Đối với nhiều người yêu xe hoặc đang tìm hiểu về ô tô, hộp số sàn xe ô tô luôn là một chủ đề quen thuộc và quan trọng. Đây là bộ phận cốt lõi trong hệ thống truyền động, đóng vai trò quyết định đến trải nghiệm lái và hiệu suất vận hành của xe. Bài viết này của toyotaokayama.com.vn sẽ đi sâu giải thích về cấu tạo, công dụng và những yêu cầu kỹ thuật của loại hộp số truyền thống này, cung cấp cho bạn những kiến thức nền tảng chi tiết và dễ hiểu.
Công dụng chính của hộp số sàn trên xe ô tô
Hộp số đóng vai trò không thể thiếu trong việc điều chỉnh sức mạnh từ động cơ đến bánh xe. Công dụng cơ bản và quan trọng nhất của hộp số sàn là thay đổi tỷ số truyền. Việc thay đổi tỷ số truyền này cho phép điều chỉnh mô-men xoắn đầu ra tại các bánh xe chủ động, nhờ đó tài xế có thể điều chỉnh tốc độ di chuyển của ô tô sao cho phù hợp nhất với các điều kiện vận hành và sức cản từ bên ngoài.
Bên cạnh việc điều chỉnh tốc độ, hộp số còn giúp thay đổi hướng chuyển động của xe, từ tiến sang lùi. Cơ chế này là cần thiết khi người lái cần di chuyển xe theo chiều ngược lại. Ngoài ra, hộp số còn cho phép tách biệt hoàn toàn động cơ khỏi hệ thống truyền động trong một khoảng thời gian theo ý muốn mà không cần tắt máy. Điều này được thực hiện thông qua vị trí số “mo” (số trung gian), rất hữu ích khi dừng chờ đèn đỏ hoặc đỗ xe tạm thời.
Hơn thế nữa, trên một số loại xe chuyên dụng, hộp số sàn còn có khả năng trích dẫn một phần lực từ động cơ ra ngoài để cung cấp năng lượng cho các bộ phận công tác đặc biệt của xe. Điều này thể hiện sự linh hoạt và khả năng ứng dụng rộng rãi của loại hộp số này trong nhiều mục đích sử dụng khác nhau, không chỉ giới hạn ở việc di chuyển thông thường.
Những yêu cầu kỹ thuật của hộp số sàn xe ô tô
Một hộp số sàn khi được thiết kế và lắp ráp trên ô tô cần đáp ứng nhiều tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt để đảm bảo hiệu suất, độ bền và an toàn khi vận hành. Trước hết, dải tỷ số truyền của hộp số phải được tính toán và phân bố một cách tối ưu. Việc này đảm bảo xe có đủ lực kéo khi khởi hành, khả năng tăng tốc mượt mà và tiết kiệm nhiên liệu khi di chuyển ở tốc độ cao, phù hợp với tính năng động lực học và kinh tế vận tải của xe.
Hiệu suất truyền lực cao là một yêu cầu then chốt khác. Hộp số cần truyền tối đa sức mạnh từ động cơ đến bánh xe, giảm thiểu tổn thất năng lượng do ma sát hoặc các yếu tố khác. Điều này trực tiếp ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng nhiên liệu và khả năng vận hành của xe.
Các cơ cấu an toàn cũng vô cùng quan trọng. Hộp số phải có cơ cấu định vị để chống hiện tượng “nhảy số” (số bị tự động thoát ra khỏi vị trí gài) khi xe đang chạy. Đồng thời, cơ cấu chống gài hai số cùng một thời điểm là bắt buộc để ngăn ngừa hư hỏng nghiêm trọng cho hộp số và hệ thống truyền động.
Hoạt động êm ái, ít tiếng ồn và chuyển số mượt mà là những yếu tố góp phần tạo nên trải nghiệm lái dễ chịu. Một hộp số tốt sẽ giảm thiểu các tải trọng động phát sinh trong quá trình chuyển số, bảo vệ các bộ phận khác của hệ thống truyền lực. Vị trí số trung gian (số N) cần rõ ràng và dễ gài, cho phép ngắt kết nối động cơ khỏi hệ thống truyền lực một cách thuận tiện khi cần thiết.
