Tiểu luận Hộp số thường ô tô

Tiểu Luận: Khung Gầm Ôtô Đề tài: Hộp số thường ôtô GVHD: ThS Nguyễn Hồng Sơn www.oto-hui.com 1 Lời Nói Đầu Với lịch sử hơn 100 năm kể từ khi chiếc xe ôtô đầu tiên ra đời do Karl Benz chế tạo vào những năm cuối thế kỷ XIX, có thể nói cho đến nay, nền công nghiệp ôtô đã đạt được những bước tiến vượt bậc, với những sáng chế mới, những công nghệ mới. Từ những chiếc xe ôtô từ thuở khai sinh còn rất thô sơ với công suất nhỏ, giá thành cao đến những chiếc xe ôtô hiện đại ngày nay, những chiếc xe thể thao công suất lớn, hay những chiếc “siêu xe”, và trong tương lai là xe “sạch”, xe hơi bay... Có thể nói, ôtô là ngành tập trung những thành tựu nổi bật của thời đại vào nó. Trước một phương tiện vận hành hiện đại như vậy, với nhiều người chắc chắn sẽ có những thắc mắc về cấu tạo, vai trò và nguyên lý hoạt động của các bộ phận bên trong lẫn bên ngoài ôtô. Vậy nên, việc cần thiết phải tìm hiểu về các chi tiết cấu thành nên một chiếc ôtô là không cần bàn cãi. Chính vì thế, nhóm chúng em mạnh dạn thực hiện bài tiểu luận này. Bài tiểu luận được về hộp số thường trên ôtô, được nhóm thực hiện trên cơ sở những kiến thức có được từ các tiết học ở lớp, cùng với việc tra cứu tài liệu tham khảo từ thư viện trường, từ internet và nhiều nguồn khác. Để hoàn thành bài tiểu luận này, nhóm 4 chúng em xin chân thành cảm ơn BGH trường, khoa động lực, thư viện trường và thầy Nguyễn Hồng Sơn đã giúp đỡ chúng em trau dồi những kiến thức cần thiết. Tuy có cố gắng nhiều, nhưng do có trình độ chuyên môn hạn chế, kinh nghiệm thức tế chưa có nhiều nên chắc chắn trong bài còn nhiều thiếu sót. Mong thầy và các bạn thông cảm và giúp nhóm em sửa chữa để bài tiểu luận thêm hoàn hảo. Các thành viên nhóm 4_Lớp ĐHOT2 Tiểu Luận: Khung Gầm Ôtô Đề tài: Hộp số thường ôtô GVHD: ThS Nguyễn Hồng Sơn www.oto-hui.com 2 Mục lục Lời nói đầu ....................................................................................................................... 1 Mục lục ............................................................................................................................ 2 I. Khái quát chung về hộp số thường trên ôtô ............................................................... 4 I.1. Vai trò ................................................................................................................... 4 I.2. Yêu cầu của hộp số thường.................................................................................... 5 II. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hộp số thường ................................................. 5 II.1. Cấu tạo ................................................................................................................. 5 II.1.1. Nắp và vỏ hộp số ......................................................................................... 5 II.1.2. Hệ thống bánh răng ...................................................................................... 5 II.1.3. Các trục của hộp số ...................................................................................... 6 II.1.4. Bộ đồng tốc ................................................................................................. 