Hộp Số Sàn ô Tô: Cấu Tạo, Nguyên Lý Làm Việc Và Cách Sử Dụng

Nắm được cấu tạo và nguyên lý làm việc của hộp số sàn ô tô sẽ giúp việc sử dụng và lái xe ô tô số sàn trở nên đơn giản hơn.

Hộp số sàn ô tô là loại hộp số lâu đời nhất cũng có cấu tạo đơn giản nhất. Tuy những năm gần đây, các dòng xe ô tô hộp số tự động như xe tự động AT, xe hộp số vô cấp CVT, xe hộp số ly hợp kép DCT… ngày càng được ưa chuộng hơn, nhưng xe số sàn vẫn có được lượng người dùng nhất định.

Hộp số sàn ô tô là gì?

Hộp số sàn (còn gọi là số tay, tiếng Anh là Manual Transmission – viết tắt MT) là loại hộp số mà người lái trực tiếp điều khiển việc thay đổi tỉ số truyền động thông qua cần số.

Dù hiện nay xe ô tô số tự động đang “lấn át” xe số sàn nhưng vẫn có một bộ phận người dùng thích xe số sàn. Lý do chủ yếu vì xe số sàn có giá rẻ hơn, di chuyển tiết kiệm xăng hơn… Đặc biệt ở xe số sàn, người ta có được cảm giác lái chân thật hơn, bởi có thể hoàn toàn kiểm soát việc chuyển số. Đây là nguyên nhân tại sao hiện vẫn còn nhiều nhà sản xuất ô tô cung cấp song song các phiên bản số sàn và phiên bản số tự động trên cùng một mẫu xe.

Cấu tạo hộp số sàn

Các bánh răng

Bánh răng là một phần không thể thiếu trong cấu trúc của hộp số sàn ô tô, đóng vai trò quan trọng trong quá trình truyền động. Được thiết kế với các răng cưa trên bề mặt, chúng có khả năng khớp vào nhau và xoay tròn xung quanh trục của chúng.

Khi người lái xe thay đổi cần số, bánh răng sẽ đảm nhận nhiệm vụ thay đổi tỉ số giữa động cơ và bánh xe. Việc này giúp tối ưu hóa công suất của động cơ và hiệu quả vận hành của xe. Mỗi cặp bánh răng trong hộp số sẽ có số răng và hình dạng khác nhau để phù hợp với các điều kiện vận hành khác nhau, từ điều kiện đường trơn đến đường dốc.

Sự chính xác trong thiết kế và sản xuất bánh răng là yếu tố cực kỳ quan trọng để đảm bảo hộp số hoạt động mượt mà và hiệu quả. Nếu các răng không khớp hoàn hảo, nó có thể dẫn đến mài mòn nhanh chóng và gây ra tiếng ồn hoặc thậm chí là hỏng hóc toàn bộ hộp số.

Trục hộp số

Phần này của hộp số sàn ô tô bao gồm hai thành phần quan trọng là hộp số dọc và hộp số ngang, mỗi loại đều có cấu trúc và vai trò riêng biệt trong quá trình truyền động của xe.

Hộp số dọc thường được sử dụng trong các xe có động cơ đặt ngang, và nó bao gồm ba trục chính là trục sơ cấp, trục trung cấp và trục thứ cấp. Trục sơ cấp là trục chuyển động trực tiếp từ động cơ, trục trung cấp thường có vai trò truyền động một phần giữa trục sơ cấp và trục thứ cấp, và trục thứ cấp là trục cuối cùng truyền động đến bánh xe. Sự kết hợp của ba trục này giúp điều chỉnh và chuyển đổi tỉ số truyền khác nhau để phù hợp với tốc độ và điều kiện vận hành của xe.

Trong khi đó, hộp số ngang thường được sử dụng trong các xe có động cơ đặt dọc và cũng có vai trò quan trọng trong việc truyền động xe. Hộp số ngang chỉ bao gồm hai trục là trục sơ cấp và trục thứ cấp. Trục sơ cấp nhận lực từ động cơ và truyền động đến trục thứ cấp, từ đó truyền lực đến bánh xe. Cấu trúc đơn giản này thường được sử dụng trong các loại xe nhỏ gọn hoặc trong các dòng xe với mục đích tiết kiệm không gian và trọng lượng.

