ASI101 - Chương 5: Hộp số cơ khí và cụm hộp số - cầu

Đáp án đúng: "Limited gear ratio". Hộp số cơ khí chỉ có một số hữu hạn cặp bánh răng, thường bốn tới sáu cấp, nên tỉ số truyền bị chia thành các bậc rời rạc; giữa hai cấp luôn có khoảng hụt khiến động cơ khó giữ đúng vùng vòng quay tối ưu, đó là điểm yếu so với kiểu truyền vô cấp. Lựa chọn "Smooth operation" là ưu điểm chứ không phải nhược điểm, và với hộp số tay thì độ êm còn tuỳ tay nghề nhả côn của người lái. Lựa chọn "Low fuel economy" nói sai thực tế, bởi truyền động ăn khớp cứng của hộp số tay có hiệu suất cao và thường tiết kiệm nhiên liệu hơn loại tự động dùng biến mô. Lựa chọn "No difficulty in shifting gears" được diễn đạt như một điều thuận lợi, trong khi cái bất lợi thật là người lái phải thao tác côn và cần số liên tục.

Đáp án đúng: "To distribute power equally to both axles". Hộp phân phối đặt sau hộp số chính, nhận mômen rồi chia ra hai đường dẫn tới cầu trước và cầu sau, thường kèm một dải số truyền chậm để nhân mômen khi leo dốc hay chạy địa hình; nhờ đó lực kéo được rải trên bốn bánh và xe vẫn tiến được khi vài bánh mất bám. Lựa chọn "To increase fuel efficiency" ngược thực tế, vì thêm một cụm bánh răng và một đường truyền nữa thì tổn hao cơ khí tăng, xe hai cầu thường tốn nhiên liệu hơn. Lựa chọn "To reduce vehicle weight" cũng sai, bởi đây là cụm vỏ kín chứa bánh răng và trục, chỉ làm xe nặng thêm. Lựa chọn "To control the steering" gán nhầm nhiệm vụ của cơ cấu lái và dẫn động lái; hộp phân phối không có đường nào tác động lên góc quay của bánh dẫn hướng.

Đáp án đúng: "It increases the number of gear ratios from five to ten.". Cụm bánh răng phụ mắc nối tiếp với hộp số chính và có hai trạng thái, nên mỗi tỉ số của hộp chính được nhân thêm hai tỉ số phụ: năm cấp nhân hai thành mười cấp mà cần số chính vẫn giữ nguyên số vị trí gài. Lựa chọn "It reduces the number of gear ratios." ngược hẳn, vì không có cách nào mắc thêm bánh răng mà lại mất bớt tổ hợp tỉ số. Lựa chọn "It maintains the same number of gear ratios." đúng với ly hợp hay bộ đồng tốc chứ không đúng với một cụm bánh răng phụ có tỉ số riêng. Lựa chọn "It complicates the operation of the gearbox." nói về cảm nhận điều khiển chứ không trả lời câu hỏi về chức năng; thao tác vẫn là một cần số kèm công tắc chuyển dải.

Đáp án đúng: "To provide ten speeds by splitting five gear ratios into ten.". Hộp số kiểu chia cấp đặt một cụm bánh răng phụ hai trạng thái nối tiếp hộp chính năm cấp, mỗi cấp chính được tách thành một bước cao và một bước thấp, cho mười cấp với bước nhảy vòng quay nhỏ hơn, nhờ đó động cơ tải nặng giữ được vùng mômen tốt mỗi lần sang số. Lựa chọn "To reduce the overall size of the gearbox." ngược thực tế, vì thêm cụm phụ là thêm chiều dài và khối lượng. Lựa chọn "To decrease the vehicle's fuel consumption." chỉ là hệ quả có thể có khi lái đúng, không phải lý do kết cấu để mắc thêm cụm bánh răng. Lựa chọn "To simplify the design of the gearbox." sai hẳn, bởi cả kết cấu lẫn dẫn động điều khiển đều phức tạp hơn hộp số thường.

