Giáo trình Kết cấu tính toán ô tô. Hộp số ô tô - Chương 3: Hộp số ô tô

Bài giảng : Kết cấu tớnh toỏn ụ tụ - Hộp 
số ụ tụ 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 1 
Ch−ơng 3 
hộp số ôtô 
1. Công dụng - yêu cầu - phân loại : 
1.1 Công dụng : 
 Hộp số dùng để thay đổi mo-men truyền đến các bánh xe chủ động đủ thắng sức 
cản chuyển động của ô-tô máy kéo thay đổi khá nhiều trong quá trình làm việc. Ngoài ra, 
hộp số còn dùng để thực hiện chuyển động lùi hoặc đứng yên trong thời gian lâu dài mà 
không cần tắt máy. 
1.2 Yêu cầu của hộp số có cấp : 
 Để bảo đảm công dụng nêu trên, ngoài các yêu cầu chung về sức bền và kết cấu 
gọn, hộp số có cấp ô-tô máy kéo phải thoả mãn các yêu cầu đặc tr−ng sau : 
 c Hộp số ô-tô máy kéo phải có đủ tỷ số truyền cần thiết nhằm bảo đảm tốt tính 
chất động lực và tính kinh tế nhiên liệu khi làm việc. 
 d Khi gài số không sinh ra các lực va đạp lên các răng nói riêng và hệ thống 
truyền lực nói chung. Muốn vậy, hộp số ôtô phải có các bộ đồng tốc để gài số hoặc ống 
dễ gài số. 
 e Hộp số phải có vị trí trung gian để có thể ngắt truyền động của động cơ khỏi hệ 
thống truyền lực trong thời gian lâu dài. Phải có cơ cấu chống gài hai số cùng lúc để bảo 
đảm an toàn cho hộp số không bị gẫy vở răng. 
f Hộp số phải có số lùi để cho phép xe chuyền động lùi; đồng thời phải có cơ cấu 
an toàn chống gài số lùi một cách ngẫu nhiên. 
 g Điều khiển nhẹ nhàng, làm việc êm và hiệu suất cao. 
1.3 Phân loại hộp số: 
 Với các yêu cầu nêu trên, tuỳ theo tính chất truyền mômen cũng nh− sơ đồ động 
học, hiện nay hộp số cơ khí ô-tô máy kéo có thể phân loại nh− sau: 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 2 
 + Dựa vào tính chất truyền mômen, có thể phân hộp số ôtô ra làm hai kiểu: Kiểu 
hộp số vô cấp và kiểu hộp số có cấp. Kiểu hộp số vô cấp có mômen truyền qua hộp số 
biến đổi liên tục và do đó tỷ số truyền động học cũng thay đổi liên tục. Hộp số vô cấp 
trên ôtô chủ yếu là kiểu truyền động bằng thủy lực mà trong giáo trình máy thủy lực 
đ−ợc gọi là bộ biến mô (hoặc bộ biến đổi mômen), kiểu hộp số này sẽ đ−ợc nghiên cứu 
trong giáo trình riêng: Truyền động thủy khí trên ôtô và máy công trình. Kiểu hộp số có 
cấp gồm một số cấp hữu hạn (th−ờng từ ba đến 20 cấp). ứng với mỗi cấp, giá trị mô men 
và do đó tốc độ truyền qua hộp số là không đổi. Trong giáo trình này chủ yếu nghiên cứu 
kỹ kiểu hộp số có cấp. 
+ Dựa trên số trục chứa các cặp bánh răng truyền số, có thể chia hộp số ôtô ra làm 
hai loại: loại hộp số hai trục và loại hộp số ba trục. Với kiểu hộp số hai trục gồm có: trục 
sơ cấp gắn bánh răng chủ động của số truyền, trục thứ cấp chứa bánh răng bị động. Với 
hộp số ba trục gồm có trực sơ cấp gắn bánh răng chủ động của số truyền, trục trung gian 
chứa bánh răng trung gian và trục thứ cấp chứa bánh răng bị động. Điều đặc biệt đáng 
chú ý của hộp số ba trục trên ôtô đó là: trục sơ cấp và trục thứ cấp (trục thứ ba) bố trí 
đồng tâm. 
+ Dựa theo số cấp của hộp số, có thể phân chia hộp số ôtô ra làm hai loại: hộp số 
th−ờng và hộp số nhiều cấp. Kiểu hộp số th−ờng có số cấp nhỏ hơn hoặc bằng 6, còn kiều 
hộp số nhiều cấp có số cấp hộp số lớn hơn 6 (th−ờng từ 8 đến 20 cấp). 
