Cấu tạo
Hệ thống bánh răng hành tinh (hộp số hành tinh - HSHT) được lắp đặt sau bộ biến mô thủy lực, mang lại khả năng chuyển động linh hoạt hơn so với các hộp số cơ khí đơn giản nhờ vào trục di động HSHT có thể được điều khiển bằng cần số hoặc tự động, nhưng hiện nay, hộp số hành tinh tự động đang trở thành lựa chọn phổ biến trên các loại xe con.
Hộp số tự động (AT) không có cần chuyển số mà chỉ có cần chọn số, giúp xác định giới hạn khả năng tự động điều khiển trong quá trình chuyển số.
Cấu tạo của hộp số hành tinh khá phức tạp, có ba dạng cơ bản được dùng trên oto con:
- Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson độc lập.
- Cơ cấu hành tinh kiểu sơ đồ Simpson.
- Cơ cấu hành tinh kiểu sơ đồ Ravigneaux.
Kiểu Wilson là bộ truyền bánh răng ăn khớp trong và ngoài, ba trục.
Hệ thống bánh răng bao gồm một bánh răng mặt trời với răng ngoài, một bánh răng ngoại luân có răng trong, và các bánh răng hành tinh nằm giữa hai loại bánh răng này Các bánh răng ngoại luân được đặt trên một trục quay khác, cùng tâm với trục của bánh răng mặt trời Trục của các bánh răng hành tinh được cố định trên "giá hành tinh" và đồng thời chuyển động quanh trục tâm của bánh răng mặt trời và bánh răng ngoại luân.
Có ba trục đồng tâm trong cơ cấu hành tinh, tạo thành đường tâm Số lượng bánh răng hành tinh phụ thuộc vào thiết kế của nhà chế tạo, cho phép các bánh răng này tự quay quanh trục của chúng và quay quanh trục của cơ cấu hành tinh.
Bánh răng hành tinh được đặt tên theo cách chúng hoạt động, giống như các hành tinh quay quanh mặt trời Bộ bánh răng này kết nối với nhau, tạo ra chuyển động tương tự như sự chuyển động của các hành tinh trong hệ mặt trời.
Thông thường nhiều bánh răng hành tinh được phối hợp với nhau trong bộ truyền bánh răng hành tinh.
Bài tiểu luận Kinh tế
Nguyên lý vận hành
Bằng cách thay đổi vị trí đầu vào, đầu ra, phần và các phần tử cố định có thể giảm tốc, đảo chiều, nối trực tiếp và tăng tốc.
Các nét chính của các hoạt động đó được diễn giải dưới đây.
Bánh răng ngoại luân chủ động (được truyền tự động cơ-Input)
Bánh răng hành tinh quay quanh trục của nó và quay quanh bánh răng mặt trời (nhận lực từ bánh răng ngoại luân)
Bánh răng mặt trời cố định.
Giá hành tinh quay theo bánh răng hành tinh (nhận lực từ bánh răng hành tinh-Output).
Bởi vậy momen được lấy ra từ trục của giá hành tinh.
Khi bánh răng mặt trời được cố định, bánh răng hành tinh sẽ quay xung quanh nó, dẫn đến việc trục đầu ra giảm tốc độ so với trục đầu vào Tốc độ quay được biểu thị bằng độ dài của mũi tên, trong khi chiều rộng của mũi tên thể hiện mômen.
Mũi tên càng dài thì tốc độ quay càng lớn và mũi tên càng rộng thì mô men càng lớn.
Bài tiểu luận Kinh tế
Bánh răng mặt trời chủ động (được truyền từ động cơ-Input).
Bánh răng hành tinh quay quanh trục của nó (nhận lực từ bánh răng mặt trời)-giá hành tinh cố định.
Bánh răng ngoại luân quay (nhận lực từ bánh răng hành tinh-Output). Bởi vậy momen ra được lấy từ trục của bánh răng ngoại luân.
Khi bánh răng mặt trời được cố định và quay, bánh răng bao sẽ quay trên trục với hướng quay được đảo chiều Độ dài của mũi tên biểu thị tốc độ quay, trong khi chiều rộng của mũi tên thể hiện mômen.
Mũi tên càng dài thì tốc độ quay càng lớn, và mũi tên càng rộng thì mômen càng lớn.
Bánh răng mặt trời và ngoại luân chủ động (được truyền lực từ động cơ- Input).
