Mang đến cảm giác lái chân thực và làm chủ gần như tuyệt đối, hộp số sàn ô tô hoạt động như thế nào?
Vai trò quan trọng của hộp số sàn trong hệ thống truyền lực
Hộp số sàn của xe ô tô có vai trò quan trọng trong việc giúp cho mô men quay khi xe khởi hành hay leo dốc và giúp truyền lực tới các bánh của xe khi chạy ở tốc độ cao hay vận tốc lớn. Đặc biệt, hộp số cón khiến cho chiếc xe ô tô có thể lùi được.
Về mặt lý thuyết, khi động cơ bị đốt trong thì sẽ sinh công và khi đó mô men xoắn đạt cực đại ở mức dải tua máy hẹp. Hộp số sẽ khiến cho tỉ số truyền cùng cầu dẫn động được thay đổi khi xe ô tô tăng tốc hay giảm tốc độ. Hơn nữa, còn có thể thay đổi số giúp cho động cơ khi làm việc luôn đảm bảo ở dưới mức giới hạn cho phép gần với mức vòng tua lý tưởng nhất. Khi hoạt động ở chế độ lý tưởng sẽ giúp cho hộp số có khả năng duy trì được tỷ số truyền để động cơ luôn được hoạt động ở mức vòng tua máy tối ưu nhất. Đây cũng chính là nguyên lý được sử dụng cho các loại hộp số vô cấp CVT hiện nay.
Hộp số sẽ khiến cho tỉ số truyền cùng cầu dẫn động được thay đổi khi xe ô tô tăng tốc hay giảm tốc độ
Tuy nhiên, khi sử dụng chế độ hoạt động này cũng bộc lộ một số nhược điểm sau:
- Mô men được sinh ra không lớn như loại bánh răng truyền thống bởi do có sự trượt của dây đai nằm trên mặt côn.
- Nguyên vật liệu dùng để chế tạo phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe hơn khi so với loại hộp số bánh răng.
- Trong thực tế, các nhà sản xuất đã phải sử dụng các cặp bánh răng để giúp thay đổi tỷ số của truyền lực từ mức 1 cho đến mức 6. Nhưng trong đó số truyền 5 lại được sử dụng nhiều nhất.
Số 1: Số này sử dụng khi xe khởi hành nên cần phải sử dụng công suất lớn, do vậy cũng phải dùng số truyền 1 với lực truyền động lớn nhất.
Số 2: Số này sử dụng sau khi xe khởi hành và người lái dùng số 2 hay số 3 để giúp tăng tốc độ cho xe. Sở dĩ sử dụng các số truyền 2 và 3 vì chúng cho giới hạn tốc độ ở mức cao hơn số 1 cũng như không cần đến nhiều lực truyền động.
Số 4, 5, 6: Các loại số này được sử dụng khi xe chạy với tốc độ cao, người lái dùng chúng để tiếp tục đẩy nhanh tốc độ của xe. Tuy nhiên, việc thường xuyên sử dụng các số truyền cùng lực truyền động nhỏ đi kèm hạ thấp tốc độ sẽ khiến cho xe giảm mức tiêu thụ nhiên liệu.
Số lùi: Khi vào số lùi xe số sàn thì bánh răng ở trung gian của số lùi được nối khớp và giúp xe chạy lùi.
Các nguyên lý khi làm việc của bánh răng hộp số sàn
Trong cơ cấu truyền lực thông thường sẽ có hai bánh răng: Bánh răng chủ động và bánh răng bị động. Khi đó tốc độ quay cũng tùy thuộc vào số lượng răng hoặc đường kính của các bánh răng đó.
Nguyên tắc làm việc của bánh răng
Các loại hộp số tay thông thường sử dụng hai loại bánh răng: trụ thẳng hoặc trụ ghiêng.
- Loại bánh răng trụ thẳng có đường sinh được bố trí song song so với đường tâm của trục bánh răng. Loại này thường gây tiếng ồn lớn và không có độ bền nên không được sử dụng nhiều cho các loại bánh răng chủ động chính mà chỉ được sử dụng cho loại các bánh răng trượt.
- Loại bánh răng trụ nghiêng có đường sinh được bố trí nghiêng một góc nhất định so với đường tâm của trục bánh răng. Các loại hộp số hiện đại thường hay sử dụng loại bánh răng này cho các loại bánh răng chủ động chính.
