Hộp số sàn là gì? Cấu tạo, nguyên lý, chức năng, phân loại, yêu cầu kỹ thuật

Hộp số sàn là gì ?

Hộp số sàn là một phần quan trọng của hệ thống truyền động của ô tô. Chức năng chính của hộp số chuyển số là chuyển đổi lực từ động cơ sang bánh xe của xe ô tô thông qua các bánh răng và trục. Hộp số sàn còn được gọi tên gọi khác là hộp số tay hay hộp số cơ và tiếng anh gọi là “Manual Tranmission”.

Hộp số sàn thường được sử dụng trong các xe hơi với hộp số cơ bản. Nó thường được sử dụng trong các loại xe có giá thấp hơn vì chi phí sản xuất thấp hơn so với các loại hộp số tự động hoặc liên tục biến đổi.

Hộp số sàn được thiết kế để chuyển đổi lực từ động cơ sang bánh xe của xe ô tô thông qua các bánh răng và trục. Khi người lái thay đổi cần số, hộp số sẽ di chuyển qua các vị trí khác nhau trên trục của nó để kết nối các bánh răng khác nhau. Điều này sẽ thay đổi tỷ số giữa động cơ và bánh xe, điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn của xe.

Cấu tạo của của hộp số sàn ô tô

Sơ đồ lắp ghép hộp số sàn xe ô tô cơ bản như hình vẽ sau :

Bản vẽ cấu tạo hộp số ô tô

Cấu tạo các chi tiết của hộp số sàn ô tô

1.Trục chủ động;

2.Bánh răng trục chủ động;

3.Bu lông;

4.Bộ đồng tốc số 4 – 5;

5.Bánh răng bị động gài số 4;

6.Bánh răng bị động gài số 3;

7.Càng cua bộ đồng tốc số 4 – 5;

8.Càng cua bộ đồng tốc số 3 – 4;

9.Lò so ;

10. Bi hãm;

11. Càng cua bộ đồng tốc số 2 – 3;

12. Bánh răng bị động gài số 2;

13. Càng cua gài số 1;

14. Bánh răng bị động gài số 1;

15. Ổ lăn trục bị động;

16. Nắp trục bị động;

17. Đai ốc trục bị động;

18. Mặt bích phanh dừng;

19. Nắp trục trung gian;

20. Đai ốc trục trung gian;

21. Ổ bi trục trung gian;

22. Vỏ hộp số;

23. Trục bị động;

24. Bánh răng trục trung gian số 2;

25. Bánh răng trục trung gian số lùi;

26. Bánh răng trục trung gian số 3;

27. Bánh răng trục trung gian số 4;

28. Trục trung gian;

29. Bánh răng trung gian luôn ăn khớp ;

30. Ổ bi đũa;

31. Vỏ ly hợp;

32. ổ bi đũa trục bị động;

33. Nắp trục bị động ;

34. Ống dẫn dầu.

Các bánh răng trong hộp số sàn

– Bánh răng là một phần quan trọng của hộp số chuyển số. Chúng được thiết kế với các răng cưa để khớp chính xác với các bánh răng khác và tạo ra các tỷ số chuyển số khác nhau.

– Do hộp số có kích thước nhỏ cho nên các bánh răng cũng có kích thước nhỏ.

– Biên dạng răng chủ yếu là biên dạng thân khai .

– Sử dụng cả bánh răng trụ răng thẳng và bánh răng trụ răng nghiêng , bánh răng trụ răng thẳng bố trí ở các số thấp còn bánh răng trụ răng nghiêng được bố trí ở các số cao . Cặp bánh răng luôn được ăn khớp để tránh tiếng ồn .

– Các bánh răng chế tạo riêng rẽ và liên kết với trục bởi mối liên kết then.

Cơ cấu sang số

Cơ cấu sang số bao gồm các cơ cấu sang số để di chuyển các bánh răng và trục vào vị trí phù hợp tương ứng với cần số được chọn.