2 phân tích đặc điểm kết cấu hộp số ôtô : 
2.1 Phân tích đặc điểm kết cấu theo số trục : 
2.1.1 Hộp số ba trục (còn có thể gọi là hộp số đồng tâm): Kết cấu hộp số đồng trục 
th−ờng có ít nhất 3 trục truyền động : trục sơ cấp (I – xem hình H3-1) và thứ cấp (III) lắp 
đồng trục với trục sơ cấp, ngoài ra còn có thêm trục trung gian (II). Trục trung gian có 
thể có một, hai, hoặc ba trục bố trí chung quanh trục sơ cấp và thứ cấp (hình H3-1) nhằm 
làm tăng độ cứng vững cho trục thức cấp, duy trì sự ăn khớp tốt nhất cho các cặp bánh 
răng lắp trên trục. 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 3 
 −u điểm nổi bậc của sơ đồ hộp số đồng trục là cho phép tạo ra số truyền thẳng 
(không qua cặp bánh răng truyền động nào) nên hiệu suất cao nhất (có thể coi nh− bằng 
một nếu nh− bỏ qua các tổn thất khác). Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với hộp số ôtô vì 
phần lớn thời gian làm việc của hộp số là số truyền thẳng (chiếm tỷ lệ đến 50ữ80%), cho 
phép nâng cao hiệu suất truyền của hộp số và do đó giảm tiêu hao nhiên liệu và tăng tuổi 
thọ chung cho hộp số. Vì vậy hộp số kiểu này đ−ợc sử dụng phổ biến trên hầu hết các 
loại ôtô (từ xe du lịch cho đến xe khách và xe tải). 
Tuy vậy, hộp số kiểu này có nh−ợc điểm là trục thứ cấp phải bố trí gối lên trục sơ 
cấp thông qua ổ bi đặt bên trong phần rỗng của đầu ra trục sơ cấp. Do bị khống chế bởi 
điều kiện kết cấu (kích th−ớc ngoài đầu trục có bánh răng chủ động truyền mômen xuống 
cho trục trung gian) nên ổ bi này có thể không đ−ợc chọn theo tiêu chuẩn tính toán ổ bi 
mà phải tính toán thiết kế riêng. Điều này có thể làm cho ổ bi này dễ bị tình trạng quá 
L3
L2
L1
Za
Za L2Za' L3
L1
Za
II
IIII
II
12345
L
Hình H3-1 :Hộp số ba trụckiểu đồng tâm với hai trục trung gian II đối xứng. 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 4 
tải. Tuy nhiên, nhờ đặc điểm nổi bậc là có khả năng truyền thẳng nh− đã nêu ở trên, nên 
thực tế ô bi này có thời gian làm việc không nhiều, ít ảnh h−ởng đến tuổi thọ của ổ bi. 
 Với hộp số đồng tâm có nhiều trục trung gian (hình H3-1), cho phép tăng độ cứng 
vững của trục thứ cấp, do đó khắc phục đ−ợc nh−ợc điểm đã nêu. Mặc khác do điều kiện 
ăn khớp của các bánh răng tốt hơn nên cải thiện đ−ợc hiệu suất của hộp số một cách đáng 
kể. Về cấu tạo, kiểu hộp số có nhiều trục trung gian khá kồng kềnh và làm phức tạp và 
nặng thêm hộp số, vì vậy chúng chỉ sử dụng hạn chế trên các ô-tô tải lớn hoặc cực lớn. 
2.1.2 Hộp số hai trục : 
Loại hộp số hai trục là kiểu hộp số thông dụng của truyền động hộp số cơ khí nói 
chung, gồm một trục sơ cấp gắn các bánh răng chủ động và một trục thứ cấp gắn các 
bánh răng bị động của các cấp số truyền t−ơng ứng. Loại hộp số hai trục không thể tạo ra 
đ−ợc số truyền thẳng nh− hộp số nhiều trục nêu trên mặc dầu rằng tỷ số truyền của một 
cấp số nào đó bằng một (ih = 1) vì phải thông qua một cặp bánh răng ăn khớp (dĩ nhiên 
phải có số răng bằng nhau). Điều đó có nghĩa là hiệu suất của mọi cấp số truyền trong 
hộp số này luôn luôn nhỏ hơn một (η<1). 
Sơ đồ hốp số kiểu này phù hợp hệ thống truyền lực có cầu chủ động bố trí cùng 
phía với động cơ (cụm động cơ, ly hợp, hộp số bố trí ngay trên cụm cầu chủ động) nh− 
trên một số ôtô du lịch (hình H3-2a và hình H3-2b). Chiều truyền động là ng−ợc nhau: 
truyền động đ−ợc dẫn ra của trục thứ cấp có chiều ng−ợc với chiều truyền động dẫn vào 
đối với trục sơ cấp. 
Điều đó thuận lợi cho việc thiết kế truyền lực chính của cầu chủ động với kiểu 
bánh răng trụ (thay vì bánh răng côn). Hơn nữa với kết cấu này, không cần sử dụng 
truyền động các-đăng để nối truyền động từ hộp số đến cầu chủ động nh− các sơ đồ bố 
trí cổ điển trên ôtô sử dụng hộp số ba trục đồng tâm. Hộp số hai trục cũng đ−ợc sử dụng 
phổ biến đối với hệ thống truyền lực của máy kéo hoặc các loại xe chuyên dùng khác. 
 −u điểm của hộp số hai trục là cho phép tạo nên hệ truyền lực gọn nh− đã nêu trên 
và vì vậy hiệu suất truyền lực nói chung cao (các số truyền của hộp số hai trục chỉ qua 
một cặp bánh răng ăn khớp). 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 5 
Hình H3-2a : Sơ đồ bố trí cụm động cơ (1) hộp số (3) cùng với cầu chủ động (4) 
Chú thích: 1: Động cơ, 2: Ly hợp, 3: Hộp số, 4: Cầu chủ động, 
5:Trục dẫn động bánh xe. 6: Bánh xe chủ động 
 Nh−ợc điểm cơ bản của hộp số hai trục là kích th−ớc theo chiều ngang lớn hơn 
hộp số ba trục đồng tâm khi có cùng giá trị tỷ số truyền (ở hộp số đồng tâm, mỗi tỷ số 
truyền phải qua ít nhất hai cặp bánh răng nên kích th−ớc gọn hơn nh−ng hiệu suất thấp 
hơn, trừ số truyền thẳng). Kích th−ớc hộp số lớn sẽ kéo theo trọng l−ợng lớn; nhất là khi 
xe có tỷ số truyền lớn. 