Đáp án đúng: "Increases torque at the wheels and reduces vehicle speed for a given engine rpm". Số thấp có tỉ số truyền lớn, tức trục ra quay chậm hơn trục vào nhiều lần; mômen ở bánh xe bằng mômen động cơ nhân với tỉ số truyền và hiệu suất, nên mômen tăng đúng bằng phần tốc độ bị giảm, đó là cách đổi tốc độ lấy lực kéo khi khởi hành hoặc leo dốc. Lựa chọn "Reduces torque at the wheels and increases speed" mô tả số cao, ngược chiều với số thấp. Lựa chọn "Leaves torque unchanged but reduces fuel use" vi phạm quan hệ giữa tỉ số truyền và mômen, vì đã đổi tỉ số thì mômen tại bánh buộc phải đổi theo. Lựa chọn "Disables the differential" nhầm bộ phận, bởi vi sai nằm trên cầu và làm việc độc lập với việc chọn số.

Đáp án đúng: "Spur gears". Hộp số kiểu bánh răng trượt gài số bằng cách đẩy chính bánh răng chạy dọc then hoa trên trục cho ăn khớp với bánh răng đối tiếp, nên răng phải thẳng: chỉ răng thẳng mới vào khớp và ra khớp theo phương dọc trục được, lại không sinh lực dọc trục khi truyền mômen. Lựa chọn "Helical gears" có răng nghiêng nên chỉ hợp với hộp số đồng tốc, nơi các cặp bánh răng ăn khớp thường xuyên và việc gài số do khớp răng trong đảm nhiệm; đẩy trượt răng nghiêng sẽ kẹt và vỡ răng. Lựa chọn "Spiral bevel gears" là bánh răng côn xoắn dùng cho truyền lực chính để đổi phương truyền một góc vuông, không nằm trong hộp số. Lựa chọn "None of the others" bị loại ngay vì đã có một kiểu răng đúng.

Đáp án đúng: "Air interacting with the vehicle". Sức cản khí động sinh ra khi thân xe rẽ dòng không khí: chênh áp giữa mặt trước và vùng xoáy phía sau cộng với ma sát của lớp biên tạo thành lực cản tỉ lệ với mật độ không khí, diện tích cản chính diện, hệ số cản và bình phương vận tốc tương đối giữa xe và gió. Lựa chọn "Engine performance" là nguồn sinh lực kéo để thắng sức cản chứ không phải nguyên nhân gây ra sức cản. Lựa chọn "Tire friction" ứng với sức cản lăn, sinh ra do lốp biến dạng ở vết tiếp xúc, là thành phần cản hoàn toàn khác. Lựa chọn "Road surface conditions" cũng tác động lên sức cản lăn và độ bám, không tạo ra lực cản của dòng khí quanh xe.

Đáp án đúng: "They have a limited number of gear ratios.". Mỗi tỉ số truyền của hộp số cơ khí ứng với một cặp bánh răng thật nằm trên trục, nên tăng số cấp là tăng chiều dài, khối lượng và giá thành; vì vậy loại hộp số này chỉ có dăm bảy cấp rời rạc, và giữa hai cấp liền nhau động cơ buộc phải rời khỏi vùng vòng tua hiệu quả nhất. Lựa chọn "They cannot be used in automatic vehicles." chỉ nhắc lại định nghĩa về kiểu điều khiển chứ không nêu được hạn chế kỹ thuật nào của bản thân hộp số. Lựa chọn "They are more expensive than automatic gearboxes." đi ngược thực tế, vì kết cấu đơn giản hơn nên thường rẻ hơn. Lựa chọn "They require constant maintenance." cũng không phải điểm yếu đặc trưng, bởi hộp số tay chủ yếu chỉ cần thay dầu định kỳ và thay đĩa ma sát khi mòn.

Đáp án đúng: "To fulfill the traction requirement of the vehicle". Động cơ đốt trong chỉ cho mô men lớn trong một dải tốc độ hẹp, trong khi lực kéo ở bánh xe cần thay đổi rất rộng giữa lúc khởi hành, leo dốc và chạy đều; hệ thống truyền lực là khâu nhân mô men và đổi tỉ số truyền để đặc tính động cơ phủ được đường cong lực cản chuyển động, đồng thời cho phép lùi và ngắt truyền lực. Lựa chọn "To increase the speed of the vehicle" chỉ nói tới một đầu của dải làm việc, mà số truyền tăng lại làm giảm mô men chứ không sinh thêm công suất. Lựa chọn "To control the steering mechanism" thuộc hệ lái, hoàn toàn khác đường truyền lực. Lựa chọn "To manage fuel consumption" là hệ quả tốt khi chọn đúng tỉ số truyền để động cơ chạy gần vùng suất tiêu hao thấp, nhưng đó là lợi ích phái sinh chứ không phải nhiệm vụ gốc đang được hỏi.

