MỤC LỤC

Mụ lục..................................................1

Lời nói đầu…………………………………………………………………..2

Chương 1: Nghiên cứu cơ sở thiết kế hộp số ôtô

1.1 Công dụng, phân loại và yêu cầu đối với hộp số…………….................... 3

1.2 Trình tự thiết kế hộp số ………………………………………………….    5

Chương 2: Xây dựng chương trình trợ giúp tính toán thiết kế hộp số

2.1 Mục đích...………………………….........................................................  49

2.2 Yêu cầu….……………………………………………………………….  49

2.3 Giới thiệu phần mềm ứng dụng cho thiết kế………………......................  49

2.4 Chương trình trợ giúp tính toán thiết kế hộp số…………………….. …..  51

2.5 Phạm vi ứng dụng của chương trình………………………………..........  58

Chương 3: Ứng dụng chương trình thiết kế hộp số ôtô quân sự

3.1 Chọn sơ đồ động học và nguyên lý làm việc cho hộp số thiết kế………..  59

3.2 Số liệu ban đầu……………………………………………………...........  60

3.3 Tính toán thiết kế hộp số……………………………………....................  60

3.4 Nhận xét…….………………………………………………....................  78

Kết luận………...……………………………………………………………  80

Tài liệu tham khảo………………………………………………………….  81

Phụ lục………...…………………………………………………………….. 82

LỜI NÓI ĐẦU

     Ô tô giữ một vị trí quan trọng trong hoạt động phát triển của xã hội. Nó được sử dụng phổ biến, để phục vụ nền kinh tế quốc dân và trong hoạt động quân sự. Nhiều tiến bộ kỹ thuật, công nghệ mới, đã được áp dụng nhanh chóng vào công nghệ chế tạo ô tô, để làm tăng khả năng phục vụ và độ tin cậy của ô tô. Các tiến bộ khoa học này được áp dụng nhằm mục đích giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái, đảm bảo an toàn cho người, xe và hàng hoá, tăng vận tốc chuyển động trung bình, tăng tính kinh tế của ôtô.

    Tuy nhiên cho đến nay nghành ôtô nước ta chưa có sự phát triển lớn, chủ yếu là sửa chữa, sử dụng và chế tạo phụ tùng thay thế. Đặc biệt trọng quân đội hiện nay, hầu hết ôtô quân sự đã cũ, lạc hậu, ôtô chủ yếu được phục hồi, cải tiến chứ chưa có những thiết kế đóng mới. Để nghành ôtô phát triển mạnh thì công tác nghiên cứu tính toán thiết kế là một việc hết sức quan trọng cần phải làm.

     Chính vì lẽ đó Tôi đã nhận Đề tài ‘Nghiên cứu cơ sở thiết kế hộp số trên ôtô’.  Nội dung đề tài gồm 3 phần chính:

     - Chương I   : Nghiên cứu cơ sở thiết kế hộp số trên ôtô.

     - Chương II  : Xây dựng chương trình trợ giúp tính toán thiết kế hộp số.

     - Chương III : Ứng dụng chương trình tính toán thiết kế hộp số ôtô quân sự.

Chương 1

 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ THIẾT KẾ HỘP SỐ  ÔTÔ

1.1 CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỘP SỐ

   Khi ôtô chuyển động, sức cản của xe phụ thuộc vào điều kiện đường và nó thay đổi trong khoảng rất rộng(cỡ 25-30 lần). Trong khi động cơ đặt trên ôtô có hệ số thích ứng rất thấp. Đối với động cơ xăng hệ số này bằng 1,1-1,2 và đối với động cơ diezel bằng 1,05-1,15. Do đó mô men quay của động cơ không thể đáp ứng nổi yêu cầu mô men cần thiết để thắng sức cản của ôtô. Để giải quyết vấn đề này và để cho động cơ làm việc ở chế độ kinh tế, trên xe cần thiết phải có hộp số.

1.1.1 Công dụng

 - Hộp số dùng để truyền, thay đổi tỷ số truyền của hệ thống truyền lực trong quá trình chuyển động của ôtô nhằm thay đổi lực kéo ở các bánh xe chủ động và thay đổi vận tốc chuyển động của ôtô trong khoảng động tuỳ theo sức cản bên ngoài.

 - Thực hiện chuyển động lùi của của ôtô.

 - Tách động cơ đang làm việc ra khỏi hệ thống truyền lực trong khoảng thời gian tuỳ ý (Khi nạp bình điện, cho động cơ chạy không tải để tăng nhiệt độ nước làm mát máy trước khi khởi hành, để bôi trơn động cơ tốt hơn, để bơm lốp, quay trục thu công suất.).

1.1.2 Phân loại

a. Theo đặc tính truyền mô men

    Theo đặc tính này, hộp số chia làm 3 loại.

-         Hộp số vô cấp.

-         Hộp số có cấp.

-         Hộp số kết hợp vô cấp và có cấp.

      Hộp số vô cấp đảm bảo có được mọi giá trị của tỷ số truyền trong một khoảng nào đó. Bằng cách thay đổi vô cấp mô men xoắn truyền đến các bánh xe chủ động mà bảo đảm khả năng làm việc của động cơ ở chế độ kinh tế nhất trong khoảng vận tốc rộng, cho phép tận dụng công suất lớn nhất của động cơ cho chuyển động. Khi sử dụng hộp số vô cấp lực kéo tại bánh xe chủ động thay đổi liên tục và từ từ, không phải cắt dòng công suất dẫn đến các bánh xe khi chuyển số nên nó nâng cao được chất lượng động lực học và tăng được và tăng được tính năng thông qua của ôtô. Tuy nhiên, hộp số vô cấp có nhược điểm là kết cấu phức tạp, hệ số truyền động thấp.

      Hộp số có cấp đảm bảo thay đổi không liên tục giá trị tỷ số truyền và mô men xoắn đến các bánh xe chủ động. Nhờ cơ cấu điều khiển mà người lái tác động làm thay đổi tỷ số truyền và mô men xoắn cho phù hợp với lực cản bên ngoài. Hộp số có cấp là bộ biến mô men xoắn và nó được sử dụng rộng rãi nhất trên các ôtô quân sự vì kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành hạ.

      Hộp số kết hợp thông thường là sự kết hợp giữa bộ truyền vô cấp(bộ biến mô men xoắn) với hộp giảm tốc cơ khí có cấp.

b.  Theo đặc điểm môi trường truyền mô men.

      Gồm có loại cơ khí, thuỷ lực, điện từ và liên hợp.

-         Hộp số cơ khí: Truyền mô men xoắn bằng các bộ truyền cơ khí, phổ biến nhất là bộ truyền bánh răng.

-         Hộp số loại thuỷ lực: Truyền mô men xoắn nhờ năng lượng dòng chất lỏng. Loại này có thể là thuỷ động hoặc thuỷ tĩnh. Hộp số loại thuỷ lực có kết cấu rất phức tạp, giá thành chế tạo cao, hiệu suất truyền thấp. Ngoài những nhược điểm trên bộ truyền lực thuỷ tĩnh còn có trọng lượng lớn và kém tin cậy khi làm việc.

-         Hộp số loại điện: Truyền mô men xoắn từ động cơ đốt trong đến các bánh xe chủ động nhờ dòng điện. Loại này cũng ít được sử dụng do có trọng lượng lớn và có hiệu suất thấp.

-         Hộp số loại liên hợp thường là hộp số thuỷ cơ kết hợp giữa bộ biến mô men thuỷ lực với hộp số hành tinh tạo thành truyền động thuỷ cơ và có thể tự động chuyển số.

c.  Theo phương pháp dẫn động điều khiển hộp số

      Có thể là dẫn động điều khiển cưỡng bức hoặc dẫn động điều khiển tự động(tự động hoàn toàn hoặc bán tự động).

·    Phân loại hộp số cơ khí có cấp

+    Theo số lượng trục chia ra hộp số hai trục hoặc ba trục:

-         Hộp số hai trục: Trục sơ cấp (trục vào) và trục thứ cấp (trục ra) bố trí không đồng tâm nhau.

-         Hộp số ba trục: Trục sơ cấp và trục thứ cấp đặt đồng tâm nhau và thêm trục trung gian.

+       Theo đặc điểm bố trí trục có hộp số trục ngang, hộp số trục dọc.

-         Hộp số trục ngang: Có đường tâm trục vuông góc với trục đối xứng dọc của ôtô.

-         Hộp số trục dọc: Có đường tâm trục nằm trong mặt phẳng song song với trục đối xứng dọc của ôtô.

+        Theo đặc tính động học của trục bao gồm hộp số có trục cố định hoặc trục di động:

-         Hộp số có trục cố định là đường tâm các trục cố định. Đây là hộp số cơ khí đơn giản.

-         Hộp số có trục di động: Đây là hộp số hành tinh.

+       Theo số lượng số truyền có:

-         Hộp số 2 cấp

-         Hộp số 3 cấp

-         Hộp số 4 cấp

-         Hộp số 5 cấp.

+       Theo cơ cấu gài số:

-         Bằng bánh răng di trượt;

-         Bằng bộ đồng tốc;

-         Bằng phanh và ly hợp (đối với hộp số thuỷ cơ).

+       Theo phương pháp điều khiển:

-         Điều khiển bằng tay;

-         Điều khiển tự động;

-         Điều khiển bán tự động;

1.1.3 Yêu cầu đối với hộp số

-         Có tỷ số truyền thích hợp để đảm bảo tính chất động lực học và tính kinh tế khi làm việc.

-         Không sinh ra các lực va đập lên hệ thống truyền lực.

-         Có vị trí trung gian để có thể cắt động cơ khỏi hệ thống truyền lực được lâu dài.

-         Đơn giản kết cấu và điều khiển dễ dàng.

-         Làm việc không ồn.

-         Hiệu suất cao.

-         Có độ bền và độ tin cậy cao.

-         Thuận tiện trong bảo dưỡng, sửa chữa.

1.2 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ CÓ CẤP ÔTÔ

       Bước 1: Phân tích đặc điểm kết cấu, chọn sơ đồ động học của hộp số.

       Bước 2: Tính toán sức kéo của ôtô, xác định tỷ số truyền chung của cả hệ thống truyền lực khi gài các số khác nhau.

      Bước 3: Phân chia tỷ số truyền của hệ thống truyền lực theo từng cụm (hộp số, hộp số phụ, truyền lực chính).

       Bước 4: Tính toán xác định kích thước các chi tiết của hộp số. Tiến hành bố trí toàn hộp số.

1.2.1 Phân tích đặc điểm kết cấu, chọn sơ đồ động học của hộp số

1.2.1.1 Phân tích đặc điểm  kết cấu hộp số

      Hiện nay các ôtô thường sử dụng hộp số ba trục dọc. Hộp số ba trục dọc là hộp số mà mô men xoắn được truyền qua hai cặp bánh răng và ba trục, trong đó trục sơ cấp và trục thứ cấp đặt đồng tâm nhau. Do vậy mục này tôi chỉ đi sâu phân tích loại hộp số ba trục dọc.

      Hộp số ba trục dọc so với hộp số loại có trục di động và loại hộp số hai trục có những ưu nhược sau:

·    Ưu điểm:

     - Khi cùng kích thước ngoài thì hộp số ba trục dọc cho ta tỷ số truyền lớn hơn vì tỷ số truyền này bằng tích tỷ số truyền của hai cặp bánh răng thực hiện việc  truyền mô men. Đặc điểm này rất quan trọng, vì hiện nay động cơ cao tốc được sử dụng nhiều trên ôtô. Nếu cần đảm bảo một giá trị tỷ số truyền như nhau thì loại hộp số ba trục dọc có kích thước bé, trọng lượng nhỏ hơn, do đó làm giảm trọng lượng của ôtô.

     - Hộp số có số truyền thẳng với tỷ số truyền bằng 1 (khi gài trực tiếp trục thứ cấp vào trục sơ cấp). Hiệu suất truyền lực là cao nhất (coi như bằng 1) vì truyền lực không qua cặp bánh răng chịu tải nào cả. Trong khi đó, thời gian sử dụng số truyền thẳng chiếm tỷ lệ cao (50-80% thời gian làm việc của ôtô) nên nâng cao được tính kinh tế.

·    Nhược điểm:

     - Trừ số truyền thẳng, các số truyền tiến khác, mô men đều được truyền qua hai cặp bánh răng (số lùi qua 3 cặp bánh răng) nên hiệu suất truyền giảm.

     - Kích thước ổ phía trước (theo truyền chuyển động của xe) của trục thứ cấp hộp số bị hàn chế và ổ này đặt vào hốc sau của trục sơ cấp. Vì vậy khi làm việc ổ thường xuyên chịu quá tải. Để không quá tải, có thể làm kích thước bánh răng thường tiếp chế tạo liền trên trục sơ cấp lớn và như vậy tăng được kích thước ổ. Nhưng nếu bánh răng thường tiếp lớn thì tỷ số truyền của cặp bánh răng này sẽ nhỏ. Do vậy kích thước bánh răng thường tiếp trên trục sơ cấp không tăng được. Thông thường ổ trước của trục thứ cấp dùng ổ đũa (thanh lăn trụ). Do ổ đũa không chịu lực chiều trục không tác động vào ổ này.

      Hộp số ba trục dọc có các loại 3 cấp, 4 cấp, 5 cấp.

a. Hộp số ba cấp

Hình1.1. Sơ đồ động học hộp số ba cấp trục dọc.

        1. Trục sơ cấp; 2. Vỏ hộp số; 3. Đồng tốc gài số; 4, 6. Càng gài số;

5. Lắp hộp số; 7. Trục thứ cấp; 8. Trục trung gian; 9. Trục số lùi;

·    Đặc điểm cấu tạo:

         Trục sơ cấp (1) đồng thời là trục bị động của ly hợp. Trục này được gối lên hai ổ: Một ổ thanh lăn trong hốc bánh đà ở đuôi trục khuỷu động cơ và một ổ bi đặt ở vỏ hộp số. Bánh răng Z₃ thường được chế tạo liền trục, là bánh răng nghiêng luôn ăn khớp với bánh răng Z₃’ trên trục trung gian và có vành răng để gài số truyền  thẳng(số truyền III).

        Trục trung gian 8 được đặt trên hai ổ ở vỏ hộp số. Các bánh răng lắp trên trục trung gian thường được tạo thành một khối hình tháp và lắp cố định với trục 8. Các bánh răng Z₃’, Z₂’ là bánh răng trụ răng nghiêng. Z₁’ và Z_L là các bánh răng trụ răng thẳng.

        Trục thứ cấp 7 được gối lên hai ổ: Một ổ đũa trong hốc bánh răng Z₃ và một ổ bi đặt ở thành phía sau của vỏ hộp số 2. Ở phần giữa và đuôi trục có gia công then hoa để lắp moay ơ của đồng tốc 3, lắp bánh răng di trượt răng thẳng Z₁ để gài số truyền 1 và số lùi, lắp mặt bích dẫn động trục truyền các đăng. Bánh răng Z₂ quay trơn trên trục và có vành răng để gài số truyền II.

       Trục số lùi 9 được liên kết cứng với vỏ hộp số 2. Trên trục có bánh răng Z₀ quay trơn nhờ bạc.

       Càng gài 4 thực hiện di trượt đồng tốc 3 dọc trục thứ cấp 7 để gài số truyền  III(số truyền thẳng) và số truyền II còn càng gài 6 thực hiện di trượt bánh răng trụ Z₁ để gài số truyền I và số lùi.    

       Việc truyền mô men xoắn qua hộp số cơ khí ba cấp được thực hiện theo nguyên tắc làm việc của truyền động bánh răng ăn khớp ngoài. Ở các số truyền tiến, truyền động đều qua hai cặp bánh răng ăn khớp nên trục sơ cấp và thứ cấp có cùng chiều quay. ở số lùi phải qua 3 cặp bánh răng ăn khớp nên trục thứ cấp và trục sơ cấp quay ngược chiều nhau.

      Ở số truyền thẳng (số truyền III) do gài trực tiếp trục sơ cấp vào trục thứ cấp nên chúng quay thành một khối và các cặp bánh răng không phải chịu tải.

      Nhờ cơ cấu điều khiển (cần gài số) tác động lên các càng gài làm di trượt đồng tốc hoặc bánh răng ăn khớp với nhau để được tỷ số truyền tương ứng với từng tay số.      

·    Ứng dụng:

       Hộp số cơ khí ba trục dọc thường dùng ở các xe du lịch có dữ trữ công suất lớn và vừa. Vì xe du lịch yêu cầu điều khiển phải đơn giản, thời gian tăng tốc ngắn. Nếu tăng số cấp của hộp số thì công suất động cơ được sử dụng tốt hơn nhưng thời gian chuyển số tăng lên, làm phức tạp điều khiển xe mà xe du lịch thường có công suất riêng lớn nên đa số thời gian làm việc ở số truyền thẳng.

b.     Hộp số bốn cấp

Hình1.2. Sơ đồ động học hộp số bốn cấp trục dọc.

          1. Trục sơ cấp; 2. Vỏ hộp số; 3. Lắp hộp số; 4. Đồng tốc gài số;

   5, 6,  10. Càng gài số; 7. Trục thứ cấp; 8. Trục trung gian; 9. Trục số lùi;

      Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của hộp số 4 cấp tương tự như hộp số cơ khí 3 trục dọc 3 cấp. Có một số điểm khác biệt là:

+       Càng gài 5 tác động vào đồng tốc 4 làm cho nó di trượt theo chiều trục và để thực hiện gài số truyền IV hoặc số truyền III.

+       Cặp bánh răng số truyền II cũng là cặp bánh răng trụ răng nghiêng thường xuyên ăn khớp. Gài số truyền II được thực hiện nhờ càng gài 6 dịch chuyển bánh răng Z₁ sang trái để cho vành răng ở bánh răng này vào ăn khớp vào vành răng gài số ở bánh răng Z₂.

+       Gài số lùi nhờ càng gài 10 làm xê dịch khối bánh răng số lùi(Z_L và Z_L’) để cho Z_L’ vào ăn khớp với Z₁’ và Z_L vào ăn khớp với Z₁.

·    Ứng dụng:

      Loại hộp số bốn cấp thường dùng ở ôtô du lịch có dữ trữ công suất nhỏ, ôtô vận tải hạng nhẹ và hạng vừa nhằm sử dụng tốt công suất của công suất động cơ. Hộp số này lắp trên các xe quân sự và xe bọc thép bánh hơi như: GAZ-66, GAZ-53, UAZ-469, BRĐM, BTR-60PB…

c.  Hộp số năm cấp

       - Sơ đồ động học:

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của hộp số 5 cấp

          1. Trục sơ cấp; 2. Vơ hộp số; 3. Lắp hộp số; 4, 11. Đồng tốc gài số;

   5, 6,  10. Càng gài số; 7. Trục thứ cấp; 8. Trục trung gian; 9. Trục số lùi;

    - Nguyên lý làm việc:

      Đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của hộp số 5 cấp tương tự như hộp số 3, 4 cấp nhưng có một số điểm khác là:

+       Để thực hiện việc chuyển số, sử dụng hai đồng tốc: Đồng tốc 4 để gài số truyền IV, V; đồng tốc 11 để gài số truyền II, III. Số truyền V là số truyền thẳng.

+       Cặp bánh răng Z₅, Z’₅; Z₄, Z’₄; Z₃, Z’₃; Z₂, Z’₂ đều là cặp bánh răng trụ răng nghiêng thường xuyên ăn khớp . Gài số truyền I và số lùi nhờ bánh răng trụ răng thẳng Z₁ di trượt dọc trục thứ cấp 7.

+       Khối bánh răng số lùi thường xuyên quay khi hộp số làm việc nhờ bánh răng số lùi Z_L lắp cố định trên trục trung gian và ăn khớp với bánh răng Z’’_L.

      Để nâng cao chất lượng động lực học và tính kinh tế của xe, Ở hộp số ba trục dọc năm cấp có những trường hợp số truyền IV là số truyền thẳng còn số truyền V là số truyền tăng(tỷ số truyền <1). Số truyền tăng được sử dụng khi xe chạy không tải hoặc nhẹ tải trên đường tốt. Tỷ số truyền của số truyền tăng nằm trong khoảng 0,75 - 0,85. Các loại xe có số truyền tăng như URAL-4320, MAZ-5335…

·    Ứng dụng:

     Hộp số 5 cấp thường sử dụng cho xe vận tải hạng vừa và hạng nặng như ZIL-131, URAL-375, URAL-4320, KRAZ-255B, KAMAZ-5320, MAZ-5335….

1.2.1.2 Dẫn động điều khiển

       Cơ cấu điều khiển hộp số dùng để thay đổi thứ tự ăn khớp của các bánh răng nhằm tạo ra các tỉ số truyền khác nhau từ đó tạo ra lực kéo ở bánh xe chủ động phù hợp với lực cản chuyển động. Cơ cấu điều khiển hộp số bao gồm: cần số, trục trượt và nạng gài, ống gài hoặc bộ đồng tốc. Để bảo đảm giữ nguyên vị trí các số đã gài cũng như tránh gài 2 số đồng thời, tránh gài nhầm số lùi khi ôtô đang chạy tiến trong cơ cấu điều khiển còn có thêm cơ cấu định vị, cơ cấu khoá hãm và cơ cấu báo hiệu số lùi.

a. Cơ cấu đồng tốc

       Để gài số người ta có thể sử dụng ống gài, bánh răng di trượt hoặc đồng tốc. Trong các cơ cấu trên thì cơ cấu đồng tốc cho phép gài số êm dịu tránh va đập nên nó được sử dụng nhiều trong các hộp số của ôtô, đặc biệt trong các ôtô hiện đại.

        Cơ cấu đồng tốc có nguyên lý làm việc giống nhau nhưng kết cấu có thể khác nhau nên nó cũng được chia thành các loại đồng tốc khác nhau: đồng tốc kiểu khoá hãm, đồng tốc kiểu chốt, đồng tốc kiểu chốt hướng tâm.

·    Cơ cấu đồng tốc kiểu khoá hãm

* Cấu tạo: Cấu tạo của bộ đồng tốc kiểu khoá hãm được chỉ ra trên hình 1.4.

Hình 1.4: Cấu tạo chi tiết của bộ đồng tốc

        mỗi bánh răng số tiến trên trục sơ cấp luôn ăn khớp với bánh răng trên trục thứ cấp. Vì các bánh răng này quay tự do trên trục của chúng nên chúng luôn quay khi động cơ hoạt động và ly hợp được đóng. Các moayơ đồng tốc được lắp với trục của chúng bởi then hoa. ống trượt được lắp vào từng moayơ cũng bởi then hoa dọc theo mặt ngoài của moayơ và có khả năng di trượt theo phương dọc trục. Moayơ đồng tốc có ba rãnh song song với trục và có một khoá hãm, có một phần lồi lên khớp với tâm của mỗi khe. Các khoá hãm luôn được ép vào ống trượt bằng lò xo hãm. Khi cần gài số ở vị trí trung gian phần lồi của từng khoá hãm nằm bên trong rãnh của ống trượt. Vòng đồng tốc đặt giữa moayơ đồng tốc và phần côn của từng bánh răng số và nó bị ép vào một trong các mặt côn này khi gài số. Vòng đồng tốc còn có ba rãnh để khớp với các khoá hãm.

* Ứng dụng: Dùng ở các loại ô tô GAZ-53, 66; BRĐM -2, BTP- 60PB…

·    Cơ cấu đồng tốc kiểu chốt hướng trục

* Cấu tạo: Cấu tạo đồng tốc kiểu chốt hướng trục chi tiết của nó được thể hiện trên hình 1.5.

Hình 1.5: Đồng tốc kiểu chốt hướng trục

       Cơ cấu đồng tốc kiểu chốt hướng trục gồm có một ống trượt, hai vành đồng tốc, moayơ đồng tốc, ba chốt đồng tốc (chốt cứng), ba chốt dẫn hướng (chốt mềm), ba lò xo và bi định vị ống trượt đồng tốc. Các chốt đồng tốc giữ các vành đồng tốc ở hai phía. Chúng được vát ở giữa một góc 50^o và xuyên qua ống trượt. Các chốt dẫn hướng được bố trí ở vị trí đối diện với các chốt đồng tốc, lò xo ấn viên bi vào rãnh ở giữa của mỗi chốt để định vị vị trí tương đối giữa ống trượt với các vành đồng tốc. Hình dạng bên ngoài của vành đồng tốc có dạng côn. Cơ cấu đồng tốc kiểu chốt hướng trục thường dùng ở những ôtô tải lớn.

* Nguyên lý làm việc:

      Vị trí trung gian: Ở vị trí này do ống trượt được các chột dẫn hướng định vị nên nằm ở vị trí trung gian. Các vành đồng tốc cũng ở trạng thái tự do chưa tiếp xúc với các mặt côn của bánh răng số.

      Khi cần gài số hoạt động, càng gạt đẩy ống trượt mang các vành đồng tốc dịch chuyển sang trái theo hướng gài. Khi mặt côn của vành đồng tốc tiếp xúc với mặt côn của bánh răng số, do chưa đồng tốc nên vành trượt sẽ quay theo bánh răng số. Do đó vị trí tương đối giữa vành trượt và ống trượt lệch nhau một góc bằng khe hở giữa chốt đồng tốc và lỗ trên ống trượt. Tương ứng với góc lệch này, rãnh then ở phía trong ống trượt không trùng với vấu then trên bánh răng số nên chưa đẩy ống trượt gài với bánh răng số được. Khi bánh răng số và vành trượt đã đồng tốc, vành trượt quay tự do lúc đó có thể đẩy tiếp ống trượt vào ăn khớp với vấu răng của các bánh răng số. Quá trình làm việc của đồng tốc có thể tham khảo thêm trên hình 1.6.

* Ứng dụng: Dùng ở các loại ô tô ZIL-130, 131, 157K.

·    Cơ cấu đồng tốc kiểu chốt hướng tâm

        Cấu tạo của bộ đồng tốc này cũng bao gồm vành trượt 2, ống trượt 4, moayơ đồng tốc 7, bốn chốt đồng tốc (chốt cứng) 5, bốn cặp lò xo và viên bi 8.

        Vành trượt 2 được lắp với các chốt cứng trên moayơ đồng tốc nằm ở giữa ống trượt (các chốt cứng xuyên qua rãnh 3 của ống trượt), các lò xo và viên bi 8 ăn khớp với rãnh lõm ở phía trong giữa ống trượt. Trên ống trượt 4 ở hai mặt đầu có ghép hai vành đồng tốc có mặt làm việc hình côn. Moayơ đồng tốc có then trong để di trượt trên trục và hai mặt đầu có then để ăn khớp với bánh răng số.

        Nguyên lý làm việc của cơ cấu đồng tốc loại này cũng được giải thích tương tự như hai cơ cấu đồng tốc đã trình bày trên.

* Ứng dụng: Dùng ở các loại ô tô KRAZ- 255B; URAL- 375Đ; MAZ- 500; KAMAZ- 5320; URAL- 4320.

b. Cơ cấu chuyển số

     Cơ cấu chuyển số bao gồm cần số, các khâu khớp (các thanh hoặc dây cáp), các trục trượt, nạng gài.

     Tuỳ theo cấu tạo chung của cơ cấu chuyển số mà người ta chia ra: cơ cấu chuyển số trực tiếp từ cần số đến trục trượt hoặc cơ cấu chuyển số gián tiếp từ cần số thông qua các khâu khớp trung gian mới đến trục trượt.

·    Cơ cấu chuyển số trực tiếp

      Cơ cấu chuyển số loại này có cần chuyển số được lắp đặt trực tiếp ngay trên nắp hộp số. Loại này thường được sử dụng ở những ôtô du lịch hoặc ôtô tải có hộp số đặt dọc và vị trí của hộp số gần với vị trí của người lái xe. Trên hình 1.8 thể hiện cấu tạo chung của cơ cấu chuyển số loại này. 

      Về cấu tạo cơ cấu chuyển số trực tiếp bao gồm cần chuyển số 1 được ghép bằng khớp cầu với nắp phụ số 8, các trục trượt 7 có thể trượt dọc trục trong các lỗ trên nắp 6. Các trục trượt đều có lắp nạng gài 2 và di chuyển cùng với trục trượt.

       Ở mỗi trục trượt tại vị trí trung gian còn lắp các vấu có rãnh để ăn khớp với đầu cần chuyển số khi gài số. Các nạng gài được ăn khớp với các rãnh trên các bánh răng di trượt, ống gài hoặc cơ cấu đồng tốc. Khi muốn gài số người điều khiển chuyển cần số sao cho đầu dưới của cần chuyển số khớp với một rãnh của vấu gài trên trục trượt cần gài sau đó đẩy cần chuyển số để trục trượt dịch chuyển về phía trước hạơc phía sau thực hiện việc gài số. Thông thường một trục trượt với một nạng gài đảm nhiệm gài hai số. Ngoài ra còn có các cơ cấu định vị, khoá hãm và báo hiệu số lùi.

·    Cơ cấu chuyển số gián tiếp

       Cấu tạo chung của cơ cấu chuyển số gián tiếp được thể hiện trên hình 1.9.

       Loại cơ cấu chuyển số này thường được áp dụng ở những ôtô du lịch (hoặc ôtô tải) có hộp số đặt ngang, cầu trước chủ động hoặc hộp số đặt dọc nhưng đều ở xa vị trí người lái.

       Vì hộp số đặt xa vị trí người lái nên từ cần chuyển số bố trí cạnh người lái (trên sàn xe hoặc trên trụ lái) đến nắp hộp số cần có các dẫn động trung gian. Dẫn động trung gian này có thể bằng các thanh điều khiển cơ khí hoặc bằng dây cáp. Nguyên tắc chung khi gài số là cần phải tạo ra hai chuyển động: Một chuyển động chọn trục trượt và một chuyển động đẩy trục trượt thực hiện gài số. Vì vậy dẫn động trung gian từ sau cần chuyển số đến nắp hộp số thường có hai đường truyền động.

       Để làm sáng tỏ nguyên lý làm việc của cơ cấu chuyển số loại này có thể tham khảo thêm cấu tạo qua hình 1.10.

       Thao tác đầu tiên trên cần số sẽ tạo ra chuyển động để di chuyển trục cần chuyển và chọn số. Thao tác tiếp theo của cần số là quay trục cần chuyển và chọn số để đẩy trục trượt mang nạng gài thực hiện việc gài số.

c. Cơ cấu định vị và khoá hãm tránh gài hai số đồng thời

       Để trục trượt mang nạng gài có thể duy trì được các bánh răng của hộp số ở trạng thái trung gian (số 0) hoặc ở các vị trí gài số thì trong hệ thống điều khiển của hộp số phải có cơ cấu định vị. Ngoài ra để chống gài hai số đồng thời, tránh gây hư hỏng cho hộp số thì trong hệ thống điều khiển hộp số còn có thêm cơ cấu khoá hãm chống gài hai số đồng thời.

       Với cùng một mục đích như nhau nhưng về kết cấu chúng ta có thể gặp nhiều dạng khác nhau.

·    Cơ cấu định vị bằng lò xo bi và khoá hãm bằng chốt

       Cơ cấu định vị bằng lò xo bi và khoá hãm bằng chốt.

      Trong kết cấu này cơ cấu định vị được thực hiện bằng cách trên mỗi trục trượt có làm các lỗ khuyết hình chỏm cầu. Số lỗ và vị trí tương quan giữa các lỗ phụ thuộc vào hành trình và vị trí của trục trượt tương ứng với vị trí trung gian và vị trí gài số. Ở các vị trí này lò xo sẽ ép viên bi vào rãnh lõm trên trục nhờ đó trục trượt được định vị tại vị trí đó.

       Cơ cấu khoá hãm được thể hiện trên hình 1.11.a. Trong phần thân của nắp hộp số đặt trục trượt người ta khoan thông các vách ngăn giữa các trục trượt. Trục trượt nằm ở vị trí giữa cũng được khoan một lỗ xuyên ngang, hai trục trượt hai bên được gia công các lỗ khuyết hình chỏm cầu. Trong lỗ khoan ngang trên trục trượt ở giữa người ta đặt chốt 1, còn trên lỗ khoan ở vách ngăn được đặt hai chốt 2. Độ dài của các chốt được tính toán sao cho khi một trục trượt đã dịch chuyển khỏi vị trí trung gian (vị trí gài số) thì hai trục còn lại bị các chốt khoá cứng.

        Nguyên lý đó được thể hiện qua ba sơ đồ của hình 1.11.a. Ở sơ đồ thứ nhất khi trục giữa đã dịch chuyển khỏi vị trí trung gian sẽ ép hai chốt 2 về hai phía khớp với lỗ hình chỏm cầu của hai trục còn lại nên hai trục này không có khả năng di chuyển.

        Ở sơ đồ thứ hai và thứ ba khi một trong hai trục phía ngoài dịch chuyển sẽ đẩy chốt 2 ép vào lỗ hình chỏm cầu của trục giữa, thông qua chốt 1 ép tiếp lên chốt 2 ở phía đối diện để tì vào lỗ hình chỏm cầu của trục ngoài đối diện do đó hai trục này cũng không có khả năng di chuyển.

·    Cơ cấu khoá hãm bằng tấm khoá

       Khác với cơ cấu khoá hãm dùng chốt trong cơ cấu này tấm khoá càng chuyển số luôn được chèn vào hai trong ba rãnh trên phần đầu càng chuyển số do đó khoá tất cả các càng chuyển số, trừ một càng đang được gài.

       Ví dụ ở hình 1.12.b, khi đã chọn trục gài số 3 và số 4 thì tấm khoá chèn và giữ hai trục chuyển số 1/ số 2 và trục chuyển số 5/ số lùi không có khả năng di chuyển. Khe hở của tấm khoá lúc này trùng với vị trí di chuyển của đầu cần để thao tác gài số 3 hoặc số 4. Như vậy ở vị trí này chỉ có một trục trượt gài số 3/ số 4 có thể di chuyển còn lại hai trục kia bị khoá cứng.

       Tương tự như vậy trên hình 1.12.c khi đã chọn trục gài số 1/ số 2 thì tấm khoá chèn và giữ hai trục còn lại. Vì vậy ở vị trí này cũng chỉ có một trục gài số 1/ số 2 có thể di chuyển còn hai trục gài số 3/ số 4 và số 5/ số lùi bị khoá cứng.

1.2.1.3 Chọn sơ đồ động học cho hộp số thiết kế

      Căn cứ vào mục đích, yêu cầu của loại ô tô vận tải cần thiết kế và qua phân tích kết cấu để ta chọn sơ đồ động học của hộp số cho phù hợp. Ví dụ Khi thiết kế hộp số cho xe vận tải loại vừa thì nên chọn sơ đồ động học hộp số là loại hộp số 3 trục dọc 5 cấp, có một số truyền thẳng (số V), các số I, II, III, IV được truyền qua hai cặp bánh răng ăn khớp, số lùi được truyền qua 3 cặp bánh răng ăn khớp. Có hai đồng tốc quán tính để gài các số truyền II, III, IV, V.

