Nếu bạn đã từng lái 1 chiếc xe sử dùng cần số tay, chắc bạn sẽ có những thắc mắc sau:
1. Những di chuyển hình chữ "H" có liên quan gì đến những chuyển động trong hộp số?
2. Khi bạn gạt cần số tùm lum, bạn thường nghe những tiếng crọoc croọc, tại sao như vậy?
3. Chuyện gì sẽ xảy ra nếu như bạn đang chay nhanh trên xa lộ mà bạn vô tình gạt cần số về số lùi (reverse)?
Trong bài này chúng ta sẽ nói sơ qua về hộp số tay và cách hoạt động.
<b>Mục đích của hộp số</b>
Xe của chúng ta cần phải sang số là do tính chất của động cơ xăng dầu (gasoline engine). Trước hết chúng ta cần biết là mỗi động cơ đều có một vạch đỏ giới hạn tốc độ quay (RPM) tối đa mà động cơ ko bị nổ. Và khi để có mã lực và moment quay tối đa thì khoảng RPM này sẽ khá nhỏ. Thay đổi số giúp thay đổi tỉ lệ chuyển động (gear ratio) giữa động cơ và bánh xe làm xe tăng tốc hoặc giảm tốc.
Thật là lý tưởng nếu việc chuyển số có thể linh hoạt trong việc thay đổi tỉ lệ này để động cơ luôn ở tốc độ quay tốt nhất. Đó là ý tưởng của hộp số vô cấp CVT (continously variable tranmission)
<b> CVT </b>
CVT gần như có vô hạn tỉ lệ chuyển động (gear ratio). Trước đây, CVT ko thể đọ lại được với hộp số 4 số, 5 số về mặt chi phí, kích thước và độ tin cậym chính vì thế chúng ta ko thấy CVT bao giờ. Nhưng gần đây, những tiến bộ trong CVT đã giúp CVT trở nên thông dụng. Xe Toyota Prius là 1 chiếc hybrid sử dụng CVT.
Hộp số sẽ được nối với động cơ quá 1 cái khớp (clutch), khi đó thanh quay input (input shaft) của hộp số sẽ chuyển động cùng tốc độ với động cơ.
Trong khi đó ở hộp số 5 số thì mỗi số sẽ có tỉ lệ chuyển động (gear ratio) giữa thanh quay input và thanh quay output. Ví dụ
Gear Ratio RPM at Transmission Output Shaft with Engine at 3,000 rpm
1st 2.315:1 1,295
2nd 1.568:1 1,913
3rd 1.195:1 2,510
4th 1.000:1 3,000
5th 0.915:1 3,278
Tuy nhiên ở bài này chúng ta chỉ nói về hộp số tay.
<b>Hộp số đơn giản</b>
Để dễ hiểu hơn về hộp số thông thường, chúng ta thử xem trên 1 hộp số 2 số đơn giản như hình dưới.
Chúng ta cùng xem xem từng bộ phận hoạt động như thế nào.
+ Thanh màu xanh lá cây sẽ nối với lại động cơ qua 1 cái khớp. Cái khớp này dùng để nối hoặc tách động cơ khỏi hộp số. Khi bạn đạp côn (clutch pedal) thì khớp này sẽ bị tách ra, và động cơ sẽ chuyện động tự do. Và nó sẽ khớp vào lại khi bạn nhả rả. Thanh màu xanh này sẽ chuyển động cùng tốc độ với động cơ.
+ Thanh màu đỏ (layshaft) chuyển động thành 1 khối (các bánh răng chuyển động cùng tốc độ quay). Thanh này được nối với thanh xanh để nhận chuyển động từ động cơ.
+ Thanh vàng sẽ chuyền chuyển động ra các bánh xe qua bộ truyền động. Thanh vàng chỉ chuyển động khi bánh xe chuyển động.
+ Bánh răng xanh dương. Bánh này dùng để nhận chuyển động từ nhũng bánh răng màu đỏ. Chúng ko nối với thanh vàng mà xoay quanh thanh vàng đó. Khi ở số 0 cho dù thanh vàng có chuyển động thì bánh răng xanh cũng ko chuyển động và ngược lại.
+ Cái bánh răng cuối cùng màu tím nối trực tiếp với thanh vàng, và có nhiệm vụ "ăn" vào 1 trong hai bánh răng xanh dương để nhận chuyển động. Như vậy 2 bánh xanh dương chính là 2 số của xe.
<b> Vào số 1</b>
Hình vẽ trên là trạng thái của hộp số ở số 1. Nhìn hình vẽ chúng ta có thể hiểu được những điều sau:
+ Vì bánh răng số 1 là bánh to nhất nối vào bánh động nhỏ nhất, do đó động cơ lúc này là mạnh nhất nhưng tốc độ tối đa lại thấp.
