Trong cấu trúc của xe hơi, hộp số đóng vai trò thiết yếu, giúp tài xế điều chỉnh tỉ số truyền động linh hoạt theo yêu cầu sử dụng. Có thể bạn đã tự hỏi, sau khi tháo giải hoặc quan sát mô hình, tại sao bánh răng trong hộp số lại được thiết kế nghiêng. Bài viết này của RuudNguyen.com sẽ giúp bạn giải đáp thắc mắc đó.
Hầu hết bánh răng trong hộp số đều là bánh răng nghiêng? (Ảnh sưu tầm)
Cách thức hoạt động của hộp số sàn (MT) và hộp số tự động (AT)
Hộp số sàn
Hộp số sàn đã không còn quá xa lạ với chúng ta (Ảnh sưu tầm)
Hộp số sàn, một công nghệ không còn mới mẻ, hoạt động dựa trên việc người lái xe thực hiện các bước chuyển đổi số bằng tay. Khi di chuyển cần số, người lái sẽ lựa chọn trục và bánh răng tương ứng để ăn khớp, qua đó điều chỉnh tỉ số truyền giữa trục chính và trục phụ trong hộp số.
Lấy ví dụ, khi chuyển sang số 1 bằng cách đẩy cần số về phía trái, bộ phận điều khiển sẽ chọn bánh răng số 1 và số 2. Tiếp theo, đẩy cần số lên trên sẽ đưa vòng đồng tốc sang phải, kết nối bánh răng số 1 với trục phụ. Điều này cho phép công suất được chuyển từ trục chính, qua bánh răng 4×4′, đến trục trung gian và cuối cùng đến bánh răng 1’x1 thông qua bộ đồng tốc, truyền tới trục phụ của hộp số.
Hộp số tự động
Hộp số tự động có thể có 1 hay nhiều cơ cấu hành tinh (Ảnh sưu tầm)
Trong hộp số tự động, các bánh răng hành tinh được kết nối với nhau để tạo ra các tỉ số truyền động biến đổi, nhằm đáp ứng nhu cầu của người lái. Cấu trúc này bao gồm bánh răng bao, bánh răng mặt trời và bánh răng hành tinh. Hộp số tự động có thể bao gồm một hoặc nhiều cơ cấu hành tinh. Do mỗi cơ cấu hành tinh có ba bậc tự do, việc truyền công suất tới trục phụ đòi hỏi phải khóa một trong ba bậc tự do này, tùy thuộc vào cần dẫn của bánh răng hành tinh, trục của bánh răng mặt trời, hoặc bánh răng bao.
Để thực hiện việc này, cần sự hỗ trợ của các cơ cấu phanh và ly hợp, chúng quyết định các bậc tự do nào trong cơ cấu hành tinh sẽ bị hạn chế. Ly hợp đóng vai trò trong việc truyền công suất tới trục cần thiết, tạo nên một hệ thống truyền động, trong khi phanh đảm nhiệm việc giữ cố định một trong ba phần của cơ cấu hành tinh.
Ở hộp số vô cấp CVT, việc điều chỉnh mô-men xoắn và tỉ số truyền được thực hiện thông qua hệ thống dây đai và các puly ma sát. Cơ cấu hành tinh trong hộp số CVT có thể tồn tại nhưng chủ yếu phục vụ cho việc kết nối hoặc ngắt kết nối công suất và tạo ra chức năng số lùi.
Mặc dù vậy, bánh răng trong cơ cấu hành tinh của CVT cũng được thiết kế dưới dạng bánh răng nghiêng. Điều này dẫn đến câu hỏi: bánh răng nghiêng mang những đặc tính nổi bật nào mà nó lại được ưa chuộng sử dụng rộng rãi?