1 
2 
3 
6
5
4
II
I
34 12
L
Hình H3-2b: Sơ đồ hộp số hai trục. 
Chú thích: 
I: Trục sơ cấp của hộp số. 
II:Trục thứ cấp của hộp số. 
1: Số cấp số 1 của hộp số. 
2: Số cấp số 2 của hộp số. 
3: Số cấp số 3 của hộp số. 
4: Số cấp số 4 của hộp số. 
L: Số cấp số lùi của hộp số. 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 6 
 2.2 Phân tích đặc điểm kết cấu hộp số theo số cấp : 
2.2.1 Hộp số th−ờng (số cấp từ 3 đến 6): 
Số cấp của hộp số ảnh h−ởng lớn đến tính năng động lực cũng nh− tính kinh tế 
nhiên liệu của xe. Số cấp tăng lên thì tính năng động lực cũng nh− tính kinh tế nhiêu liệu 
đều tăng, công suất sử dụng để lấy đà và tăng tốc cũng nhanh hơn; nh−ng lúc đó số lần 
gài số phải tăng theo làm phức tạp điều khiển và kéo dài một phần thời gian lấy đà. 
 Với ôtô du lịch th−ờng thiết kế với đ−ờng đặc tính động lực tốt, tính năng tăng tốc 
cao, nên phần lớn thời gian làm việc là ở số truyền thẳng, còn các số truyền trung gian 
khác rất ít sử dụng. Vì vậy hộp số ba cấp đ−ợc sử dụng cho những xe du lich có thể tích 
công tác lớn và vừa (Vct ≥ 2000cm3). 
Với ô-tô du lịch có thể tích công tác nhỏ (Vct <2000 cm
3) th−ờng dùng hộp số có 
bốn cấp nhằm sử dụng hợp lý công suất của động cơ và nâng cao tính kinh tế nhiên liệu 
của xe (xem hình H3-2b và H3-3a, b). 
 Ngày nay để sử dụng tốt nhất công suất động cơ, nâng cao tính kinh tế nhiên liệu 
(giảm l−ợng tiêu hao nhiên liệu) cho xe và để năng cao tuổi thọ cho động cơ, ng−ời ta 
cũng thiết kế hộp số năm cấp cho xe du lịch (hình H3-4); trong đó số truyền thứ năm 
th−ờng là số truyền tăng (ih5 < 1). 
Số truyền tăng đ−ợc đ−ợc thiết kế cho xe khi chạy trên đ−ờng có chất l−ợng tốt 
hơn hoặc tải trọng nhỏ hơn so với thiết kế. Sử dụng số truyền tăng không những tiết kiệm 
nhiên liệu mà còn cho phép nâng cao tính năng động lực một cáhc hợp lý của xe, tăng 
tuổi thọ động cơ. Điều này có ý nghĩa hết sức quan trọng đối với ôtô vận tải; vì chúng có 
trọng l−ợng toàn bộ thay đổi trong giới hạn khá lớn. 
Đối với ôtô vận tải, th−ờng đ−ợc thiết kế với tiêu chí tiêu hao nhiên liệu thấp, do 
vậy tính động lực không cao; hơn nữa phạm vi thay đổi trọng l−ợng toàn bộ của xe nằm 
trong dãi rộng nên hộp số th−ờng phải đ−ợc thiết kế với số cấp nhiều hơn; phổ biến dùng 
hộp số năm cấp đến sáu cấp. Với hộp số 5 cấp thì các số từ 2 đến 5 đều có bố trí bộ đồng 
tốc – số 1 và số lùi chỉ dùng ống gài đơn giản (Hình H3-5a, b). 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 7 
Chú thích: 
1: Vị trí gài cấp số tiến số 1, 2: Vị trí gàicấp số tiến số 2, 3 : Vị trí gài cấp số 
tiến số 3, 4: Vị trí gài cấp số tiến số 4. L : Vị trị gài cấp số lùi. I: Trục sơ cấp, 
II: Trục trung gian (đối với hộp số 3 trục) hoặc trục thứ cấp (đối với hộp số 2 trục). 
III: Trục thứ cấp. 
Chú thích: 
5: Vị trí gàicấp số tiến số 5. Các thông số khác đã đ−ợc chú thích ở trên. 
II
I III
L1234
a) Sơ đồ hộp số du lịc 3 trục 
I
II
21
43L
b) Sơ đồ hộp số du lịch hai trục 
Hình H3-3: Sơ đồ hộp số 4 cấp xe du lịch. 
II
IIII
5L
1234
Hình H3-4: Sơ đồ hộp số 5 cấp xe du lịch. 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 8 
Trên hình H3-5c, hình H3-5d cũng là hộp số xe tải 5 cấp nh−ng tất cả các cấp đều 
dùng đồng tốc (kể cả số lùi) nhằm bảo đảm tính êm dịu tốt nhất cho hộp số khi gài số kể 
cả khi gài cấp số lùi để lùi xe. 
