Contents [Ẩn]
Như chúng ta đã biết một chiếc ô tô là tổng thể hàng ngàn chi tiết kết hợp với nhau. Tuy nhiên, một vài bộ phận trong cả ngàn chi tiết đó đóng vai trò quan trọng hơn phần còn lại và hộp số là một trong những bộ phận đó. Chiếc xe hơi của bạn muốn di chuyển được phải có bộ phận này! Vậy hộp số là gì? cấu tạo và nguyên lý hoạt của nó như thế nào? cùng tham khảo bài viết dưới đây để biết chi tiết về bộ phận này nhé!
Xem thêm: Bộ động cơ tăng áp là gì?
Hộp số ô tô là gì?
Hộp số là bộ phận truyền sức mạnh từ động cơ đến hệ dẫn động. Hộp số dùng để thay đổi tỉ số truyền nhằm thay đổi mô men xoắn ở các bánh xe, đồng thời thay đổi tốc độ chạy xe phù hợp với sức cản bên ngoài.
Theo lý thuyết, động cơ đốt trong chỉ sinh công và mô men xoắn tối đa ở dải tua máy hẹp. Hộp số cho phép tỉ số truyền của động cơ và cầu dẫn động thay đổi khi xe tăng và giảm tốc độ, thay đổi số để động cơ luôn làm việc ở dưới điểm giới hạn và hoạt động gần với vòng tua lý tưởng nhất.
Ở chế độ lý tưởng, hộp số sẽ duy trì được tỷ số truyền để động cơ luôn luôn hoạt động ở vòng tua máy tối ưu nhất.
Xe cứu hộ sàn trượt cho siêu xe
Vai trò của hộp số trong quá trình vận hành xe ô tô:
- Hộp số dùng để thay đổi tỉ số truyền nhằm thay đổi mô men xoắn ở các bánh xe chủ động của xe, đồng thời thay đổi tốc độ chạy xe phù hợp với sức cản bên ngoài.
- Thay đổi chiều chuyển động của xe (tiến và lùi).
- Tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong khoảng thời gian tùy ý mà không cần tắt máy và mở ly hợp.
- Dẫn động lực học ra ngoài cho các bộ phận công tác của xe chuyên dùng.
- Hộp số phải có đủ tỉ số truyền một cách hợp lý để nâng cao tính kinh tế và tính động lực học của ô tô.
- Hộp số phải có hiệu suất truyền lực cao, khi làm việc không gây tiếng ồn, thay đổi số nhẹ nhàng không sinh lực va đập ở các bánh răng.
Cấu tạo chi tiết hộp số ô tô:
Trên thực tế, lực truyền động của hộp số sử dụng bánh răng không thay đổi liên tục từ số 1 đến số 6.Do đó, lực truyền động của động cơ sẽ có hiệu quả khi thu hẹp khu vực gạch chéo trong đồ thị để gần với đường cong này.
Vì vậy, các nhà chế tạo sử dụng các cặp bánh răng để thay đổi tỷ số truyền lực từ 1 đến 6. Trong đó,số truyền 5 được sử dụng nhiều nhất.
Số 1: Khi xe khởi hành, cần có công suất lớn, nên cần phải sử dụng số truyền 1 có lực truyền động lớn nhất.
Số 2: Sau khi khởi hành, người ta dùng số 2 và số 3 để tăng tốc độ của xe. Người ta dùng các số truyền này vì chúng có giới hạn tốc độ cao hơn số 1 và cần không nhiều lực truyền động.
Số 3, 4, 5, 6: Khi xe chạy ở tốc độ cao, người điều khiển dùng các số 4, số 5 và số 6 để tiếp tục tăng tốc độ của xe. Việc sử dụng các số truyền với lực truyền động nhỏ và hạ thấp tốc độ của động cơ sẽ giảm mức tiêu thụ nhiên liệu.
Số lùi: Khi gài số lùi, bánh răng trung gian số lùi được nối khớp và xe sẽ chạy lùi.
