Ô tô cần phải có bộ truyền
động là vì đặc tính vật lý của động cơ đốt trong. Thứ nhất, bất kỳ động
cơ nào cũng có giới hạn "kịch kim" - đó là giới hạn của tua máy mà động
cơ không thể vượt qua mà không nổ tung. Nếu bạn đã biết về sự sinh công
của động cơ, thì bạn cũng hiểu rằng động cơ chỉ sinh ra công suất và mô
men tối đa ở một dải tua máy hẹp. Ví dụ, một động cơ có thể sinh công
suất cực đại ở vòng quay 5,500 vòng/phút. Hộp số cho phép sự thay đổi tỷ
số truyền giữa động cơ và bánh dẫn động khi xe tăng giảm tốc. Bạn thay
đổi số để cho động cơ luôn ở dưới mức giới hạn và dao động trong giải
tua máy tối ưu
Mercedes-Benz Actros, hộp số tay
Lý tưởng nhất là hộp số có
các tỷ số truyền không giới hạn, khi đó động cơ luôn hoạt động ở một
giá trị tua máy duy nhất, đó là tua máy tối ưu. Ý tưởng đó đã được đưa
vào đời sống dưới dạng hộp số tự động vô cấp (CVT - Trong phòng kỹ thuật
đã có bài giới thiệu về loại hộp số này)
Hộp số tự động vô cấp
(CVT) có vô số tỷ số truyền. Trước kia, CVT không thể cạnh tranh với các
hộp số 4 hoặc 5 tỷ số truyền ở khía cạnh giá cả, kích cỡ và độ tin cậy,
vì thế các nhà sản xuất ô tô đã không đưa chúng vào sản phẩm của mình.
Nhưng ngày nay, sự tiến bộ về thiết kế đã làm cho CVT trở nên phổ thông
hơn. Chiếc Toyota Prius là chiếc xe hybrid sử dụng CVT.
Hộp số được nối với động cơ bằng bộ ly hợp. Trục sơ cấp của hộp số luôn quay cùng tốc độ của động cơ.
Mercedes-Benz C-class sport coupe, hộp số tay 6 cấp
Hộp số 5 tốc độ dùng một
trong năm số có tỷ số truyền khác nhau để tạo ra một giá trị vòng quay
khác tại trục thứ cấp. Sau đây là một vài tỷ số truyền tiêu biểu:
Số ----- Tỷ số --------------- Vòng quay của trục thứ cấp khi động cơ đang quay ở tốc độ 3000 vòng/phút
1 ----- 2.315:1 --------------- 1295
2 ----- 1.568:1 --------------- 1913
3 ----- 1.195:1 --------------- 2510
4 ----- 1.000:1 --------------- 3000
5 ----- 0.915:1 --------------- 3278
Bạn có thể tham khảo thêm
bài dịch về hộp số CVT để hiểu rõ hơn nguyên lý hoạt động của loại hộp
số này. Bây giờ chúng ta hãy xem xét một hộp số đơn giản.
Chúng ta xem sơ đồ dưới
đây để tìm hiểu nguyên lý cơ bản của một hộp số tiêu chuẩn. Sơ đồ này mô
tả một hộp số rất đơn giản chỉ có 2 tốc độ. Hiện tại đang ở số "mo" (có
người gọi là số không):
Hãy xem từng bộ phận trong sơ đồ trên để xem cách các bộ phận này kết hợp với nhau ra sao:
Trục màu xanh lá cây từ
động cơ ra thông qua bộ ly hợp. Trục màu xanh lá cây và bánh răng màu
xanh lá cây là một khối liền. (Bộ ly hợp là công cụ để ly và hợp động cơ
với hộp số. Khi bạn dẫm lên chân côn, truyền động từ động cơ vào hộp số
bị ngắt cho nên động cơ vẫn quay trong khi xe lại đứng yên. Khi bạn nhả
chân côn, động cơ và trục màu xanh lá cây được kết nối trực tiếp vào
nhau. Trục và bánh răng màu xanh lá cây quay cùng tốc độ với động cơ.)
