THIẾT KẾ MÔN HỌC PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU HÀNH TINH KIỂU SIMPSON TRONG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI    THIẾT KẾ MƠN HỌC: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU HÀNH TINH KIỂU SIMPSON TRONG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ SINH VIÊN : NGUYỄN TUẤN QUANG ĐỖ BÁ QUANG HOÀNG VĂN PHƯƠNG ĐỖ TIẾN PHÚ VŨ THỊ PHƯƠNG NGUYỄN NGỌC SƠN TRẦN ĐÌNH QUYẾT NHĨM : 06 LỚP : CƠ ĐIỆN TỬ 2-K60 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS LÊ LĂNG VÂN HÀ NỘI 2022 NHÓM - LỜI MỞ ĐẦU Ngành công nghiệp sản xuất ôtô bắt đầu xuất từ năm 80 kỉ 19 Trải qua 100 năm phát triển, ôtô trở thành phương tiện chỉnh tham gia giao thông đường liên tục nâng cấp hình thức lẫn tính để trở nên ngày hoàn thiện Cùng với tiến khoa học kĩ thuật, đặc biệt thành tựu điện-điện tử phần mềm mơ - lập trình tự động hóa giúp mở nhiều hướng thiết kế chế tạo ôtô Với tính vượt trội mình, hệ thống bánh hành tinh hộp số tự động ngày sử dụng rộng rãi động để giúp giảm tốc độ, đảo chiều hay tăng tốc độ cho động cơ, giúp cho động hoạt động theo ý muốn người sử dụng, góp phần vào đa dạng hệ thống bánh sử dụng loại hộp số Do kiến thức cịn hạn chế, kinh nghiệm chưa có nên làm nhóm em khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong thầy tận tính bảo thêm để làm chúng em hoàn thiện Rất mong đóng góp ý kiến thầy cô bạn bè Chúng em xin chân thành cảm ơn !!! NHÓM - NỘI DUNG CHÍNH CỦA THIẾT KẾ MƠN HỌC BAO GỒM Chương 1: Khảo sát tổng quan điều khiển hộp số tự động ưu nhược điểm hộp số hành tinh SVTH: HOÀNG VĂN PHƯƠNG - NGUYỄN TUẤN QUANG Chương 2: Cấu tạo, sơ đồ, nguyên lý làm việc hộp số hành tinh, cụm chi tiết hệ thống SVTH:VŨ THỊ PHƯƠNG – NGUYỄN TUẤN QUANG Chương 3: Các khả làm việc hộp số hành tinh SVTH: ĐỖ BÁ QUANG – ĐỖ TIẾN PHÚ Chương 4: Đánh giá so sánh mặt động học hộp số hành tinh kiểu Simpson Ravigneux SVTH: NGUYỄN NGỌC SƠN – TRẦN ĐÌNH QUYẾT Kết luận đánh giá NHÓM - MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU NỘI DUNG CHÍNH CỦA THIẾT KẾ MƠN HỌC BAO GỒM .4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ TỰ ĐỘNG VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỘP SỐ HÀNH TINH .5 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Phân loại 1.2.2 Phân loại theo cách điều khiển 1.3 Chức hộp số tự động 13 1.4 Điều kiện làm việc hộp số tự động 13 1.5 Ưu, nhược điểm hộp số tự động .13 1.6 Ưu nhược điểm hộp số hành tinh .14 CHƯƠNG 2: CẤU TẠO, SƠ ĐỒ, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỘP SỐ HÀNH TINH , CỤM CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG 16 2.1 Cấu tạo bánh hành tinh 16 2.2 Nguyên lý làm việc bánh hành tinh 18 2.3 Các phanh (B1,B2,B3) 22 2.4 Ly hợp (C1,C2) 26 2.5 Khớp chiều (F1 F2) 28 CHƯƠNG 3: CÁC KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA HỘP SỐ HÀNH TINH 29 3.1 Khả làm việc cấu