Về sự hoàn thiện hộp số cơ khí có cấp

Chia sẻ: Sở Trí Tu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày các giải pháp kết cấu nhằm khắc phục những nhược điểm của hộp số cơ khí có cấp, theo hướng tăng số lượng các số truyền để tăng tốc độ trung bình của ô tô, cũng chính là để giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng tính hiệu quả kinh tế. Hộp số cơ khí trên các ô tô hiện đại ngày nay đã có những tính năng vượt trội, tiếp cận được với các loại hộp số tự động. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Về sự hoàn thiện hộp số cơ khí có cấp

VỀ SỰ HOÀN THIỆN HỘP SỐ CƠ KHÍ CÓ CẤP ThS. Nguyễn Văn Bản TÓM TẮT Bài báo trình bày sự hoàn thiện về kết cấu một loại hộp số đƣợc sử dụng phổ biến nhất trên ô tô từ trƣớc tới nay: hộp số cơ khí có cấp. Trong bài đã nêu lên những ƣu điểm cơ bản của loại hộp số này. Đó là lý do để loại hộp số cơ khí sử dụng rộng rãi trong hệ thống truyền lực các ô tô truyền thống trƣớc đây cũng nhƣ các ô tô hiện đại ngày nay. Nội dung chủ yếu của bài báo trình bày các giải pháp kết cấu nhằm khắc phục những nhƣợc điểm của hộp số cơ khí có cấp, theo hƣớng tăng số lƣợng các số truyền để tăng tốc độ trung bình của ô tô, cũng chính là để giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng tính hiệu quả kinh tế. Hộp số cơ khí trên các ô tô hiện đại ngày nay đã có những tính năng vƣợt trội, tiếp cận đƣợc với các loại hộp số tự động. 1. NỘI DUNG 1.1 Hộp số cơ khí có cấp kiểu truyền thống Chiếc ô tô do đại úy kỹ sƣ pháo binh ngƣời Pháp Nicolas Joseph Cugnot (николя жозеф кюньо) chế tạo năm 1769, hiện đƣợc trƣng bày tại bảo tàng ―Mỹ Thuật và Thủ Công Mỹ Nghệ‖ ở thủ đô Pari, Pháp (hình 1.1) đƣợc coi là chiếc ô tô đầu tiên trên thế giới đã không có hộp số. Tuy tốc độ chuyển động của nó trên đƣờng phố Pari chỉ đạt 3,5 km/h, tức là chậm hơn tốc độ của ngƣời đi bộ. Nhƣng ý nghĩa quan trọng của nó là tự hành! Trong hệ thống truyền lực những chiếc ô tô thực thụ sau đó đã sử dụng hộp số cơ khí có cấp để mở rộng khoảng thay đổi mô men xoắn, đồng nghĩa với việc thay đổi tốc độ ô tô, từ động cơ truyền đến bánh xe chủ động. Hình 1.1: Chiếc ô tô đầu tiên trên thế giới Hộp số cơ khí thƣờng là loại 3 trục cố định, trục chủ động và bị động đƣợc bố trí đồng trục (hình 1.2,a). Đặc điểm hộp số là tính có cấp. Do những ƣu điểm nhƣ kết cấu đơn giản, dễ sử dụng và bảo dƣỡng sửa chữa, giá thành hạ nên hộp số cơ khí có cấp vẫn đƣợc sử dụng trong hệ thống truyền lực các ô tô ngày nay. 1492
Một trong những nhƣợc điểm của hộp số cơ khí có cấp kiểu truyền thống (hình 2,a) là: do sử dụng cần gạt để điều khiển trực tiếp (hoặc gián tiếp) ba trục trƣợt để chuyển số nên số lƣợng số truyền (không tính số lùi) bị giới hạn, tối đa chỉ là năm. Việc lựa chọn số lƣợng số truyền phù hợp sẽ đem lại hiệu quả về tính năng động lực học, tính kinh tế của ô tô. Tăng số lượng số truyền sẽ làm tăng tốc độ trung bình của ô tô (hình 1.2,b,c), điều này là có lợi khi xét về mặt hiệu quả kinh tế. Vì vậy, hộp số ở những ô tô hiện đại ngƣời ta đều có xu hướng làm tăng số lượng các số truyền. Đƣơng nhiên, nếu tăng quá mức số cấp truyền sẽ làm cho kết cấu hộp số phức tạp, cồng kềnh, làm tăng khối lƣợng hộp số và gây khó khăn cho điều khiển. Hình 