Hai dạng cơ bản của các bánh răng được sử dụng trong hộp số
Tỷ số truyền
Tỷ số truyền là tỷ số của số răng bánh răng bị động và số răng bánh răng chủ động, hoặc là tỷ số của số vòng quay của trục chủ động và số vòng quay của trục bị động. Cụ thể được tính như sau:
Ví dụ nếu số bánh răng bị động có là 38 răng và số bánh răng chủ động có là 12 răng, thì khi đó tỷ số truyền giảm tốc được tính của số 1 sẽ là 38/12 = 3,166. Tại vị trí tay số của số 1 (hay gọi là số thấp) thì được xem là một tỷ số truyền lớn. Tuy nhiên, điều này sẽ khiến cho giảm vận tốc ở trục ra nhưng có thể làm gia tăng cho lực vòng và như vậy xe tăng tốc một cách dễ dàng.
Khi trục sơ cấp truyền có sự chuyển động quay và khi đó mô men cũng quay cho trục thứ cấp, lúc này tốc độ quay sẽ bị giảm xuống nhưng mô men quay lại tăng khi tỷ số truyền có sự giảm tốc của các bánh răng. Cách xác định như sau: Mô men đầu của thứ cấp = Mô men đầu của sơ cấp x Tỷ số truyền. Hoặc Số vòng quay đầu của sơ cấp = Số vòng quay đầu của thứ cấp x Tỷ số truyền.
Như vậy, tỷ số truyền có giá trị càng lớn thì mô men sẽ quay càng tăng và số vòng quay lại càng giảm. Điều đó có nghĩa là khi xe vận hành ở tốc độ càng cao thì tỷ số truyền sẽ càng nhỏ, cho dù lực truyền động bị giảm xuống. Với số cao thì tỷ số truyền thường là 1:1, khi đó trục ra của hộp số sẽ có cùng vận tốc với trục khuỷu của động cơ, sẽ không có sự gia tăng của lực vòng cho nên xe sẽ chạy nhanh hơn.
Nguyên lý hoạt động của hộp số sàn 2 cấp
Cấu tạo của hộp số sàn ô tô loại 2 cấp và nguyên lý hoạt động của nó theo sơ đồ sau:
Sơ đồ mô tả cấu tạo của loại hộp số dọc có 2 cấp đơn giản
Trục sơ cấp có các bánh răng màu xanh (hay còn gọi là bánh răng dẫn động) được liên kết cứng với nhau và tiếp nhận từ động cơ công suất cùng mô men nhờ li hợp. Trục trung gian có các bánh răng màu đỏ (hay còn gọi là bánh răng chủ động) cũng có sự liên kết cứng với nhau tạo nên một khối quay cùng tốc độ. Bởi có sự ăn khớp của cặp bánh răng này cho nên khi trục màu xanh quay thì trục đỏ cũng quay theo. Cho nên, trục trung gian được nhận công suất cùng mô men xoắn trực tiếp bởi động cơ khi có ly hợp đóng.
Bên cạnh đó, trục màu vàng có sự kết nối trực tiếp cùng các bánh dẫn động nhờ bộ vi sai. Các bánh răng bị động quay được trên trục màu vàng là nhờ ổ bi. Do vậy nên khi động cơ đã tắt mà xe ô tô vẫn chạy thì trục màu vàng có thể sẽ vẫn quay ở bên trong các bánh răng bị động, tuy nhiên các bánh răng cùng trục trung gian lại hoàn toàn đứng yên.
Bánh răng có màu tím có thể sẽ ăn khớp với một trong các bánh răng có màu xanh để giúp truyền lực cho bánh răng màu vàng do các bánh răng này có sự liên kết cứng (theo dạng then hoa) cùng với trục màu vàng và có thể quay cùng với nó. Nhưng bánh răng cũng có thể trượt dọc về phía bên trái hay phía bên phải của trục màu vàng nhằm liên kết với bánh răng có màu xanh. Loại bánh răng này đã được gia công răng để cho sự ăn khớp với các bánh răng có màu xanh.
Bên cạnh đó, trục mang màu xanh hoạt động theo nguyên lý truyền động tới bánh răng có màu xanh ở bên phải thông qua một trục trung gian có màu đỏ. Và khi đó, bánh răng này lại sẽ truyền chuyển động tới trục dẫn động có màu vàng nhờ thông qua bánh răng có màu tím. Nhưng đồng thời bánh răng có màu xanh còn lại vẫn phải đang quay, nhưng lúc này chỉ quay trơn ở trên trục có màu vàng nhờ một ổ bi nên không bị gây ảnh hưởng cho trục dẫn động.