hành tinh 29 3.2 Ứng dụng cấu hành tinh hộp số tự động 35 CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH VỀ MẶT ĐỘNG HỌC CỦA HỘP SỐ HÀNH TINH KIỂU SIMPSON VÀ RAVIGNEAUX 39 4.1 Quan hệ động học dãy hành tinh .39 4.2 So sánh động học hai cấu hành tinh .42 KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 48 Kết luận 48 NHÓM - Đánh giá 49 Tài liệu tham khảo: .50 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ TỰ ĐỘNG VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỘP SỐ HÀNH TINH 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Khái qt Đối với xe tơ có hộp số thường, cần sang số sử dụng để chuyển số nhằm thay đổi lực kéo bánh xe cho phù hợp với điều kiện chuyển động Khi lái xe lên dốc hay động khơng có đủ lực để leo dốc số chạy, hộp số chuyển số thấp Vì lái xe phải thường xuyên nhận biết tải tốc độ động để chuyển số cách phù hợp Điều gây nên mất công suất động cách không cần thiết, ngồi cịn gây nên khó khăn điều khiển tập trung mức người lái Ở hộp số tự động, nhận biết lái xe không cần thiết, lái xe cần lựa chọn dãy số, sau việc chuyển lên hay xuống đến số thích hợp thực cách tự động thời điểm thích hợp theo tải động tốc độ xe Việc chuyển số tự động làm tăng tính tiện nghi xe Ngồi q trình vận hành dừng xe mà khơng phải đóng ngắt ly hợp số N Hộp số tự động thủy có tốc độ truyền thẳng truyền tăng Một hộp số mà việc chuyển số bánh điều khiển ECU (Bộ điều khiển điện tử) gọi ECT-Hộp số điều khiển điện tử, hộp số không sử dụng ECU gọi hộp số tự động thuỷ lực Hiện hầu hết xe sử dụng ECT Đối với số kiểu xe phương thức chuyển NHÓM - số chọn tuỳ theo ý muốn lái xe điều kiện đường xá Cách giúp cho việc tiết kiệm nhiên liệu, tính vận hành xe tốt 1.1.2 Lịch sử phát triển Ngay từ năm 1900, ý tưởng loại hộp số tự động chuyển số kỹ sư hàng hải Đức nghiên cứu chế tạo Đến năm 1938, hộp số tự động đời hãng GM giới thiệu Oldsmobile trang bị hộp số tự động Việc điều khiển ô tô đơn giản hóa khơng cịn bàn đạp ly hợp Tuy nhiên chế tạo phức tạp khó bảo dưỡng sửa chữa nên sử dụng Đến năm 70 hộp số tự động thực hồi sinh hàng loạt hãng ô tô cho loại xe với hộp số tự động kèm Từ đến hộp số tự động phát triển không ngừng dần thay cho hộp số thường Khi đời, hộp số tự động loại có cấp điều khiển hoàn toàn thủy lực Để xác hóa thời điểm chuyển số để tăng tính an tồn sử dụng, hộp số tự động có cấp điều khiển điện tử (ECT) đời Vẫn chưa hài lòng với cấp tỷ số truyền ECT, nhà sản xuất ô tô nghiên cứu, chế tạo thành công loại hộp số tự động với vô số cấp tỷ số truyền (hộp số tự động vô cấp) vào năm cuối kỷ XX cụ thể sau : - Hộp số tự động (HSTD), theo công bố tài liệu công nghiệp ô tô CHLB Đức, đời vào 1934 hãng Chysler Ban đầu HSTD sử dụng ly hợp thủy lực hộp số hành tinh, điêu khiển hoàn tồn van trượt thủy lực, sau chuyển sang dùng Biến mômen thủy lực đến ngày nay, tên gọi ngày dùng AT - Tiếp sau