Ngoài ra, một hộp số sàn cần có cơ cấu báo hiệu rõ ràng khi người lái gài số lùi (ví dụ: đèn lùi sáng, còi báo). Khả năng bố trí cụm trích công suất là một ưu điểm đối với các dòng xe cần dẫn động các thiết bị phụ trợ. Cuối cùng, kết cấu của hộp số nên nhỏ gọn, dễ dàng cho người lái điều khiển, đồng thời thuận tiện cho các kỹ thuật viên khi cần bảo dưỡng và sửa chữa, góp phần giảm chi phí vận hành và kéo dài tuổi thọ của xe.
Phân loại các loại hộp số trên ô tô sử dụng số sàn
Việc phân loại hộp số ô tô giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự đa dạng trong thiết kế và ứng dụng của chúng. Dựa trên cấu trúc cơ bản, hộp số có thể được phân loại theo số lượng trục chứa các cặp bánh răng truyền số. Loại phổ biến bao gồm hộp số 2 trục, thường được tìm thấy trên các xe sử dụng hệ dẫn động cầu trước (FF – Front-engine, Front-wheel drive), với động cơ và hộp số được bố trí theo chiều ngang.
Ngược lại, hộp số 3 trục thường xuất hiện trên các xe dẫn động cầu sau (FR – Front-engine, Rear-wheel drive), nơi động cơ được đặt phía trước và hộp số được bố trí theo chiều dọc, kết nối với cầu sau qua trục các đăng. Sự khác biệt về số trục và cách bố trí này ảnh hưởng lớn đến cấu trúc tổng thể của hệ thống truyền động và hiệu quả phân bổ không gian trên xe.
Một cách phân loại khác dựa vào tính chất truyền mô-men xoắn là hộp số có cấp và hộp số vô cấp (CVT). Tuy nhiên, khi nói về hộp số sàn xe ô tô, chúng ta chủ yếu đề cập đến loại hộp số có cấp, với các cấp số cố định được người lái lựa chọn thủ công. Số lượng cấp cũng là một tiêu chí phân loại, với hộp số thường có từ 4 đến 6 cấp, và hộp số nhiều cấp có thể lên tới 8 cấp hoặc hơn, mang lại nhiều lựa chọn tỷ số truyền hơn cho người lái.
Cấu tạo cơ bản của hộp số sàn xe ô tô
Để hiểu cách hộp số sàn hoạt động, cần nắm vững các bộ phận chính cấu thành nên nó.
Vỏ và nắp hộp số
Bộ phận đầu tiên và dễ thấy nhất là vỏ và nắp hộp số. Chúng tạo thành một lớp bảo vệ kiên cố, bao kín toàn bộ các chi tiết phức tạp bên trong hộp số, ngăn chặn bụi bẩn, nước và các tác nhân gây hại từ môi trường bên ngoài xâm nhập. Vỏ hộp số còn đóng vai trò là nơi lắp đặt các vòng bi đỡ trục, đảm bảo các trục quay ổn định. Đặc biệt, vỏ hộp số là khoang chứa dầu bôi trơn, giúp các bánh răng và bộ phận khác hoạt động trơn tru và giảm ma sát. Hộp số được treo chắc chắn vào khung xe thông qua vỏ này. Nắp hộp số thường là nơi lắp đặt cơ cấu chuyển số, cho phép người lái thao tác gạt cần số để chọn cấp số mong muốn. Trên vỏ hộp số sàn còn có các vị trí được đánh dấu rõ ràng để bổ sung, xả và kiểm tra mức dầu định kỳ.
Ổ bi
Ổ bi, hay vòng bi, là những chi tiết nhỏ nhưng có vai trò cực kỳ quan trọng trong hộp số sàn. Chức năng chính của chúng là chuyển đổi ma sát trượt giữa các bộ phận quay thành ma sát lăn. Điều này làm giảm đáng kể lực cản khi các trục quay, giúp hộp số hoạt động hiệu quả hơn và kéo dài tuổi thọ của các chi tiết. Việc giảm ma sát còn giúp hạn chế tiếng ồn sinh ra trong quá trình hộp số hoạt động, mang lại sự êm ái cho người lái.