7 II.1.4.1. Cấu tạo ................................................................................................ 7 II.1.4.2. Nguyên lý hoạt động ........................................................................... 9 II.1.4.3. Quá trình hoạt động bộ đồng tốc .........................................................10 II.1.5. Bánh răng số lùi ..........................................................................................12 II.2. Nguyên lý hoạt động hộp số thường ....................................................................13 II.2.1. Hộp số ba cấp .............................................................................................14 II.2.2. Hộp số bốn cấp ...........................................................................................17 II.2.3. Hộp số năm cấp ..........................................................................................18 II.2.4. Hộp số năm cấp (vượt tốc) ..........................................................................19 II.2.5. Hộp số sáu cấp ............................................................................................20 III. Cơ cấu điều khiển hộp số ........................................................................................21 Tiểu Luận: Khung Gầm Ôtô Đề tài: Hộp số thường ôtô GVHD: ThS Nguyễn Hồng Sơn www.oto-hui.com 3 III.1. Đặc điểm kết cấu cơ cấu điều khiển ...................................................................21 III.1.1. Bi và lò xo định vị .....................................................................................23 III.1.2. Chốt hãm ...................................................................................................23 IV. Một số dạng hư hỏng của hộp số thường; bảo trì – bảo dưỡng hộp số .................24 IV.1. Một số dạng hư hỏng của hộp số thường............................................................24 IV.2. Bảo trì – bảo dưỡng hộp số ................................................................................24 V. Hộp số thường và hộp số tự động trên ôtô ...............................................................27 Tài liệu tham khảo ..........................................................................................................28 Tiểu Luận: Khung Gầm Ôtô Đề tài: Hộp số thường ôtô GVHD: ThS Nguyễn Hồng Sơn www.oto-hui.com 4 I. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỘP SỐ THƯỜNG TRÊN Ô TÔ: I.1. Vai trò: Xe ô tô cần hộp số do những tính chất vật lý đặc trưng của động cơ dùng nhiên liệu xăng hoặc dầu. Tất cả động cơ đều có một giới hạn công suất hoạt động – một giá trị rpm lớn nhất mà động cơ có thể hoạt động. Ở giới hạn đó, số vòng quay và moment xoắn được truyền ra ngoài là lớn nhất. Hộp số cho phép thay đổi tỷ số truyền và moment xoắn từ trục khủyu đến bánh xe chủ động, thay đổi chiều chuyển động của xe, tăng lực kéo bánh xe chủ động, khắc phục lực quán tính khi xe chuyển bánh và khắc phục sức cản chuyển động tăng trong lúc công suất không đổi nhờ vào việc thay đổi tỷ số truyền các cặp bánh răng trong hộp số và dẫn động các bộ phận công tác khác với xe chuyên dùng. Bằng việc thay đổi tỷ số truyền, chúng ta có thể tăng hoặc giảm tốc xe mà vẫn đảm bảo động cơ hoạt động dưới mức cho phép và tạo ra công suất lớn nhất có thể. Sau đây là bảng một số tỷ số truyền (trong hộp số năm cấp vượt tốc): Bánh răng Tỷ số truyền Số vòng quay (rpm) của trục thứ cấp với động cơ quay 3000 rpm 1 2,315:1 1295 2 1,568:1 1913 3 1,195:1 2510 4 1,000:1 3000 5 0,915:1 3278 Tiểu Luận: Khung Gầm Ôtô Đề tài: Hộp số thường ôtô GVHD: ThS Nguyễn Hồng Sơn www.oto-hui.com 5 I.2. Yêu cầu của hộp số thường:  Tỷ số truyền đảm bảo tính năng động lực và tính tiết kiệm nhiên liệu. Bảo đảm tính êm dịu cho hệ thống truyền lực.  