hãng ZIL (Liên xô cũ 1949) hãng Tây Âu khác (Đức, Pháp, Thụy Sĩ) Phần lớn HSTD thời kỳ dùng hộp số hành tinh 3, cấp sở truyền hành tinh bậc tự kiểu Willson, kết cấu AT NHÓM - - Sau năm 1960 HSTD dùng ô tô tải ô tô buýt với biến mômen thủy lực hộp số khí có cặp bánh ăn khớp ngoài, kết cấu AT - Sau năm 1978 chuyển sang loại HSTD kiểu EAT (điều khiển chuyển số thủy lực điện tử), loại ngày sử dụng - Một loại HSTD khác hộp số vô cấp sử dụng truyền đai kim loại (CVT) với hệ thống điều khiển chuyển số thủy lực điện tử, (cũng dạng HSTD) - Ngày bắt đầu chế tạo loại truyền động thông minh, cho phép chuyển số theo thói quen lái xe (thay đổi tốc độ động băng chân ga) tình mặt đường, HSTD có số truyền … Hệ thống truyền lực sử dụng HSTD gọi hệ thống truyền lực khí thủy lực điện tử, khu vực có nhiều ứng dụng kỹ thuật cao, phát triển nhanh chóng, chẳng hạn: gần xuất loại hộp số có khả làm việc theo hai phương pháp chuyển số: tay, hay tự động tùy thuộc vào ý thích người sử dụng Hiện để đáp ứng nhu cầu khách hàng để tăng tính an tồn sử dụng, nhà chế tạo cho đời loại hộp số điều khiển điện tử có thêm chức sang số cần hộp số thường Ngày hộp số tự động sử dụng rộng rãi xe du lịch, chí xe 4WD xe tải nhỏ Ở nước ta, hộp số tự động xuất từ năm 1990 xe nhập từ Mỹ châu Âu Tuy nhiên khả cơng nghệ cịn hạn chế, việc bảo dưỡng, sửa chữa khó khăn nên cịn sử dụng Hiện nay, với tiến khoa học kỹ thuật, công nghệ chế tạo hộp số tự động hoàn chỉnh, hộp số tự động khẳng định tính ưu việt dần thay cho hộp số thường NHÓM - Hình 1.1 Hình ảnh hộp số tự động ngày 1.2 Phân loại - Có nhiều cách để phân loại hộp số tự động 1.2.1 Phân loại theo tỷ số truyền - Hộp số tự động vơ cấp: Là loại hộp số có khả thay đổi tự động, liên tục tỷ số truyền nhờ thay đổi bán kính quay puly Hình 1.2 Hình ảnh hộp số tự động vơ cấp CVT NHÓM - - Hộp số tự động có cấp: Khác với hộp số tự động vơ cấp, hộp số tự động có cấp cho phép thay đổi tỷ truyền theo cấp số nhờ truyền bánh Hình 1.3 Hình ảnh hộp số tự động có cấp 1.2.2 Phân loại theo cách điều khiển - Theo cách điều khiển chia hộp số tự động thành hai loại, chúng khác hệ thống sử dụng để điều khiển chuyển số thời điểm khóa biến mơ Một loại điều khiển hoàn toàn thủy lực, loại điều khiển điện tử (ECT), sử dụng ECU để điều khiển có thêm chức chẩn đốn dự phịng - Hộp số điều khiển hồn tồn thủy lực hoạt động bỡi biến đổi cách khí tốc độ xe thành áp suất ly tâm độ mở bướm ga thành áp suất bướm ga dùng áp suất thủy lực để điều khiển hoạt động ly hợp phanh trong cụm bánh hành tinh, điều khiển thời điểm lên xuống số Nó gọi phương pháp điều khiển thủy lực - Mặt khác, hộp số điều khiển điện tử ECT, cảm biến phát tốc độ xe độ mở bướm ga biến chúng thành tín hiệu điện gởi chúng điều khiển ECU Dựa tín hiệu ECU điều khiển hoạt động ly hợp, phanh thông qua van hệ thống thủy lực NHÓM - Hình 1.4 Cấu tạo hộp số tự động điều