Trục và bánh răng màu đỏ
có tên là trục trung gian. Trục và bánh răng cũng là một khối liền, vì
vậy các bánh răng trên trục trung gian và bản thân trục trung gian quay
như nhau. Trục màu xanh lá cây và trục màu đỏ liên kết trực tiếp với
nhau thông qua các bánh răng ăn khớp với nhau như thế nếu trục xanh lá
cây quay, trục đỏ cũng quay. Bằng cách này, trục trung gian nhận được
công suất trực tiếp từ động cơ mỗi khi bộ ly hợp đóng.
Trục màu vàng là một trục
chốt (splined shaft) nối trực tiếp với trục dẫn động thông qua bộ vi sai
đến các bánh dẫn động của xe. Nếu những bánh này quay thì trục màu vàng
cũng quay.
Các bánh răng màu xanh
dương nằm trên các ổ bi, như thế chúng quay trên trục màu vàng. Nếu máy
tắt nhưng xe đang di chuyển thì trục màu vàng quay trong lòng các bánh
răng màu xanh dương trong khi các bánh răng màu xanh dương này và trục
trung gian bất động.
Nhông cài (collar) là để
kết nối một trong hai bánh răng màu xanh với trục dẫn động màu vàng.
Nhông cài được lắp chặt với trục màu vàng bằng chốt và quay cùng với tốc
độ của trục màu vàng. Tuy nhiên, nhông cài có thể trượt qua trái hoặc
phải dọc theo trục màu vàng để gài vào một trong hai bánh răng màu xanh
dương. Các răng trên nhông này, gọi là răng chó (dog teeth), khớp với
các lỗ mặt bên của bánh răng màu xanh dương để giữ lấy nhau.
Số Một
Hình dưới đây cho thấy, khi gài số 1, nhông cài ăn khớp với bánh răng màu xanh dương bên tay phải:
Qua bức ảnh này ta thấy,
trục màu xanh từ động cơ quay trục trung gian, trục trung gian quay bánh
răng xanh dương bên phải. Bánh răng này truyền động năng thông qua
nhông cài vào trục dẫn động màu vàng. Trong khi đó, bánh răng xanh dương
bên trái cũng đang quay, nhưng nó quay tự do trên ổ bi của nó nên không
có tác động gì đến trục màu vàng.
Khi nhông cài nằm giữa hai
bánh răng (như ở hình đầu tiên), hộp số đang ở số "không". Cả hai bánh
răng xanh dương quay tự do với số vòng quay khác nhau trên trục màu
vàng. Số vòng quay của các bánh răng này do tỷ số truyền của chúng với
trục trung gian quyết định.
Từ nguyên lý trên, chúng ta có thể tự trả lời một số thắc mắc:
Khi ta thao tác sai lúc
vào số và nghe tiếng khua rợn người, tiếng đó không phải do các bánh
răng sai khớp với nhau. Như bạn thấy ở hình trên, tất cả các bánh răng
đều ăn khớp mọi lúc mọi nơi. Tiếng khua đó là do các “răng chó” của
nhông cài không ăn khớp được với các lỗ bên hông của một bánh răng xanh
dương nào đó.
Hộp số trong hình trên
không có "bộ đồng tốc", vì vậy nếu bạn đang sử dụng loại hộp số kiểu này
thì bạn phải "đi" côn kép. Cách dùng côn kép rất phổ biến ở xe ô tô đời
cũ và cũng còn được dùng rộng rãi ở các xe đua hiện đại. Khi đi côn
kép, lần đạp côn thứ nhất là để tách truyền động giữa động cơ và hộp số.
Động tác này ngắt áp lực khỏi các răng của nhông cài vì vậy bạn có thể
kéo nhông này về vị trí "mo". Rồi bạn buông chân côn, nạp ga để tăng tua
động cơ cho phù hợp với tốc độ của số kế tiếp. Động tác này nhằm làm
cho bánh răng xanh kế tiếp và nhông cài đồng tốc với nhau để cho răng
chó dễ dàng ăn khớp vào lỗ của bánh răng màu xanh. Rồi bạn đạp côn lần 2
và gài nhông răng chó vào số tiếp theo. Mỗi khi thay đổi số, bạn phải
thao tác chân côn hai lần, vì thế mới có tên là "côn kép".
Bạn cũng có thể thấy
cách di chuyển tuyến tính của cần số mỗi khi bạn thay đổi số. Cần số di
chuyển một thanh nối với cái “càng lừa” hộp số. Cái càng lừa đẩy nhông
cài cho trượt qua lại trên trục màu vàng để gài vào một trong hai bánh
răng.