Có tay số trung gian để ngắt động cơ khỏi hệ thống truyền lực.  Đơn giản, điều khiển dễ dàng. Làm việc êm dịu, hiệu suất cao. II. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỘP SỐ THƯỜNG: II.1. Cấu tạo: Cấu tạo chung của hộp số gồm: Vỏ và nắp hộp số, các ổ bi, cơ cấu gài số, hệ thống bánh răng, các trục của hộp số và bộ đồng tốc. II.1.1. Nắp và vỏ hộp số: Có nhiệm vụ che kín các cơ cấu bên trong hộp số (bánh răng, trục...), ngoài ra còn là nơi để gắn các bộ phận khác như cơ cấu gài số (cần gài số, thanh trượt...). II.1.2. Hệ thống bánh răng: Trong hộp số thường, hệ thống bánh răng được chia thành 4 nhóm tiêu chuẩn:  Bánh răng trục vào (trục sơ cấp hộp số): có nhiệm vụ làm ăn khớp với bánh răng trên trục trung gian.  Bánh răng trục trung gian: gồm nhiều bánh răng với số răng khác nhau nhằm tạo tỷ số truyền khác nhau khi ăn khớp với bánh răng trên trục thứ cấp và trục lùi. Hình 1. Hệ thống bánh răng Tiểu Luận: Khung Gầm Ôtô Đề tài: Hộp số thường ôtô GVHD: ThS Nguyễn Hồng Sơn www.oto-hui.com 6  Bánh răng trục số lùi: ăn khớp với cả bánh răng trên trục trung gian lẫn trục thứ cấp, nhằm đảo vòng quay của trục thứ cấp khi gài số lùi.  Bánh răng trục thứ cấp: truyền chuyển động quay từ trục trung gian đến trục thứ cấp và truyền ra ngoài. Khi không gài số, bánh răng trục thứ cấp quay tự do trên trục. II.1.3. Các trục của hộp số: Trong hộp số thường gồm có 4 trục:  Trục sơ cấp: một đầu gối trên ổ bi trong lòng bánh đà, một đầu gối trên ổ bi của vỏ hộp số. Trên trục chỉ có một bánh răng được lắp chặt với trục, bánh răng này thường ăn khớp với bánh răng trên trục trung gian.  Trục trung gian: được lắp trên vỏ hộp số. Quay cùng với trục sơ cấp. Trên trục trung gian có các bánh răng được lắp chặt với trục. Hình 2. Các trục trên hộp số  Trục thứ cấp: một đầu gối trên ổ bi gắn ở đầu của trục sơ cấp, một đầu gối trên ổ lăn gắn trên vỏ hộp số. Trên trục có các rãnh then hoa giúp cho các bánh răng và bộ đồng tốc gắn trên trục trượt dọc trục dễ dàng nhằm ăn khớp với bánh răng trên trục trung gian và truyền moment ra ngoài. Tiểu Luận: Khung Gầm Ôtô Đề tài: Hộp số thường ôtô GVHD: ThS Nguyễn Hồng Sơn www.oto-hui.com 7  Trục số lùi: đỡ bánh răng lùi ăn khớp với cả 2 trục trung gian và thứ cấp. trục lùi cho phép khi gài đồng thời ăn khớp với bánh răng số lùi trên 2 trục trung gian và thứ cấp. Trục số lùi lắp cố định trên vỏ, còn bánh răng lắp lồng không di trượt trên trục nhờ ổ bi kim. II.1.4. Bộ đồng tốc: Là cơ cấu có nhiệm vụ làm đồng đều tốc độ của hai bánh răng đang quay với tốc độ khác nhau để sự ăn khớp được êm dịu. Trong hộp số, các bánh răng trên trục thứ cấp luôn luôn ăn khớp bánh răng trên trục trung gian và quay trơn trên trục của nó (ngoại trừ số lùi, sẽ được xét sau). Thay vào đó, các bánh răng có thể quay