1.2.2 Tính toán sức kéo của ôtô, xác định tỷ số truyền chung của cả hệ thống truyền lực

a.     Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

       Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đường cong biểu diễu sự phụ thuộc của các đại lượng công suất, mô men theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ. Các đường đặc tính này gồm có:

          -  Đường công suất:              N_e = f(n_e).

          -  Đường mô men xoắn:       M_e = f(n_e).

       Trong phần này trình bày cơ sở biểu diễn mối quan hệ giải tích của M_e=f(n_e), khi đã có đặc tính thực của động cơ cần tính toán.

      Theo Lây- Đéc - Man, đối với động cơ đốt trong dùng nhiên liệu diezel hoặc xăng thì dáng điệu đường cong M_e=f(n_e) là đường cong bậc hai. Do vậy, chúng ta có thể biểu diễn quan hệ M_e=f(n_e) theo công thức thực nghiệm Lây- Đéc – Man:

                   (1.1)

       Trong đó: - M_eN, N_eN : Mô men xoắn, Công suất xác định trên trục

                          khuỷu động cơ ứng với chế độ công suất cực đại N_emax.

                - n_eN : Số vòng quay trục khuỷu  động cơ ở N_emax.

                - a, b, c: Là các hệ số phụ thuộc vào từng động cơ cụ thể.

        Bản chất của phương trình này là nội suy Lagrange để xác định các hệ số a, b, c theo công thức (1.1) khi đã có đặc tính thực.

Chúng ta đưa (1.1) về dạng sau:

                                   Y=a+b.x -c.x²                                  (1.2)     

Trong đó: 

                      ;                                      (1.3)

 Trên đặc tính thực, chúng  ta lấy ba điểm với các toạ độ sau:

       (M_emin, n_emin); (M_emax, n_emax); (M_eN, n_eN);

Dựa vào (1.2) ta xác định các giá trị toạ độ của các điểm tương ứng trên đường cong Y=f(x):

                                ; ;

                                 ;;                            (1.4)

                                ;  ;

         Sau khi biến đổi (1.4) về dạng (1.2) ta nhận được các biểu thức xác định các hệ số a, b, c như sau:

         a=A₁.X₂. X₃ + A₂.X₁. X₃+ A₃.X₁. X₂

         b=-[A₁.(X₂+X₃) + A₂.(X₁+X₃)+ A₃.(X₁+X₂)]                       (1.5)

         c=A₁+ A₂+ A₃

        Trong đó:   ;

                           ;

       Trên cơ sở các công thức (1.5); ta xác định được các hệ số a, b, c của quan hệ giải tích M_e=f(n_e).

b.     Giải phương trình cân bằng lực kéo xác định các thông số đánh giá

    chất lượng vận tốc kéo của ôtô

      Trong trường hợp chuyển động tổng quát, phương trình chuyển động của ôtô ở dạng phương trình cân bằng lực kéo được viết dưới dạng sau đây:

                         P_k= P_f + P_i+ P_w+ P_j                                               (1.6)

                                                        (1.7)

       Trong đó:

         M_a  - Khối lượng toàn bộ ôtô (Kg)

            - Hệ số khối lượng quay

                  - Lực kéo(N);

         P_f =f.G.cos;   - Lực cản lăn của đường(N)

         P_i =G.sin;   - Lực cản lên dốc (N)

         P_w=K.F.v² ;       - Lực cản không khí(N)

         J=- Gia tốc chuyển động của ôtô (m.s^-2)

       Sau khi sử dụng các công thức xác định thành phần của (1.7) chúng ta đưa về dạng sau:

                                                 (1.8)

Trong đó:

      i=1, 2, …, n

      n- Số lượng số truyền

      a_i, b_i, c_i- Các hệ số tương ứng với số truyền thứ i.

       Các hệ số a_i, b_i, c_i được xác định như sau:

       Trong đó:

                       V_Ni=0,105. (m/s)

        n_eN     - Số vòng quay trục khuỷu động cơ ở N_emax.

        r_k, r_d - Bán kính động học và bán kính động lực học bánh xe (m).

        G     - Trọng lượng toàn bộ ôtô (N).

        M_eN -  Mô men xoắn của trục khuỷu động cơ ở n_eN (KG.m).

        i_tli        - Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực ở số truyền i.

        K_P    - Hệ số kể đến tổn hao ở thiết bị động lực lấy K_p=0,85-0,95.

        K_b    - Hệ số cản không khí(N.s².m^-4).

        f₀     - Hệ số cản lăn của đường khi vận tốc chuyển động nhỏ.

        K_f    - Hệ số kể đến ảnh hưởng của vận tốc tới hệ số cản lăn,

                  lấy: K_f=7.10^-6.

        F     - Diện tích cản chính diện của ôtô (m²)

        i      - Độ dốc của đường.

        a, b, c- Hệ số trong biểu thức xác định quan hệ giải tích M_e=f(n_e).

   Trên cơ sở phương trình (1.8) với các hệ số xác định theo các biểu thức trên. Ta tính được lực kéo ở các số truyền.

c. Xác định tỷ số truyền chung của cả hệ thống truyền lực 

       Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực trong trường hợp tổng quát được xác định theo công thức sau:

i_tl = i_h. i_f. i₀

                Trong đó: 

                         - i_h: Tỷ số truyền của hộp số chính.

                         - i_f: Tỷ số truyền của hộp số phân phối.

              - i₀: Tỷ số truyền của cầu xe.   

1.2.3 Phân chia tỷ số truyền của hệ thống truyền lực cho từng cụm (hộp số, hộp số phụ, truyền lực chính)

     + Xác định tỉ số truyền của truyền lực chính i₀:      

        Tỷ số truyền của truyền lực chính i₀ được xác định từ điều kiện đảm bảo cho ôtô đạt vận tốc cực đại ở tay số cao nhất của hộp số khi trở đủ tải:

          Trong đó:

                 -  i_h = 1 (i_h là tỉ số truyền của tay số cao nhất hộp số chính).

                 -  i_p = 1 (i_h là tỉ số truyền của tay số cao nhất hộp số phụ).

                 - n_v : Số vòng quay trục khuỷu của động cơ tương ứng với V_max

                          của ô tô (rad/s)

                 - V_max: Là vận tốc lớn nhất của ôtô  (m/s).

                 - r_b= l₁ . r ₀ : Bán kính làm việc trung bình, được xác định theo

                                       kích thước lốp.

                    + l₁ : Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp, l₁ = 0,93

 + r₀ : Bán kính thiết kế của bánh xe

                - i_p: Tỷ số truyền của hộp số phụ.

   + Xác định tỉ số truyền của hộp số phân phối i_p:      

          Hộp phân phối của ô tô quân sự thường có hai số truyền, tỷ số truyền của số truyền cao thường chọn bằng 1 (i_pc = 1).

          Tỷ số truyền số thấp của hộp phân phối (i_pt) được xác định theo điều kiện đảm bảo vận tốc tính toán nhỏ nhất của ô tô:

                                                                   (1.9)

          Đối với ô tô quân sự hiện đang sử dụng, tỷ số truyền của số truyền thấp hộp số phân phối thường nằm trong khoảng: i_pt =1,5 ¸ 2,5.

      +  Xác định tỷ số truyền của hộp số i_hs:

   Tỷ số truyền của các số truyền xác định theo công thức sau:

                                                                               (1.10)

       Để xác định tỷ số truyền ở các tay số ta phải xác định được khoảng vận tốc ở các số truyền đó. Mục đích của việc phân chia khoảng vận tốc cho các số truyền là nhằm đảm bảo sử dụng hợp lý khoảng động của ôtô, để từ các yêu cầu được đặt ra xe có chất lượng kéo hợp lý, vận tốc tốt hơn, tính kinh tế nhiên liệu cao hơn trong mọi điều kiện hoạt động.

       Có 4 chỉ tiêu phân chia khoảng vận tốc cho các số truyền:

-         Đảm bảo cho ôtô có vận tốc trung bình cao.

-         Đảm bảo cho ôtô có tính năng tăng tốc tốt.

-         Đảm bảo nâng cao tính kinh tế nhiên liệu của ôtô.

-         Đảm bảo cho ôtô có khả năng kéo tôt.

        Từ các chỉ tiêu trên, khi phân chia khoảng vận tốc cho các số truyền thường chọn một chỉ tiêu làm cơ bản. khi yêu cầu cơ bản đã thoả mãn thì những yêu cầu còn lại, ở mức độ này hoặc mức độ khác sẽ được đáp ứng.

        Dưới đây sẽ lần lượt khảo sát các phương pháp phân chia khoảng vận tốc thoả mãn các yêu cầu nêu trên.

a. Phân chia khoảng vận tốc đảm bảo cho ôtô có vận tốc trung bình cao

       Yêu cầu này được chọn làm yêu cầu cơ bản cho xe nhiều công dụng và xe chuyên dùng vì chúng thường hoạt động ở các điều kiện rất đa dạng và ở các số truyền khác nhau của hộp số.

       Nhận thấy rằng, vận tốc trung bình của ô tô càng cao nếu nó có thể khắc phục được sức cản khác nhau của đường ở những vận tốc lớn.

       Người ta đánh giá mức độ sử dụng công suất của xe lắp bộ truyền có cấp qua hệ số sử dụng công suất động cơ. Khi đó công suất sử dụng được xác định theo công thức sau:

                                                N_e=N_emax                                                         

       Trong đó: - Hệ số sử dụng công suất động cơ.

       Hiệu suất của ô tô cũng phụ thuộc vào mức độ sử dụng công suất. Khi xe chuyển động đều có thể coi hiệu suất phụ thuộc tuyến tính vào công suất truyền. Nghĩa là:

       Lực kéo của ô tô trong trường hợp này sẽ bằng:

       Do vậy:                                                      (1.11)

       Trong đó: - là hiệu suất lớn nhất của ô tô ở số truyền cho trước khi sử dụng hoàn toàn công suất động cơ.

       Như vậy, vận tốc có thể có được của xe phụ thuộc vào bình phương hệ số sử dụng công suất động cơ. Khi hệ số  càng lớn thì xe có thể khắc phục sức cản khác nhau của đường ở vận tốc càng cao và do đó vận tốc trung bình của ô tô sẽ tăng lên.

        Khi hiệu suất không đổi, vận tốc lớn nhất mà xe có thể đạt được chỉ khi =1, nghĩa là khi sử dụng hoàn toàn công suất động cơ. Việc sử dụng hoàn toàn công suất chỉ có ở bộ truyền vô cấp. Trong bộ truyền có cấp, ở mỗi số truyền công suất chỉ được sử dụng hoàn toàn ở điều kiên nhất định.

        Cho rằng ở mỗi số truyền xe chuyển động với vận tốc tính toán v_ti, nghĩa là động cơ làm việc ở số vòng quay không đổi n_N ứng với công suất lớn nhất N_emax. Như vậy hiệu suất và lực cản không khí cũng không đổi trong toàn bộ khoảng biến thiên của hệ số sử dụng công suất từ =0 đến =1. Khi đó: v = v_ti và lực kéo riêng theo động cơ khi sử dụng hoàn toàn công suất xác định theo công thức sau:

                                                                        (1.12)

        So sánh (2.11) và (2.12) nhận được:

                                                                              (1.13)

        Từ biểu thức (1.13) có thể xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số sử dụng công suất với lực kéo riêng theo động cơ ở một số truyền(hình 1.13). Đồ thị này có dạng đường cong parabol.

Hình 1.13. Đồ thị sử dụng công suất động cơ ở một số truyền

         Trên hình (1.14) mô tả đồ thị sử dụng công suất động cơ ở các số truyền khác nhau của hộp số.

