Hộp số xe ô tô: Phân loại? Nguyên lý, cấu tạo?

Tác giả: Vương Ngọc Thắng Ngày đăng: 03/05/2021

Hộp số ô tô là gì?

Hộp số ô tô là bộ phận làm thay đổi mô men quay của động cơ, tăng lực kéo ở bánh xe chủ động Thay đổi chiều quay của bánh xe chủ động tiến hoặc lùi. Truyền và cắt mô men từ động cơ tới bánh xe chủ động để khi xe dừng mà máy vẫn hoạt động.

Hộp số phải có tỷ số truyền thích hợp đảm bảo tính năng động lực và tính kinh tế nhiên liệu, không sinh ra các lực va đập lên hệ thống truyền lực. Ngoài ra hộp số đảm bảo điều khiển dễ dàng, hiệu suất cao, đồng thời dễ tháo lắp bảo dưỡng và sửa chữa.

Phân loại hộp số ô tô

+ Phân theo đặc điểm cấu tạo
-   Hộp số có trục cố định : Hộp số 2 trục, Hộp số 3 trục
-   Hộp số có trục di động(hộp số hành tinh) : hộp số có 1,2, bộ truyền hành tinh
+ Phân loại theo cấp truyền
-   Hộp số có cấp : Hộp số 3,4,5,6 cấp; hộp số nhiều cấp.
-   Hộp số vô cấp : - Biến mô thuỷ lực(hộp số thuỷ lực); Hộp số thủy cơ
+ Phân loại phương pháp điều khiển
-   Điều khiển bằng tay,
-   Điều khiển bán tự động.
-   Điều khiển tự động.

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hộp số ô tô

Hộp số ngang

Loại hộp số đặt ngang được dùng cho các loại xe FF (động cơ đặt ở phía trước và cầu trước chủ động). Sau đây là cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hộp số ngang 5 số tiến và 1 số lùi.

a. Cấu tạo

Hình 1. Cấu tạo hộp số hai trục

Bên trong hộp số bao gồm:

Trục sơ cấp được truyền chuyển động từ trục khuỷu của động cơ khi ly hợp ở trạng thái hợp. Trên trục sơ cấp hộp số có lắp các bánh răng số 1, số 2, số 3, số 4, số 5 và bánh răng số lùi.

Bánh răng chủ động số 1, 2 và số lùi được kết nối cứng với trục sơ cấp của hộp số.

Bánh răng chủ động số 3, 4 và 5 chuyển động quay trơn trên trục sơ cấp của hộp số.

Trục thứ cấp của hộp số dùng để truyền chuyển động đến bộ truyền lực chính và bộ vi sai. Từ bộ vi sai, chuyển động được truyền đến bán trục để kéo hai bánh xe chủ động trước chuyển động.

Bánh răng bị động số 1, 2 và số lùi quay trơn trên trục thứ cấp hộp số. Bánh răng bị động số 3, 4 và 5 được kết nối cứng trên trục thứ cấp.

Các ống trượt gài số được bố trí trên trục sơ cấp và trục thứ cấp.

Truyền lực chính và bộ vi sai được bố trí bên trong hộp số.

Trục sơ cấp, thứ cấp và bộ vi sai chuyển động trên các vòng bi.

Khi gài số thì các ống trượt sẽ trượt trên then hoa của trục sơ và thứ để kết nối chuyển động từ trục sơ cấp đến trục thứ cấp.

b. Nguyên lý hoạt động

* Tay số trung gian:

Ở tay số trung gian (Số 0) chuyển động từ trục khuỷu qua ly hợp sẽ làm cho trục sơ cấp hộp số chuyển động làm bánh răng chủ động số 1 và số 2 chuyển động theo.Do bánh răng bị động quay trơn trên trục thứ cấp hộp số. Vì thế không có mô men truyền cho truyền lực chính nên xe sẽ đứng yên khi động cơ đang nổ máy.