tự do hoặc bị khóa vào trục trục đỡ nó. Bộ đồng tốc có nhiệm vụ khóa một cách nhẹ nhàng bánh răng với trục thứ cấp để truyền moment xoắn từ động cơ tới cầu chủ động II.1.4.1. Cấu tạo: Trục rỗng (Moayơ đồng tốc) được lắp với trục thứ cấp bởi các then hoa. Tương tự, ống trượt được lắp vào trục rỗng bởi then hoa dọc theo mặt ngoài của trục và trượt theo phương dọc. Tiểu Luận: Khung Gầm Ôtô Đề tài: Hộp số thường ôtô GVHD: ThS Nguyễn Hồng Sơn www.oto-hui.com 8 Trục rỗng có ba rãnh song song với trục, trên mỗi rãnh có một khóa đồng tốc. Các khóa đồng tốc luôn được ép chặt vào ống trượt nhờ hai lò xo hãm. Ở một số loại bộ đồng tốc, thay vì dùng lò xo hãm, người ta sử dụng bi và lò xo xoắn. Ở giữa mỗi khóa có một phần lồi lên, ăn khớp với rãnh trên ống trượt khi hộp số đang ở vị trí trung gian. Hình 3. Cấu tạo bộ đồng tốc Vòng đồng tốc đặt giữa trục rỗng và phẩn dạng hình cone của bánh răng số. Vòng đồng tốc có ba rãnh, ăn khớp có độ hở với các khóa đồng tốc. Bề rộng các rãnh trên vòng đồng tốc lớn hơn bề rộng khóa đồng tốc, nhằm giúp cho quá trình ăn khớp giữa khóa và vòng đồng tốc được dễ dàng. Các rãnh trên vòng đồng tốc có thể ăn khớp với rãnh then hoa trên ống trượt và có các kích thước tương ứng với rãnh trên mặt bên của bánh răng số (rãnh trên bánh răng số có thể nằm thẳng hàng với rãnh trên vòng đồng tốc). Bên trong lòng vòng đồng tốc có một ly Tiểu Luận: Khung Gầm Ôtô Đề tài: Hộp số thường ôtô GVHD: ThS Nguyễn Hồng Sơn www.oto-hui.com 9 hợp dạng hình cone. Bề mặt cone của ly hợp này sẽ ép vào phần cone trên mayer bánh răng, tạo ra lực ma sát giữa vòng đồng tốc và mặt cone trên bánh răng số, thực hiện nhiệm vụ đồng tốc. Có nhiều loại đồng tốc sử dụng trên ôtô: bộ đồng tốc sử dụng một vòng đồng tốc ở mỗi bên, 2 vòng đồng tốc (double – cone synchronizer) hoặc 3 vòng đồng tốc, sử dụng các loại khóa đồng tốc với cơ cấu lò xo hãm khác nhau... và bộ đồng tốc trong cùng một hộp số ở các vị trí khác nhau (đồng tốc các bánh răng số khác nhau) thì cũng khác nhau. Nhưng về cơ bản đều được chế tạo dựa trên nguyên lý hoạt động giống nhau. Đó là nguyên lý ma sát. Sau đây chúng ta sẽ đi sâu hơn vào tìm hiểu nguyên lý hoạt động của một bộ đồng tốc đơn giản trên hộp số thường. Qua đó chúng ta sẽ tìm được mối quan hệ giữa nguyên lý hoạt động bộ đồng tốc và nguyên lý hoạt động của hộp số, từ đó thấy được vai trò rất quan trọng của bộ đồng tốc đối với hộp số thường. Ống trượt bánh răng 1 - 2 Ống trượt BR thú 5 Trục rỗng Bộ đồng tốc BR 1 - 2 Bộ đồng tốc BR 3 - 4 Tiểu Luận: Khung Gầm Ôtô Đề tài: Hộp số thường ôtô GVHD: ThS Nguyễn Hồng Sơn www.oto-hui.com 10 II.1.4.2. Nguyên lý hoạt động: Ống trượt đồng tốc (1) của bộ đồng tốc trượt tới lui trên trục rỗng (3), trục rỗng (3) là bộ phận gắn với trục thứ cấp bởi các rãnh then hoa. Vòng đồng tốc (7) trượt và ép lên phần dạng hình cone (6) trên bánh răng số (5). Khi gài số, ống trượt (1) được đảy về phía bánh răng (5). Khi nó di chuyển, khóa đồng tốc (8) do ăn khớp với ống trượt nhờ vấu lồi nên trượt thẳng tới và ép vòng đồng tốc vào bánh răng số. Đồng thời khóa đồng tốc (8) ăn khớp với rãnh trên vòng đồng tốc (7), làm cho vòng đồng tốc quay cùng tốc độ với ống trượt (1) và trục rỗng (3), và quay cùng tốc độ với trục thứ cấp. Khi ống trượt (1) tiếp