Nguyên lý làm việc của bánh răng:
Cơ cấu truyền lực thường có hai bánh răng, một chủ động và một bị động. Tốc độ quay tùy thuộc vào số răng hay đường kính của mỗi bánh răng đó.
Hộp số sàn thường sử dụng hai loại: bánh răng trụ răng thẳng và trụ răng nghiêng.
Bánh răng trụ răng thẳng có đường sinh song song với đường tâm của trục bánh răng. Thường gây tiếng ồn và không bền nên ít được sử dụng cho các bánh răng chủ động chính, được sử dụng cho các bánh răng trượt.
Bánh răng trụ răng nghiêng có đường sinh nghiêng một góc so với đường tâm trục bánh răng. Hộp số hiện đại thường sử dụng các bánh răng răng nghiêng cho các bánh răng chủ động chính.
Cách tính tỷ số truyền:
Tỷ số giữa số răng bánh răng bị động với số răng bánh răng chủ động, hoặc số vòng quay trục chủ động với số vòng quay trục bị động gọi là tỷ số truyền.
Tỷ số truyền = số răng của bánh răng bị động (nằm trên trục thứ cấp)/số răng của bánh răng chủ động (nằm trên trục trung gian).
Ví dụ: bánh răng bị động có 38 răng và bánh răng chủ động có 12 răng, thì tỷ số truyền giảm tốc của số 1 là 38/12 = 3,166.
Vị trí tay số số 1 còn gọi là số số thấp, đó là một tỷ số truyền lớn. Đã làm giảm vận tốc ở trục ra nhưng lại làm gia tăng lực vòng và xe có thể tăng tốc một cách dễ dàng dù khi tốc độ động cơ chậm và trong tình trạng công suất thấp.
Khi trục sơ cấp truyền chuyển động quay và mômen quay cho trục thứ cấp, tốc độ quay sẽ giảm xuống và mômen quay sẽ tăng lên theo tỷ số truyền giảm tốc của các bánh răng này. Khi đó Mômen đầu thứ cấp = Mômen đầu sơ cấp x Tỷ số truyền và Số vòng quay đầu sơ cấp = Số vòng quay đầu thứ cấp x Tỷ số truyền.
Tỷ số truyền càng lớn thì mômen quay càng tăng, còn số vòng quay càng giảm. Như vậy xe có thể chạy ở tốc độ càng cao khi tỷ số truyền càng nhỏ, mặc dù lực truyền động giảm xuống. Ở số cao tỷ số truyền thường là 1:1, trục ra hộp số quay cùng một vận tốc với trục khuỷu động cơ, không có sự gia tăng lực vòng nên xe chạy nhanh hơn.
Xem thêm: Honda Hà Đông
Nguyên lý hoạt động của hộp số ô tô:
Đối với hộp số 2 cấp:
Sơ đồ dưới đây miêu tả cấu tạo của loại hộp số rất đơn giản hai cấp
Trục sơ cấp gồm và bánh răng màu xanh liên kết cứng với nhau và nhận công suất, mô men từ động cơ thông qua li hợp. Bánh răng trên trục sơ cấp này còn được gọi là bánh răng dẫn động.
Trục và bánh răng màu đỏ (bánh răng chủ động) được gọi là trục trung gian, và cũng được liên kết cứng với nhau thành một khối quay cùng tốc độ. Sự ăn khớp cặp bánh răng này nên khi trục màu xanh quay cũng trục đỏ sẽ quay theo. Khi đó, trục trung gian này nhận công suất và mô men xoắn trực tiếp từ động cơ khi ly hợp đóng.
Trục màu vàng nối trực tiếp tới các bánh dẫn động thông qua bộ vi sai. Các bánh răng màu xanh (bánh răng bị động) có thể quay trên trục màu vàng nhờ ổ bi. Nếu động cơ đã tắt nhưng xe vẫn chạy, trục màu vàng có thể quay bên trong các bánh răng màu xanh, trong khi các bánh răng này và trục trung gian hoàn toàn đứng yên.