Vòng bi và trục lăn

Vòng bi và trục lăn để giúp đảm bảo sự mượt mà trong việc chuyển động, các hộp số thường được trang bị vòng bi và trục lăn để giảm ma sát cũng như dễ dàng thay thế chúng, cùng với đó là đảm bảo độ bền cho các chi tiết. Ngoài ra các chi tiết vòng bi, trục lăn cũng giúp hộp số hoạt động trơn tru.

Hệ thống bôi trơn

Một hệ thống bôi trơn được tích hợp trong hộp số để giữ cho các bộ phận di chuyển mượt mà và tránh hiện tượng ma sát quá mức, đồng thời gia tăng tuổi thọ của các linh kiện.

Trục và các ổ bi trong hộp số sàn

– Trục là thành phần mà các bánh răng được gắn vào. Trục này sẽ di chuyển theo hướng khác nhau để kết nối các bánh răng khác nhau, từ đó tạo ra các tỷ số chuyển số khác nhau.

– Trục sơ cấp của hộp số ôtô thường chế tạo liền với bánh răng . Gối đỡ trước của trục đặt lên bánh đà và gối đỡ này không nhận lực chiều trục. Trục được định vị để khỏi dịch chuyển theo chiều trục bằng gối đỡ đằng sau nằm trong vỏ hộp số.

– Gối đỡ sau của trục sơ cấp hộp số ôtô thường là loại ổ bi hướng kính . Ổ bi này định vị ở vỏ hộp số nhờ vòng hãm hở miệng.

– Trục thứ cấp và trục trung gian của hộp số là loại trục được quay các ổ bi nằm trong vỏ hộp số còn các bánh răng được nối ghép cứng với trục nhờ các mối liên kết then. Riêng trục số lùi của hộp số lại được chế tạo liền (bắt chặt) với vỏ hộp số còn bánh răng được quay trơn trên trục nhờ các thanh lăn.

– Đầu trước trục thứ cấp ôtô tựa lên trục sơ cấp  , còn đầu sau tựa lên vỏ hộp số qua ổ lăn có bộ phận cố định để nhận lực chiều trục. Ơ gối đỡ trước thường dùng ổ thanh lăn hình trụ với các thanh đặc . Gối đỡ sau dùng ổ bi hướng kính một dãy. Các ổ bi này được cố định trong vỏ hộp số nhờ vòng hãm xẻ rãnh đặt ở rãnh của vòng ngoài.

– Ở trục thứ cấp thường có then hoa . Các khối bánh răng dịch chuyển được chuyển động theo chiều trục trên then hoa . Còn ở  phần sau của trục thứ cấp được lắp với hệ thống phanh tay.

Cơ cấu điều khiển của hộp số sàn

+. Đòn điều khiển. Đòn điều khiển có nhiệm vụ dịch chuyển các bánh răng tương ứng hoặc các ống gài số (hoặc bộ đồng tốc) ở trong hộp số khi gài và nhả số  Đòn điều khiển được đặt trực tiếp trên nắp hộp số. Đòn điều khiển lắp vào nắp hộp số từ dưới lên , đòn được ép vào mặt tựa hình bằng lò xo lò xo này tựa một đầu vào gờ lồi ra của nắp hộp số và ép đòn từ dưới lên.

+. Định vị và khoá hãm.Định vị dùng để gài các số cho đúng các vị trí sao cho bánh răng ăn khớp được hết chiều dài  và để tránh các hiện tượng gài hoặc nhả ngẫu nhiên các bánh răng. Khoá hãm có nhiệm vụ  tránh cùng một lúc gài hai số liền để khỏi sinh gãy , vỡ các bánh răng. Định vị và khoá hãm kết cấu thành hai bộ phận riêng rẽ . Định vị dùng loại bi với lò xo , khoá hãm dùng loại thanh. Trên ôtô còn có cơ cấu an toàn để tránh gài số lùi một cách ngẫu nhiên . Muốn gài số lùi phải thắng  lực của lò xo ép .