Bộ đồng tốc

Bộ đồng tốc trong hộp số ô tô đóng vai trò quan trọng trong việc làm đồng đều tốc độ quay của các bánh răng khi chuyển số. Chức năng chính của bộ đồng tốc là điều tiết và điều chỉnh tốc độ quay của các bánh răng để đảm bảo chúng khớp nhịp và tránh xảy ra hiện tượng va đập. Việc này không chỉ làm cho quá trình chuyển số trở nên mượt mà, trơn tru hơn mà còn giúp tăng tính êm ái và hiệu quả của hệ thống truyền động.

Ổ bi

Chi tiết này trong hộp số ô tô có vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất hoạt động của hộp số. Bằng cách chuyển đổi ma sát từ trượt sang lăn, nó giúp giảm thiểu sự mòn mỏi và hao mòn của các bộ phận trong hộp số, từ đó kéo dài tuổi thọ của hệ thống. Ngoài ra, việc giảm thiểu ma sát trượt cũng đồng nghĩa với việc giảm tiếng ồn phát sinh trong quá trình hoạt động của hộp số, cải thiện trải nghiệm lái xe bằng cách tạo ra một môi trường yên tĩnh hơn trong cabin.

Vỏ và nắp hộp số

Vỏ và nắp hộp số là những thành phần quan trọng của hệ thống hộp số ô tô, chịu trách nhiệm bảo vệ các chi tiết bên trong khỏi các yếu tố bên ngoài như bụi bẩn, bụi đường, nước và các tác động cơ học. Chúng được thiết kế để bao bọc hộp số một cách kín đáo và chắc chắn, giúp ngăn ngừa bất kỳ tác động xấu nào có thể gây hỏng hóc hoặc mài mòn các bộ phận bên trong.

Đặc biệt, vỏ và nắp hộp số còn đóng vai trò quan trọng trong việc giữ cho dầu bôi trơn bên trong hộp số không bị thất thoát ra ngoài. Từ đó đảm bảo hệ thống luôn duy trì được mức bôi trơn cần thiết để hoạt động mượt mà và hiệu quả.

Nguyên lý làm việc của hộp số sàn

Quy trình hoạt động

• Trục sơ cấp trong hộp số ô tô là trục chứa các bánh răng màu xanh lá, được gọi là bánh răng dẫn động. Nhiệm vụ của trục sơ cấp là tiếp nhận và truyền động lực mô-men xoắn từ động cơ thông qua bộ ly hợp.
• Trục trung gian là trục có các bánh răng chủ động, được phân biệt với màu sắc là đỏ. Trong số các bánh răng chủ động này, có một bánh răng được nối với bánh răng xanh lá trên trục sơ cấp. Sự ăn khớp giữa hai bánh răng này được thể hiện khi trục sơ cấp quay, bánh răng xanh lá cũng quay đồng thời kéo theo bánh răng đỏ này và làm cho trục trung gian cũng quay theo.
• Trục thứ cấp là trục có các bánh răng bị động, có màu sắc là xanh lam. Mỗi bánh răng bị động trên trục này ăn khớp với một bánh răng chủ động trên trục trung gian, tạo thành các cặp bánh răng tương ứng với từng cấp số. Khi bánh răng chủ động quay, bánh răng bị động sẽ quay theo, đồng thời làm cho trục thứ cấp cũng quay và truyền động lực mô-men xoắn đến các bánh xe.

Trong mỗi trường hợp của hộp số sàn, số lượng cặp bánh răng chủ động và bánh răng bị động sẽ tương ứng với số lượng cấp số. Ngoài ra, còn có một cặp bánh răng dành cho số lùi, trong đó bao gồm bánh răng trung gian màu tím.

Sau đây là nguyên lý làm việc của hộp số sàn:

• Trục sơ cấp là trục có các bánh răng xanh lá – bánh răng dẫn động. Đây là trục tiếp nhận mô men truyền từ động cơ thông qua ly hợp vào hộp số.
• Trục trung gian là trục có các bánh răng đỏ – bánh răng chủ động. Trong các bánh răng đỏ có 1 bánh răng ăn khớp với 1 bánh răng xanh lá trên trục sơ cấp. Do đó, khi trục sơ cấp quay, bánh răng xanh quay thì bánh răng đỏ này cũng quay dẫn đến cả trục trung gian sẽ quay theo.
• Trục thứ cấp là trục có các bánh răng xanh biển – bánh răng bị động. Mỗi bánh răng xanh biển sẽ ăn khớp với 1 bánh răng đỏ ở trục trung gian tạo nên các cặp bánh răng tương ứng với từng cấp số. Khi bánh răng đỏ quay, bánh răng xanh sẽ quay theo, khiến trục thứ cấp quay và dẫn động ra ngoài.