Bánh răng hành tinh cố định (nhận lực từ bánh răng ngoại luân và bánh răng mặt trời).
Giá hành tinh quay theo bánh răng hành tinh (nhận lực từ bánh răng hành tinh-Output).
Bởi vậy momen ra được lấy từ trục của giá hành tinh.
Bài tiểu luận Kinh tế
Bánh răng bao và bánh răng mặt trời quay đồng bộ với cùng một tốc độ, dẫn đến việc cần cũng quay với tốc độ tương tự Độ dài của mũi tên biểu thị tốc độ quay, trong khi chiều rộng của mũi tên thể hiện mômen Mũi tên dài hơn cho thấy tốc độ quay lớn hơn, và mũi tên rộng hơn cho thấy mômen lớn hơn.
Giá đỡ hành tinh chủ động (được truyền lực từ động cơ-Input).
Bánh răng hành tinh xoay tròn quanh bánh răng mặt trời theo chiều quay của giá đỡ hành tinh (nhận lực từ giá đỡ hành tinh).
Bánh răng ngoại luân quay theo bánh răng hành tinh (nhận lực từ bánh răng hành tinh-Output).
Bởi vậy momen ra được lấy ra từ trục của bánh răng ngoại luân.
Bài tiểu luận Kinh tế
Khi dẫn quay theo chiều kim đồng hồ, bánh răng hành tinh chuyển động quanh bánh răng mặt trời theo cùng chiều Bánh răng bao tăng tốc dựa trên số răng của nó và bánh răng mặt trời Độ dài của mũi tên biểu thị tốc độ quay, trong khi chiều rộng của mũi tên thể hiện mômen; mũi tên dài hơn tương ứng với tốc độ quay lớn hơn, và mũi tên rộng hơn cho thấy mômen lớn hơn.
Trong hộp số hành tinh, mỗi cơ cấu hành tinh chỉ đảm nhận hai tỷ số truyền khi hoạt động, ngoại trừ số Mo Các hộp số này thường được tổ hợp từ hai hoặc nhiều cơ cấu hành tinh Phần tử liên kết, hay còn gọi là bánh răng hành tinh, đóng vai trò là phần tử khóa, thể hiện mối liên kết giữa một hoặc nhiều phần tử của cơ cấu hành tinh với nhau hoặc với vỏ hộp số hành tinh.
- Ly hợp ma sát làm việc trong dầu.
Tùy từng cấu trúc hộp số hành tinh mà các phần tử khóa là phần tử điều khiển hoặc phần tử đảm bảo an toàn cơ cấu.
Các ưu điểm của hộp số sử dụng cơ cấu bánh răng hành tinh:
- Chuyển số liên tục không ảnh hưởng tới dòng lực từ động cơ.
Bài tiểu luận Kinh tế
- Giảm độ ồn tron g khi làm việc.
- Hiệu suất làm việc cao.
- Cho tỉ số truyền cao nhưng kích thước không lớn.
- Công nghệ chế tạo đòi hỏi có độ chính xác cao.
- Kết cấu phức tạp, nhiều cụm lồng trục, lồng phanh, ly hợp khóa.
- Lực ly tâm trên các bánh răng hành tinh lớn do tốc độ góc lớn.
Bài tiểu luận Kinh tế
3 Các khả năng làm việc của hộp số hành tinh :
Bộ bánh răng hành tinh
Các bánh răng hành tinh:
Hình 3.1 Bộ bánh răng hành tinh
Mômen xoắn cần được điều chỉnh phù hợp với hoạt động của xe, và bánh răng đóng vai trò quan trọng trong việc này Hộp số tự động sử dụng bộ bánh răng hành tinh để thực hiện việc điều chỉnh mômen một cách hiệu quả.
Bánh răng hành tinh là một thiết bị cơ khí đa năng, có khả năng giảm tốc, tăng tốc và truyền động trực tiếp Ngoài ra, bộ bánh răng này còn có chức năng đảo chiều quay, mang lại sự linh hoạt trong ứng dụng.
Bộ bánh răng hành tinh được đặt tên theo hình dạng giống như hệ thống mặt trời, với bánh răng mặt trời nằm ở giữa Xung quanh bánh răng mặt trời là các bánh răng hành tinh, chúng quay trên trục của bánh răng mặt trời và được giữ cố định trên cần dẫn Bánh răng ngoài cùng, gọi là bánh răng bao, hoàn thiện cấu trúc của hệ thống này Tất cả các bộ truyền bánh răng hành tinh đều sử dụng cách sắp xếp tương tự.