Hình1.14: Đồ thị sử dụng công suất ở các số truyền

       Từ việc khảo sát đường parabol của các số truyền sẽ nhận được:

                      (1.14)

 Trong đó: n- số lượng số truyền của hộp số.

        Nhân vế phải và vế trái tương ứng của các phương trình ở (1.14) sẽ nhận được:

                                      (1.15)

b. Đảm bảo cho xe có tính năng tăng tốc tốt

          Nếu trong quá trình chuyển động mà xe thường xuyên phải dừng (khi xe hoạt động trong thành phố) thì tính năng tăng tốc sẽ là yếu tố quyết định đến vận tốc trung bình của ô tô. Vì vậy đối với xe du lịch, xe buýt và một số xe vận tải khi phân chia khoảng vận tốc người ta chọn yêu cầu đảm bảo tính năng tăng tốc làm yêu cầu cơ bản.

         Xây dựng đồ thị v_i=v() (hình 1.15) và bỏ qua sự giảm vận tốc trong quá trình chuyển số ta có:

                                         (1.16)

Trên đồ thị:

     - Vận tốc góc của động cơ khi xe bắt đầu tăng tốc ở các số truyền;

     , - Vận tốc góc của động cơ tương ứng với công suất và mô men đạt giá trị cực đại.

         Vì trong thời gian tăng tốc, vận tốc ở từng số truyền đều biến thiên trong khoảng () do vậy:

Hay:

    (1.17)

        Như vậy theo biểu thức (1.17) nhận thấy: Để đảm bảo ô tô có tính năng tăng tốc tốt thì phải phân chia vận tốc cho các số truyền theo cấp số nhân với công bội bằng q, nghĩa là v_1max, v_2max,… v_imax…, v_nmax là một cấp số nhân với công bội là q.

        Vận tốc v_1max, v_2max,… v_imax…, v_nmax xác định như sau:

                                 (1.18)

Trong đó:

    i_h1, i_h2…, i_hi,… i_hn- tỷ số truyền 1, 2, i, n của hộp số;

    i_p, i₀- tỷ số truyền của hộp số phân phối và truyền lực chính.

    Thứ nguyên như sau: v_imax-m/s; r_k- m; - rad/s.

Thay giá trị v_imax ở biểu thức (1.18) vào (1.17) nhận được:

                                                       (1.19)

Hoặc:

                                                                 (1.20)

Từ đó rút ra:

                            q=                                        (1.21)

         Như vậy nếu cho trước số lượng số truyền là n, qua công thức (1.21) sẽ xác định được công bội q, khi đã biết v_tmin= v_1max; v_tmax= v_nmax có thể xác định vận tốc tính toán ở các số truyền trung gian. Đồng thời nếu cho trước tỷ số truyền của một số truyền nào đó trong hộp số thì theo công thức (1.20), (1.21) sẽ xác định được các tỷ số truyền của các tay số còn lại.

         Nếu số truyền cao nhất của hộp số là số truyền thẳng thì i_hn=1, khi đó:

                                                                 (1.22a)

Và:

        ;                     (1.22b)

        Số lượng số truyền nhỏ nhất cho phép được xác định từ điều kiện đảm bảo , hay:

                                                                               (1.23)

        Nếu điều kiện (1.23) không được đảm bảo thì khoảng cách giữa các số truyền sẽ lớn và do đó tính năng tăng tốc của xe sẽ xấu đi nhiều(khi đó quá trình tăng tốc của ô tô ở các số truyền đều phải bắt đầu ở vùng làm việc không ổn định của động cơ). Trong thực tế, trước tiên chọn số lượng số truyền (dựa theo các mẫu xe hiện có), sau đó tiến hành xác định công bội quá trình cho cấp số nhân, từ q xác định được theo công thức (1.23).

        Trường hợp khi hộp số có bốn số trở lên, số 1 không dùng để tăng tốc mà dùng để khắc phục lực cản lớn nhất của đường thì việc phân chia vận tốc sẽ được tiến hành từ số truyền 2. Khi đó lấy v_2max=và công bội sẽ bằng:

                                                      (1.24)

Nếu kể đến sự giảm vận tốc khi chuyển số (Hình 1.16) thì:

Từ đó suy ra:

         Đối với ô tô có trọng lượng nhỏ và vận tốc lớn, trị số  tăng lên một cách rõ rệt ở số truyền cao (do ảnh hưởng của lực cản không khí). Do vậy, khi vận tốc tăng lên, trị số q_i sẽ giảm xuống và khoảng cách giữa các số truyền sẽ được thu hẹp lại. 

      Như vậy, khi phân chia vận tốc để đảm bảo tính năng tăng tốc tốt người ta tiến hành phân chia vận tốc theo cấp số nhân và hiệu chỉnh bằng cách giảm khoảng cách giữa các vận tốc tính toán ở các số truyền cao và tăng khoảng cách giữa các vận tốc tính toán ở các số truyền thấp.

      Song việc tăng hoặc giảm không thể tuỳ tiện mà giới hạn của việc hiệu chỉnh này là khoảng cách giữa các vận tốc tính toán là như nhau:

v_2max- v­_1max= v_3max- v­_2max=…=v_t(i+1)max-v­_timax=…=v_nmax-v­_(n-1)max=const=a   (1.25)

       Như vậy: v_1max, v_2max, …, v_imax,… v_nmax là một cấp số cộng với công sai bằng a (hình 1.17).

      Công sai của cấp số cộng cũng có thể xác định theo công thức:

                                                      (1.26)

      Thay các giá trị v_imax ở công thức (2.24) vào (2.31) sẽ có:

                   (1.27)

      Trong đó: b- hằng số điều hoà khi phân chia vận tốc theo cấp số cộng.

      Hằng số điều hòa cũng cố thể tính theo công thức:

       Nếu số truyền cao nhất là số truyền thẳng (i_hn=1) thì:

                                                                                   (1.28)

……………………..

       Trong trường hợp này:

                                                                                       (1.29)

        Nên từ công thức (1.28) và (1.29) có thể rút ra:

                                                                     (1.30)

      Thay hằng số điều hoà đã xác định được theo công thức (1.30) vào (1.28) sẽ tính được các tỷ số truyền còn lại của hộp số.

      Qua khảo sát việc nghiên cứu phân chia vận tốc theo cấp số cộng thấy rằng quá trình tăng tốc ở mỗi số truyền xẩy ra trong khoảng biến thiên khác nhau của vận tốc góc động cơ (hình 1.17). ở số truyền cao khoảng biến thiên  càng thu hẹp lại, nghĩa là:

      Do vậy tính năng tăng tốc ở các số truyền cao tốt hơn so với cách phân chia theo cấp số nhân.

      Nhược điểm của cách phân chia vận tốc theo cấp số cộng là ở các số truyền thấp xe tăng tốc trong khoảng biến thiên rộng của vận tốc góc động cơ nên thời gian tăng tốc ở các số truyền này tăng lên.

c. Đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu của ô tô

      Sự ảnh hưởng của việc phân chia khoảng vận tốc đến kinh tế nhiên liệu của xe chỉ có thể đánh giá một cách đầy đủ thông qua những số liệu thực nghiệm.

      Trong trường hợp chung, chỉ tiêu tính kinh tế nhiên liệu được đánh giá thông qua mức tiêu hao nhiên liệu cho 1km hành trình. Mức tiêu hao nhiên liệu này có thể được xác định theo mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất tính theo giờ bằng công thức sau:

                                                                                (1.31)

         Trong đó:

             Q_km - mức tiêu hao nhiên liệu cho 1km hành trình (l/km);

             Q_km - mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất tính theo giờ (l/h);

             V_tb  - vận tốc trung bình của ô tô (km/h);

              - hệ số khai thác.

       Tải và số vòng quay của động cơ có ảnh hưởng cơ bản đến hệ số (>1), song tải của động cơ có tính quyết định hơn đến trị số . Vì vậy việc nâng cao hệ số sử dụng công suất động cơ sẽ cho phép giảm hệ số . Khi sử dụng tốt công suất động cơ không những nâng cao được vận tốc trung bình mà còn giảm được mức tiêu hao nhiên liệu.

       Như vậy khi phân chia khoảng vận tốc theo hệ số sử dụng công suất động cơ cũng sẽ đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu của ô tô.

      Trên một số ô tô, để nâng cao tính kinh tế nhiên kiệu người ta bố trí thêm số truyền tăng(hình 1.18).

      Vận tốc tính toán của xe ở số truyền tăng được chọn sao cho:

                                                                                         (1.32)

       Trong đó:

           V_tg- Vận tốc của xe ở số truyền tăng;

           V_th- Vận tốc của xe ở số truyền thẳng;

           - Vận tốc góc của động cơ ứng với chế độ có tính kinh tế nhiên liệu tốt nhất.

       Ở điều kiện thuận lợi, ô tô chuyển động với vận tốc tính toán ở số truyền thẳng, đồng thời cũng có thể chuyển động tại vận tốc đó nhưng ở số truyền tăng bằng cách giảm vận tốc góc của động cơ từ  xuống . Tại  tải của động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn.

      Thông thường tỷ số /nằm trong khoảng 1,21,3. số truyền tăng không nằm trong khoảng phân chia vận tốc mặc dù nó đóng vai trò bổ sung trong việc tăng tính kinh tế nhiên liệu.

d. Đảm bảo ô tô có khả năng kéo tốt

       Yêu cầu này đặc biệt phù hợp với các loại xe chuyên dùng để kéo.

       Để đảm bảo xe có khả năng kéo tốt thì lực kéo trên moóc kéo phải tăng trong những khoảng bằng nhau:       

                              (1.33)

       Từ đó có thể rút ra quy luật phân chia khoảng vận tốc như sau:

            (1.34)

       Trong đó:

          k- hằng số điều hòa khi phân chia vận tốc theo cấp số điều hoà.

       Như vậy vận tốc của các số truyền tuân theo quy luật cấp số điều hoà. Trong trường hợp này khoảng cách giữa các vận tốc tính toán ở các số truyền thấp được thu hẹp lại còn khoảng cách giữa các vận tốc tính toán ở các số truyền cao kéo dài ra (hình 1.19).

       Ví dụ: Khi v_1max = 5km/h, v_nmax = 40km/h, n=5 thì vận tốc tính toán ở các số truyền khi tuân theo quy luật cấp số điều hoà sẽ có các giá trị như trong bảng 1.1.

Bảng 1.1. Vận tốc v_imax khi phân chia theo cấp số điều hoà

        Khoảng kéo sẽ là: (5 ¸14,5)km/h còn khoảng vận chuyển:(14,5 ¸40)km/h.

1.2.4 Tính toán xác định kích thước các chi tiết của hộp số

         Các chi tiết của hộp số được tính toán như trong môn chi tiết máy. Để tính toán được cần phải làm các nội dung sau:

-         Xác định được các thông số cơ bản của hộp số: Khoảng cách trục, thông số của các bánh răng.

-         Tính toán các chi tiết và bộ phận cơ bản của hộp số.

a. Xác định được các thông số cơ bản của hộp số.

·    Xác định khoảng cách giữa các trục trong hộp số

 -  Chọn hệ số kinh nghiệm K: K phụ thuộc vào trị số mô men quay cực  đại M_emax của động cơ.