tục di chuyển về phía bánh răng số (5), Ở mặt trong vòng đồng tốc có một ly hợp dạng cone làm bằng đồng được ép vào phần dạng hình cone trên bánh răng. Nhờ lực ma sát trên hai bề mặt cone làm cho bánh răng thay đổi tốc độ đến tốc độ của bộ đồng tốc. Và một khi tốc độ của bánh răng bằng với bộ đồng tốc, ống trượt đồng tốc (1) tiếp tục di chuyển về phía bánh răng, ăn khớp với răng ở mặt bên của bánh răng và rãnh trên vòng đồng tốc. Khi đó, ta đã thực hiện xong việc đồng tốc, hay nói cách khác, đã khóa bánh răng với bộ đồng tốc. Tiểu Luận: Khung Gầm Ôtô Đề tài: Hộp số thường ôtô GVHD: ThS Nguyễn Hồng Sơn www.oto-hui.com 11 II.1.4.3. Quá trình hoạt động của bộ đồng tốc: Hình 4. Quá trình hoạt động bộ đồng tốc  Giai đoạn 1: Khi chưa gài số, chuẩn bị gài số. Lúc này, tài xế đạp ly hợp, cắt đứt việc truyền công suất từ động cơ đến trục sơ cấp. Trục sơ cấp ngừng quay. Nếu xe vẫn đang tiến tới do quán tính, thì trục thứ cấp, trục rỗng, ống trượt, khóa quay cùng với nhau. Do khóa đồng tốc vẫn chưa ăn khớp với vòng đồng tốc nên vòng đồng tốc cùng với bánh răng số không quay.  Giai đoạn 2: Bắt đầu gài số (bắt đầu quá trình đồng tốc). Khi cần số di chuyển, cần gạt ăn khớp với rãnh trên ống trượt đẩy ống trượt theo hướng đến bánh răng cần ăn khớp. Vì ống trượt ăn khớp với khóa đồng tốc qua vấu trên khóa, nên ống trượt đẩy khóa đồng tốc tác dụng lực ép vòng đồng tốc vào phần cone trên mayer bánh răng, đồng thời làm quay vòng đồng tốc cùng với trục. Nhờ lực ma sát giữa vòng đồng tốc và phần cone trên bánh răng, bánh răng bắt đầu quay cùng với chiều quay của vòng đồng tốc số. Chính moment ma sát này sẽ làm vòng đồng tốc xoay tương đối với ống trượt một góc nhỏ khiến mặt hãm của vành răng hãm trên ống trượt tỳ vào vành răng trên vòng đồng tốc. Tiểu Luận: Khung Gầm Ôtô Đề tài: Hộp số thường ôtô GVHD: ThS Nguyễn Hồng Sơn www.oto-hui.com 12 Lúc này, tất cả các bộ phận do có sự ăn khớp với nhau (then hoa, khóa) nên cùng quay với trục thứ cấp, riêng bánh răng số do tiếp xúc ma sát nên quay chậm hơn trục.  Giai đoạn 3: Cần chuyển số ấn mạnh hơn (trong quá trình đồng tốc). Lúc này, lực cần gạt tác dụng lên ống trượt vượt qua lực bung của lò xo hãm, ống trượt vượt qua vấu lồi trên khóa. Do lúc này, các then của ống trượt và vòng đồng tốc chưa thẳng hàng, nên các then trên ống trượt ép vòng đồng tốc mạnh hơn vào phần cone trên bánh răng số, làm tăng lực ma sát giữa mặt cone trên vòng đồng tốc và phần cone trên bánh răng. Lực ma sát giữa mặt cone trên vòng đồng tốc và phần cone trên bánh răng càng lớn, tốc độ quay của bánh răng số càng mau đạt đến tốc độ của bộ đồng tốc.  Giai đoạn 4: Cần số được ấn mạnh hơn nữa (hoàn tất quá trình đồng tốc). Lúc này, lực ma sát đạt giá trị lớn nhất. Tốc độ của bánh răng số, vòng đồng tốc và ống trượt bằng nhau, nên ống trượt vừa quay vừa ép về phía bánh răng số, làm cho các then trên ống trượt trượt vào các rãnh trên vòng đông tốc và bánh răng số. Quá trình đồng tốc hoàn thành. Các chi tiết vòng đồng tốc, bánh răng số và ống trượt ăn khớp với nhau. II.1.5. Bánh răng số lùi: Trên đây ta vừa xét đến vai trò và nguyên lý hoạt động của bộ đồng tốc khi gài các số tới. Riêng với bánh răng số lùi, ta tạm chia thành hai loại bánh răng số lùi trong hộp số thường trên tiêu