Bài tiểu luận Kinh tế
Các khả năng làm việc chính của hộp số hành tinh a Giảm tốc
Khi bánh răng bao được giữ cố định và công suất được truyền đến bánh răng mặt trời, các bánh răng hành tinh sẽ quay và di chuyển xung quanh bánh răng mặt trời Điều này dẫn đến việc bánh răng hành tinh quay chậm hơn bánh răng mặt trời, làm giảm tốc độ đầu ra và tăng mô men một cách đáng kể.
Khi bánh răng mặt trời và bánh răng bao được giữ cố định, các bánh răng hành tinh sẽ quay quanh bánh răng mặt trời, dẫn đến việc cần dẫn di chuyển chậm hơn bánh răng bao Mặc dù mô men sẽ tăng lên, nhưng tốc độ giảm lại không đáng kể.
_Công suất đưa vào cả hai bánh răng mặt trời và bánh răng bao, công suất được đưa ra ở cần dẫn.
_Do bánh răng bao và bánh răng mặt trời quay cùng với nhau với cùng một tốc độ nên cần dẫn cũng quay cùng tốc độ đó.
Hình b Dẫn động trực tiếp
Bài tiểu luận Kinh tế c Tăng tốc:
Khi cần quay theo chiều kim đồng hồ, các bánh răng hành tinh sẽ xoay quanh bánh răng mặt trời, đồng thời quay quanh trục của nó theo cùng chiều Tốc độ quay của các bánh răng bao sẽ tăng lên tùy thuộc vào số răng của bánh răng bao và bánh răng mặt trời.
Bài tiểu luận Kinh tế d Đảo chiều:
Bằng cách sử dụng cánh giữ cần dẫn và hệ thống dẫn động bánh răng mặt trời, các bánh răng hành tinh được kéo quay quanh trục của chúng Quá trình này khiến cho bánh răng bao quay ngược lại với tốc độ chậm hơn.
Bài tiểu luận Kinh tế
Bộ truyền bánh răng hành tinh ba tốc độ (kiểu Simpson)
Hình 3.3 Bộ bánh răng hành tinh 3 tốc độ
_Bộ truyền bánh răng Simpson sử dụng trên hộp số ba tốc độ trong nhiều năm nay
Bộ truyền bánh răng Simpson bao gồm hai bộ bánh răng hành tinh, trong đó bánh răng mặt trời của mỗi bộ được kết nối với nhau, tạo thành một khối gọi là bánh răng mặt trời chung.
Bài tiểu luận Kinh tế
4 Đánh giá và so sánh về mặt động học của hộp số hành tinh kiểu Simpson và kiểu Ravigneaux:
Tài liệu tham khảo: Truyền động công suất – Lê Lăng Vân
Quan hệ động học của các dãy hành tinh
Để nghiên cứu khả năng động học giữa các phần tử trong một dãy hành tinh, có thể áp dụng hai phương pháp: giải tích và đồ thị Phương trình động học của dãy hành tinh được xây dựng dựa trên mối quan hệ tốc độ góc tương đối khi dừng giá hành tinh G Theo sơ đồ Hình 4-1a, tỷ số truyền khi dừng giá hành tinh được xác định như sau: i MN 0 = n n M−¿n G.
N − ω G ¿ = −¿ K n M , n N , n G – số vòng quay của các bánh răng M, N và giá G; ω M , ω N , ω G – tốc độ góc của các bánh răng M, N và giá G;
Hình 4-1 mô tả cấu trúc và các mối quan hệ động học, động lực học của CCHT 2HK, bao gồm giản đồ tốc độ, sơ đồ CCHT 2HK và các quan hệ động lực học.
Tỷ số truyền K trong hệ thống truyền động hành tinh được xác định bởi đặc tính của dãy hành tinh Dấu âm (-) trước K cho biết chiều quay của bánh răng M và N khi giá hành tinh dừng lại.