Trục sơ cấp kéo bánh răng chủ động số 1 và 2 chuyển động

Bánh răng bị động 1 và 2 quay trơn trên trục thứ cấp

Chuyển sang số 1

Hình 2: Hoạt động ở tay số trung gian

Hình 3: Hoạt động ở tay số 1

Khi tay số được chuyển sang số 1 thì ống trượt trên trục thứ cấp được đẩy sang phải để liên kết với bánh răng bị động số 1.Chuyển động từ trục sơ cấp hộp số làm cho bánh răng chủ động số 1 kéo bánh răng bị động số 1. Bánh răng bị động số 1 truyền chuyển động cho ống trượt làm cho trục thứ cấp của hộp số chuyển động

Trục sơ cấp kéo bánh răng chủ động số 1 -> Bánh răng bị động số 1->Ống trượt, trục thứ cấp hộp số

Chuyển sang số 2

Nguyên lý làm việc tương tự số 1 nhưng ở trường hợp này ống trượt trên trục thứ cấp hộp số được đẩy sang trái ăn khớp với bánh răng bị động số 2.

1. Trục sơ cấp hộp số kéo bánh răng chủ động số -> 2. Bánh răng bị động số 2 ->Ống trượt, trục thứ cấp hộp số.

Chuyển sang số 3

Khi nguời lái xe chuyển sang tay số thứ 3, thì ống trượt giữa trên trục sơ cấp của hộp số được đẩy sang bên phải để kết nối với bánh răng chủ động số 3.

Chuyển động từ trục sơ cấp hộp số truyền đến ống trượt. Ống trượt kéo bánh răng chủ động số 3 làm bánh răng bị động số 3 quay theo. Do bánh răng bị động số 3 được kết nối cứng trên trục thứ cấp hộp số nên trục thứ cấp sẽ truyền chuyển động đến truyền lực chính, vi sai, các trục dẫn động và làm cho các bánh xe chủ động quay.

Hình 4: Hoạt động ở tay số 3

Chuyển sang số 4

Khi tay số được chuyển sang số 4 thì ống trượt giữa được chuyển sang bên trái để kết nối với bánh răng bị động số 4.

Khi trục sơ cấp chuyển động làm cho ống trượt giữa chuyển động theo. Ống trượt sẽ kéo bánh răng chủ động số 4 quay và bánh răng chủ động số 4 truyền chuyển động đến bánh răng bị động số 4 làm cho trục thứ cấp của hộp số chuyển động.

Mô men từ trục thứ cấp hộp số được truyền đến các bánh xe qua trung gian của truyền lực chính và bộ vi sai.

Quan sát trên hình vẽ chúng ta thấy kích thước của bánh răng chủ động và bị động ở tay số 4 là như nhau. Do vậy ở trường hợp này tốc độ chuyển động của trục thứ cấp bằng với trục sơ cấp của hộp số hay còn gọi là tay số truyền thẳng.

Trục sơ cấp kéo ống trượt giữa --> Bánh răng chủ động số 4 --> Bánh răng bị động số 4 --> Trục thứ cấp hộp số

Chuyển sang số 5

Số răng của bánh răng chủ động nhiều hơn bánh răng bị động, do vậy khi hộp số ở tay số 5 thì tốc độ của trục thứ cấp hộp số nhanh hơn tốc độ của trục sơ cấp. Đây chính là tay số có tỉ số truyền tăng.

Khi chuyển sang số 5 thì ống trượt bố trí bên trái của trục sơ cấp được kết nối với bánh răng chủ động số 5. Vì vậy, khi trục sơ cấp chuyển động thì ống trượt sẽ chuyển động theo và nó sẽ kéo bánh răng chủ động quay. Bánh răng chủ động số 5 sẽ truyền mô men đến bánh răng bị động số 5 để làm cho trục thứ cấp của hộp số chuyển động.

Chuyển sang số lùi

Khi tay số ở vị trí số lùi thì bánh răng trung gian được đẩy ăn khớp với bánh răng chủ động và bị động của tay số này. Do vậy, khi trục sơ cấp chuyển động, qua bánh răng trung gian sẽ kéo bánh răng bị động làm trục thứ cấp quay cùng chiều quay với trục sơ cấp hộp số và xe sẽ đổi chiều chuyển động.