         + Đối với ô tô du lịch K=12,1

         + Đối với ô tô vận tải K=18,7

        -  Xác định sơ bộ khoảng cách trục:

                               (mm)

·    Thiết kế bánh răng

-     Chọn modun: m= (Bảng 6.8- TTTK-HDĐCK-tập 1)

-     Xác định số răng của các bánh răng:

+       Chọn số răng của bánh răng chủ động luôn ăn khớp: Z_a1

+       Góc nghiêng của cặp bánh răng luôn ăn khớp:

+       Tính tỷ số truyền của cặp bánh răng luôn ăn khớp:

+       Xác định số răng của bánh răng bị động cặp bánh răng thường tiếp: Z_a2t= Z_a1.i_at; và làm tròn Z_a2=round(Z_a2t);

+       Tính lại tỷ số truyền của cặp bánh răng thường tiếp:

+       Tính lại khoảng cách trục:

+       Tính tỷ số truyền của các bánh răng số 1, 2, 3, 4 :

+       Xác định số răng của các bánh răng số 1, 2, 3, 4  trên trục trung gian được tính như sau:

+       Làm tròn số răng của các bánh răng số trên trục trung gian:

Z_it=round(Z_it);

+       Tính góc nghiêng răng của các bánh răng số 2, 3, 4:

+       Cặp bánh răng số 1 và số lùi là răng trụ răng thẳng nên:

+       Tính lại và làm tròn số răng của các bánh răng số trên trục trung gian:

+       Số răng của các bánh răng số 1, 2, 3, 4 trên trục thứ cấp được tính như sau: Z_ib=Z₁.i_i ;

+       Làm tròn số răng của các bánh răng số 1, 2, 3, 4 trên trục thứ cấp:

Z_ibd=round(Z_ib);

+       Khối bánh răng số lùi:

    - Chọn số răng bánh răng nhỏ: Z_ln

    - Chọn số răng bánh răng nhỏ: Z_ll

    - Số răng bánh răng số lùi trên trục trung gian:

+       Đối với các cặp bánh răng trụ răng nghiêng phải tính lại góc nghiêng răng:

+       Đối với các cặp bánh răng trụ răng thẳng phải tiến hành dịch chỉnh góc cho bánh răng:

- Cặp bánh răng số 1:

   Hệ số dịch tâm:   

   Hệ số K_y=1000.

   Hệ số giảm đỉnh răng

   Tổng hệ số dịch chỉnh:

   Hệ số dịch chỉnh bánh răng Z₁:

   Hệ số dịch chỉnh bánh răng Z_1bd: x₂=y-x₁

- Cặp bánh răng số lùi 1: Giữa trục trung gian và trục số lùi

   Khoảng cách trục: A_l1=0,5.(z_ltg+z_ll).m_1l

   Chọn hệ số dịch chỉnh: x_1l1, x_2l1

- Cặp bánh răng số lùi 2: Giữa trục trung gian và trục thứ cấp

   Khoảng cách trục: A_l2=0,5.(z_ln+z_1bd).m_1l

   Chọn hệ số dịch chỉnh: x_1l2, x_2l2

+       Tính lại tỷ số truyền của các cặp bánh răng số 1, 2, 3, 4, lùi:

-         Xác định thông số kích thước của các cặp bánh răng:

+       Mo dun: m

+       Số răng: Z

+       Góc nghiêng răng:  (độ)

+       Góc ăn khớp:   (độ)

+       Hệ số dịch chỉnh: x (mm)

+       Hệ số chiều cao đỉnh răng: f₀

+       Hệ số chiều cao đáy răng: C₀

+       Đường kính vòng chia: d_c (mm)

+       Đường kính đỉnh răng: d_a (mm)

+       Đường kính đáy răng: d_f (mm)

+       Chiều rộng vành răng: b(mm)

+       Hệ số trùng khớp dọc:

+       Hệ số trùng khớp ngang:

b. Tính toán các chi tiết và bộ phận cơ bản của hộp số

·    Tính bánh răng:

    + Chọn vật liệu: Biết được ứng suất uốn cho phép , tiếp xúc cho phép .

    + Kiểm tra về ứng suất uốn và ứng suất tiếp xúc:

          - Xác định mô men tính toán: M_tt=Min(M_đc, M)

          - Tính ứng suất uốn,  ứng suất tiếp xúc

          - So sánh , với giá trị cho phép, . Nếu không thỏa

             mãn thì thay đổi thông số rồi tính lại cho tới khi thoả mãn thì

             thôi.

·    Thiết kế trục:

Gồm trục thứ cấp, trục sơ cấp, trục trung gian, trục số lùi.

- Trục thứ cấp:

+   Chọn vật liệu: Biết được (N/mm²),  (N/mm²)

+   Xác định sơ bộ đường kính trục: d=0,45.A (mm)

+   Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và vị trí lắp bánh răng:

    L_tc, (mm)

+   Xác định phản lực tại ổ đỡ trục: Tính cho từng số truyền

    Mô men tác dụng lên bánh răng:

        Lực vòng:

        Lực hướng kính:

        Lực chiều trục:

        Phản lực ổ đỡ đầu trục: ;

             Phản lực ổ đỡ cuối trục: ;

        Phản lực tổng hợp của ổ đỡ:

+   Vẽ biểu đồ mô men:

             Mô men theo phương x:

                        M_ix1=R_tcix.x₁;  x₁=0…(L_tc-a_itc)

                        M_ix2=R_tcix.x₂- P_tci.(x₂-L_tc+a_itc);  x₂=(L_tc-a_itc)… L_tc

             Mô men theo phương y:

                        M_iy1=R_tciy.y₁;  y₁=0…(L_tc-a_itc)

                        M_iy2=R_tciy.x₂+- R_tci.(x₂-L_tc+a_itc);  x₂=(L_tc-a_itc)… L_tc

             Mô men tổng hợp:

+   Tính đường kính trục tại các tiết diện lắp bánh răng và ổ lăn.

           Từ biểu đồ mô men ta xác định được các giá trị mô men uốn và xoắn

           ở các tiết diện nguy hiểm:

           Mô men tương đương tại vị trí nguy hiểm:

           Đường kính trục tại vị trí nguy hiểm: Là vị trí lắp bánh răng

 (mm)

           Đường kính trục tại vị trí lắp ổ lăn cuối trục:

 (mm)

+   Tính kiểm nghiệm trục: Tính cho từng số

     -  Tính trục về độ bền:

           Chọn ứng suất tổng hợp cho phép: (N/m²)

           Ứng suất uốn:   

           Ứng suất xoắn:

           Ứng suất tổng hợp:

           So sánh , : Nếu  thì phải chọn lại đường kính trục

           và tính lại để sao cho

          -  Độ bền mỏi:

                Chọn hệ số an toàn mỏi cho phép: [s]=2…2,5

                Tính hệ số an toàn mỏi uốn:

                Tính hệ số an toàn mỏi xoắn:            

                Tính hệ số an toàn mỏi:   

                So sánh s và [s]: Nếu s > [s], phải chọn thông số và tính lại    

        -  Độ cứng: Gồm chuyển vị thẳng và góc xoay

           Chuyển vị:

               Chọn chuyển vị tổng hợp cho phép: [y]=0,2…0,25

               Tính chuyển vị của trục ở các số truyền:

                  ; x=0…a_itc

                 ; x=a_itc…L_tc

                 So sánh y và [y]: Nếu y > [y], phải chọn thông số và tính lại

           Góc xoay:

              Chọn góc xoay cho phép: []=0,2…0,25

              Tính góc xoay của trục ở các số truyền:

              ; x=0…a_itc

              ; x=a_itc…L_tc

              So sánh  và []: Nếu  > [], phải chọn thông số và tính lại         

- Các trục còn lại được làm tương tự:

·    Tính toán then:

      Then là chi tiết tiêu chuẩn nên ta tiến hành chọn sau đó kiểm bền về ứng suất dập, ứng suất cắt. Nếu không đảm bảo thì chọn lại.

      Tính then trên trục trung gian:

- Sử dụng then bán nguyệt có các thông số kích thước sau:

Chiều dài then: l (mm)

          Đường kính vòng bán nguyệt của then: d₁ (mm)

          Bề rộng then: b (mm)

          Chiều rộng then: h (mm)     

          Chiều sâu rãnh then trên trục: t₁(mm)

          - Kiểm tra điều kiện bền dập:

                   Các thông số cần thiết cho tính toán:

                             + Ứng suất dập cho phép: (N/mm²)

                             + Ứng suất cắt cho phép: (N/mm²)

                             + Mô men xoắn trên trục trung gian: M_tg (Nmm)                                             + Đường kính đoạn trục lắp then: d_tg (mm)                                            Ứng suất dập:  (N/mm²)                                                 Ứng suất cắt:  (N/mm²)

                   So sánh:  với ,  với . Nếu >, > phải

                     chọn lại loại then.

          - Then trên trục thứ cấp, trục sơ cấp được làm tương tự.

·    Tính chọn ổ lăn:

Ổ lăn trục hộp số được chọn theo hệ số khả năng làm việc C. Điều kiện chọn ổ là  .

Chọn ổ lăn trên trục thứ cấp:

     Tính hệ số khả năng làm việc C:

              C=R_tđ.K_k.K_d.K_t.(n_tt.h)^0,3 (N)

Trong đó:

     - R_tđ: Tải trọng tương đương tác dụng lên ổ

     - K_k: Hệ số phụ thuộc ổ quay vòng trong hay ngoài, Với ổ vòng trong quay: K_k=1

     - K_d: Hệ số kể đến tải trọng động tác dụng lên ổ, va đập nhẹ K_d=1  - K_t: Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian làm việc của ổ, Với hộp số ô tô K_t=1;

     - : Số vòng quay tính toán của trục bố trí ổ lăn

     - : Thời gian làm việc của ổ

Căn cứ vào tải trọng tác dụng lên trục tại các vị trí đặt ổ lăn và bố trí chung của hộp số để chọn ổ lăn cho thích hợp.

Ổ lăn trên trục sơ cấp và trục trung gian được chọn tương tự như trên

·    Tính toán đồng tốc:

Là xác định các thông số kết cấu:

       Để đảm bảo đồng đều tấc độ mới vào số được, góc nghiêng  của rãnh khoá phải tuân theo bất đẳng thức sau:

                                                                (1.35)

     Trong đó: : Góc nghiêng của rãnh khóa, =2030⁰

                   : Góc nghiêng của mặt côn ma sát, =712⁰

                   : Hệ số ma sát giữa các bề mặt côn ma sát;

                    r : Bán kính trung bình của bề mặt côn ma sát (mm)

                   r₁ : Bán kính trung bình của mặt rãnh khóa (mm)

Từ biểu thức (1.35) ta xác định được

·    Kết luận

-     Các nội dung được trình bày ở trên là cơ sở để chúng ta tính toán thiết kế hộp số.

-     Là cơ sở để xây dựng chương trình tính toán thiết kế hộp số, được trình bày cụ thể ở phần sau.

Chương 2

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TRỢ GIÚP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ

2.1 MỤC ĐÍCH

Trong quá trình tính toán thiết kế ôtô, ta phải tính toán thiết kế hộp số. Đây là một nội dung tính toán phức tạp, khối lượng tính toán nhiều và lặp đi lặp lại, thời gian tính toán yêu cầu lớn. Do vậy dễ nhầm lẫn và nhàm chán.

      Chương trình xây dựng nhằm mục đích đó là:

          + Làm công cụ trợ giúp tính toán thiết kế cũng như kiểm nghiệm hộp số.

          + Kết quả tính toán chính xác.

          + Giảm nhẹ công việc cho người thiết kế.

          + Rút ngắn thời gian tính toán.

2.2 YÊU CẦU

       - Sử dụng dễ dàng.

       - Xử lý số liệu nhanh.

       - Kết quả hiển thị phải trực quan và ở nhiều dạng khác nhau.

     - Liên kết được với các phần mềm khác. 

2.3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ỨNG DỤNG CHO THIẾT KẾ

Tính toán thiết kế hộp số là một nội dung quan trọng trong tính toán thiết kế ô tô. Nội dung tính toán nhiều và phức tạp, kết quả tính toán phải được hiển thị ở nhiều dạng khác nhau cả trên bảng kẻ, dạng số và cả trên đồ thi. Do vậy việc lựa chọn phần mềm dùng để xây dựng chương trình này phải có nhiều tính năng mạnh và có khả năng liên kết với nhiều phần mềm khác nhau.