chí liên hệ với bộ đồng tốc:  Bánh răng số lùi loại không dùng bộ đồng tốc: Ở loại bánh răng số lùi này, ba bánh răng trên trục sơ cấp hộp số, trên trục trung gian và trên trục trung gian số lùi được lắp chặt với trục của nó. Tuy nhiên, trong khi các bánh răng số tới luôn luôn ăn khớp với nhau, thì các bánh răng số lùi chỉ ăn khớp với nhau khi gài số lùi. Khi gài số lùi, cơ cấu sang số đưa bánh răng trên trục trung gian số lùi vào ăn khớp với cả hai bánh răng số lùi còn lại. Do khi gài số lùi, chúng ta không có sự trợ giúp từ bộ đồng tốc nên khi muốn gài số lùi, trục sơ Hình 5. Bánh răng số lùi Tiểu Luận: Khung Gầm Ôtô Đề tài: Hộp số thường ôtô GVHD: ThS Nguyễn Hồng Sơn www.oto-hui.com 13 cấp và thứ cấp phải ngừng quay: tức xe phải dừng lại. Để số lùi có thể được gài mà không gây ra tiếng kêu và không bị “nhai răng”, ngay cả khi trục sơ cấp đang quay, cần dừng chuyển động quay tròn của trục sơ cấp. Đó là nhiệm vụ của bộ ly hợp. Do đặc điểm trên mà bánh răng số lùi được gia công chế tạo theo răng thẳng, nhằm đưa bánh răng số lùi trên trục trung gian số lùi vào ăn khớp dễ dàng. Nhược điểm của loại bánh răng số lùi này chính là do được chế tạo răng thẳng, nên khi gài số lùi thì hộp số thường phát ra tiếng kêu, không được êm như khi gài các số tới (bánh răng số tới có răng nghiêng nên hoạt động êm hơn).  Bánh răng số lùi loại sử dụng bộ đồng tốc: Về cách thức bố trí, sự ăn khớp và nguyên lý hoạt động tương tự như các bánh răng số tới (luôn ăn khớp nhau, bánh răng trên trục thứ cấp quay trơn trên trục thứ cấp, sử dụng răng nghiêng, khi gài số sử dụng bộ đồng tốc để khóa bánh răng một cách êm dịu với trục để truyền moment xoắn). Ưu điểm của loại bánh răng số lùi này là làm việc êm dịu hơn. Tuy nhiên giá thành cao và chế tạo khó hơn (do cần thêm bộ đồng tốc). II.2. Nguyên lý hoạt động hộp số thường: Trước khi sang số, tài xế cần đạp ly hợp để tách chuyển động từ trục khuỷu động cơ đến trục sơ cấp hộp số. Sau đó dùng cần sang số điều khiển lựa chọn các bánh răng hoặc các bộ đồng tốc giúp cho trục thứ cấp quay và truyền moment đến cầu chủ động. Sau đây, chúng ta xét nguyên lý hoạt động của cac loại hộp số ba cấp, bốn cấp, năm cấp, năm cấp vượt tốc (OD) và hộp số sáu cấp. II.2.1. Hộp số ba cấp: Hộp số ba cấp bao gồm ba số tới và một số lùi. Hình bên dưới thể hiện các chi tiết làm nhiệm vụ ăn khớp và truyền công suất trong hộp số, bao gồm trục sơ cấp truyền công suất từ động cơ qua ly hợp; các bánh răng trên trục sơ cấp, các trục trung gian, trục thứ cấp; trục thứ cấp truyền công suất ra bên ngoài hộp số; các bộ Tiểu Luận: Khung Gầm Ôtô Đề tài: Hộp số thường ôtô GVHD: ThS Nguyễn Hồng Sơn www.oto-hui.com 14 đồng tốc được đặt giữa các bánh răng số trên trục thứ cấp. Đường mũi tên chỉ đường truyền công suất qua hộp số. Khi chưa gài số (số trung gian), bánh răng số ba trên trục sơ cấp quay cùng với trục sơ cấp, làm quay các bánh răng trên trục trung gian và làm quay cả trục này. Do các bánh răng số một, số hai luôn ăn khớp trực tiếp với các bánh răng trên trục trung gian, bánh răng số lùi ăn luôn khớp gián tiếp với bánh răng trên trục trung gian qua bánh răng trung gian số lùi trên trục số lùi nên tất cả các bánh răng này đều quay tự do trên trục thứ cấp. Bộ đồng tốc lúc này chưa là