Vỏ hộp số sàn – hộp số tay

Vỏ hộp số có nhiệm để chứa trục , bánh răng , ổ , cố định vị trí tương quan giữa chúng và đồng thời làm bầu chứa dầu để bôi trơn các chi tiết của hộp số. Để giữ áp suất trong hộp số bằng áp suất khí trời , trên nắp hộp số có nắp hoặc rãnh thông hơi. Ơ ôtô vỏ hộp số có nắp trước và nắp sau để giữ các ổ , ngoài ra chúng còn làm nhiệm vụ thêm là giữ không cho dầu bôi trơn chạy ra ngoài , vì thế trên các nắp này có các rãnh cuốn dầu hoặc có vòng chắn dầu. Các nắp bên của hộp số dùng để đậy các cửa bên . Các cửa bên dùng để lắp cơ cấu thu công suất khi cần thiết .

Các linh kiện khác trong hộp số sàn

Ngoài các thành phần chính như bánh răng và trục, hộp số còn có các linh kiện bổ sung như phanh, các cảm biến đo lường vận tốc và áp suất dầu để giữ cho hệ thống hoạt động ổn định và an toàn.

Những chi tiết này giúp tạo cho hệ thống chuyển số hoạt động một cách mượt mà và hiệu quả, cung cấp sự linh hoạt và hiệu suất cho xe ô tô.

Nguyên lý làm việc của hộp số sàn

Khi người lái thay đổi cần số, hộp số sẽ di chuyển qua các vị trí khác nhau trên trục của nó để kết nối các bánh răng khác nhau. Điều này sẽ thay đổi tỷ số giữa động cơ và bánh xe, điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn của xe.

– Đi số 1 :  Các bộ đồng tốc sô(4),(11) nằm ở vị trí giữa, gạt bánh răng số(14)  về phía trước cho dến khi nó ăn khớp với bánh răng ở trục trung gian.

– Đi số 2 : Để bộ đồng tốc sô(4)và bánh răng(14) nằm ở vị trí giữa, gạt bộ đồng tốc số(11) về phía sau cho dến khi nó ăn khớp với vành răng số(12).

– Đi số 3 : Để bộ đồng tốc sô(4)và bánh răng(14) nằm ở vị trí giữa, gạt bộ đồng tốc số(11) về phía trước cho dến khi nó ăn khớp với vành răng số(6).

– Đi số 4 : Để bộ đồng tốc sô(11)và bánh răng(14) nằm ở vị trí giữa, gạt bộ đồng tốc số(4) về phía sau cho dến khi nó ăn khớp với vành răng số(5).

– Đi số 5 :(Tay số truyền thẳng) Để bộ đồng tốc sô(11)và bánh răng(14) nằm ở vị trí giữa, gạt bộ đồng tốc số(4) về phía trước cho dến khi nó ăn khớp với vành răng số(2).

– Đi số lùi : Để bộ đồng tốc sô(4),(11) nằm ở vị trí giữa, gạt gạt bánh răng số(14) về phía sau cho dến khi nó ăn khớp với vành răng số lùi.

Điều kiện làm việc của hộp số sàn ô tô

Hộp số làm việc trong điều kiện tải trọng cơ hết sức nặng nề , có số vòng quay lớn chịu tải trọng theo chu kỳ , chịu tải trọng va đập , chịu mài mòn.

Các thông số và yêu cầu kỹ thuật của hộp số

Các bề mặt lắp ghép là các bề mặt của vòng bi với thân hộp ,bề mặt của trục với ổ lăn các bề mặt răng của các bánh răng bề mặt của lỗ bánh răng với trục ảnh hưởng tới chức năng và điều kiện làm việc , tuổi bền làm việc của chi tiết , tổng thành.

Yêu cầu kỹ thuật của hộp số sàn ô tô

+ Thiết kế và vật liệu: Các bộ phận của hộp số chuyển số thường được làm từ thép chịu mài mòn cao hoặc các hợp kim kim loại chất lượng cao để đảm bảo tính bền và độ bền trong quá trình sử dụng.