        Hiện nay có rất nhiều phần mềm như: Pascan, Visual basic, Matlab. Mỗi phần mềm đều có thế mạnh riêng và đều có thể sử dụng để viết chương trình này.

        Pascan là ngôn ngữ lập trình cơ bản có ưu điểm là môi trường làm việc dễ dàng, phù hợp với nhiều đối tượng và chạy được ở trên máy có cấu hình thấp tuy nhiên có nhược điểm chính của nó là việc vẽ các đồ thị như các biểu đồ mô men, xây dựng giao diện là rất khó khăn, khi kiểm tra thì phức tạp.

        Visual Basic là ngôn ngữ lập trình cho phép người dùng tạo giao diện dễ dàng, môi trường làm việc trực quan và liên kết được với nhiều ứng dụng khác tuy nhiên có nhược điểm là chỉ chạy trên Win9x, tạo đồ thị khó khăn.

        Matlab là một công cụ mạnh. Nó có khả năng tạo giao diện nhanh, đơn giản, thân thiện và đặc biệt có khả năng rất mạnh về tính toán và việc vẽ đồ thị, xuất đồ thị.Một thế mạnh mà không phải phần mềm kỹ thuật nào cũng có được. Để biểu thị và đưa ra ngoài các đồ thị như các đồ thị vận tốc, động lực học, hay các biểu đồ như biểu đồ lực, biểu đồ mô men, biểu đồ ứng suet, đối với các phần mềm như Paxcan, hay VB là việc rất khó khăn nhưng đối với Matlab thì không những nó rất đơn giản mà còn biểu thị một cách rất rõ ràng, đẹp và trực quan. Với đề tài này thì đây là công việc khó nhất và cũng là quan trọng nhất.

       Bên cạnh đó phần mềm này còn có ưu điểm là việc học và sử dụng nó khá đơn giản. Khi chạy chương trình cho phép báo lỗi luôn ngay tại chỗ sai nên rất tiện lợi cho việc kiểm tra và đánh giá.  

      Với những ưu điểm nổi bật ở trên cũng như mục đích, yêu cầu và khối lượng công việc, tôi nhận thấy Matlab là phần mềm rất thuận tiện và là công cụ hỗ trợ đắc lực cho việc tính toán thiết kế hộp số ô tô.

       Do vậy tôi đã sử dụng phần mềm Matlab để xây dựng chương trình trợ giúp tính toán thiết kế.

        Môi trường làm việc của Matlab có dạng như sau:

2.4 CHƯƠNG TRÌNH TRỢ GIÚP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

2.4.1 Cơ sở xây dựng chương trình

       Chương trình được xây dựng dựa trên cơ sở trình tự tính toán thiết kế hộp số được trình bày cụ thể trong mục 2 của chương 1.

2.4.2 Sơ đồ thuật toán của chương trình

      Chức năng của từng ô cụ thể như sau:

       - Ô ‘Bắt đầu’ Khi tính toán ta phải chạy chương trình Matlab sau đó chọn đường dẫn tới File chứa chương trình và đánh tên ‘Giao_diên’ trên của sổ Command của Matlab.

       - Ô ‘Nhập: M_emax, M_emin, M_eN, n_max, n_min, n_eM’ Ta nhập các giá trị mô men lớn nhất M_emax, nhỏ nhất M_emin, tại thời điểm công suất đạt cực đại M_eN, đơn vị được tính theo (N.m). Tương ứng với các giá trị mô men là tấc độ quay của động cơ n_max, n_min, n_eM đơn vị được tính theo (V/ph).

       -  Ô ‘Đặc tính ngoài động cơ’ thể hiện đồ thị đặc tính ngoài động cơ của xe mà ta thiết kế hộp số.

       - Ô ‘Chọn số cấp hộp số’ trong mục này ta có thể chọn hộp số 3, 4, 5 cấp. Chọn loại nào thì ta kích vào mục của loại đó.

       - Ô ‘Phân chia tỷ số truyền’ mục đích là phân chia tỷ số truyền ở từng tay số cho phù hợp, có 4 chỉ tiêu để phân chia là : Đảm bảo xe có vận tốc trung bình cao, xe có tính năng tăng tốc tốt, xe có khả năng kéo tốt và tính kinh tế nhiên liệu.

       - Ô ‘Đặc tính động lực học’ mục đích là xây dựng các đường đặc tính đặc trưng cho tính chất động lực học của xe đó là: Đồ thị lực kéo, nhân tố động lực học, gia tốc, thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc của ô tô. Từ đồ thị ta có thể đánh giá được đặc tính động lực học của xe. Nếu các đặc tính này phù hợp thì ta tiếp tục theo chiều có dấu cộng, nếu không phù hợp thì ta trở lại theo dấu trừ và thay đổi tỷ số truyền ở từng tay số cho phù hợp.

       - Ô ‘Tính toán xác định kích thước các chi tiết’ là cửa sổ chứa các nút để tính toán các chi tiết của hộp số như: Bánh răng, trục, then, chọn ổ và đồng tốc.

       - Ô ‘Nhập số liệu’ Cho phép ta nhập và thay đổi số liệu đầu vào khi tính toán một chi tiết, cụm chi tiết.

- Ô ‘Thông số’ là cửa sổ hiển thị các thông số tính toán được của một chi tiết hay một cụm chi tiết cơ bản của hộp số.

- Ô ‘Kiểm bền’đánh giá chi tiết vừa tính toán được có đảm bảo bền không. Nếu không bền phải thay đổi thông số và tính lại.

- Ô ‘Xuất số liệu’ xuất số liệu tính toán được dưới dạng file word

- Ô ‘Kết thúc’ để tắt chương trình tính toán

2.4.3 Cấu trúc chương trình

        Chương trình trợ giúp tính toán thiết kế hộp số ô tô bao gồm một số Menu và các mô đun tính toán:

        Hình ảnh giao diện chính của chương trình như sau:

Hình 2.1 Giao diện chính của chương trình

        Trên thanh công cụ Toolbar chứa các Menu tính toán:

           + Menu FILE để tắt chương trình khi đã tính toán xong

+ Menu DAC TINH NGOAI DONG CO để xây dựng đặc tính ngoài của động cơ. 

          + Menu ‘CHON LOAI HOP SO’ để chọn loại hộp số 3, 4 hay 5 cấp

       + Khi kích vào một mục của menu ‘CHON LOAI HOP SO’, giả sử kích vào mục ‘Hop so 5 cap’ sẽ xuất hiện giao diện sau:

            + Menu ‘PHAN CHIA TY SO TRUYEN’ để phân chia tỷ số truyền của hộp số ở các tay số theo các chỉ tiêu: Đảm bảo cho ôtô có vận tốc trung bình cao, có tính năng tăng tốc tốt, nâng cao tính kinh tế nhiên liệu của ôtô, đảm bảo cho xe có khả năng kéo tốt. Tuỳ theo loại xe, điều kiện sử dụng để phân chia tỷ số truyền ở các tay số cho phù hợp, thường chọn theo một trong bốn yêu cầu trên. Khi yêu cầu cơ bản đã thoả mãn thì những yêu cầu còn lại ở mức độ này hoặc mức độ khác sẽ được đáp ứng.

          + Menu XAY DUNG DAC TINH để xây dựng các đặc tính động lực học: Đặc tính kéo, đặc tính nhân tố động lực học, đồ thị gia tốc, đồ thị thời gian tăng tốc của ôtô ở các số truyền. Thông qua đó ta đánh giá chất lượng động lực học của xe.

        + Menu TINH TOAN CAC CHI TIET để tính toán các chi tiết cơ bản của hộp số, bao gồm tính bánh răng, trục, then, ổ, đồng tốc.

          Chương trình gồm các modun tính toán:

-         Đặc tính ngoài của động cơ.

-         Chọn loại hộp số.

-         Phân chia tỷ số truyền.

-         Xây dựng đặc tính động lực học.

-         Tính toán xác định các thông số của chi tiết.

-         Kiểm bền các chi tiết.

-         Các modun nhập và hiển thị kết quả tính toán.

-         Modun tắt chương trình.

2.5 Phạm vi ứng dụng của chương trình          

       Chương trình này dùng để tính toán hộp số ôtô cơ khí ba trục dọc 3, 4, 5 cấp. Đây là loại hộp số được sử dụng phổ biến trên các loại xe ôtô và đặc biệt là ôtô quân sự.

Chương 3

ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ HỘP SỐ

ÔTÔ QUÂN SỰ

3.1 CHỌN SƠ ĐỒ ĐỘNG HỌC VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CHO HỘP SỐ THIẾT KẾ

     Qua phân tích kết cấu ở phần trên, thấy rằng xe cần thiết kế hộp số là xe ô tô vận tải quân sự nên chọn sơ đồ động học hộp số là loại hộp số 3 trục dọc 5 cấp, có một số truyền thẳng (số V), các số I, II, III, IV được truyền qua hai cặp bánh răng ăn khớp, số lùi được truyền qua 3 cập bánh răng ăn khớp. Có hai đồng tốc quán tính để gài các số truyền II, III, IV, V. Việc gài số 1 và số lùi được thực hiện bằng việc di trượt bánh răng số 1 trên trục thứ cấp.

Hình 3.1: Sơ đồ động học hộp số

1. Trục sơ cấp; 2. Vơ hộp số; 3. Lắp hộp số; 4, 11. Đồng tốc gài số;

5, 6,  10. Càng gài số; 7. Trục thứ cấp; 8. Trục trung gian; 9. Trục số lùi;

3.2             SỐ LIỆU BAN ĐẦU

        Các số liệu cần thiết cho thiết kế hộp số:

-         Trọng lượng toàn bộ của xe:     G =119250                (N)

-         Mô men cực đại của động cơ:   M_emax=410                 (Nm)

-         Mô men nhỏ nhất của động cơ: M_emin=350                 (Nm)

-         Mô men khi công suất cực đại: M_eN=335                   (Nm)

-         Bán kính bánh chủ động:          r_k=0,5588                  (m)

-         Vận tốc lớn nhất:                      V_max=80                     (Km/h)

-         Vận tốc nhỏ nhất:                      V_min=1,29                  (Km/h)

-         Hệ số bám mặt đường:              =0,8

-         Tỷ số truyền hộp số phân phối: i_p=2,08

-         Tỷ số truyền hộp số chính:        i₀=7,339                   

-         Số vòng quay của động cơ khi M_emax: n_M=2000          (v/ph)

-         Số vòng quay lớn nhất của động cơ:   n_emax =3200      (v/ph)                  

-         Số vòng quay nhỏ nhất của động cơ:  n_emin=800         (v/ph)                   

3.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ

      Sử dụng chương trình đã xây dựng được để tiến hành tính toán, trình tự tính toán như sau:

3.3.1 Xây dựng đặc tính ngoài động cơ

     Nhập các số liệu đầu vào, được trình bày trong bảng sau:

    Nhấn nút ok trong bảng trên, Xuất hiện đồ thị đặc tính ngoài của động cơ.

3.3.2 Chọn loại hộp số

         Chọn loại hộp số bằng cách kích nút ‘CHON LOAI HOP SO’ và chọn menu ‘HOP SO 5 CAP’, sẽ hiện ra bảng sau:    

3.3.3 Phân chia tỷ số truyền cho các tay số

Nhập các số liệu theo bảng sau đây:

     Nhấn nút ok, xuất hiện bảng biểu thị tỷ số truyền ở các tay số của hộp số. Ta có thể điều chỉnh tỷ số truyền này nếu thấy chưa hợp lý, sau đó ấn nút ‘Nhập’ để nhập các tỷ số truyền này vào chương trình.