Bánh răng (màu tím) có thể ăn khớp một trong hai bánh răng màu xanh để truyền lực màu vàng do bánh răng này được liên kết cứng (dạng then hoa) với trục màu vàng và quay cùng với nó. Tuy nhiên, bánh răng có thể trượt dọc về bên trái và phải của trục màu vàng để kết nối với một trong hai bánh răng màu xanh. Bánh răng này được gia công răng để ăn khớp với các bánh răng màu xanh.
Trục màu xanh từ động cơ truyền động đến bánh răng màu xanh bên phải thông qua trục trung gian màu đỏ. Bánh răng này sẽ truyền chuyển động đến trục dẫn động màu vàng thông qua bánh răng màu tím. Đồng thời lúc đó, bánh răng màu xanh còn lại cũng đang quay, nhưng nó chỉ quay trơn trên trục màu vàng nhờ ổ bị mà không hề gây ảnh hưởng tới trục dẫn động.
Bộ bánh răng màu tím nằm ở vị trí giữa hai bánh răng màu xanh, hiện xe đang ở số 0. Khi đó cả hai bánh răng màu xanh đều quay tự do trên trục màu vàng theo các tỉ số truyền khác nhau do trục trung gian quyết định.
Trong quá trình sang số, khi bạn chuyển số không đúng, bạn sẽ nghe thấy âm thanh chói tai. Đó không phải là âm thanh phát ra do các bánh răng trong hộp số không ăn khớp với nhau. Mà âm thanh đó là do các răng của bánh răng màu tím không ăn khớp được với các bánh răng màu xanh.
Đối với loại hộp số sàn 5 cấp:
Cần số điều chỉnh quá trình sang số nhờ ba cần nối. Dưới đây là sơ đồ minh họa từ phía trên của hộp số tại các số khác nhau.
Việc di chuyển sang trái hoặc sang phải cần số, thì cũng có nghĩa bạn đang điều khiển bánh răng màu tím vào các vị trí khác nhau. Khi đẩy cần số về phía trước hoặc phía sau là bạn đang di chuyền để bánh răng vào khớp của một trong các bánh răng.
Bánh răng màu xanh mang chức năng số lùi được điều khiển bởi một bánh răng trung gian (Idle gear). Khi gài bánh răng trung gian ăn khớp với bánh răng màu xanh, khi đó bánh răng màu xanh có chức quay ngược chiều với các bánh răng màu xanh còn lại, trục sơ cấp cũng sẽ quay ngược lại, vì vậy xe của bạn có thể lùi được. Nên nhớ rằng bạn không thể sang số lùi khi xe đang chạy về phía. Thay vào đó, bạn sẽ nhận được âm thanh khó nghe do sự không ăn khớp của các bánh răng đó phát ra.
Phân loại hộp số thông dụng trên ô tô:
Hiện tại, trên thị trường có 4 loại hộp số thông dụng trên ô tô người mua xe nên biết đó là:
- Hộp số sàn/ số tay
- Hộp số tự động
- Hộp số tự động vô cấp CVT
- Hộp số ly hợp kép.
Cùng đi tìm hiểu từng loại hộp số này.
1. Hộp số sàn:
Hộp sàn hay còn gọi là số tay là loại hộp số xe ô tô với cách sử dụng khá đơn giản. Với tuổi đời lâu nhất trong số các loại hộp số ô tô phổ biến hiện nay, hộp số sàn vẫn được trang bị, sử dụng trên các phương tiện xe hơi có hệ thống đơn giản với độ tin cậy cao.
Trong những năm trước đây, việc lựa chọn hộp số xe ô tô chủ yếu là loại hộp số sàn là sự lựa chọn số 1 được trang bị trên mọi mẫu xe thể thao và xe đua với công suất lớn. Nhưng hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ.