Hộp số sàn có bao nhiêu cấp số thì sẽ có bấy nhiêu cặp bánh răng xanh biển và đỏ, cùng với 1 cặp bánh răng số lùi (cặp bánh răng này có thêm bánh răng trung gian màu tím). Ví dụ hộp số sàn 5 cấp sẽ có 6 cặp bánh răng gồm 5 cặp bánh răng số tiến và 1 cặp bánh răng số lùi. Hộp số sàn 4 cấp sẽ có 5 cấp bánh răng gồm 4 cặp bánh răng số tiến và 1 cặp bánh răng số lùi.

Nguyên lý hoạt động của số tiến

Trục sơ cấp xanh lá (đầu vào) sẽ truyền động đến trục thứ cấp vàng (đầu ra) thông qua sự ăn khớp của một trong các cặp bánh răng đỏ và xanh biển. Cụ thể khi người lái chuyển đến số nào thì cặp bánh răng xanh biển và đỏ thuộc cấp số tương ứng sẽ ăn khớp với nhau.

Lúc này lực đẩy được truyền từ động cơ > ly hợp > trục sơ cấp của hộp số > trục trung gian > trục thứ cấp > trục dẫn động.

Nguyên lý hoạt động của số lùi

Trong các cặp bánh răng xanh biển và đỏ có 1 cặp bánh răng thêm 1 bánh răng nhỏ trung gian (có thể trên hình là bánh răng màu tím). Đây là cặp bánh răng ở chế độ số lùi (Idle gear).

Khi người lái chuyển cần số về số lùi, bánh răng trung gian màu tím này sẽ ăn khớp với bánh răng xanh biển và đỏ. Lúc này, bánh răng đỏ sẽ dẫn động cho bánh răng xanh biển, nhưng thông qua bánh răng trung gian màu tím làm bánh răng xanh biển quay ngược chiều khiến trục thứ cấp chuyển động ngược. Nhờ đó xe có thể di chuyển lùi.

Ưu nhược điểm của hộp số sàn ô tô  

Ưu điểm hộp số sàn ô tô  

• Tiết kiệm nhiên liệu hơn so với hộp số tự động, do không có tổn thất năng lượng từ hệ thống dẫn động phụ.
• Cảm giác lái chủ động và thể thao hơn, người lái có thể tự điều chỉnh và chọn số theo ý muốn.
• Hộp số sàn ô tô có chi phí bảo trì thấp hơn so với hộp số tự động, do không có các bộ phận điện tử phức tạp và dễ dàng sửa chữa.

Nhược điểm hộp số sàn ô tô 

• Yêu cầu người lái phải có kỹ năng lái xe tốt, đặc biệt là trong việc điều khiển côn và chuyển số.
• Gây mệt mỏi khi lái xe trong điều kiện giao thông đô thị, vì phải thường xuyên chuyển số và sử dụng côn.
• Khó khăn hơn cho người mới học lái xe, do phải học và làm quen với việc điều khiển côn và các thao tác chuyển số một cách chính xác.

Cách sử dụng xe có hộp số sàn ô tô

Sau khi hiểu rõ cách sử dụng chân côn và nguyên lý hoạt động của bộ ly hợp cùng hộp số sàn, người lái có thể điều khiển xe một cách dễ dàng và an toàn nhất.

Để điều khiển xe sử dụng hộp số sàn, có các bước cơ bản như sau:

• Đầu tiên, đạp chắc chân côn để thực hiện các thao tác chuyển số.
• Tiếp theo, vào số theo sơ đồ các ký hiệu ghi trên cần số, để lựa chọn cấp số phù hợp với tốc độ và điều kiện lái xe.
• Sau đó, từ từ nhả chân côn và đạp nhẹ chân ga để xe khởi động và di chuyển.
• Khi xe đã lăn bánh, nhả hết chân côn và kiểm soát tốc độ xe bằng chân ga.
• Khi cần chuyển sang cấp số cao hơn, tiếp tục thực hiện lại các bước trên: đạp hết chân côn, chuyển số và từ từ nhả chân côn trong khi đạp chân ga.

Lưu ý rằng, tốc độ của xe (tức tỷ lệ truyền lực từ động cơ đến bánh xe) sẽ khác nhau tương ứng với mỗi cấp số. Do đó, người lái cần tùy theo tình huống và điều kiện vận hành để chọn cấp số phù hợp, giúp bảo vệ các chi tiết máy, đặc biệt là hộp số, và đảm bảo hiệu quả lái xe.

Vũ Phạm