+ Về kích thước : Cần đảm bảo đường kính trục, khoảng cách trục,  chiều dầy bánh răng , bề rộng then , đường kính ổ lăn , kích thước các cần gài , kích thước mặt bích.

+ Độ bóng bề mặt  : Đối với các  bánh răng gia công đạt Ñ5¸Ñ6, đối với trục

bề măt lắp ghép với các bánh răng và ổ lăn đạt Ñ7 ¸Ñ10.

+ Độ cứng : Đối với bề mặt  bánh răng  sau nhiệt luyện đạt 55 ¸ 60HR_c , đối với các trục.

+ Chế độ nhiệt luyện : Tôi và ram

+ Tính bảo dưỡng sửa chữa : phải thuận tiện trong quá trình bảo dưỡng và sửa chữa.

Yêu cầu kỹ thuật của từng chi tiết của hộp số sàn ô tô

Yêu cầu kỹ thuật của bánh răng của hộp số sàn ô tô

Các bánh răng ôtô máy kéo làm việc trong điều kiện khá nặng nhọc , chúng truyền lực lớn ở tốc độ vòng lớn . Yêu cầu hộp số lại phải có kích thước nhỏ cho nên các bánh răng phải có kích thước bé do đó chúng làm việc càng căng thẳng .

Yêu cầu đối với bánh răng hộp số

• Đảm bảo truyền mô men quay đều đặn.
• Làm việc không ồn.
• Ăn khớp đúng mặc dù có sự sai lệch một ít về khoảng cách các đường tâm bánh răng ăn khớp.
• Đủ độ bền làm việc.

Ở ô tô  máy kéo dạng răng được dùng chủ yếu là dạng răng thân khai . Răng có dạng thân khai đảm bảo các yêu cầu nêu trên đối với bánh răng của hộp số . Chính phương pháp tạo đường thân khai đã xét đến độ êm dịu khi ăn khớp và kéo theo đó là sự truyền mô men quay một cách êm dịu . Muốn cho các bánh răng ăn khớp đều đặn không gây nên gia tốc cần phải đảm bảo hệ số trùng khớp yêu cầu.

Để đảm bảo những yêu cầu về độ bền , độ chống mòn ,độ êm dịu làm việc cao cũng như làm giảm kích thước hộp số thì ở nghành chế tạo ôtô máy kéo người ta không dùng hình dạng răng như đã quy ước mà người ta phải điều chỉnh lại bánh răng theo các phương pháp sau : điều chỉnh chiều cao , điều chỉnh góc , điều chỉnh hình dạng bên và điều chỉnh tiếp tuyến.

Yêu cầu kỹ thuật của trục trong hộp số sàn ô tô

Kích thước và nguyên liệu chế tạo trục có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc lâu dài của bánh răng và ổ bi. Sơ đồ động học của hộp số ảnh hưởng đến kích và tải trọng lên trục . Một trong những yêu cầu cơ bản đối với trục là độ cứng.

Trục càng cứng vững sẽ làm tăng độ bền các bánh răng và giảm tiếng ồn khi các bánh răng làm việc vì lúc đó bánh răng không bị vênh.

Ngoài đảm bảo độ cứng vững ra trục còn phải đảm bảo độ bền , độ chính xác của các kích thước hướng trục cũng như các kích thước hướng kính.

Yêu cầu kỹ thuật của ổ trục của hộp số sàn ô tô

Do ổ được chọn theo hệ số khả năng làm việc  , cho nên ổ phải được đảm bảo độ bền và kích thước .Trong một số trường hợp có khi để đảm bảo vấn đề lắp ghép mà ổ phải lớn để có thể luồn trục qua lỗ đặt ổ của vỏ hộp số.

Ổ được đặt trực tiếp lên lỗ ở thành vỏ hộp số. Vòng trong ổ bi đặt lên trục theo kiểu lắp ghép có độ dôi loại trung gian cấp 4  theo hệ thống lỗ và được hãm bằng êcu  . Vòng ngoài đặt lên thành vỏ theo lắp ghép trung gian cấp 1 hoặc cấp 2  theo hệ thống trục. Lắp ghép ổ lên trục và vỏ hộp số theo chính xác cấp 2.