Bài tiểu luận Kinh tế ngược chiều nhau Giá trị K được xác định qua bán kính vòng lăn r hoặc số răng Z:
M r M , r N – bán kính vòng lăn của các bánh răng M, N; z M , z N – tốc độ góc của các bánh răng M, N;
Qua đó có thể rút ra phương trình động học của dãy hành tinh như trên là: ω M −¿ K ω N = (1 – K) ω G
Với công thức tính đã nêu, chúng ta có thể xác định tốc độ góc của các khâu M, N, G khi đã xác định được khâu chủ động, khâu bị động và các liên kết giữa các phần tử trong dãy.
Giá trị K của dãy hành tinh bị giới hạn bởi kích thước bánh răng hành tinh và kích thước chung, thường dao động từ 1,5 đến 4 Khi áp dụng phương pháp đồ thị, có thể tạo ra giản đồ tốc độ của dãy hành tinh trên giấy kẻ ly theo tỷ lệ xích nhất định Giả sử trong trường hợp M là chủ động và bánh răng N bị phanh (V N = 0), ta có thể xác định tốc độ V N tại điểm ăn khớp giữa bánh răng M và bánh răng hành tinh thông qua số vòng quay n M từ công thức đã cho.
Để xác định tốc độ của giá hành tinh G, ta bắt đầu với số vòng quay của bánh răng M (n M) và tốc độ V M trên trục đứng theo bán kính của bánh răng Khi V N = 0, điểm n được xác định và nối với nc Đường nc thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ V M và V G khi V N bằng 0 Việc xác định số vòng quay tương đối của bánh răng hành tinh rất quan trọng trong việc đánh giá và lựa chọn ổ.
Khi bánh răng M là chủ động, giá G là bị động thì:
Biến đổi công thức qua số vòng quay n G , n HT , n M và K có được: n HT = ( n M −n G ) K 2 −1
Tương tự ta có thể xác định các trường hợp khác của bộ truyền 2HK
Khi bánh răng N là chủ động, giá G là bị động:
Bài tiểu luận Kinh tế n HT = ( n N −n G ) K 2 −1 K
Khi bánh răng M là chủ động, bánh răng N là bị động: n HT = ( n M −n N ) 2 K
Các công thức trên tạo điều kiện tính n HT khi biết thành phần n M , n N , n G và K.Các bộ truyền khác cũng có thể tiến hành theo các bước như trên.
Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson
a.Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson kiểu đơn giản. a.1 Sơ đồ cấu tạo.
CCHT kiểu Wilson là một bộ truyền hành tinh đơn giản với cấu trúc gồm các bánh răng ăn khớp hỗn hợp và ba trục Bộ truyền này bao gồm một bánh răng mặt trời có vành răng ngoài M trên một trục quay, cùng với một bánh răng ngoại luân có vành răng trong N trên trục quay đồng tâm với M Các bánh răng hành tinh nằm giữa M và N, trong đó bánh răng hành tinh ăn khớp ngoài với M và ăn khớp trong với N Trục của các bánh răng hành tinh được nối cứng với nhau trên cần dẫn.
G và chuyển động quay xung quanh đường tâm của M, N, trục của cần dẫn N là trục thứ ba của CCHT.
Cấu tạo và sơ đồ của cơ cấu hành tinh kiểu Wilson bao gồm ba trục có đường tâm quay ở dạng trục lồng, được gọi là đường tâm trục của cơ cấu Các trục này có khả năng quay tương đối với nhau Số lượng bánh răng hành tinh có thể thay đổi từ 1 đến 4, tùy thuộc vào kết cấu cụ thể Các bánh răng hành tinh không chỉ quay quanh trục của chúng mà còn có khả năng quay xung quanh trục của cơ cấu hành tinh.
CCHT Wilson bao gồm ba phần tử chính: M, N và G Bánh răng hành tinh H đóng vai trò là khâu liên kết giữa M và N Theo phân tích động học của hộp số, cần có một phần tử chủ động và một phần tử bị động để đạt được tỷ số truyền xác định Do đó, cơ cấu này có thể có hai khả năng hoạt động khác nhau.
− Khóa một phần tử với vỏ hộp số.
− Khóa hai phần tử với nhau.
Cả hai khả năng đều cho phép: nếu trục vào có tốc độ quay ổn định thì tốc độ góc của trục ra sẽ ổn định.
Bài tiểu luận Kinh tế
Hình 4.2 Cấu tạo và sơ đồ CCHT kiểu Wilson.
M – Bánh răng mặt trời; N – Bánh răng ngoại luân; H – Bánh răng hành tinh;
G – Cần dẫn. a.2 Khả năng sử dụng.