Đáp án đúng: "To ensure proper lubrication of the gears.". Hộp số cơ khí dùng kiểu bôi trơn vung té: bánh răng thấp nhất ngập trong dầu, khi quay nó hất dầu khắp vỏ hộp và xuống các ổ đỡ, tạo màng dầu ngăn hai mặt răng tiếp xúc kim loại trực tiếp dưới áp suất tiếp xúc rất cao. Mức dầu tụt dưới mặt răng thì không còn gì để hất, màng dầu đứt và răng nhanh tróc rỗ. Lựa chọn "To cool the gearbox." đúng một phần vì dầu cũng mang nhiệt ra vỏ, song đó là tác dụng đi kèm, hộp số cơ khí không có vòng tuần hoàn làm mát riêng như động cơ. Lựa chọn "To increase the speed of the gears." đi ngược thực tế, dầu ngập quá sâu còn gây tổn thất khuấy dầu làm giảm hiệu suất. Lựa chọn "To reduce the weight of the gearbox." vô lý vì đổ thêm dầu chỉ làm cụm nặng thêm.

Đáp án đúng: "To fulfil the traction requirement of the vehicle". Nhiệm vụ gốc của cụm truyền lực là biến đặc tính mô men hẹp của động cơ thành lực kéo tại vệt tiếp xúc lốp, đủ thắng lực cản lăn, lực cản dốc, lực cản gió và lực quán tính trong mọi tình huống chạy; mọi cấp tỉ số, số lùi và cơ cấu ngắt đều sinh ra từ yêu cầu ấy. Lựa chọn "To increase engine speed" đảo ngược quan hệ, tốc độ trục khuỷu do người lái và bộ điều khiển quyết định, cụm truyền lực chỉ đặt quan hệ giữa tốc độ đó với tốc độ bánh xe. Lựa chọn "To reduce fuel consumption" là kết quả của việc chọn cấp số hợp lý, một mục tiêu tối ưu đặt chồng lên nhiệm vụ gốc chứ không thay thế nó. Lựa chọn "To control the vehicle’s exhaust emissions" thuộc hệ thống nhiên liệu, đánh lửa và xử lý khí thải, nằm ngoài phạm vi truyền lực.

Đáp án đúng: "Because the auxiliary gear set splits five gear ratios into ten". Cả hộp số hai dải lẫn hộp số chia nửa cấp đều ghép thêm một cụm bánh răng phụ vào hộp chính năm cấp; cụm phụ có hai trạng thái nên mỗi cấp của hộp chính được nhân đôi, năm nhân hai thành mười cấp. Khác biệt chỉ ở cách chia: kiểu hai dải xếp nối tiếp một dải thấp và một dải cao, còn kiểu chia nửa cấp chèn thêm một cấp trung gian vào giữa hai cấp liền nhau để bước nhảy vòng quay nhỏ lại. Lựa chọn "Because they are designed for sports cars" không liên quan, kiểu hộp số này dùng cho xe tải nặng cần nhiều cấp để giữ động cơ trong dải mô men. Lựa chọn "Because they only work with ten-cylinder engines" lẫn số cấp số với số xy lanh, hai đại lượng không ràng buộc nhau. Lựa chọn "Because they decrease the vehicle's top speed by half" sai, cụm phụ mở rộng dải tỉ số chứ không cắt đôi tốc độ lớn nhất.

Đáp án đúng: "Transaxle". Trên xe dẫn động cầu trước, động cơ thường đặt ngang nên đường truyền lực phải rẽ ra hai bán trục ngay tại chỗ; nhà thiết kế đặt bộ bánh răng hộp số và bộ vi sai chung một vỏ, dùng chung dầu bôi trơn, tạo thành cụm hộp số cầu gọn nhẹ và bỏ hẳn trục các đăng dọc thân xe. Lựa chọn "Transfer case" là hộp phân phối trên xe hai cầu, nó chia mô men ra cầu trước và cầu sau chứ không chứa vi sai bánh xe của một cầu. Lựa chọn "Torque tube" là ống bao trục các đăng ở bố trí động cơ trước cầu sau, dùng truyền phản lực phanh và lực đẩy về khung, không phải cụm bánh răng. Lựa chọn "Overdrive unit" chỉ là cụm cho tỉ số truyền nhỏ hơn một để hạ vòng quay khi chạy đường trường, không dính gì tới việc tích hợp vi sai.