 Ngay cả hộp số sáu cấp, để bảo đảm tính êm dịu tốt nhất cho hộp số khi gài số, tất 
cả các cấp (từ số 1 đến số 6) đều có đồng tốc – trừ cấp số lùi (xem hình H3-6a, b). 
II
I III
L12345
a) Sơ đồ hộp số ZIL-130 
III
II
I
1L2345
b) Sơ đồ hộp số Clark-280 V 
Hình H3-5: Sơ đồ hộp số 5 cấp trên xe tải, có đồng tốctừ số 2 đến số 5. 
III
II
I
23
L145
 c) Sơ đồ hộp số IFA – W50L 
III
II
I
1L
2345
d) Sơ đồ hộp số KAMAZ - 14 
Hình H3-5: Sơ đồ hộp số 5 cấp trên xe tải, tất cả đều có đồng tốc. 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 9 
 Khi tải trọng càng tăng, số cấp tỷ số truyền tăng theo. Đặc biệt, đối với ôtô tải lớn, 
làm việc trong điều kiện nặng nhọc (không có đ−ờng hoặc chất l−ợng đ−ờng xấu nh− xe 
làm việc ở các hầm mỏ, công tr−ờng) phải dùng hộp số nhiều cấp (từ 8 đến 20 cấp, xem 
mục 2.2.2 hộp số nhiều cấp ở phần tiếp theo). 
Để nâng cao tính động lực và kinh tế nhiên liệu cũng nh− tăng tuổi thọ cho động 
cơ, ngày nay hộp số ôtô vận tải th−ờng thiết kế thêm số truyền tăng (ih<1) để chạy trên 
đ−ờng tốt hơn hoặc khi chạy non tải hay không tải. Số truyền tăng th−ờng có giá trị nằm 
trong khoảng ihn ≈ 0,6 ữ 0,85 (xem bảng B3-1 ở phần phụ lục). Hơn nữa, việc sử dụng số 
truyền tăng không những làm tăng tính động lực và tính kinh tế nhiên liệu mà còn làm 
gọn kích th−ớc hộp số nhất là hộp số nhiều cấp, cho phép giảm số vòng quay làm việc 
của động cơ và do đó tăng tuổi thọ của động cơ. 
2.2.2 Hộp số nhiều cấp (số cấp từ 8 đến 20): 
Đối với ôtô tải lớn và rất lớn hoạt động trong điều kiện nặng nhọc (trong nhiều 
loại đ−ờng khác nhau) hoặc đối với liên hợp máy kéo cỡ lớn thì số cấp của hộp số có thể 
lên đến 8 cho đến 20 cấp (xem bảng B3-1 ở phần phụ lục). Với hộp số nh− vậy phải có 
thêm cơ cấu điều khiển phụ và khi đó kết cấu hộp số đ−ợc chia làm hai phần : hộp số 
chính và hộp số phụ (Hình H3-7a, b); trong đó số cấp của hộp số chính th−ờng từ 4ữ5 
cấp, còn số cấp của hộp số phụ từ 2ữ4 cấp. 
III
II
I
L
123465
b) Sơ đồ hộp số Spicer- 5000 
III
II
I
L
12
3465
a) Sơ đồ hộp số ZF- AK6 –80 
Hình H3-6: Sơ đồ hộp số 6 cấp trên xe tải, tất cả đều có đồng tốc. 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 10 
Chú thích: 
III: Trục thứ cấp của hộp số chính (cũng chính là trục sơ cấp của hộp số phụ); 
IIIp: Trục thứ cấp của hộp số phụ; 
1p: Vị trí gái cấp số 1 của hộp số phụ; 
2p: Vị trí gái cấp số 2 của hộp số phụ. 
Khi sử dụng hộp số nhiều cấp theo sơ đồ động học đơn giản ở hình H3-7a không 
những hộp số trở nên kồng kềnh mà hiệu suất của hộp số nói chung cũng giảm do mỗi 
cấp số truyền phải qua nhiều hơn hai cặp bánh răng ăn khớp - trừ cấp số truyền thẳng 
(hình H3-7a) không phải qua cặp bánh răng nào (đối với hộp số ba trục kiểu đồng tâm). 
Để nâng cao hiệu suất của hộp số nhiều cấp, nếu hộp số từ 8 đến 10 cấp số thì hộp 
số phụ th−ờng đ−ợc thiết kế hai cấp theo sơ đồ động học của bộ truyền kiểu hành tinh 
(hình H3-7b). Bộ truyề bánh răng kiểu hành tinh sẽ cho nhờ hiệu suất cao hơn nhiều so 
I I I
I I Ip
II
I
L 2 p 1 p2 14 3
Hình H3-7a : Sơ đồ hộp số nh ... g ứng với vành răng hãm (2) 
và mặt côn ma sát (3) đ−ợc hoán đổi vị trí : mặt côn ma sát đ−ợc cấu tạo trực tiếp trên 
ống nối (1) thay vì trên bánh răng gài số; còn vành răng hãm đ−ợc tạo ngay trên vành 
răng gài số của bánh răng (4). Bằng cách đó cho phép đơn giản hoá cơ cấu định vị của 
đồng tốc. Bộ phận định vị chỉ còn mỗi lò xo chiều trục (5) tác dụng trực tiếp lên vành ma 
sát (3) theo chiều trục và đ−ợc định vị lại bởi vòng chặn (6). 