khiển hệ thống thủy lực + Loại điều khiển điện tử hoàn toàn thủy lực: Loại sử dụng cáp bướm ga tín hiệu điện tử điều khiển để điều khiển hộp số tự động + Hộp số tự động điều khiển điện tử: Hộp số sử dụng áp suất thuỷ lực để tự động chuyển số theo tín hiệu điều khiển ECU ECU điều khiển van điện từ theo tình trạng động xe cảm biến xác định, từ điều khiển áp suất dầu thuỷ lực NHÓM - 10 Ở chế độ số 2, bánh nhận công suất từ động bánh mặt trời nhỏ, bánh truyền công suất cho trục thứ cấp bánh bao, bánh mặt trời lớn bị khố lại Lúc này, cơng suất tuyền từ bánh mặt trời nhỏ qua bánh hành tinh thứ nhất, bánh hành tinh thứ ăn khớp với bánh hành tinh thứ hai truyền công suất cho bánh bao Do cần dẫn khơng bị khố nên trục bánh hành tinh không cố định, tỉ số truyền hộp số làm việc chế độ lái số nhỏ so với số 1, tỉ số truyền nằm khoảng từ ÷ (1.84 với xét) Hình 3.2.3 Cơ cấu hành tinh hoạt động số NHÓM - 38 Ở chế độ số 3, tỉ số truyền 1, công suất từ động truyền thẳng cho trục thứ cấp Cả hai bánh mặt trời quay tốc độ, bánh hành tinh bị khoá làm cho bánh bao khoá với bánh hành tinh, tất quay khối tạo nên tỉ số truyền 1:1 Hình 3.2.3 Cơ cấu hành tinh hoạt động số NHÓM - 39 Với chế độ hoạt động số lùi, chiều quay trục sơ cấp ngược với chiều quay trục thứ cấp Đầu vào bánh mặt trời lớn, đầu bánh bao nối với trục thứ cấp, phận bị dẫn cần dẫn Công suất truyền từ bánh mặt trời lớn qua bánh hành tinh tới bánh bao Do ăn khớp từ bánh mặt trời lớn bánh hành tinh ăn khớp bánh hành tinh với bánh bao ăn khớp nên chiều quay bị đảo ngược lại Tỉ số truyền nhận 1.59 Hình 3.3.4 Cơ cấu hành tinh hoạt động số lùi R Như với việc khố khơng khố khâu cấu bánh hành tinh mà ta nhận khả làm việc cấu Khi ứng dụng hộp số tự động ô tô, yêu cầu không gian, kết cấu nên số khả cấu hành tinh bị hạn chế sử dụng Ta nhận chế độ hoạt động hộp số tự động gồm số tiến số lùi ứng với trạng thái làm việc cấu hệ bánh hành tinh NHÓM - 40 CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH VỀ MẶT ĐỘNG HỌC CỦA HỘP SỐ HÀNH TINH KIỂU SIMPSON VÀ RAVIGNEAUX 4.1 Quan hệ động học dãy hành tinh Để xem xét khả động học phần tử dãy hành tinh dùng hai phương pháp: giải tích đồ thị Phương trình động học dãy hành tinh viết dựa sở xác lập mối quan hệ tốc độ góc tương đối dừng giá hành tinh G Theo sơ đồ hình 4-1a, b tỷ số truyền viết dừng giá hành tinh sau: (4.11) Trong đó: , , - số vòng quay bánh M, N giá G , , - tốc độ góc bánh M, N giá G Hình 4.1 Mơ tả cấu trúc quan hệ động học, động lực học a – Giản đồ tốc độ; b – Sơ đồ cấu hành tinh 2HK; c – Quan hệ động lực học Dấu trừ (–) công thức 4.11 xác định chiều quay bánh M N dừng giá hành tinh ngược chiều Giá trị xác định qua bán NHÓM - 41 kính vịng lăn r số Z: (4.12) Trong đó: , – bán kính vịng lăn bánh M, N , – tốc độ góc bánh M, N Thông số p gọi thông số động học dãy hành tinh p đại lượng đại số nên phải ý đến