Bánh răng
Bánh răng là trái tim của hộp số sàn, là bộ phận trực tiếp thực hiện chức năng thay đổi tỷ số truyền. Hộp số sàn sử dụng một hệ thống các cặp bánh răng có kích thước và số răng khác nhau. Khi người lái gài một cấp số nhất định, một cặp bánh răng tương ứng sẽ được khóa lại và ăn khớp với nhau. Tỷ số truyền của cấp số đó được xác định bởi tỷ lệ số răng giữa bánh răng bị động và bánh răng chủ động trong cặp đó. Bằng cách lựa chọn các cặp bánh răng khác nhau, người lái có thể thay đổi tỷ số truyền, từ đó điều chỉnh mô-men xoắn và tốc độ của xe.
Trục hộp số
Hộp số sàn có các trục chính làm nhiệm vụ mang các bánh răng và truyền mô-men xoắn. Đối với hộp số dọc (kiểu FR), cấu tạo thường gồm ba trục: trục sơ cấp (nối với ly hợp), trục trung gian (truyền động từ trục sơ cấp) và trục thứ cấp (nối ra hệ thống truyền lực tới bánh xe). Trong khi đó, hộp số ngang (kiểu FF) thường chỉ có hai trục chính: trục sơ cấp và trục thứ cấp. Sự khác biệt về số lượng và bố trí trục này là đặc trưng cơ bản giữa hai loại hộp số sàn phổ biến này, ảnh hưởng đến cách thức truyền động và cấu trúc tổng thể.
Bộ đồng tốc
Bộ đồng tốc là một cơ cấu thông minh giúp quá trình chuyển số diễn ra êm ái và chính xác. Chức năng chính của bộ đồng tốc là làm cho tốc độ quay của bánh răng muốn gài số và tốc độ quay của trục (thường là trục thứ cấp) trở nên bằng nhau hoặc gần bằng nhau trước khi các răng ăn khớp hoàn toàn. Điều này ngăn chặn hiện tượng va đập giữa các răng (hay còn gọi là “trèo răng” hoặc “kẹt số”), giúp việc gài số trở nên nhẹ nhàng, mượt mà và không gây ra tiếng động khó chịu. Bộ đồng tốc hoạt động như một bộ ly hợp nhỏ, tạm thời kết nối bánh răng và trục để đồng bộ tốc độ trước khi khóa chúng lại.
Tìm hiểu về đường truyền công suất trong hộp số sàn
Hiểu được đường truyền công suất giúp ta hình dung cách lực động cơ được truyền qua hộp số để tạo ra các cấp số khác nhau. Lấy ví dụ về một hộp số sàn 5 cấp dọc, mô-men xoắn từ động cơ sẽ đi qua ly hợp, sau đó vào trục sơ cấp của hộp số. Trên trục sơ cấp có một bánh răng luôn ăn khớp với một bánh răng trên trục trung gian. Do đó, trục trung gian sẽ luôn quay bất cứ khi nào trục sơ cấp quay (trừ khi xe ở số “mo”).
Khi người lái gài một cấp số tiến (ví dụ số 1, 2, 3, 4, hoặc 5), bộ đồng tốc tương ứng với cấp số đó sẽ khóa bánh răng của cấp số đó trên trục thứ cấp vào chính trục thứ cấp. Mô-men xoắn sẽ được truyền từ trục sơ cấp sang trục trung gian, sau đó từ trục trung gian sang bánh răng của cấp số đã chọn trên trục thứ cấp, và cuối cùng truyền ra trục thứ cấp để đi đến hệ thống truyền lực. Mỗi cấp số sẽ sử dụng một cặp bánh răng khác nhau trên trục trung gian và trục thứ cấp, với tỷ số truyền tương ứng.
Trường hợp đặc biệt là số 4 (trên hộp số 5 cấp dọc ví dụ này). Ở số 4, thường là số truyền thẳng (tỷ số truyền xấp xỉ 1:1), trục sơ cấp và trục thứ cấp sẽ được khóa trực tiếp với nhau thông qua bộ đồng tốc, bỏ qua hoàn toàn trục trung gian. Mô-men xoắn lúc này truyền thẳng từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp. Đối với số lùi (R), một bánh răng trung gian thứ ba sẽ được đưa vào đường truyền công suất. Bánh răng này được đặt giữa bánh răng trên trục trung gian và bánh răng số lùi trên trục thứ cấp. Việc thêm bánh răng trung gian này làm thay đổi chiều quay của trục thứ cấp so với chiều quay của trục sơ cấp, khiến xe di chuyển lùi.