1.2: Sơ đồ hộp số ba trục cố định với 3 cấp t số truyền (a); So sánh đặc tính D-V của hộp số có 3 số truyền (b) và 4 số truyền (c) 1.2. Những giải pháp kết cấu để tăng số lƣợng các số truyền Giải pháp 1: Sử dụng bộ chia số. Với mục đích để tăng tốc độ trung bình của xe mà không làm thay đổi về cơ bản khoảng động học và khoảng lực học của nó, ngƣời ta đã lắp thêm vào phía trƣớc hộp số chính ―bộ chia số‖ có hai t số truyền: i c1  1 và i c2  1 (hình 2.1). Nhƣ vậy, mỗi số truyền ở hộp số chính đƣợc chia đôi. Giá trị mô men lớn nhất truyền đến bánh xe chủ động không đổi nhƣng khoảng biến đổi mô men xoắn giữa các số truyền liền kề nhau thay đổi không nhiều (hình 2.2). Điều này rất tốt để tăng tốc độ trung bình cho các ô tô vận tải chạy đƣờng dài, ở loại đƣờng có lớp phủ bề mặt tốt, sức cản mặt đƣờng thay đổi không lớn (đƣờng cao tốc liên tỉnh hoặc liên quốc gia, liên lục địa). Kiểu hộp số này ra đời vào những năm 70 thế k trƣớc (nhƣ ô tô vận tải Volvo F 89-32 có 8 số truyền; KAMAZ 5230 với 10 số truyền sản xuất năm 1972,…). Với cách lắp thêm bộ chia số ở phía trƣớc và hộp số phụ ở sau hộp số chính, ngƣời ta cũng đã tạo ra các ô tô vận tải hoặc xe đầu kéo có tới 16 số truyền (nhƣ Volvo RS-61, Spyser 7016-3A). 1493
Hình 2.1. Sơ đồ bộ chia số: 1.Trục chủ động; 2.Đồng tốc; 3.Trục thứ cấp; 4.Trục chủ động hộp số chính; 5. Trục trung gian hộp số chính; 6.Trục trung gian bộ chia Hình 2.2: Dãy số truyền của hộp số có bộ chia đặt trƣớc hộp số chính Giải pháp 2: Sử dụng hộp số có hai trục bị động Trên các dòng xe du lịch hiện đại của hãng Audi và Volkswagen, hộp số cơ khí không chỉ có một mà có tới hai trục bị động (hình 2.3) làm việc chung với một trục chủ động. Số lƣợng số truyền đã đƣợc tăng lên thành 6. Các cặp bánh răng ăn khớp đều là bánh răng trụ răng nghiêng; tất cả các sô truyền đều có đồng tốc, kể cả số lùi. Bố trí chung của hộp số rất gọn. Giảm đƣợc kích thƣớc hộp số theo chiều trục. Hình 2.3: Hộp số cơ khí kiểu 02M: Hình 2.4: Dẫn động điều khiển hộp số: 1.Cần chọn số; 2.Trục bị động thứ nhất; 3.Trục chủ động; 1.Dây cáp chọn trục trƣợt; 2.Dây cáp chọn sô; 4.Trục bị động thứ hai; 5.Các te cụm vi sai cầu trƣớc; 6.Hộp 3.Cần số; 4.Nắp hộp số. gắn bộ gắn bộ truyền lực ra cầu sau. Khi hộp số có sáu số truyền thì cơ cấu điều khiển không thể sử dụng 3 trục trƣợt theo kiểu truyền thống. Trong hệ thống dẫn động điều khiển cho hộp số này đã sử dụng hai dây cáp: một dây cáp để lựa chọn trục trƣợt, thƣờng gọi là ―càng lừa‖ và một cáp để chọn vị trí số. Đầu cần số chuyển động trong không gian ba chiều. Sơ đồ dẫn động điều khiển hộp số kiểu 02M có 6 số tiến và sơ đồ chuyển động của các khâu khi chọn trục trƣợt và chọn số cho trên các hình hình 2.4, 2.5 và 2.6. 1494
Hình 2.5: Sơ đồ chuyển động của các khâu khi chọn trục Hình 2.6: Sơ đồ chuyển động của các khâu khi chọn số: trƣợt: 1.Thao tác di chuyển lên hay xuống của cần số khi 1.Thao tác qua phải hay qua trái của cần số khi chọn trục chuyển số; 2. Dây cáp dẫn động; 3. Cần điều khiển; trƣợt; 2. Dây cáp dẫn động; 3. cần điều khiển; 4. Trục 4.Trục trƣợt; 5. Càng gài và bộ đồng tốc; 6. Bánh răng trƣợt; 5. Càng gài và bộ đồng tốc; 6. Bánh răng gài số. gài số Giải pháp 3: Sử dụng ly hợp đôi để giảm