Yêu cầu kỹ thuật của cơ cấu điều khiển của hộp số sàn ô tô

Yêu cầu đối với cơ cấu điều khiển hộp số là phải đảm bảo sự thuận tiện cho các thao tác của người sử dụng , đảm bảo sự chính xác ,an toàn trong khi vận hành.

Yêu cầu kỹ thuật của vỏ hộp số sàn

Vỏ hộp số phải đảm bảo yêu cầu trọng lượng bé đồng thời phải yêu cầu độ cứng vững tốt để đảm bảo cho trục và ổ bi không bị vênh đi do các lực tác dụng sinh ra khi ôtô máy kéo làm việc.

Hình dạng và kích thước của vỏ hộp số phụ thuộc bởi sơ đồ động học của hộp số , bởi cách bố trí các trục và cách bố trí các bánh răng.

Để bôi trơn hộp số  ở vỏ phải có lỗ đổ dầu mới , bộ phận kiểm tra mức dần và nút để tháo dầu cũ. Lỗ tháo dầu phải bố trí ở vị trí thấp nhất của vỏ và đáy vỏ phải có độ nghiêng cho dầu chảy xuống được lỗ tháo dầu . Để giữ áp suất trong hộp số bằng áp suất khí trời trên nắp hộp số phải có nắp hoặc rãnh thông hơi.

Những yêu cầu kỹ thuật tổng thành hộp số sàn ô tô

+ Phải có tỉ số truyền phù hợp để nâng cao tính năng động lực học và tính kinh tế của ôtô.

+ Hiệu suất truyền lực cao, khi làm việc không gây ra tiếng ồn, sang số nhẹ nhàng không sinh ra lực va đập .

+ Kết cấu nhỏ gọn, dễ điều khiển, dễ bảo dưỡng và kiểm tra khi có hư hỏng.

Chức năng của hộp số sàn ô tô

Hộp số nằn trong hệ thống truyền lực của ôtô nó đóng một vai trò rất quan trong trong quá trình làm của ôtô. Nhờ cố hộp số ta có thể biến đổi được tỷ số truyền i  và mô men xoắn từ động cơ xuống bánh xe chủ động  nhằm tăng khả năng kéo của động cơ thích hợp với mọi điều kiện làm việc của ôtô. Để đảm bảo tính kinh tế , người ta chọn động cơ cho ôtô theo điều kiện chuyển động trên đường bằng phẳng ,có mặt đường cứng có hệ số cản f= 0,015 . Như vậy, khi xe chuyển động trên các loại đường xấu ( f > 0,015) thì phải có hộp số để tăng lực kéo ở bánh xe chủ động.

Ngoài ra hộp số còn dùng để thực hiện các nhiệm vụ sau :

• Thay đổi chiều chuyển động của ôtô (Tiến và lùi).
• Cho xe dừng tại chỗ mà không cần tắt máy hoặc cắt bộ ly hợp.
• Dẫn động lực ra ngoài cho bộ phận công tác đối với các xe dùng các bộ phận chuyên dùng ( xe có tời kéo , xe có thing tự đổ, xe xi téc, xe ôtô cần trục ..)

Kết cấu chung của hộp số các loại ôtô máy kéo đều tương tự nhau . Ở đây ta chỉ mô tả cấu tạo cụ thể của hộp số ôtô ZIL . 130 . Căn cứ vào cấu tạo cụ thể của loại hộp số này ta có một số nhận xét về kết cấu của nó bao gồm các bộ phận sau như sau :

