Tính tỷ số truyền

Tỷ số truyền hoạt động như thế nào?

Tỷ số truyền xác định mối quan hệ giữa tốc độ quay của hai bánh răng ăn khớp. Khi bánh răng chủ động nhỏ hơn quay bánh răng bị động lớn hơn, tốc độ giảm nhưng mô-men xoắn tăng tỷ lệ — đây là nguyên lý cơ bản của lợi thế cơ học trong hộp số, vi sai và hộp giảm tốc.

Tỷ số truyền bằng số răng bánh bị động chia cho số răng bánh chủ động. Tỷ số 3:1 có nghĩa là bánh bị động quay 1 vòng cho mỗi 3 vòng của bánh chủ động, tạo ra gấp 3 lần mô-men xoắn ở 1/3 tốc độ (trừ tổn thất ma sát).

Hiệu suất thực tế thường nằm trong khoảng 94-99% mỗi cấp bánh răng: bánh răng trụ thẳng 98-99%, bánh răng nghiêng 96-98%, bánh răng trục vít 50-90% tùy thuộc vào góc xoắn. Bộ truyền nhiều cấp nhân các hiệu suất từng cấp với nhau.

Trong hệ thống truyền động ô tô, tỷ số truyền tổng là tích của tỷ số truyền hộp số và tỷ số truyền cuối (bộ vi sai). Ví dụ, tỷ số truyền số 1 là 3.5:1 kết hợp với tỷ số truyền cuối 3.9:1 sẽ cho tỷ số truyền tổng là 13.65:1 — nghĩa là động cơ quay 13.65 vòng cho mỗi vòng quay của bánh xe.

Formula: Tỷ số truyền = Số răng bị dẫn / Số răng dẫn Tốc độ đầu ra = Tốc độ đầu vào / Tỷ số truyền Mô-men xoắn đầu ra = Mô-men xoắn đầu vào × Tỷ số truyền × Hiệu suất

Ví dụ tính toán

Bánh răng chủ động 20 răng ăn khớp với bánh răng bị động 60 răng. Tỷ số truyền = 60/20 = 3:1. Tốc độ đầu vào 3000 RPM ở 10 N·m, hiệu suất 97%. Tốc độ đầu ra = 3000/3 = 1000 RPM. Mô-men đầu ra = 10 × 3 × 0.97 = 29.1 N·m.

Khi nào nên sử dụng máy tính này

• Lựa chọn các cặp bánh răng cho hệ truyền động tùy chỉnh — tính tốc độ và mô-men đầu ra từ các tổ hợp số răng ứng viên
• Xác minh rằng một tổ hợp động cơ-hộp số cung cấp đủ mô-men ở tốc độ đầu ra yêu cầu cho một ứng dụng cơ khí
• So sánh tỷ số truyền hộp số giữa các mẫu xe để hiểu sự khác biệt về đặc tính tăng tốc và tốc độ tối đa
• Tính lợi thế cơ học cho truyền động công nghiệp — dẫn động băng tải, tời hoặc bộ tiến dao máy công cụ

Những sai lầm thường gặp cần tránh

• Quên tính đến tổn thất hiệu suất — tỷ số truyền 3:1 không cung cấp mô-men gấp 3 lần; nó cung cấp 3 lần trừ đi tổn thất ma sát (thường 2-6% mỗi cấp), tích lũy qua nhiều cấp
• Nhầm lẫn hướng tỷ số truyền — chủ động-đến-bị động (tỷ số tốc độ) là nghịch đảo của bị động-đến-chủ động (tỷ số mô-men); luôn xác định bạn đang dùng quy ước nào
• Bỏ qua việc thay đổi tỷ số truyền cuối ảnh hưởng đến TẤT CẢ các số — sửa đổi tỷ số vi sai nhân với mọi tỷ số truyền hộp số, thay đổi điểm sang số và tốc độ tối đa trên toàn dải
• Sử dụng công cụ này cho bộ bánh răng hành tinh mà không sửa đổi — hệ bánh răng hành tinh (epicyclic) có tỷ số phức hợp phụ thuộc vào bộ phận nào được giữ cố định; tỷ số số răng đơn giản không áp dụng trực tiếp