Số lùi
Số 1
Số 2
Số 3
Số 4
Số 5
Hiểu về tỷ số truyền trong hộp số sàn
Tỷ số truyền là một khái niệm cơ bản để đánh giá hiệu quả của hộp số sàn. Công thức tính tỷ số truyền của một cặp bánh răng ăn khớp là (Số răng của bánh răng bị động) / (Số răng của bánh răng chủ động). Trong hệ thống hộp số, tỷ số truyền tổng của một cấp số được tính dựa trên tỷ lệ giữa số vòng quay của trục sơ cấp và trục thứ cấp khi gài cấp số đó. Một tỷ số truyền lớn (ví dụ: 3:1) nghĩa là trục sơ cấp quay 3 vòng thì trục thứ cấp quay 1 vòng, tạo ra mô-men xoắn lớn nhưng tốc độ thấp (thường là số 1 hoặc số 2). Ngược lại, tỷ số truyền nhỏ (ví dụ: 0.8:1) nghĩa là trục sơ cấp quay 0.8 vòng thì trục thứ cấp quay 1 vòng, tạo ra tốc độ cao nhưng mô-men xoắn thấp (thường là số 5 hoặc 6).
Trong một hộp số sàn có cấp, tỷ số truyền sẽ giảm dần từ số thấp (số 1) đến số cao. Số 1 có tỷ số truyền cao nhất để tạo ra lực kéo mạnh mẽ giúp xe khởi hành. Các số tiếp theo có tỷ số truyền nhỏ dần, cho phép xe tăng tốc và đạt tốc độ cao hơn. Để nhận biết cặp bánh răng nào ứng với cấp số nào, chúng ta có thể dựa vào nguyên tắc này: cặp bánh răng tạo ra tỷ số truyền lớn nhất sẽ là cặp bánh răng của số 1. Bánh răng trên trục thứ cấp của số 1 thường có kích thước lớn nhất so với các bánh răng khác trên trục này, trong khi bánh răng trên trục trung gian ăn khớp với nó có kích thước tương đối nhỏ.
Việc phân tích đường truyền công suất và kích thước bánh răng giúp xác định tỷ số truyền cụ thể cho từng cấp số. Ví dụ, trong sơ đồ hộp số 2 trục 5 cấp, đường truyền công suất của số 1 đi qua các bánh răng trên trục sơ cấp, trục trung gian, và trục thứ cấp. Bằng cách đếm số răng của các bánh răng chủ động và bị động trong chuỗi truyền động của từng số, ta có thể tính toán được tỷ số truyền chính xác và hiểu được tại sao mỗi cấp số lại mang lại đặc tính vận hành khác nhau về lực kéo và tốc độ.
So sánh hộp số sàn ngang (FF) và hộp số sàn dọc (FR)
Sự khác biệt cơ bản giữa hộp số sàn ngang (thường đi kèm hệ dẫn động cầu trước – FF) và hộp số sàn dọc (thường đi kèm hệ dẫn động cầu sau – FR) nằm ở cách bố trí và cấu trúc trục bên trong. Mô hình hộp số sàn ngang chỉ sử dụng hai trục chính là trục sơ cấp và trục thứ cấp, được đặt thẳng hàng hoặc song song với nhau và nằm ngang so với chiều di chuyển của xe. Hộp số này được đặt ngay cạnh động cơ và ly hợp, tạo thành một khối truyền động gọn gàng ở phía trước xe, dẫn động trực tiếp hai bánh trước.
Ngược lại, hộp số sàn dọc có cấu tạo phức tạp hơn với ba trục: trục sơ cấp, trục trung gian và trục thứ cấp. Các trục này được bố trí theo chiều dọc của xe. Động cơ, ly hợp và hộp số được đặt nối tiếp nhau ở phía trước, và mô-men xoắn được truyền đến cầu sau thông qua một trục các đăng dài. Sự khác biệt này không chỉ ảnh hưởng đến cấu trúc hộp số mà còn tác động lớn đến cách bố trí toàn bộ hệ thống truyền lực, phân bổ trọng lượng và không gian nội thất của xe.
