (d
3
4
- d’
3
4
).b’/b +
(d
L
4
- d’
4
)]
b’ = b = 16(mm)- bề dày các bánh răng; d
a
, d
1
, d

tg
= d’
1
= d’
2
= d’
3
= d’=35
(mm). Vậy:
J
zi
=
32
10.8,7.16.14,3
6−
.[(64
4
- 25
4
) + (55
4
- 35
4
) + (718
4
- 35
4
).1 + (80
4
- 35

3
4
- d’
3
4
) =
32
10.8,7.16.14,3
6−
.[(80
4
- 35
4
) = 484 (Kg.mm
2
)
- Mômen quán tính bánh răng gài tay số 2
J
h2
=
32
.b. ρπ
.[(d
2
4
- d’
2
4
) =
32

2
)
- Mômen quán tính bánh răng gài tay số lùi
J
h1
=
32
.b. ρπ
.[(d
l
4
- d’
l
4
) =
32
10.8,7.16.14,3
6−
.[(40
4
- 35
4
) = 13 (Kg.mm
2
)
+ Bán kính vòng masat (r
ms
) được xác định bằng cách:
Thay (4.63) và (4.62) vào (4.61), sau khi biến đổi, xác định được:
r

= 1,875
Mômen quán tính qui dẫn J
b
:
J
Σ
= 1446+288,5+1322.1,4
-2
+410.1,29
-2
+410.1,65
-2
+313.2,55
-2
+73.3,42
-2
= 3612
(Kg.mm
2
)