Công nghệ hộp số ly hợp kép hay hộp số bán tự động ngày càng được sử dụng nhiều hơn trên các xe công suất lớn. 2 công nghệ hộp số này với độ tin cậy cao hơn so với hầu hết các công nghệ về hộp số tự động hay hộp số CVT thông thường.
Ưu điểm của hộp số sàn:
– Thường tiết kiệm nhiên liệu hơn hộp số tự động hay hộp số vô cấp CVT.
– Giá thành rẻ hơn so với các loại hộp số khác.
– Việc bảo trì, bảo dưỡng thường dễ dàng và ít tốn kém chi phí hơn.
– Giúp người lái kiểm soát xe tốt hơn trong nhiều tình huống.
– Việc phải sử dụng nhiều thao tác để điều khiển côn, số hợp lý giúp người lái tập trung hơn.
– Mang lại cảm giác điều khiển chân thật và thú vị hơn.
Nhược điểm hộp số sàn:
– Việc điều khiển và xử lý tình huống với hộp số sàn là khó hơn so với xe số tự động. Bên cạnh đó, những “tay lái yếu” có thể cảm thấy căng thẳng khi vừa phải tập trung quan sát đường đi, vừa phải thực hiện khá nhiều thao tác của hộp số sàn.
– Gây bất tiện và khó chịu trong trường hợp kẹt xe, tắc đường vì người lái sẽ phải thường xuyên thực hiện các thao tác với hộp số, đặc biệt là “rà côn” để giữ cho xe không tắt máy khi đường đông.
– Việc phải liên tục làm việc với bàn đạp ly hợp (chân côn) có thể sẽ khiến chân người lái bị đau nhức, nhất là sau một hành trình dài. Với những người lớn tuổi hoặc có vấn đề về xương khớp ở chân thì vấn đề này sẽ càng trở nên nghiêm trọng hơn.
2. Hộp số tự động:
Hộp số tự động đang là loại hộp số xe ô tô được trang bị trên hầu hết các mẫu xe hơi hiện nay, các thao tác được thực hiện một cách chính xác thông qua máy tính.
Hiện nay, đa số những mẫu xe bán ra tại Việt Nam đều được trang bị hộp số tự động. Trong số 4 loại hộp số được giới thiệu trong bài viết này, đây là loại có cấu tạo và nguyên lý hoạt động phức tạp nhất.
Hệ thống sử dụng bộ biến mô thủy lực đóng vai trò như ly hợp để ngắt và truyền chuyển động quay từ động cơ đến hộp số. Bên trong hộp số là hệ thống các bánh răng hành tinh phức tạp kết hợp với nhau để tạo nên các cấp số cho xe.
Điều đặc biệt là toàn bộ quá trình lựa chọn tỷ số truyền thích hợp và sang số đều được tính toán và điều khiển tự động bởi máy tính dựa theo điều kiện vận hành của xe.
Ưu điểm hộp số tự động:
– Do bản chất tự động của mình, loại hộp số này mang đến trải nghiệm dễ dàng và thoải mái hơn cho người lái, đặc biệt là những “tay lái yếu”.
– Hộp số tự động còn tỏ ra rất hữu dụng khi lái xe trong khu vực thành thị đông đúc. Không như ở hộp số sàn, người lái phải cực kỳ tập trung và mệt mỏi khi điều khiển để giữ xe không tắt máy ở tốc độ thấp, với hộp số tự động, người lái hoàn toàn thoải mái và tự tin trong việc điều khiển.
Nhược điểm hộp số tự động:
– Độ tiêu hao nhiên liệu lớn hơn so với hộp số sàn truyền thống do sự hao hụt công suất ở biến mô thủy lực.
– Chi phí bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế khác cao do cấu tạo phức tạp của hệ thống.
3. Hộp số tự động vô cấp CVT:
Hộp số tự động vô cấp CVT mang đến cho người lái những trải nghiệm lái xe hơi tương tự như các phương tiện xe hơi trang bị hộp số tự động nhưng nguyên lý hoạt động thì hoàn toàn khác.