dấu xây dựng sử dụng công thức Nếu chiều quay bánh trùng cần dẫn đứng n p dương, ngược lại p có giá trị âm Thay vào biểu thức (4.16) ta nhận phương trình động học cấu hành tinh khâu: hay (4.13) Trong nhiều trường hợp, người ta sử dụng thông số k = - p thay cho p, phương trình (4.13) có dạng: hay Theo phương trình ta xác định tốc độ góc khâu biết tốc độ góc khâu cịn lại tỷ số truyền chúng Giá trị p dãy bị hạn chế kích thước bánh hành tinh kích thước chung Thường thường p nằm giới hạn từ 1,5 đến Khi sử dụng phương pháp đồ thị, sử dụng giản đồ tốc độ dãy hành tinh vẽ giấy kẻ ly theo tỷ lệ xích định NHĨM - 42 Giả sử xây dựng giản đồ tốc độ M khâu chủ động bánh N bị phanh lại Xác định tốc độ điểm ăn khớp bánh M bánh hành tinh qua số vịng quay từ cơng thức: (4.14) Trong đó: - Số vịng quay bánh M, (vg/ph) - bán kính vịng lăn bánh M Đặt Om trục đứng theo giá trị bán kính bánh M từ điểm m đặt vec tơ tốc độ xác định điểm C Đoạn Om, mc xác định theo tỷ lệ xích chọn Khi ta có điểm n nằm trục đứng Om Nối nc d ta xác định tốc đồ giá hành tinh G Đường nc biểu thị quan hệ tốc độ với tốc độ cần dẫn Việc xác định số vòng quay tương đối bánh hành tinh (tức tự quay bánh ổ) có ý nghĩa cho việc đánh giá chọn ổ để tính tốn hiệu suất truyền Khi bánh M chủ động giá G bị động (4.15) Biến đổi cơng thức qua số vịng quay , , p ta được: (4.16) Tương tự xác định trường hợp khác truyền dãy hành tinh 2HK Khi bánh N chủ động, giá G bị động: (4.17) Khi bánh M chủ động, bánh N bị động: NHÓM - 43 (4.18) Các cơng thức dùng để tính biết thành phần , , p Các truyền khác tiến hành theo bước 4.2 So sánh động học hai cấu hành tinh Cấu tạo hộp số hành tinh dùng ôtô phuơng tiện giao thơng phức tạp Nó tạo thành từ cấu hành tinh (CCHT) từ cấu hành tinh tổ hợp Trên ôtô, ôtô du lịch thường dùng dạng cấu hành tinh điển hình sau 4.2.1 Cơ cấu hành tinh kiểu Simpson 4.2.1.1 Cấu tạo Cơ cấu hành tinh kiểu Simpson gồm hai cấu hành tinh kiểu Wilson Các phần tử M1, N1, H1, G1 thuộc dãy hành tinh thứ (hình 4.7) phần tử M 2, N2, H2, G2 thuộc dãy hành tinh thứ hai (hình 4.7) Chúng ghép nối sau: - Hai bánh mặt trời M1 M2 đặt trục quay (liên kết cứng) - Bánh N1 ăn khớp với bánh hành tinh H1 - Bánh N2 ăn khớp với bánh hành tinh H2 - Giá G2 liên kết cứng với bánh N1 N2 - Giá G1 mang bánh hành tinh H1 giá G2 mang bánh hành tinh H2 NHÓM - 44 Hình 4.2.1.1 CCHT kiểu simpson 4.2.2.2 Khả sử dụng Cơ cấu hành tinh Simpson có khả biến đổi tỉ số truyền lớn: < i <  Như thích hợp cho xe có xu hướng chế tạo có số vòng quay phút trục khuyủ lớn 10000 vịng/phút, tốt để có cơng suất lớn Mặt khác, tỷ số truyền lớn đưa hộp số có đường đặc tính sức kéo gần đường đặc tính sức kéo lý tưởng Bảng 4.2.1.1 Nguyên lý làm việc CCHT tổ hợp Simpson Phần Phầ Phần Số tử n tử Phần tử tử truyền chủ bị khóa chạy động độn Cơng thức tính Khả ứng chế dụng tạo i không hộp số g Số N2 N1 G1 … 1