Vì sao bánh răng trong hộp số là bánh răng nghiêng
Định nghĩa
Góc nghiêng răng β của bánh răng nghiêng thường nằm từ 8 đến 20 độ (Ảnh sưu tầm)
Bánh răng trụ răng nghiêng, thường được gọi là bánh răng nghiêng, là loại bánh răng hình trụ có đặc điểm là rãnh răng không thẳng mà nghiêng theo một hướng xác định (có thể nghiêng về bên trái hoặc bên phải). Góc nghiêng β của bánh răng nghiêng thường dao động từ 8 đến 20 độ, và khi hai bánh răng ăn khớp với nhau, chúng sẽ có cùng mô đun và góc nghiêng răng nhưng hướng nghiêng ngược lại.
Góc nghiêng càng lớn thì khả năng chịu tải của bánh răng cũng tăng lên, tuy nhiên, điều này cũng kéo theo việc tăng lực dọc trục. Do đó, các nhà nghiên cứu đã xem xét kỹ lưỡng góc β trong phạm vi đó để tối ưu hóa sự cân bằng giữa khả năng chịu tải và lực dọc trục phát sinh.
Ưu nhược điểm của bánh răng nghiêng trong hộp số
Góc nghiêng răng càng lớn, khả năng chịu tải của bánh răng càng cao (Ảnh sưu tầm)
Một trong những ưu điểm nổi bật nhất của bánh răng trụ răng nghiêng so với bánh răng thẳng là khả năng giảm tiếng ồn trong quá trình vận hành. Điều này được giải thích bởi việc tăng dần diện tích tiếp xúc giữa các bánh răng, không giống như sự tăng đột ngột ở bánh răng thẳng, giúp giảm đáng kể tiếng ồn phát ra. Hơn nữa, bánh răng nghiêng có khả năng chịu tải cao hơn so với bánh răng thẳng có cùng thông số kỹ thuật, nhờ vào chiều dài tiếp xúc lớn hơn.
Công thức F=P.S, với F là lực ép lên bề mặt tiếp xúc, P là áp suất trên bề mặt đó, và S là diện tích tiếp xúc, giúp chúng ta hiểu rằng do diện tích tiếp xúc giữa bánh răng nghiêng lớn hơn, áp suất tác dụng trên bề mặt bánh răng nghiêng sẽ thấp hơn khi so sánh với bánh răng thẳng dưới cùng một lực ép. Điều này cũng nghĩa là dưới cùng một áp suất, bánh răng nghiêng có thể truyền lực lớn hơn so với bánh răng thẳng.
Bên cạnh đó, bánh răng nghiêng còn mang lại các lợi ích khác như giảm mài mòn và tăng độ chính xác so với bánh răng thẳng, làm tăng thêm giá trị cho bộ truyền động sử dụng loại bánh răng này.
Nhược điểm của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng
Khi vận hành, bánh răng nghiêng sinh nhiệt nên yêu cầu dầu hộp số cần có khả năng vừa bôi trơn vừa được làm mát (Ảnh sưu tầm)
Do đặc tính nghiêng của răng, khi bánh răng ăn khớp với nhau, chúng tạo ra lực dọc trục hướng về phía tiếp điểm của hai bánh răng. Điều này đại diện cho một hạn chế lớn của hệ thống truyền động do lực dọc trục ảnh hưởng trực tiếp đến trục và ổ bi đỡ. Để giải quyết vấn đề này trên xe ô tô, các nhà sản xuất đã thiết kế thêm ổ chặn cho các trục trong hộp số, giảm thiểu ảnh hưởng của lực dọc trục.
Trong quá trình hoạt động, bánh răng nghiêng tạo ra nhiệt, điều này đòi hỏi dầu hộp số không chỉ cần khả năng bôi trơn mà còn phải có khả năng làm mát.
Do yêu cầu kỹ thuật phức tạp hơn so với bánh răng trụ, chi phí sản xuất cho bánh răng nghiêng thường cao hơn. Tuy nhiên, các lợi ích mà bánh răng nghiêng mang lại là đáng kể, bao gồm việc giảm tiếng ồn và tăng khả năng chịu tải, khiến cho nó vẫn được các nhà sản xuất ô tô ưu tiên sử dụng trong thiết kế hộp số – một bộ phận cực kỳ quan trọng của xe.
Discussion about this post