Bây giờ chúng ta hãy xem
một hộp số thật. Ở hình minh họa dưới đây, bạn hãy bấm chuột vào các vị
trí trên cần số để thấy các công việc nội bộ của một hộp số có 4 số
tiến và số lùi.
Loại hộp số 5 tốc độ khá là phổ biến trên các xe ô tô ngày nay. Ruột gan nó trông giống như sau:
Có ba cái càng lừa được điều khiển bởi 3 thanh nối nhận tác động từ cần số. Nếu nhìn từ trên xuống, nó trông như sau:
Nên nhớ rằng cần số là một đòn bẩy với một
khớp cầu ngay chính giữa. Khi bạn đẩy cần số về phía trước để vào số 1,
thì thực ra bạn đang kéo thanh nối và cái càng lừa ra phía sau để vào
số.
Bạn có thể thấy rằng khi
bạn di chuyển cần số sang trái hoặc phải nghĩa là bạn đang tác động vào
các càng lừa khác nhau (và các nhông cài khác nhau). Di chuyển cần số về
phía trước hoặc sau là di chuyển nhông cài cho khớp với một trong hai
bánh răng.
Số lùi được vận hành bởi
một bánh răng đảo chiều nhỏ (màu tím trong hình trên). Bánh răng màu
xanh dương mang chức năng số lùi lúc nào cũng quay ngược chiều với các
bánh răng màu xanh dương còn lại. Vì thế, ta không thể nào vào lùi khi
xe đang chạy tới -- răng chó không thể nào khớp được. Tuy nhiên nó sẽ
gây tiếng rít đáng sợ!
Ở các hộp số hiện đại,
bánh răng số lùi không nằm cố định mà nó có thể trượt ra vào. Do yêu cầu
này nên cấu tạo của bánh răng số lùi luôn là răng thẳng trong khi các
bánh răng số tiến đều là răng xéo. Ưu điểm của bánh răng xéo là có sự
tiếp xúc lớn dần giữa hai bánh răng, bắt đầu là một điểm rồi lan dần đến
hết chiều dài răng. Bên cạnh đó, vào cùng mộtt thời điểm thì bánh răng
xéo có nhiều răng tiếp xúc với nhau hơn, qua đó làm tăng khả năng chịu
tải và giảm sức cản. Do sự đặc điểm tiếp xúc kiểu lớn dần nên bánh răng
xéo hoạt động "yên tĩnh" hơn bánh răng thẳng.
Nhược điểm duy nhất của
bánh răng xéo là rất khó dịch chuyển ra vào khi cần kết nối với giữa 1
bánh răng xéo này với 1 bánh răng xéo khác. Ở hộp số tay, cần có một
bánh răng đảo chiều để tạo số lùi (bánh răng thẳng lớn phía bên phải),
bánh răng này có thể cùng lúc trượt vào rãnh răng của hai bánh răng
thẳng khác để tạo chiều quay ngược lại
Bộ đồng tốc
Các hộp số tay ở các xe
hiện đại đều dùng các bộ đồng tốc để loại bỏ thao tác côn kép. Mục đích
của bộ đồng tốc là cho phép nhông cài và bánh răng có tiếp xúc ma sát
trước khi các răng chó ăn khớp. Điều này cho phép nhông cài và bánh răng
có cùng tốc độ trước khi các răng cần phải ăn khớp với nhau, như sau:
Phần hình côn trên bánh
răng màu xanh dương vừa khít vào vùng hình côn trên nhông cài, và ma sát
giữa phần hình côn và nhông cài làm cho bánh răng và nhông cài có cùng
tốc độ. Tiếp theo là phần bên ngoài của nhông cài trượt vào để cho các
răng chó trên nhông ăn khớp với bánh răng.
Tóm lại, mỗi nhà sản xuất
đều có cách chế tạo hộp số và bộ đồng tốc theo nhiều cách khác nhau,
nhưng trên đây là nguyên lý chung.
Nếu bạn lái một chiếc xe số sàn, hẳn trong đầu bạn sẽ có vài thắc mắc kiểu như sau:
Bộ quốc phòng - Dạy lái xe ÔTÔ hcm, lệ phí trọn gói, miễn phí học T7&CN
Những tình huốn khẩn cấp trong lái xe
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét