Những điều ít người biết về hộp số trên xe máy

Bài học từ việc thay đổi tỷ số giữa các cấp số

Hộp số xe máy hiện đại thường là loại gián tiếp, trong đó công suất từ động cơ sẽ được kết nối với một trục khuỷu và truyền đến bánh sau qua một hệ thống nhôn sên dĩa, với các tỷ số truyền nhất định.

Thời gian đầu, những mẫu xe đua như Yamaha TD-1, được sản xuất dựa trên mẫu xe YD-2 với động cơ 2 thì, 250 phân khối, có các bánh răng và tỷ số truyền khác biệt nhiều so với các thương mại. Các xe TD mang tỷ số truyền 2,5 cho cấp sô 1, tức có nước tăng tốc mạnh mẽ, vốn lấy cảm hứng từ nhu cầu đi xe trong phố và khi leo dốc, nhưng khiến chiếc xe cơ bản chỉ dùng được 4 số khi đua.

Nhưng khi các dòng xe đua ngày càng được cải tiến thì yêu cầu về công suất cũng ngày càng cao hơn, khiến dải tua của xe ngày càng thu hẹp lại để có thể tối ưu sức mạnh từ khoản 7.500 đến 8.500 vòng/phút. Việc bơm nhiều không khí vào động cơ cũng khiến dải công suất hiệu quả của động cơ ngày càng hẹp.

Ngay khi Yamaha TD-1 được thiết kế lại thành TD1-A vào năm sau, chỉ một thay đổi nhỏ tại tỷ số truyền của hộp số, từ 2,5:1 thành 2,267:1 đã đủ tạo ra khác biệt lớn khi giúp xe có thể tăng tốc khi vào cua. Việc thay đổi thiết kế bánh răng này đã giúp các tay đua có thể khai thác hiệu quả hết năm cấp số của chiếc xe. Đây cũng là một trong những nguyên lý quan trọng nhất khi thiết kế hộp số, tức hộp số phải có các cấp số phù hợp tương ứng với sức mạnh mà động cơ truyền tải tại các dải tua nhất định.

Trên TD1-A, nếu chuyển từ số một qua số hai tại vòng tua 10,000 vòng/phút thì vòng đua sẽ hạ xuống còn 6,316 vòng/phút. Rõ ràng, việc vòng tua máy giảm sẽ làm giảm khả năng tăng tốc, nhưng nhờ tỷ suất truyền được điều chỉnh giảm còn 2,267 nên vòng tua vẫn còn giữ được ở mức 6,965 vòng/phút.

Những chiếc xe TD thế hệ sau lại càng mang số lượng bánh răng hộp số ít hơn, nhưng bền hơn, nhằm giúp cho hộp số của xe vận hành êm hơn, và đem lại hiệu suất vận hành tốt hơn. Tỷ suất giữa hai cấp số đầu tiên được tiếp tục giảm xuống còn 2.000, giúp gia tăng vòng tua chi chuyển số đạt ngưỡng 7,665 vòng/phút. Đây là một tiến bộ thực sự vì trước đây, để động cơ có thể tăng tốc sau khi vào cua, các tay đua có thể phải chuyển số cực nhanh lên số hai để khai thác dải công suất của động cơ ở mức tối ưu.

Hộp số xe máy thường có được thiết kế với các bánh răng lớn hơn ở cấp số thấp và nhỏ hơn ở cấp số cao. Nguyên nhân là do lực cản khí động học gần như không tồn tại ở các cấp số thấp, và xuất hiện nhiều khi xe chuyển động ở vận tốc cao hơn. Khi chuyển từ số bốn lên năm ở dải tua 10.000 vòng/phút, tua máy chỉ giảm xuống 9,022 vòng/phút, tức ngay ở mức sản sinh mô-men xoắn tối đa của động cơ và rất thích hợp để tiếp tục tăng tốc.

Tầm quan trọng của tỷ lệ các cấp số

Tỷ số giữa các bánh răng trong hộp số được tính toán bằng cách chia số cao nhất cho số thấp nhất, tạo thành một dải cấp số. Dải tỷ lệ này thể hiện tỷ lệ giữa tốc độ tối đa của xe và tốc độ tối thiểu khi xe vào cua. Trong trường hợp của Yamaha TD1-và TD-2 thì tỷ lệ này là khoảng 2,1, trong khi xe máy phổ thông cần tỷ lệ lớn hơn để có thể dễ dàng vượt các xe trên đường, ví dụ như tỷ lệ ở mẫu xe TD-3 là 2.37. Điều này cũng lý giải vì sao tốc độ tối đa của các mẫu xe TD ngày càng tăng, như từ 160km/h với TD-1 có thể lên đến 140 km/h với TD-3.

Hộp số 14 cấp của mẫu xe đua 50cc vào năm 1967

Yamaha TD-3 còn có một cải tiến khác, khi bánh răng của số một và hai nằm đối diện nhau ở hai đầu của trục biên, thay vì theo thứ tự như thông thường. Đây chính là cải tiến nhằm giảm thiểu đáng kể sự uốn cong trục biên và tác động khi tinh chỉnh hộp số, nhất là khi những chiếc xe đua Grand Prix giai đoạn những năm 1960, 1970s có thể sử dụng lên đến 10 cấp số.

Trải qua hơn 60 năm không ngừng nghiên cứu và phát triển, các thành tựu về kỹ thuật trong đua xe của Yamaha đã được ứng dụng và cải tiến trong các mẫu xe thương mại, tạo nên sự phấn khích cho khách hàng trên toàn cầu.