Hộp số tự động vô cấp CVT không hề có các cấp số. Thay vào đó, hệ thống sử dụng hai pulley có thể thay đổi đường kính, được kết nối với nhau qua một dây đai.
Nhờ vào việc thay đổi đường kính pulley, hộp số có thể thay đổi tỷ số truyền một cách êm dịu. Việc thay đổi này được điều khiển chính xác bởi máy tính, dựa vào điều kiện vận hành thực tế của xe như tải trọng, độ dốc…
Ưu điểm tự động vô cấp:
Với thiết kế cùng với việc hoạt động theo một nguyên lý vô cùng đơn giản, chính vì vậy là khi sử dụng hộp số CVT, rất ít gặp các trục trặc về mặt kỹ thuật, sửa chữa đơn giản và chi phí sửa chữa chắc chắn là thấp hơn so với các công nghệ hộp số tự động thường
Nhược điểm:
Nhược điểm được chú ý nhiều nhất đối với loại hộp số ô tô lại chính là ưu điểm của loại hộp số này. Cảm giác lái từ nguyên lý hoạt động của hộp số là không có có quá trình chuyển số làm cho xe hoạt động một cách mượt mà. Điều này khiến cho quá trình tăng tốc xe của lái xe không có được cảm giác phấn khích. Chính điều này khiến cho người tài xế lái xe mê cái cảm giác lái xe trong tưởng tượng hơn là lái xe thật sự “cảm giác về độ thật”.
4. Hộp số ly hợp kép:
Bộ đôi ly hợp này thuộc loại ly hợp ma sát ướt, nghĩa là các đĩa ma sát được ngâm trong dầu và sự tách, nối của chúng được điều khiển bằng cơ cấu chấp hành: thuỷ lực-điện từ.
Hai ly hợp này hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau: một điều khiển các bánh răng cấp số lẻ (1, 3, 5 và bánh răng gài số lùi), trong khi ly hợp còn lại có nhiệm vụ điều khiển các bánh răng gài số chẵn (2, 4 và số lùi). Với kết cấu như vậy, quá trình lên số (1 – 2 – 3…) hoặc xuống số (5 – 4 – 3) xảy ra rất nhanh và không bị mất mát công suất.
Việc sang số có thể được điều khiển bằng tay thông qua lấy chuyển số sau vô lăng hoặc cần số, hoặc được điều khiển hoàn toàn tự động dựa theo điều kiện vận hành của xe.
Ưu điểm hộp số ly hợp kép:
– Có thể hiểu nôm na rằng hộp số ly hợp kép gồm hai hộp số sàn thông thường ghép lại. Do vậy, nó vừa đảm bảo được lực kéo phù hợp với điều kiện hoạt động của xe, vừa tối ưu được hiệu suất truyền động và tính kinh tế nhiên liệu của ô tô.
– Thời gian sang số nhanh và chính xác, tạo cảm giác lái phấn khích và thể thao hơn.
– So với những hộp số tự động có cấp (sử dụng biến mô thủy lực và cơ cấu bánh răng hành tinh), hộp số ly hợp kép DCT có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ hơn khá nhiều.
Nhược điểm:
– Với thiết kế cũng như thuật toán phức tạp khiến giá thành của hộp số DCT còn khá đắt đỏ, chỉ phù hợp với những dòng xe hạng sang, xe thể thao hay siêu xe.
– Chi phí bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế cũng còn khá cao so với các loại hộp số khác.
– Một số hãng xe như Ford hay Volkswagen đã cố gắng trang bị hộp số ly hợp kép trên những dòng xe phổ thông và dễ tiếp cận hơn, tuy nhiên cũng gặp nhiều khiếm khuyết như việc chuyển số không mượt mà, thuật toán chọn số chưa tối ưu hay hiện tượng giật ở tốc độ thấp.