Tuy vậy nh−ợc điểm của kiểu đồng tốc này chính là lực chiều trục của lò xo định 
vị vì nó có xu h−ớng làm nhả số. Để tránh trả số đối với kiểu đồng tốc này, đòi hỏi lực 
của cơ cấu định vị trên thanh tr−ợt gài số phải lớn. Điều này lại dẫn đến đễ mòn các hốc 
định vị trên thanh tr−ợt và do đó lại dễ bị nhả số. 
 
Hình H4-16d : Bộ đồng tốc loại IId kiểu lò xo định vị h−ớng trục. 
β 
1 
2 
3 4
5
rms 
rβ 
1. Bộ phận nối; 
2. Vành răng hãm; 
3. Vành côn ma sát; 
4. Bánh răng gài số; 
5. Lò xo định vị; 
β - Góc nghiêng của răng hãm; 
rβ - Bán kính trung bình mặt hãm 
rms - Bán kính ma sát trung bình. 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 69 
4.4.2 Tính toán các thông số cơ bản của đồng tốc : 
 Xác định các thông số cơ bản của bộ đồng tốc hộp số ôtô bao gồm việc xác định 
mô-men cần thiết Mms để làm đồng đều nhanh chóng tốc độ trong thời gian tc, bàn kính 
ma sát rms, chiều rộng của bề mặt ma sát bms nhằm bảo đảm tuổi thọ cho đồng tốc. 
4.4.2.1 Mô-men ma sát cần thiết của bộ đồng tốc : Mô-men ma sát hình thành ở bộ đồng 
tốc khi gài số với lực gài Q phải thắng đ−ợc mô-men quán tính của bánh răng gài số (4) 
– xem các hình H4-15, H4-16 - cùng các khối l−ợng chuyển động quay có liên quan 
động học với bánh răng (4) trong quá trình gài số; nghĩa là : 
c
kms t
iJM ω∆= ∑ 2 (4-35) 
 Trong đó : 
J∑ : Mô-men quán tính của bánh răng gài số và của tất cả các khối l−ợng 
chuyển động quay trong hộp số có quan hệ động học trục sơ cấp hộp số 
(th−ờng là trục ly hợp); đ−ợc qui dẫn về trục sơ cấp, [kgm2]; 
ik : Tỷ số truyền thứ k của hộp số t−ơng ứng với chế độ tính toán của đồng tốc 
(tính từ trục sơ cấp đến bánh răng gài số cần tính toán); 
 ∆ω : Chênh lệch tốc độ giữa bánh răng gài số và bộ đồng tốc, [rad/s] ; 
tc : Thời gian làm đồng đều tốc độ giữa bộ đồng tốc và bánh răng gài số, [s]. 
 ) Thời gian tc đặc tr−ng cho tính hiệu quả của bộ đồng tốc. Thời gian tc càng nhỏ 
quá trình làm đồng đều tốc độ càng nhanh. Tuy nhiên, nếu tc nhỏ quá, theo (4-35) mô-
men ma sát yêu cầu sẽ lớn, đòi hỏi kích th−ớc của bộ đồng tốc phải lớn; làm cho kích 
th−ớc chung của hộp số trở nên lớn và kồng kềnh. Trong tính toán, tc đ−ợc chọn theo 
kinh nghiệm, phụ thuộc vào chủng loại xe và tuỳ theo nhóm số truyền cao hay số truyền 
thấp : 
 + Đối với ôtô du lịch : tc = 0,15 ữ 0,30 [s] cho các số cao; 
 tc = 0,50 ữ 0,80 [s] cho số thấp; 
 + Đối với ôtô tải và khách : tc = 0,30 ữ 0,80 [s] cho các số cao; 
 tc = 1,00 ữ 1,50 [s] cho các số thấp; 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 70 
* Riêng đối với hộp số phụ bố trí sau hộp số chính của hộp số nhiều cấp thì :
 tc = 1,00 ữ 2,00 [s]. 
) Chênh lệch tốc độ góc ∆ω phụ thuộc vào tỷ số truyền vừa nhả số 1±ki và tỷ số 
truyền sắp gài số ik. Trong tính toán thiết kế đồng tốc, chênh lệch tốc độ góc của hai 
số truyền kề nhau ∆ω đ−ợc xác định từ tốc độ góc của động cơ khi bắt đầu sang số 
ωeo : 
1
11
±
−=∆
kk
eo ii
ωω (4-35b) 
Trong đó : 
1±ki : Tỷ số truyền tính từ trục sơ cấp đến trục bộ đồng tốc của hộp số ứng với 
số truyền vừa nhả số (để tiến hành gài số thứ ik); 
ωeo : Tốc độ góc của động cơ khi bắt đầu chuyển số, [rad/s]. Giá trị này đ−ợc 
xác định theo kinh nghiệm nh− : 
Tốc độ góc động cơ ωeo[rad/s] khi bắt đầu sang số. 