Cách diễn giải kết quả

• Tỷ số truyền > 1 nghĩa là giảm tốc và nhân mô-men xoắn (bánh răng bị động quay chậm hơn nhưng với lực lớn hơn); Tỷ số truyền < 1 nghĩa là tăng tốc và giảm mô-men xoắn
• Lợi thế cơ học bằng Tỷ số truyền × Hiệu suất — đây là hệ số nhân mô-men thực tế bạn đạt được sau khi tính đến tổn thất ma sát trong ăn khớp
• Chỉ số Giảm tốc là true khi tỷ số > 1; trong hộp số xe, tất cả các số trừ số vượt (overdrive) đều có tỷ số lớn hơn 1
• Đối với bộ truyền nhiều cấp, nhân các tỷ số từng cấp để có tỷ số tổng và nhân các hiệu suất từng cấp để có hiệu suất hộp số tổng

Tiêu chuẩn và tài liệu tham khảo liên quan

• ISO 1328-1 — Bánh răng trụ thân khai: cấp chính xác cho biên dạng răng, đường xoắn và bước răng; định nghĩa các lớp dung sai dùng trong mua sắm bánh răng
• AGMA 2001 — Các yếu tố xếp hạng cơ bản và phương pháp tính cho răng bánh răng trụ thẳng và nghiêng thân khai; được sử dụng rộng rãi cho phân tích độ bền và độ bền lâu của bánh răng
• ISO 6336 — Tính toán tải trọng cho bánh răng trụ thẳng và nghiêng: phương pháp ứng suất uốn và tiếp xúc
• DIN 3961 / 3962 / 3963 — Tiêu chuẩn Đức về dung sai răng bánh răng trụ; được tham chiếu rộng rãi trong thiết kế hộp số ô tô châu Âu

Câu hỏi thường gặp

Tỷ số truyền cao hơn có ý nghĩa gì đối với xe?

Tỷ số truyền cao hơn (số lớn hơn) cung cấp nhiều lợi thế mô-men xoắn hơn — khả năng tăng tốc và leo dốc tốt hơn nhưng tốc độ tối đa thấp hơn. Tỷ số thấp hơn cho tốc độ tối đa cao hơn và tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn nhưng mô-men xoắn ở vòng tua thấp ít hơn. Đây là lý do số 1 có tỷ số cao nhất và số cao nhất có tỷ số thấp nhất.

Tỷ số truyền cuối ảnh hưởng đến hiệu suất như thế nào?

Tỷ số truyền cuối (vi sai) nhân với tỷ số hộp số để có tổng giảm tốc. Tỷ số truyền cuối 4.10 cho khả năng tăng tốc mạnh hơn 3.23 từ cùng một hộp số. Thay đổi tỷ số truyền cuối là một nâng cấp hiệu suất phổ biến — cao hơn cho đua drag, thấp hơn cho tiết kiệm nhiên liệu trên đường cao tốc.

Tại sao số răng bánh răng cần phải là giá trị nguyên?

Các răng bánh răng phải ăn khớp chính xác để vận hành trơn tru. Số răng không nguyên sẽ tạo ra biên dạng răng không hoàn chỉnh, gây ra tiếng ồn, rung động, mòn nhanh và có thể hỏng hóc cơ học. Các nhà thiết kế bánh răng chọn số răng để đạt được tỷ số mong muốn đồng thời tránh các tỷ số nguyên (vốn khiến cùng các răng ăn khớp lặp đi lặp lại, đẩy nhanh mòn cục bộ) — ưu tiên số răng là số nguyên tố hoặc gần nguyên tố.