tối đa thời gian sang số Nhƣợc điểm lớn nữa của hộp số có cấp là khi chuyển số, dòng công suất truyền bị gián đoạn, ảnh hƣởng lớn đến tính năng thông qua của ô tô. Đồng thời, khi sang số phải tốn một khoảng thời gian, dù nhỏ t . Do đó, trong quá trình đổi số, tốc độ của ô tô bị giảm, thời gian tăng tốc bị tăng lên làm tăng quãng đƣờng tăng tốc, giảm vận tốc trung bình của ô tô. Vấn đề đƣợc đặt ra là tìm các giải pháp kết cấu để quá trình đổi số phải đơn giản, nhẹ nhàng và lái xe chỉ cần thực hiện ít thao tác; giảm tối đa thời gian chuyển số, cho t  0 trong khi vẫn sử dụng hộp số cơ khí có cấp. Mong muốn ―khi chuyển số, dòng công suất truyền không bị gián đoạn‖ là tiền đề cho hệ thống điều khiển tự động hộp số, đƣợc Rudolf Frank đề xuất từ năm 1940 trong phát minh của mình về hộp số cơ khí có 4 số truyền (hình 2.7) sử dụng hai ly hợp (tạm gọi là ly hợp đôi). Kết cấu trong phát minh này chứa đựng hầu nhƣ tất cả các đặc điểm của kết cấu hiện đại nhƣng 30 năm sau phát mình của Frank, nhóm nghiên cứu Porsche (năm 1970) đã thực hiện không thành công đề tài này trên chiếc ô tô thể thao 962C. Đề tài này cũng đƣợc hãng sản xuất ô tô Audi thử nghiệm với hộp số có ―ly hợp khô‖. Tuy nhiên, ý định đƣa vào sản xuất hàng loạt các ô tô có ly hợp đôi đã không thành công, tốn quá nhiều thời gian cho việc điều khiển ( t quá lớn ) do thời đó các ngành kỹ thuật công nghệ cao liên quan chƣa phát triển, đặc biệt là kỹ thuật điện tử, kỹ thuật về truyền động thủy lực và khí nén. Từ năm 2003, hãng ô tô Volkswagen và Audi khi phối hợp với các tập đoàn chuyên về ly hợp và thủy lực (hãng Borg Warner) và chuyên về kỹ thuật điện tử (hãng Temic) đã thực hiện thành công trong việc kết nối hộp số cơ khí với 2 ly hợp đóng-ngắt (ly hợp đôi 02E) trong các ô tô đƣợc sản xuất ra hàng loạt của hãng. Nó mang tên ―hộp số S tronic‖. Hộp số cơ khí với ly hợp đôi S tronic không những đáp ứng đƣợc 1495
những yêu cầu đã đặt ra mà còn có những ƣu điểm cơ bản của hộp số cơ khí có cấp kết hợp với những ƣu điểm của hộp số tự động hiện đại. Chính vì vậy, S tronic cũng có thể gọi là hộp số cơ khí có cấp (6 số truyền) và cũng có thể gọi là hộp số tự động (tự động điều khiển và dòng công suất không bị gián đoạn khi chuyển số). Ta có một so sánh dƣới đây: Hình 2.7: Bản vẽ phát minh của Rudolf Frank năm 1940 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu C n – Phan Đình Kiên, Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo, Nhà xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1987. [2] Nguyễn Hữu C n, Dƣ Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng. Lý thuyết ô tô máy kéo. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2000. [3] Nguyễn Khắc Trai, Hệ thống truyền lực ô tô con, Nhà xuất bản Giao thông vận tải, 1999, [4] Nguyễn Nƣớc, Kết cấu và tính toán ô tô, tập 1, ĐH Giao Thông Vận 1496
[5] Harald Naunheimer –Bernd Bertsche- Joachim Ryborz – Wolfgang Novak, Automotive tránmissions, Springer, 2010. [6] Е. КОЧНЕВ. ЛЮДИ-АВТОМОБИЛИ-РЕКОРДЫ. М. Молодая гвардия, 1982. [7] АВТОМОБИЛЬ: КОНСТРУКЦИЯ, КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТ ТРАНСМИССИЯ. Под ред. д-ра техн. наук проф. А.И. Гришкевича. Минск, ―Вышэйшая школа‖.1985 [8] www.audi.ru 1497