Khả năng sử dụng tỷ số truyền của cụm chuyển động hộp số ôtô phụ thuộc vào kết cấu và giới hạn làm việc của động cơ Trong hộp số ôtô, mặc dù có kết cấu trục lồng, việc thay đổi trục chủ động và trục bị động không thể thực hiện thường xuyên Để đáp ứng nhu cầu về số lượng tỷ số truyền từ ba đến năm số tiến, ôtô thường sử dụng từ hai đến ba cụm chuyển động hộp số Wilson, với hai dạng ghép nối cơ bản là song song và nối tiếp Sơ đồ ghép nối tiếp của hai cụm chuyển động Wilson cho phép nhân đôi số lượng tỷ số truyền, trong khi sơ đồ ghép nối song song cũng mang lại hiệu quả tương tự.
Hộp số chính được phân chia thành một hoặc nhiều nhóm tỷ số truyền, trong đó hộp số một nhóm tỷ số truyền có thể bao gồm các kiểu CCHT như Simpson, Ravigneaux, hoặc là sự kết hợp của các kiểu này.
Bài tiểu luận Kinh tế
CCHT kiểu Wilson là hộp số có hai hoặc nhiều nhóm tỷ số truyền, kết hợp giữa các CCHT đã được tổ hợp và CCHT đơn giản Các ôtô con hiện đại thường sử dụng động cơ có vòng quay lớn (6000 – 10000 vg/ph), đòi hỏi hộp số phải có nhiều tỷ số truyền và khả năng thay đổi rộng Tuy nhiên, không gian hạn chế nên hộp số được thiết kế thành hai phần, tạo ra hai nhóm số truyền, nhằm giảm tỷ số truyền cho các bộ truyền và thu gọn kích thước tổng thể.
Hình 4-3 Sơ đồ ghép nối tiếp của hai CCHT Wilson.
Bài tiểu luận Kinh tế
Hình 4-4 Sơ đồ ghép nối song song của hai CCHT Wilson.
Trên ôtô con, hộp số thường được thiết kế với hai nhóm tỷ số truyền, bao gồm phần chính và phần phụ Phần phụ hộp số có thể được bố trí trước hoặc sau phần chính, tùy thuộc vào thiết kế của xe.
Hộp số ôtô có hai nhóm số truyền, với phần phụ gồm hai số và phần chính có ba hoặc bốn số Tổ hợp của các số truyền này có thể tạo ra số lượng tỷ số truyền gấp đôi so với phần chính Tuy nhiên, trên ôtô con, chỉ sử dụng năm số tiền và một số lùi, dẫn đến một số số truyền không được kết hợp.
Bài tiểu luận Kinh tế
Hình 4-5 Hộp số hai nhóm số truyền có phần phụ đặt trước phần chính.
Hình 4-6 Hộp số hai nhóm số truyền có phần phụ đặt sau phần chính.
Tỷ số truyền trong hộp số có thể bao gồm số truyền thẳng, số truyền tăng hoặc số truyền giảm Khi có số truyền giảm, số D biểu thị số truyền giảm và số OD là số truyền thẳng Tỷ số truyền chung trong hộp số được tính toán dựa trên tỷ số truyền của các phần khác nhau trong hộp số Hộp số chính thường có nhiều nhóm tỷ số truyền không được sử dụng trên ô tô con.
CCHT kiểu Simpson
a Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc.
CCHT kiểu Simpson gồm hai CCHT Wilson Các phần tử: M 1, N 1, H 1, G 1 thuộc dãy hành tinh thứ nhất, M 2, N 2, H 2, G 2 thuộc dãy hành tinh thứ hai Chúng đã được ghép nối như sau:
Hai bánh răng mặt trời M 1 và M 2 đặt trên cùng một trục quay (liên kết cứng).
Giá hành tinh G 2 liên kết cứng với bánh răng ngoại luân N 1.
Sơ đồ cấu tạo đươc trình bày trên Hình 4-7, và nguyên lý làm việc tóm tắt trong
Bài tiểu luận Kinh tế
Bảng 4-1 Nguyên lý làm việc CCHT tổ hợp Simpson.
Phần tử chạy không Công thức tính i
Khả năng chế tạo i ứn dụng trọng hộp số
Bài tiểu luận Kinh tế
- ∞