Khi xe đang giữ ở số 0 thì hai bánh răng có màu xanh đều được quay tự do ở trên trục màu vàng với các tỉ số truyền không giống nhau do có sự quyết định của trục trung gian. Khi sang số nếu chuyển số sai, xe sẽ phát ra âm thanh chói tai bởi do sự không ăn khớp của các răng nằm trong bánh răng mang màu tím và bánh răng mang màu xanh.
Nguyên lý hoạt động của hộp số sàn 5 cấp
Hộp số sàn 5 cấp là loại hộp số được sử dụng khá phổ biến hiện nay cho các loại xe đời mới. Sau đây là sơ đồ thể hiện hoạt động của nó:
Hộp số 5 cấp được thiết kế kiểu ngang dùng cho xe có hệ dẫn động cầu sau
Hộp số 5 cấp được thiết kế kiểu ngang dùng cho xe có hệ dẫn động cầu trước
Sơ đồ minh họa của hộp số sàn 5 cấp tại các số khác nhau
Có thể nhận thấy khi người lái di chuyển vị trí của cần số sang trái hay sang phải thì đồng nghĩa với việc điều khiển bánh răng có màu tím đi vào các vị trí khác nhau. Hoặc khi người lái đẩy vị trí cần số về phía trước hay phía sau thì cũng sẽ khiến cho bánh răng đi vào khớp của một trong các loại bánh răng khác.
Sơ đồ thể hiện cấu tạo của một cặp bánh răng số lùi
Bánh răng mang màu xanh có chức năng số lùi chịu sự điều khiển của một bánh răng trung gian (hay còn gọi là Idle gear). Khi có sự ăn khớp của bánh răng trung gian và bánh răng có màu xanh, thì một trong các bánh răng có màu xanh sẽ quay ngược chiều lại với các bánh răng cũng màu xanh còn lại, nên sẽ khiến cho trục sơ cấp cũng có sự quay ngược lại, do đó khiến xe ô tô lùi được. Điều cần ghi nhớ là người lái không thể sang số lùi trong khi xe vẫn đang di chuyển về phía trước. Nếu làm như vậy, bạn sẽ nghe thấy âm thanh chói tai do có sự không ăn khớp trong các bánh răng phát ra.
Bộ đồng tốc
Để hạn chế tình trạng phát ra âm thanh khi bánh răng có màu tím được ăn khớp với bánh răng có màu xanh, các nhà sản xuất xe hơi đã sử dụng bộ đồng tốc. Với bộ đồng tốc này sẽ cho phép sinh ra ma sát bởi có sự tiếp xúc của bánh răng có màu tím và các bánh răng trước khi có sự ăn khớp, và để bánh răng có màu tím và bánh răng có màu xanh cho cùng tốc độ trước khi có sự vào khớp của các răng.
Với sơ đồ trên cho thấy có sự vừa khít của mặt côn trên bánh răng có màu xanh và mặt côn trên của bánh răng có màu tím. Do vậy, ma sát được tạo ra nhờ hình côn và bánh răng có màu tím sẽ phải bằng tốc độ của bánh răng có màu tím và các bánh răng ăn khớp. Khi đó phía bên ngoài của bánh răng có màu tím sẽ có sự trượt vào để giúp các răng của bánh răng có màu tím được ăn khớp cùng với các răng của bánh răng có màu xanh.
Sơ đồ thể hiện cấu tạo của bộ đồng tốc
Ngày nay, các nhà sản xuất ô tô đều trang bị bộ đồng tốc cho hộp số sàn nhưng về cấu tạo chi tiết có thể sẽ khác biệt. Cho nên, bạn sẽ cảm thấy vì sao cùng sử dụng loại hộp số sàn nhưng mỗi xe lại cho độ êm và mượt lại khác nhau và một trong các nguyên nhân của điều đó là do chất lượng đến từ bộ đồng tốc.
Trên đây là nguyên lý hoạt động của hộp số xe số sàn. Hy vọng với các thông tin được cung cấp sẽ giúp ích cho bạn trong việc hiểu rõ hơn về hộp số sàn là gì và hoạt động của nó và qua đó có cách vận hành xe mang lại hiệu quả hơn.
Bích Đào