+ Khi sang số ko cẩn thận bạnh sẽ rất dễ bị trường hợp các răng của bánh tím ko khớp với răng của bánh xanh dẫn đến bánh tím bị bật ra và tạo ra những tiếng crọoc croọc.
<b> Chuyển động thực </b>
Bạn có thể xem cách 1 hộp số 4 số hoặc động ở cái flash này
http://64.191.30.45/~kstnorg/midgoo/Cars/Extra/Manual%20Trans/transmission.swf
Hộp số 5 số khá phổ biến hiện nay. Chúng ta có thể tưởng tượng nó như hình vẽ sau:
Như vậy chúng ta có thể thấy chúng ta sẽ có 3 bánh răng tím cho 5 số tới và 1 số lùi. Kết hợp vớ i hình vẽ dưới ta có thể tưởng tượng được mối liên kết.
Như vậy cần số có thể chuyển động thoải mái trên trục ngang và sẽ vào số khi vào trục dọc.
Có thể thấy là khi chúng ta kéo cần số về trục dọc thì cũng sẽ tách bánh tím ra khỏi bánh xanh. Điều này để tránh trường hợp 2 bánh cùng ăn 1 lúc.
Thế còn đối với số lùi thì sao?
Thật đơn giản, chúng ta chỉ cần thêm 1 bánh răng gọi là Idler gear. Đây chỉ là 1 bài Vật lí cấp 2 mà chúng ta ai cũng biết.
Khi xe đang chuyển động tới có nghĩa là các bánh răng màu tím đang chuyển động, nếu bạn vào số lùi sẽ làm ngược chuyển động, nhưng điều này sẽ rất khó xảy ra vì 2 bánh răng tím và bánh răng xanh của số lùi khó mà ăn vào nhau. Tuy nhiên bạn sẽ tạo ra những tiếng ồn và có thể làm hỏng cả hộp số nếu cứ cố gắng.
<b>Bộ đồng tốc (synchronizer)</b>
Để tránh bị hỏng bánh răng do thay đổi chưyển động độ ngột khi sang số, chúng ta có 1 bộ phận gọi là synchronizer.
Bộ phận này sẽ tận dụng lực ma sát để làm cho tốc độ của bánh răng tím và bánh răng xanh bằng nhau trước khi chúng thực sự được nối vào nhau. Mỗi hãng sản xuất có thể có bộ sync khác nhau, nhưng ý tưởng chung vẫn là như thế.
1. Những di chuyển hình chữ "H" có liên quan gì đến những chuyển động trong hộp số?
2. Khi bạn gạt cần số tùm lum, bạn thường nghe những tiếng crọoc croọc, tại sao như vậy?
3. Chuyện gì sẽ xảy ra nếu như bạn đang chay nhanh trên xa lộ mà bạn vô tình gạt cần số về số lùi (reverse)?
Trong bài này chúng ta sẽ nói sơ qua về hộp số tay và cách hoạt động.
<b>Mục đích của hộp số</b>
Xe của chúng ta cần phải sang số là do tính chất của động cơ xăng dầu (gasoline engine). Trước hết chúng ta cần biết là mỗi động cơ đều có một vạch đỏ giới hạn tốc độ quay (RPM) tối đa mà động cơ ko bị nổ. Và khi để có mã lực và moment quay tối đa thì khoảng RPM này sẽ khá nhỏ. Thay đổi số giúp thay đổi tỉ lệ chuyển động (gear ratio) giữa động cơ và bánh xe làm xe tăng tốc hoặc giảm tốc.
Thật là lý tưởng nếu việc chuyển số có thể linh hoạt trong việc thay đổi tỉ lệ này để động cơ luôn ở tốc độ quay tốt nhất. Đó là ý tưởng của hộp số vô cấp CVT (continously variable tranmission)
<b> CVT </b>
CVT gần như có vô hạn tỉ lệ chuyển động (gear ratio). Trước đây, CVT ko thể đọ lại được với hộp số 4 số, 5 số về mặt chi phí, kích thước và độ tin cậym chính vì thế chúng ta ko thấy CVT bao giờ. Nhưng gần đây, những tiến bộ trong CVT đã giúp CVT trở nên thông dụng. Xe Toyota Prius là 1 chiếc hybrid sử dụng CVT.
Hộp số sẽ được nối với động cơ quá 1 cái khớp (clutch), khi đó thanh quay input (input shaft) của hộp số sẽ chuyển động cùng tốc độ với động cơ.
Trong khi đó ở hộp số 5 số thì mỗi số sẽ có tỉ lệ chuyển động (gear ratio) giữa thanh quay input và thanh quay output. Ví dụ
Gear Ratio RPM at Transmission Output Shaft with Engine at 3,000 rpm
1st 2.315:1 1,295
2nd 1.568:1 1,913
3rd 1.195:1 2,510
4th 1.000:1 3,000
5th 0.915:1 3,278
Tuy nhiên ở bài này chúng ta chỉ nói về hộp số tay.