Hình 5: Hoạt động ở vị trí tay số lùi

Trục sơ cấp hộp số kéo bánh răng chủ động số lùi ---> Bánh răng trung gian --> Bánh răng bị động số lùi ---> Trục thứ cấp hộp số

Cấu tạo hộp số 3 trục

a. Cấu tạo

Hộp số 3 trục trong đó trục sơ cấp và thứ cấp được bố trí trên cùng một đường tâm còn trục trung gian được bố trí ở bên dưới trục sơ cấp và thứ cấp.

Hình 6: Cấu tạo hộp số 3 trục

- Trục sơ cấp: Truyền chuyển động từ trục khuỷu động cơ thông qua bộ ly hợp. Một đầu của trục sơ cấp được kết nối với đĩa ma sát của ly hợp và được gá vào đuôi của trục khuỷu qua một vòng bi hoặc một bạc thau. Đầu còn lại được gá vào hộp số trên một vòng bi. Một bánh răng chủ động được lắp cố định ở một đầu của trục sơ cấp.

- Trục trung gian: bố trí bên dưới trục sơ cấp và thứ cấp. Hai đầu trục được gá trên hai vòng bi của vỏ hộp số. Một bánh răng được kết nối cứng với trục trung gian và luôn ăn khớp với bánh răng chủ động trên trục sơ cấp hộp số.

- Trục thứ cấp hộp số để truyền chuyển động đến các bánh xe chủ động. Một đầu của trục thứ cấp được lồng vào một đầu của trục sơ cấp và đầu còn lại truyền chuyển động ra bên ngoài. Trục thứ cấp chuyển động trên các vòng bi.

- Chuyển động từ trục sơ cấp hộp số được truyền đến bánh răng chủ động để kéo trục trung gian và trục trung gian sẽ truyền chuyển động đến trục thứ cấp hộp số để truyền moment đến các bánh xe chủ động.

b. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý sang số thì tương tự như loại hộp số đặt ngang. Số lượng tay số được thay đổi tuỳ theo đặc tính từng loại ô tô sử dụng.

Cơ cấu đồng tốc của hộp số

Người ta sử dụng cơ cấu đồng tốc để tránh tiếng ồn của bánh răng và làm cho việc sang số được êm dịu. Người ta gọi cơ cấu này là đồng tốc vì hai bánh răng có tốc độ quay khác nhau được lực ma sát làm đồng tốc trong khi chuyển số.

Hộp số có cơ cấu đồng tốc có các ưu điểm sau:

Giúp người lái không phải đạp bàn đạp chân côn 2 lần trong khi chuyển số.

Khi chuyển số có thể truyền công suất ngay.

Có thể chuyển số êm mà không làm hỏng các bánh răng.

a. Cơ cấu đồng tốc loại có khóa

* Cấu tạo:
Hình bên là mặt cắt ngang của loại hộp số có vi sai C50 (dùng cho xe FF) sử dụng cơ cấu đồng tốc loại có khóa, được dùng trên xe Toyota

Hình 7: Cấu tạo hộp số C50

(1) Mỗi bánh răng số tiến trên trục sơ cấp luôn được ăn khớp với bánh răng tương ứng trên trục thứ cấp.

(2) Vì các bánh răng này quay tự do trên trục của chúng nên chúng luôn quay khi động cơ đang hoạt động và ly hợp được ăn khớp.

(3) Các moayơ ly hợp được lắp với trục của chúng bởi các then hoa. Tương tự, một ống trượt được lắp vào từng moayơ bởi then hoa dọc theo mặt ngoài của moayơ ly hợp và trượt theo phương dọc trục.

(4) Moay ơ ly hợp có 3 rãnh song song với trục và có 1 khóa đồng tốc, có một phần lồi lên khớp với tâm của mỗi khe.

(5) Các khóa đồng tốc luôn được ấn ép vào ống trượt bằng lò xo hãm.

(6) Khi cần gạt số đang ở vị trí trung gian, phần lồi của từng khóa đồng tốc lắp bên trong rãnh của ống trượt.