So sánh mô hình hộp số ô tô sàn ngang và hộp số dọc (FF và FR)
Hộp số ngang
Hộp số dọc
Tỉ số truyền hộp số sàn
Đánh giá ưu điểm của hộp số sàn ngang và hộp số sàn dọc
Mỗi kiểu bố trí hộp số sàn (ngang FF và dọc FR) đều có những ưu điểm riêng, phù hợp với từng loại xe và mục đích sử dụng.
Ưu điểm của hộp số sàn dọc (FR)
Hệ thống dẫn động cầu sau (FR) với hộp số sàn dọc mang lại nhiều lợi ích về hiệu suất và khả năng điều khiển, đặc biệt là trên các dòng xe thể thao hoặc xe tải. Dẫn động cầu sau giúp phân chia nhiệm vụ rõ ràng giữa bánh trước (lái và phanh) và bánh sau (truyền lực đẩy), từ đó giảm áp lực lên cầu trước và cải thiện khả năng tải trọng của xe. Tỷ lệ phân bổ trọng lượng giữa trục trước và trục sau trên xe FR thường cân bằng hơn, góp phần nâng cao khả năng bám đường, đặc biệt là khi tăng tốc, giúp xe bứt tốc tốt hơn.
Khả năng phân bổ trọng lượng tối ưu còn cải thiện hiệu quả phanh và giúp xe dễ điều khiển hơn, mang lại cảm giác lái thể thao và phản ứng nhanh nhạy. Hệ dẫn động FR không chiếm không gian ở khoang động cơ phía trước như hệ FF, cho phép mở rộng góc quay của bánh xe trước, từ đó giảm bán kính vòng quay và giúp xe xoay trở linh hoạt hơn trong không gian hẹp. Hơn nữa, bánh trước không phải đảm nhiệm cùng lúc cả việc lái và truyền lực, giúp khả năng vận hành chung của xe được cải thiện đáng kể.
Cấu tạo của hộp số sàn ô tô
Ưu điểm của hộp số sàn ngang (FF)
Ngược lại, hộp số sàn ngang kết hợp với hệ dẫn động cầu trước (FF) lại mang đến những lợi ích về chi phí, không gian và khả năng bám đường trong điều kiện nhất định. Cấu trúc dẫn động cầu trước thường đơn giản hơn, với động cơ và hộp số tập trung ở phía trước, truyền lực trực tiếp tới bánh xe dẫn động. Điều này làm giảm số lượng chi tiết cần thiết (không cần trục các đăng dài), dẫn đến chi phí sản xuất và bảo dưỡng thường thấp hơn.
Trọng lượng của động cơ và hộp số dồn xuống cầu trước giúp tăng lực bám cho bánh xe dẫn động, đặc biệt hữu ích khi di chuyển trên các bề mặt trơn trượt như đường mưa hoặc tuyết. Do không có trục các đăng chạy dọc theo sàn xe và không cần không gian cho cầu sau dẫn động, xe FF thường có không gian nội thất và khoang hành lý rộng rãi hơn so với xe FR cùng kích thước.
Khoảng cách ngắn từ động cơ đến bánh xe dẫn động giúp giảm thiểu hao hụt công suất trong quá trình truyền động, nâng cao hiệu quả hoạt động của động cơ và thường giúp xe tiết kiệm nhiên liệu hơn. Ngoài ra, trong nhiều thiết kế hộp số ngang, các bánh răng trên trục sơ cấp và thứ cấp có thể được tháo lắp dễ dàng, thuận tiện cho việc thay thế từng chi tiết khi cần sửa chữa hoặc bảo dưỡng, góp phần tiết kiệm chi phí sửa chữa đáng kể.
Cấu tạo của hộp số sàn ô tô
Hộp số sàn xe ô tô là một bộ phận kỹ thuật phức tạp nhưng cực kỳ quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến cách chiếc xe vận hành. Việc hiểu rõ cấu tạo, công dụng và các loại hộp số sàn giúp người dùng có cái nhìn sâu sắc hơn về chiếc xe của mình và lựa chọn được loại xe phù hợp với nhu cầu. Từ công dụng cơ bản là thay đổi tỷ số truyền đến những yêu cầu kỹ thuật chi tiết và sự khác biệt giữa hộp số ngang/dọc, mỗi khía cạnh đều thể hiện sự tinh tế trong kỹ thuật ô tô. Khám phá thêm các kiến thức hữu ích về xe hơi và các dòng xe tại toyotaokayama.com.vn.