<b>Hộp số đơn giản</b>
Để dễ hiểu hơn về hộp số thông thường, chúng ta thử xem trên 1 hộp số 2 số đơn giản như hình dưới.
Chúng ta cùng xem xem từng bộ phận hoạt động như thế nào.
+ Thanh màu xanh lá cây sẽ nối với lại động cơ qua 1 cái khớp. Cái khớp này dùng để nối hoặc tách động cơ khỏi hộp số. Khi bạn đạp côn (clutch pedal) thì khớp này sẽ bị tách ra, và động cơ sẽ chuyện động tự do. Và nó sẽ khớp vào lại khi bạn nhả rả. Thanh màu xanh này sẽ chuyển động cùng tốc độ với động cơ.
+ Thanh màu đỏ (layshaft) chuyển động thành 1 khối (các bánh răng chuyển động cùng tốc độ quay). Thanh này được nối với thanh xanh để nhận chuyển động từ động cơ.
+ Thanh vàng sẽ chuyền chuyển động ra các bánh xe qua bộ truyền động. Thanh vàng chỉ chuyển động khi bánh xe chuyển động.
+ Bánh răng xanh dương. Bánh này dùng để nhận chuyển động từ nhũng bánh răng màu đỏ. Chúng ko nối với thanh vàng mà xoay quanh thanh vàng đó. Khi ở số 0 cho dù thanh vàng có chuyển động thì bánh răng xanh cũng ko chuyển động và ngược lại.
+ Cái bánh răng cuối cùng màu tím nối trực tiếp với thanh vàng, và có nhiệm vụ "ăn" vào 1 trong hai bánh răng xanh dương để nhận chuyển động. Như vậy 2 bánh xanh dương chính là 2 số của xe.
<b> Vào số 1</b>
Hình vẽ trên là trạng thái của hộp số ở số 1. Nhìn hình vẽ chúng ta có thể hiểu được những điều sau:
+ Vì bánh răng số 1 là bánh to nhất nối vào bánh động nhỏ nhất, do đó động cơ lúc này là mạnh nhất nhưng tốc độ tối đa lại thấp.
+ Khi sang số ko cẩn thận bạnh sẽ rất dễ bị trường hợp các răng của bánh tím ko khớp với răng của bánh xanh dẫn đến bánh tím bị bật ra và tạo ra những tiếng crọoc croọc.
<b> Chuyển động thực </b>
Bạn có thể xem cách 1 hộp số 4 số hoặc động ở cái flash này
http://64.191.30.45/~kstnorg/midgoo/Cars/Extra/Manual%20Trans/transmission.swf
Hộp số 5 số khá phổ biến hiện nay. Chúng ta có thể tưởng tượng nó như hình vẽ sau:
Như vậy chúng ta có thể thấy chúng ta sẽ có 3 bánh răng tím cho 5 số tới và 1 số lùi. Kết hợp vớ i hình vẽ dưới ta có thể tưởng tượng được mối liên kết.
Như vậy cần số có thể chuyển động thoải mái trên trục ngang và sẽ vào số khi vào trục dọc.
Có thể thấy là khi chúng ta kéo cần số về trục dọc thì cũng sẽ tách bánh tím ra khỏi bánh xanh. Điều này để tránh trường hợp 2 bánh cùng ăn 1 lúc.
Thế còn đối với số lùi thì sao?
Thật đơn giản, chúng ta chỉ cần thêm 1 bánh răng gọi là Idler gear. Đây chỉ là 1 bài Vật lí cấp 2 mà chúng ta ai cũng biết.
Khi xe đang chuyển động tới có nghĩa là các bánh răng màu tím đang chuyển động, nếu bạn vào số lùi sẽ làm ngược chuyển động, nhưng điều này sẽ rất khó xảy ra vì 2 bánh răng tím và bánh răng xanh của số lùi khó mà ăn vào nhau. Tuy nhiên bạn sẽ tạo ra những tiếng ồn và có thể làm hỏng cả hộp số nếu cứ cố gắng.
<b>Bộ đồng tốc (synchronizer)</b>
Để tránh bị hỏng bánh răng do thay đổi chưyển động độ ngột khi sang số, chúng ta có 1 bộ phận gọi là synchronizer.
Bộ phận này sẽ tận dụng lực ma sát để làm cho tốc độ của bánh răng tím và bánh răng xanh bằng nhau trước khi chúng thực sự được nối vào nhau. Mỗi hãng sản xuất có thể có bộ sync khác nhau, nhưng ý tưởng chung vẫn là như thế.
Chủ đề tương tự
Ngày đăng:
. Còn nói về mặt kỹ thuật thì khi thiết kế một hộp số các kỹ sư dĩ nhiên đã chọn cấu trúc tối ưu nhất để thích hợp với xe và công suất của máy, cũng như về mặt độ bền, performance, kinh tế,.v.v.