Chế độ Động cơ xăng (Carbuaratơ) Động cơ 
sang số Xe du lịch Xe tải và khách Diezel 
Từ số thấp lên số cao (0,6ữ0,7)ωN 
(0,7ữ0,8)ωN 
và ≥ ωM 
(0,75ữ0,85)ωN 
Từ số cao về số thấp (0,4ữ0,5)ωN 
(0,5ữ0,6)ωN, 
và ≥ ωM 
(0,9ữ1,0)ωM 
Trong đó : ωN, ωM t−ơng ứng là tốc độ góc của động cơ ứng với công suất cực đại, 
mô-men cực đại của động cơ. 
 ) Mô-men quán tính khối l−ợng qui dẫn J∑ đ−ợc xác định tuỳ thuộc sơ đồ động 
học cụ thể của hộp số và vị trí bố trí bộ đồng tốc. 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 71 
‰ Với hộp số ba trục, bộ đồng tốc bố trí trên trục thứ cấp, công thức tính J∑ cùng 
với ∆ω và ik đ−ợc xác định nh− sau : 
⎪⎪
⎪⎪
⎩
⎪⎪
⎪⎪
⎨
⎧
=
−=∆
+++=
±
−
=
−−
∑ ∑
hk
hh
eo
ll
m
j
jzja
ii
ii
iJiJiJJJ
1
2
1
22
21
11ωω (4-35c) 
 Trong đó : 
 J1 : Mô men quán tính khối l−ợng của trục sơ cấp hộp số (th−ờng chính là trục 
ly hợp) và tất cả các chi tiết nối với trục (nh− đĩa bi động ly hợp), [kg.m2]; 
 J2 : Mô men quán tính khối l−ợng của trục trung gian và tất cả các chi tiết gắn 
trên trục trung gian, [kg.m2]; 
 ia : Tỷ số truyền của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp của hộp số; 
 Jzj : Mô men quán tính khối l−ợng của bánh răng bị động (quay trơn trên trục 
thứ cấp đồng thời ăn khớp với bánh răng chủ động trên trục trung gian) của cặp bánh 
răng gài số thứ j, [kg.m2]; 
 ij : Tỷ số truyền của hộp số ứng với cặp bánh răng gài số thứ j; 
 j : Chỉ số để chỉ bánh răng quay trơn thứ j trên trục thứ cấp; 
 m : Số l−ợng bánh răng quay trơn trên trục thứ cấp (th−ờng xuyên ăn khớp với 
bánh răng chủ động trên trục trung gian); 
 Jl : Mô men quán tính khối l−ợng của bánh răng số lùi có quan hệ động học 
th−ờng xuyên với bánh răng trên trục trung gian cùng với các khối l−ợng quay theo khác 
qui dẫn về trục của nó, [kgm2]; 
 il : Tỷ số truyền của các bánh răng số lùi; tính từ trục sơ cấp hộp số đến bánh 
răng số lùi th−ờng xuyên có quan hệ động học với bánh răng trên trục trung gian; 
 ‰ Với hộp số nhiều cấp mà hộp số phụ bố trí phía sau (hình H4-7a,b) thì công 
thức (4-35c) cũng đúng cho bộ đồng tốc của hộp số chính và cả hộp số phụ có sơ đồ 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 72 
động học t−ơng đ−ơng. Chỉ chú ý thêm rằng đối với đồng tốc của hộp số phụ , thì thành 
phần mô-men quán tính của trục sơ cấp J1 chính là mô-men quán tính của trục thứ cấp 
hộp số chính (bao gồm cả các chi tiết cố định trên đó nh− các bộ đồng tốc, ống gài .. của 
hộp số chính) cộng với mô-men quán tính tổng cộng J∑ của hộp số chính qui dẫn về trục 
thứ cấp của hộp số chính (tức là trục sơ cấp của hộp số phụ). Nghĩa là : 
⎪⎪
⎪⎪
⎩
⎪⎪
⎪⎪
⎨
⎧
=
−=∆
+++=
±
=
−−
∑∑ ∑
pkp
pph
eop
mp
jp
jpzjpapphpp
ii
iii
iJiJiJJJ
1
1
22
2
2
1
11)1(
)(
ωω (4-36) 
ở đây, chỉ số p để chỉ t−ơng ứng cho các thông số của hộp số phụ, ng−ợc lại các 
thông số không có chỉ số p, để chỉ t−ơng ứng cho hộp số chính (ωeo, J∑, ih). 
4.4.2.2 Bán kính ma sát của bộ đồng tốc : 
Nếu gọi Rms là bán kính trung bình của vành côn ma sát bộ đồng tốc, thì mô men 
ma sát đ−ợc tạo ra do lực ép Q tác dụng lên đôi bề mặt ma sát của đồng tốc đ−ợc xác 
định bằng : 
 α
à
sin
.. ms
ms
RQ
M = (4-37) 
 Trong đó : 
 Q : Lực ép tác dụng theo chiều trục lên đôi bề mặt ma sát, [N]; 
à : Hệ số ma sát giữa đôi bề mặt ma sát; 
α : Góc côn của đôi bề mặt ma sát (xem các hình H4-15, hình H4-16); 
Rms : Bán kính trung bình của đôi bề mặt ma sát, [m]; 
Từ các ph−ơng trình (4-35) đến (4-37), rút ra bán kính ma sát Rms : 
 à
α
.
sin.