(7) Vòng đồng tốc đặt giữa moayơ ly hợp và phần côn của từng bánh răng số. Và nó bị ép vào một trong các mặt côn này. Rãnh hẹp trên phần côn bên trong của vòng đồng tốc để đảm bảo vào ly hợp chính xác. Vòng đồng tốc còn có 3 rãnh để khớp với các khóa đồng tốc

Hình 8. Đồng tốc loại khóa

Nguyên lý hoạt động

(1) Vị trí số trung gian:

Mỗi bánh răng số được vào khớp với bánh răng bị động tương ứng và chạy lồng không trên trục.

(2) Bắt đầu quá trình đồng tốc:

Khi dịch chuyển cần chuyển số, cần chuyển số nằm trong rãnh trong ống trượt, dịch chuyển theo chiều mũi tên. Vì phần nhô ra ở tâm của khoá chuyển số được gài vào rãnh của ống trượt, khoá chuyển số cũng dịch chuyển theo chiều mũi tên cùng một lúc, và đẩy vòng đồng tốc vào mặt côn của bánh răng số, bắt đầu quá trình đồng tốc.

Hình 9: Bắt đầu quá trình đồng tốc

(3) Giữa quá trình đồng tốc:

Khi dịch chuyển tiếp cần chuyển số, lực đặt lên ống trượt sẽ thắng lực lò xo của khoá chuyển số và ống trượt trùm lên phần nhô ra của khoá này.

(4) Kết thúc quá trình đồng tốc:

Lực đang tác dụng lên vòng đồng tốc trở nên mạnh hơn và đẩy phần côn của bánh răng số. Điều này làm đồng bộ tốc độ của bánh răng số với tốc độ của ống trượt gài số. Khi tốc độ của ống trượt gài số và bánh răng số trở nên bằng nhau, vòng đồng tốc bắt đầu quay nhẹ theo chiều quay này. Do đó, các then của ống trượt gài số ăn khớp với các rãnh then của vòng đồng tốc

Hình 10: Kết thúc quá trình đồng tốc

(5) Kết thúc việc chuyển số:

Sau khi then của ống trượt gài số ăn khớp với rãnh then của vòng đồng tốc, ống trượt tiếp tục dịch chuyển và ăn khớp với rãnh then của bánh răng số. Khi đó, việc chuyển số sẽ kết thúc.

Lưu ý:

Nếu mặt trong của vòng đồng tốc và mặt côn của bánh răng số bị mòn, không thể đồng tốc cả hai tốc độ được sẽ có tiếng kêu bất thờng và khó chuyển số.

b. Cơ cấu đồng tốc không có khóa

Một cơ cấu đồng tốc không có khóa có lò xo đóng vai trò của khóa chuyển số và dùng cho bánh răng số 5 hộp số ngang ở một số kiểu xe.

* Cấu tạo

Hình 11. Kiểu hộp số E50

(1)   Ống trượt:
Có 3 rãnh bên trong ống trượt, nó đẩy lò xo khóa trong quá trình chuyển số.
(2)   Moayơ đồng tốc:
Ba vấu lồi được bố trí xung quanh moayơ đồng tốc để giữ vành đồng tốc và lò xo hãm đúng vị trí.
(3)   Lò xo hãm:
Lò xo hãm có 4 vấu lưỡi cảy. Một vấu giữ vòng hãm đúng vị trí, còn 3 vấu khác dùng định vị khóa đồng tốc và lò xo hãm.
(4)   Vòng đồng tốc:
Các góc vát được tạo ra tại 3 điểm dọc theo vành ngoài của vòng đồng tốc và có một rãnh trên nó để giữ chặt một vấu của lò xo hãm.

Hình 12: Cấu tạo đồng tốc không có khóa

* Hoạt động
Hoạt động gẩn giống với loại không có khóa

Cơ cấu vận hành

a. Loại điều khiển từ xa

Loại này liên kết cần chuyển số với hộp số bằng cáp hoặc các thanh nối, v.v..
Người ta dùng loại này ở các xe FF, và có đặc điểm là gây ra ít tiếng động và tiếng ồn, và có thể dễ dàng thiết kế vị trí của cần chuyển số.