3.3.4 Xây dựng đặc tính động lực học

       Khi đã có tỷ số truyền ở từng số của hộp số, tiến hành xây dựng đồ thị đặc tính bằng cách nhập các thông số được ghi trong bảng sau:

       Nhấn nút ok, hiện lên  sau đây:

       Từ đồ thị trên ta đánh giá được chất lượng động lực học của xe.

3.3.5 Tính toán xác định kích thước của các chi tiết

a. Bánh răng

-         Nhập các thông số đầu vào theo bảng sau:

-         Nhấn nút OK, tính được tỷ số truyền ở từng cặp bánh răng số hiện trên bảng sau:

-         Xác định thông số kích thước của cặp bánh răng thường tiếp bằng cách kích vào nút ‘Cap BR thuong tiep’ hiện lên bảng sau:

-         Kiểm bền uốn và tiếp xúc đối với cặp bánh răng này bằng cách nhấn nút OK, hiện nên bảng nhập thông số sau:

-         Nhập các thông số tính toán như trong bảng trên sau đó kiểm bền bằng cách nhấn nút OK, sẽ hiện nên bảng kết quả sau: từ kết quả trong bảng thấy cặp bánh răng này đủ bền về uốn và tiếp xúc.

-         Các thông số kích thước và kết quả kiểm bền của các cặp bánh răng còn lại được làm tương tự và ta thu được kết quả như trong bảng ở phần phụ lục.

-         Khi đã tính xong thông số của các cặp bánh răng, ta tiến hành xuất kết quả tính được sang file Word. Bằng cách nhấn nút ‘Xuat du lieu’ trong bảng sau:

b. Tính trục

-         Tính trục thứ cấp: Nhập các thông số khoảng cách từ các vị trí bánh răng số tới ổ đỡ phía sau, cụ thể được thể hiện trong bảng dưới đây:

+       Vẽ biểu đồ mô men ở các số bằng cách kích nút’Mo men’ trong bảng trên, sẽ xuất hiện bảng sau:

+       Xác định đường kính trục ở các vị trí lắp bánh răng số, kích nút ‘Kich thuoc’ sẽ hiện lên bảng kết quả sau:

+       Xác định chuyển vị của trục ở các số khác nhau, kích nút ‘Chuyen vi’ sẽ hiện lên bảng kết quả sau:

+       Sau khi đã xác định được độ võng của trục ở các số ta tiến hành kiểm bền trục ở các số, ấn nút ‘Kiem ben’ trên bảng ở trên sẽ xuất hiện bảng sau:

+       Chọn giá trị cho các hệ số ở trên bảng trên, ứng với mỗi hệ số ta đều có bảng để chọn. Ví dụ, khi chọn Yb ta kích vào nút ‘Chon Yb’ sẽ hiện nên bảng sau:

+       Khi đã chọn được các hệ số, ta kích vào nút ‘Kiem ben’ sẽ hiện nên bảng kết quả sau:

+       Từ bảng trên ta xác định được: ứng suất, chuyển vị tĩnh, góc xoay và hệ số an toàn mỏi của trục ở các tay số, nếu ở số nào mà không đảm bảo bền thì ta sẽ chọn lại đường kính của trục ở vị trí lắp bánh răng số đó.

-         Tương tự ta tính cho trục trung gian và trục sơ cấp, sau đó ta cũng chuyển  kết quả tính được sang file Word.

c. Tính then

-         Kích chuột vào menu ‘Tinh then’ trên Menu ‘TINH TOAN CAC CHI TIET’

-         Ta được bảng sau:

-         Tính then trên trục nào thì ta kích chuột vào nút được chỉ rõ trong bảng trên. Ví dụ để tính then trên trục thứ cấp ta kích chuột vào nút ‘Tren truc thu cap’ sẽ hiện lên bảng sau:

-         Chọn các số liệu trên bảng, sau đó kích vào nút ‘Tinh’ sẽ xuất hiện bảng sau:

-         Chọn các số liệu trên bảng, sau đó kích vào nút ‘OK’ sẽ xuất hiện bảng sau:

-         Chọn các số liệu trên bảng, sau đó kích vào nút ‘OK’ đưa ra kết quả dưới dạng bảng sau:

-         Khi ứng suất ở các vị trí có then đều đảm bảo nằm trong giá trị cho phép thì ta tính tiếp, nếu không đủ bền thì phải thay đổi lại các thông số của then ở các vị trí.

-         Tương tự như trên ta tính toán then trên trục sơ cấp và trục trung gian. Kết quả cụ thể được trình bày ở phần phụ lục.

d. Tính chọn ổ lăn

-         Kích vào nút ‘Tính o lan’ trên menu ‘TINH TOAN CAC CHI TIET’ được thể hiện trên hình vẽ sau:

-         Kích vào nút ‘Tính o lan’ sẽ xuất hiện bảng sau:

-         Tính ổ trên trục nào thì ta kích chuột vào nút đó, ví dụ tính chọn ổ lăn cho trục thứ cấp ta chọn vào nút ‘Tren truc thu cap’ sẽ hiện nên bảng sau:

-          Nhập các giá trị của các hệ số vào các ô trong bảng trên, mỗi hệ số đều có bảng để chọn, ví dụ  để chọn Eta1 (hệ số thời gian làm việc của hộp số ở số 1) ta kích vào nút ‘Chon Eta1’ sẽ hiện nên bảng sau:

-         Từ bảng ta chọn được trị số cho hệ số đó, tiến hành tương tự với các hệ số còn lại, sau khi đã nhập xong các hệ số ta kích vào nút ‘Tinh’ sẽ hiện nên kết quả trong bảng sau:

-         Căn cứ vào các giá trị trong bảng trên để ta chọn ổ, kích nút ‘Chon o’ sẽ hiện lên bảng sau:

-         Căn cứ vào đường kính của trục và giá trị hệ số khả năng làm việc của ổ ta chọn ổ có ký hiệu như sau:

       + Ổ cuối trục: Ổ bi đỡ 1 dãy, ký hiệu 312, kích thước 60x130x31,

           có hệ số khả năng làm việc tiêu chuẩn C_b=64,1.10³ (N)

       + Ổ đầu trục: Ổ bi kim, ký hiệu 4121, kích thước 29,96x43x30,

          có hệ số khả năng làm việc tiêu chuẩn C_b=42.10³ (N)

-         Các ổ trên trục trung gian và trục sơ cấp được chọn tương tự và ta chọn được ổ có ký hiệu sau:

-         Ổ trên trục trung gian:

     + Ổ cuối trục: Ổ bi đỡ 1 dãy, ký hiệu 308, kích thước 40x90x23,có

         hệ số khả năng làm việc tiêu chuẩn C_b=31,9.10³ (N)

     + Ổ đầu trục: Do đường kính trục nhỏ, và là đầu dịch chuyển tự do mà lực hướng kính tác dụng khá lớn nên chọn ổ thanh lăn trụ, ký hiệu 4308, kích thước 40x72x19, có hệ số khả năng làm việc tiêu chuẩn C_b=41, 3.10³ (N).

-         Ổ trên trục sơ cấp:

    + Ổ cuối trục: Ổ bi đỡ 1 dãy, ký hiệu 212, kích thước 60x110x22,

           có hệ số khả năng làm việc tiêu chuẩn C_b=41.10³ (N)

    + Ổ đầu trục: Ổ bi đỡ 1 dãy, ký hiệu 206, kích thước 25x52x15,

          có hệ số khả năng làm việc tiêu chuẩn C_b=11.10³ (N)

e. Tính toán đồng tốc

-         Kích vào nút ‘Tính Dong toc ’ trên menu ‘TINH TOAN CAC CHI TIET’ xuất hiện bảng sau:

-         Kích vào nút ‘Dtoc 2-3’ hiện lên bảng sau:

-         Chọn các trị số trong khung ‘Hop nhap so lieu’ sau đó kích chuột vào nút ‘Tinh’ ta tính được giá trị của góc nghiêng  được thể hiện trong bảng sau:

-         Chọn =25⁰

-         Đồng tốc ở số 4 và 5 được làm tương tự và cũng chọn được =25⁰

3.4  NHẬN XÉT

- Việc thiết kế hộp số ô tô được thực hiện trong đồ án là một ví dụ về ứng dụng chương trình trợ giúp tính toán thiết kế hộp số.

- Các nội dung đã tính toán được: Tính bánh răng, trục, tính then, ổ lăn và tính đồng tốc.

-  Khối lượng công việc khi tính toán thiết kế bánh răng và các trục trong hộp số là rất lớn vì phải tính cho tất cả các bánh răng và các trục ở tất cả các số truyền. Nếu việc tính toán được thực hiện bằng cách tính tay thông thường thì mất rất nhiều thời gian và nhàm chán, dễ có sai sót. Việc ứng dụng chương trình trợ giúp tính toán đã giúp cho việc tính toán thiết kế trở nên đơn giản hơn và nhanh hơn nhiều lần.

-  Các kết quả tính toán được đều nằm trong giới hạn cho phép. Điều đó cho thấy việc tính chọn các thông số là chính xác.

KẾT LUẬN

    Sau thời gian gần ba tháng làm việc tích cực của bản thân với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo: ………….. cùng các thầy giáo trong Bộ môn Ô tô quân sự, Khoa Động lực và các đồng chí đồng đội tôi đã hoàn thành các nội dung của đồ án tốt nghiệp. Đồ án đã giải quyết được những vấn đề sau:

1. Nghiên cứu cơ sở thiết kế hộp số.

2. Xây dựng chương trình trợ giúp tính toán thiết kế.

3. Ứng dụng chương trình thiết kế hộp số ô tô quân sự.

   Việc thực hiện đồ án đã giúp tôi hiểu sâu hơn về kiến thức chuyên nghành. Biết cách tính toán thiết kế một cụm chi tiết trên xe, đặc biệt là đã biết cách ứng dụng công nghệ thông tin vào trong lĩnh vực chuyên nghành. Làm cơ sở cho việc học tập, công tác và nghiên cứu sau này.

   Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hư­ớng dẫn nhiệt tình, chu đáo của thầy giáo h­ướng dẫn:…………….., cùng các thầy trong Bộ môn Xe quân sự và các đồng chí học viên trong lớp đã có những ý kiến bổ ích giúp tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp.

   Tuy nhiên, do thời gian, trình độ, kinh nghiệm thiết kế ch­ưa có. Đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế. Tôi rất mong đ­ược các thầy giáo, các bạn xem xét và và chỉ bảo thêm.  

   Tôi xin chân thành cảm ơn!

                                     Ngày…. tháng ….năm 20…..

                                Học viên thực hiện

                                  .....……………

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyễn Phúc Hiểu ; Vũ Đức Lập - Lý thuyết ô tô Quân sự. HVKTQS - 2002

[2]. Vũ Đức Lập - Tính toán kéo ô tô. HVKTQS - 1992

[3]. Nguyễn Phúc Hiểu - Hướng dẫn thiết kế môn học “Kết cấu và tính toán ôtô Quân sự”. Tập II. HVKTQS – 1986

[4]. Vũ Đức Lập - Ứng dụng máy tính trong tính toán xe quân sự. HVKTQS - 2001

 [5]. Vũ Đức Lập - Cấu tạo ô tô quân sự. Tập I. HVKTQS - 1995

[6]. Nguyễn Hữu Cẩn - Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo. Tập I. NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp - 1971

[7]. Trịnh Chất; Lê Văn Uyển - Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí . Nhà xuất bản Giáo dục. Tập I và tập II. Hà Nội, 2000.

[8]. Lê Quang Minh, Nguyễn Văn V­ượng - Sức bền vật liệu. Nhà xuất bản Giáo dục. Tập I và tập II. Hà Nội, 1995.

[9]. Nguyễn Hoàng Hải; Nguyễn Việt Anh - Lập trình MATLAB và ứng dụng. NXB khoa học và kỹ thuật - 2005

[10]. Nguyễn Tăng Cường - MATLAB.  HVKTQS - 2001

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"