Q
MR msms = (4-38) 
 Trong tính toán, Mms đ−ợc xác định từ các ph−ơng trình (4-35), (4-36). Với vật 
liệu của đôi bề mặt ma sát là đồng thau và làm việc trong dầu thì à ≈ 0,06. 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 73 
Khi góc côn α càng nhỏ, mô-men ma sát Mms do lực Q tạo ra càng lớn và nh− vậy 
có lợi cho việc gài số. Nghĩa là lái xe chỉ cần tác dụng một lực nhỏ lên cần điều khiển 
(P) cũng đủ để tạo ra mô-men ma sát cần thiết nhằm làm đồng đều nhanh chóng tốc độ 
cho bộ đồng tốc. Tuy vậy, góc côn α không đ−ợc nhỏ hơn góc ma sát của đôi bề mặt ma 
sát để bảo đảm cho các mặt côn dễ dàng thoát khỏi nhau khi nhả số. Với vật liệu của đôi 
bề mặt ma sát là đồng thau thì góc côn α tốt nhất là 6 ữ 70. 
Quan hệ giữa lực ép Q và lực trên cần điều khiển P đ−ợc xác định thông qua tỷ số 
truyền từ cần điều khiển đến cần gạt đồng tốc nh− sau : 
 dkdkiPQ η..= (4-39) 
Trong đó : 
P : Lực danh nghĩa tác dụng lên cần điều khiển, 
P = 60 [N] đối với xe du lịch và xe buýt; 
P = 100 [N] đối với xe tải; 
idk : Tỷ số truyền các đòn điều khiển, trong tính toán có thể lấy idk = 1,5 ữ 2,5; 
ηdk : Hiệu suất của cơ cấu điều khiển; có thể chọn ηdk = 0,85 ữ 0,95; 
4.4.2.3 Góc nghiêng của bề mặt hãm β : 
Mô men ma sát Mms hình thành ở vành côn ma sát của đồng tốc sẽ thông qua các 
chốt hãm (hoặc vành răng hãm), tác dụng ng−ợc lên các bề mặt nghiêng góc β (còn gọi 
là mặt hãm) các lực vòng P’ và lực chiều trục Q’ đ−ợc xác định theo mô men ma sát Mms 
và góc nghiêng β nh− sau : 
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
==
=
ββ β
β
tgR
M
tg
PQ
R
MP
ms
ms
.
''
'
 (4-40) 
Trong đó : 
Rβ : Bàn kính quay trung bình của mặt hãm, [m]; 
β : Góc nghiêng bề mặt hãm. 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 74 
Phản lực chiều trục Q’ tác dụng ng−ợc lên bộ phận nối có chiều ng−ợc với chiều 
lực gài số Q. Với một giá trị nhất định của mô men ma sát Mms (ứng với một lực gài Q) 
thì giá trị của phản lực Q’ phụ thuộc vào góc nghiêng β. Khi thiết kế, góc nghiêng β chỉ 
cần đủ nhỏ để bảo đảm sao cho Q’ ≥ Q nhằm hãm và giữ không cho ống nối dịch chuyển 
khi các bề mặt ma sát ch−a đồng đều tốc độ. Nếu góc nghiêng β nhỏ quá sẽ cản trở sự di 
chuyển của ống nối đi vào gài số khi đồng tốc đã đồng đều tốc độ. 
Từ điều kiện Q’ ≥ Q, thay Mms từ biểu thức (4-37) vào (4-39), ta đ−ợc : 
 Q
tgR
RQ ms ≥βα
à
β ..sin
..
 hay βα
à
β
tg
R
Rms ≥
.sin
.
 (4-41) 
 Biểu thức (4-40) là cơ sở để thiết kế góc nghiêng β của mặt hãm để bảo đảm hãm 
đồng tốc khi nó ch−a đồng đều tốc độ đồng thời cho phép ống nối của đồng tốc di 
chuyển dễ dàng đi vào gài số khi bộ đồng tốc đã đạt đ−ợc sự đồng đều tốc độ. Bán kính 
trung bình của bề mặt hãm Rβ đ−ợc xác định theo điều kiện kết cấu của đồng tốc. Khi 
thiết kế, tuỳ thuộc vào kiểu đồng tốc mà giá trị trung bình của Rβ đ−ợc chọn trong 
khoảng Rβ ≈ (0,75 ữ 1,25)Rms. 
4.4..2.4 Chiều rộng bề mặt ma sát của đồng tốc : 
Chiều rộng bề mặt vành côn ma sát của đồng tốc sẽ có kích th−ớc đủ lớn sao cho 
áp lực pháp sinh ra trên bề mặt không lớn quá nhằm bảo đảm tuổi thọ cần thiết cho bề 
mặt vành ma sát của dồng tốc. 
Do góc nghiêng của vành côn ma sát nhỏ (α ≈ 6 ữ 70) nên có thể xem chiều rộng 
bề mặt vành côn ma sát nh− là chiều dài hình trụ có đ−ờng kính bằng 2Rms. 
Gọi pN là áp lực pháp tuyến tác dụng lên bề mặt trụ thì ta có thể viết mômen ma 
sát tác dụng lên bề mặt bằng: 
Mms = msNmsms R.).p.b.R.2.( àπ (4-42) 
 Suy ra chiều rộng bề mặt vành côn ma sát bms [m] phải đủ lớn để áp lực pháp 
tuyến pN tác dụng lên bề mặt là nhỏ: 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 75 
 bms ≥ 2
msN
ms
R].p.[..2
M
àπ (4-43) 
 Trong đó: 
 [pN] : Giá trị áp suất pháp tuyến cho phép tác dụng lên bề mặt côn ma sát. 