• Hộp số có năm cấp , số năm là số truyền thẳng .
• Hộp số này có hai bộ đồng tốc đặt ở số truyền năm và bốn , ba và hai.
• Hệ thống điều khiển sử dụng tay gạt trực tiếp .
• Trục thứ cấp lắp đồng tâm với trục sơ cấp , trên trục thứ cấp có lắp hệ thống phanh tay.
• Các bánh răng của hộp số là bánh răng răng thẳng và răng nghiêng .
• Các bánh răng này rời hoặc liền thành một khối , nó quay trơn trên trục hoặc liên kết với trục thông qua mối liên kết then hoa .
• Vỏ hộp số bao gồm hai phần : Nắp trên và thân dưới liên kết bằng bu lông

Phân loại các loại hộp số sàn

Hộp số sàn (Manual Transmission)

Yếu tố kỹ thuật:

• Đơn giản trong cấu tạo.
• Thích hợp cho việc lái xe thể thao hoặc tinh tế.

Ưu điểm:

• Người lái có sự kiểm soát cao nhất về việc chuyển số.
• Tính linh hoạt và tương tác với người lái.

Nhược điểm:

• Yêu cầu kỹ năng lái cao và thời gian học để điều chỉnh cần số một cách chính xác.
• Mệt mỏi hơn trong các điều kiện giao thông đông đúc hoặc trên đường dài.

Hộp số sàn kiểu tuần tự (Sequential Manual Transmission)

Yếu tố kỹ thuật:

• Thay đổi các cần số theo thứ tự tuần tự.
• Sử dụng các cơ chế tự động hóa một cách hợp lý.

Ưu điểm:

• Đáp ứng nhanh chóng và dễ dàng hơn so với hộp số thẳng.
• Cung cấp trải nghiệm lái xe thể thao và tinh tế hơn.

Nhược điểm:

• Thường đắt hơn để mua và bảo trì.
• Không thể thay đổi cần số ngẫu nhiên như hộp số thẳng.

Hộp số sàn kiểu ngược (Reverse Gearbox)

Yếu tố kỹ thuật:

• Chỉ dành cho việc lùi xe.
• Thường được sử dụng trong các loại xe công nghiệp hoặc đặc biệt.

Ưu điểm:

• Đơn giản và hiệu quả cho việc lùi xe.
• Giảm bớt tải công việc của người lái.

Nhược điểm:

• Không thể sử dụng để di chuyển về phía trước.

Hộp số bán tự động (Automated Manual Transmission – AMT)

Yếu tố kỹ thuật:

• Kết hợp giữa cơ chế cua và các yếu tố tự động hóa.
• Đây là loại hộp số lai giữa hộp số sàn và hộp số tự động. Và cũng có thể nói nó là hộp số tự động sơ khai đầu tiên.
• Hộp số bán tự động chuyển đổi từ chế độ chuyển số bằng cơ sang chế độ tự động hết sức dễ dàng.

Ưu điểm:

• Giảm mệt mỏi cho người lái so với hộp số thẳng.
• Giảm giá thành so với các loại hộp số tự động hoàn toàn.

Nhược điểm:

• Thời gian phản ứng có thể không được nhất quán.
• Khả năng làm hỏng phụ tùng của hộp số cơ bản.

Mỗi loại hộp số sàn mang lại những ưu và nhược điểm riêng, và sự lựa chọn giữa chúng phụ thuộc vào nhu cầu của người lái, loại xe và môi trường lái xe cụ thể.

Việc sử dụng hộp số sàn đòi hỏi một ít kỹ năng từ người lái. Người lái cần phải biết cách điều chỉnh cần số một cách chính xác để đảm bảo xe ô tô hoạt động một cách hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu.

Mặc dù hiện nay loại hộp số này đã sử dụng ít hơn như trước đây do sự phát triển của các loại hộp số tự động và liên tục biến đổi, hộp số sàn vẫn là một phần quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô và vẫn được sử dụng trong nhiều dòng xe trên thị trường.

Liên hệ tư vấn kỹ thuật về “hộp số sàn xe ô tô”

Cố vấn dịch vụ: Hotline & zalo: 03.48.68.87.68

Tư vấn kỹ thuật: Hotline & zalo: 09.62.68.87.68