 Với vật liệu của vành côn ma sát th−ờng đ−ợc làm bằng đồng thau và đ−ợc bôi 
trơn bằng dầu trong cac-te của hộp số thì giá trị áp suất làm việc cho phép nằm trong 
khoảng [pN] ≈ (1,0 ữ1,5) [MN/m2]. 
Hệ số ma sát của chúng trong môi tr−ờng dầu nh− đã nêu trên à ≈ 0,06 ữ 0,07. 
Mômen ma sát Mms đ−ợc xác định từ ph−ơng trình (4-35) hoặc (4-37) với bán kính 
ma sát đã đ−ợc xác định theo (4-38). 
Các thông số khác đã chú thích. 
 Nếu thay Mms từ (4-37) thì (4-43) có thể đ−ợc viết lại : 
 bms ≥ απ
η
sin.R].p.[.2
.i.P
msN
dkdkdk (4-43b) 
 Các thông số đã đ−ợc chú thích. 
4.4.2.5 Xác định thời gian gài số thực tế của đồng tốc : 
 Khi tính toán đồng tốc theo ph−ơng pháp trình bày trên, chúng ta đã giả thiết rằng 
trong quá trình gài đồng tốc thì vận tốc xe không đổi. Thực tế, khi gài đồng tốc, do cắt ly 
hợp (hoặc giảm vị trí cung cấp nhiên liệu cho động cơ về chế độ không tải - đối với ôtô 
sử dụng ly hợp thủy lực) nên tốc độ xe giảm trong quá trình gài số. Nghĩa là các chi tiết 
nối với trục sơ cấp hộp số sẽ chuyển động chậm dần theo tốc độ của xe trong thời gian 
gài đồng tốc. Tức là mô men ma sát cần thiết phải có để khắc phục mômen quán tính ở 
biểu thức (4-35 ) phải đ−ợc hiệu chỉnh bằng : 
 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ ±∆= ∑ c
c
kms t
iJM εω2 (4-44) 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 76 
 Trong đó: εc chính là gia tốc góc của trực thứ cấp do xe giảm tốc độ khi sang số. 
 Dấu + ứng với tr−ờng hợp gái số từ số thấp lên số cao. 
 Dấu - ứng với tr−ờng hợp gái số từ số cao về số thấp. 
 Suy ra thời gian chuyển số thực tế khi gài đồng tốc t−ơng ứng là : 
 ( )ckms kc iJM
iJ
t ε
ω
2
2
∑
∑ ∆= m (4-45) 
 ở đây : Dấu - ứng với tr−ờng hợp gái số từ số thấp lên số cao. 
 Dấu + ứng với tr−ờng hợp gái số từ số cao về số thấp. 
 Mômen ma sát Mms đ−ợc tính theo công thức (4-37) khi đã xác định bán 
kính ma sát Rms. 
 Còn gia tốc εc đ−ợc xác định từ quá trình giảm tốc của xe trong khi sang số : 
ckbx
ck
c R
ig
ηδ
ψε
..
..= (4-46) 
 Trong đó : g là gia tốc trọng tr−ờng (g = 9,81 [m/s2]). 
 ψ là hệ số cản tổng cộng của đ−ờng. 
ick, ηck tỷ số truyền và hiệu suất truyền lực tính từ bánh răng gài đang 
tính của đồng tốc đến bánh xe chủ động ôtô Rbx . 
δ hệ số xét đến các khối l−ợng quay trong hệ thống truyền lực đến lực 
quá tính chuyển động tính tiến của ôtô. 
4.4.2.6 Công tr−ợt riêng của đồng tốc: 
 Công tr−ợt riêng của đồng tốc đ−ợc đánh giá bởi công tr−ợt của đôi bề mặt vành 
ma sát trên một đơn vị diện tích của vành ma sát nh− sau: 
msbx
ms
r b.R..2
Ll π= (4-47) 
Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 
GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 77 
 Trong đó: 
 Lms : Công tr−ợt do ma sát tr−ợt của đôi bề mặt ma sát đồng tốc [J]. Công tr−ợt 
Lms có thể đ−ợc xác định theo công thức đề xuất của giáo s− Griskevich nh− sau: 
2
t).t..(ML cccmsms ε±ω∆= (4-48) 
 Ơ đây ∆ω là chênh lệch tốc độ góc giữa hai số truyền; đ−ợc xác định theo (4-35c) 
hoặc (4-36) tùy theo bộ đồng tốc ở hộp số chính hay hộp số phụ. Còn gia tốc εc đ−ợc xác 
định theo (4-46) và tc là thời gian chuyển số thực tế và đ−ợc xác định theo (4-45). 
 Giá trị công tr−ợt riêng lr tính theo (4-47) th−ờng nằm trong giới hạn sau: 
 + Đối với xe con, tải và khách cở nhỏ : lr ≤ 100 [KJ/m2] 
 + Đối với tải và khách trung bình : lr ≤ 200 [KJ/m2] 
 + Đối với tải lớn và cực lớn : lr ≤ 500 [KJ/m2] 
==	==