KHẢO SÁT HỘP SỐ TỰ ĐỘNG A140L

Trong xu thế hội nhập hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam đang đứng trước nhiều khó khăn, thử thách và cả những cơ hội đầy tiềm năng. Ngành ô tô Việt Nam cũng không ngoại lệ.

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

Giáo viên hướng dẫn: T.S Nguyễn Hoàng Việt

Giáo viên duyệt: T.S Lê Văn Tụy

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴ NG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

  

KHOA: CƠ KHÍ GIAO THÔNG

BỘ MÔN: Ô TÔ VÀ MÁY CÔNG TRÌNH

2 Các số liệu ban đầu

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

2.4 Nguyên lý làm việc chung của hộp số tự động

2.5 Sơ đồ và nguyên lý làm việc của các cụm chi tiết

2.11 Phanh dải dùng trong hộp số tự động B1

2.12 Cơ cấu khoá trục bị động

2.13 Hệ thống điều khiển thủy lực –điện từ của hộp số tự động

3 Hộp số tự động điều khiển thủy lực A140L

3.1 Giới thiệu chung về hộp số A140L

3.2 Các cụm chi tiết chính trong hộp số tự động A140L

3.3 Các tay số trong hộp số tự động A140L

2 Kết cấu biến mô thủy lực sử dụng trong hộp số tự động A140L

3 Các đường đặc tính biến mô

4 Sơ đồ nguyên lý hộp số tự động A140L

5 Sơ đồ nguyên lý các tay số trong hộp số tự động A140L

6 Sơ đồ điều khiển thủy lực các tay số trong hộp số tự động A140L

6 Ngày giao nhiệm vụ: 18/2/2008

7 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 31/5/2008

Thông qua bộ môn Thông qua cán bộ hướng dẫn Ngày… tháng…năm 2008 Ngày… tháng…năm 2008

TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Kết quả

đánh giá:

T.S Lê Văn Tụy T.S Nguyễn Hoàng Việt

Sinh viên đã hoàn thành và nộp Ngày…… Tháng…… năm 2007 toàn bộ bản báo cáo cho bộ môn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

Ngày…tháng…năm 2008

2.4 Nguyên lý làm việc chung của hộp số tự động

2.5 Sơ đồ và nguyên lý làm việc của các cụm chi tiết

2.5.1 Biến mô thủy lực

2.5.2 Sơ đồ nguyên lý chung và nguyên lý làm việc

2.5.3 Các bộ phận cơ bản của biến mô

2.5.4 Phân tích kết cấu biến mô men thủy lực

2.7.3 Động học và động lực học bộ truyền hành tinh một dãy

2.7.4 Tải trọng tác dụng lên các cơ cấu khoá (điều khiển)

2.8 Các cơ cấu hành tinh thường dùng trên ôtô.

2.8.1 Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson

2.11 Phanh dải dùng trong hộp số tự động B 1

2.12 Cơ cấu khoá trục bị động

2.13 Hệ thống điều khiển thủy lực –điện từ của hộp số tự động

2.13.1 Hệ thống điều khiển thuỷ lực

2.13.2 Một số bộ phận cơ bản của hệ thống điều khiển thuỷ lực điện từ

3 Hộp số tự động điều khiển thủy lực A140L

3.1 Giới thiệu chung về hộp số A140L

3.2 Các cụm chi tiết chính trong hộp số tự động A140L

3.2.1 Biến mô thủy lực

3.2.2 Bộ truyền bánh răng hành tinh

3.3 Các tay số trong hộp số tự động A140L

3.3.1 Giới thiệu bộ truyền hành tinh 3 tốc độ trong hộp số tự động A140L

3.5.2 Chức năng nhiệm vụ của hệ thống thủy lực

3.5.3 Các van cơ bản trong hộp số A140L

3.5.4 Bơm dầu

3.5.5 Hệ thống điều khiển điện số OD

3.5.6 Hư hỏng, tìm khu vực xảy ra hư hỏng và các phép thử

4 Kết luận

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xu thế hội nhập hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam đang đứng trướcnhiều khó khăn, thử thách và cả những cơ hội đầy tiềm năng Ngành ô tô Việt Namcũng không ngoại lệ Khi thế giới bắt đầu sản xuất ô tô chúng ta chỉ được nhìn thấychúng trong tranh ảnh, hiện nay khi công nghệ về sản xuất ô tô của thế giới đã lêntới đỉnh cao chúng ta mới bắt đầu sửa chữa và lắp ráp Bên cạnh đó thị trường ô tôViệt Nam là một thị trường đầy tiềm năng theo như nhận định của nhiều hãng sảnxuất ô tô trên thế giới nhưng hiện nay chúng ta mới chỉ khai thác được ở mức độbuôn bán, lắp ráp và sửa chữa Mức thuế 200% đối với xe nhập khẩu vẫn khôngngăn được người dân Việt Nam mua những chiếc xe trị giá cả vài trăm nghìn đếnhàng triệu đô la, vì đây là một nhu cầu thiết yếu mà số ngoại tệ này là không nhỏđối với Việt Nam chúng ta nhất là trong thời kỳ phát triển đất nước như hiện nay.Với sự phát triển mạnh mẽ của tin học trong vai trò dẫn đường, quá trình tựđộng hóa đã đi sâu vào các ngành sản xuất và các sản phẩm của chúng, một trong số

đó là ô tô, không chỉ làm cho người sử dụng cảm thấy thoải mái, gần gũi với chiếc

xe của mình, thể hiện phong cách của người sở hữu chúng Mà sự tự động hóa cònnâng cao hệ số an toàn trong sử dụng Đây là lý do tại sao các hệ thống tự động luônđược trang bị cho dòng xe cao cấp và dần áp dụng cho các loại xe thông dụng Vìvậy với đề tài chọn là nghiên cứu, khảo sát hộp số tự động em rất mong với đề tàinày em sẽ củng cố tốt hơn kiến thức đã được truyền thụ để khi ra trường em có thểtham gia vào ngành ô tô của Việt Nam để góp phần vào sự phát triển chung củangành

Em xin được gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn Nguyễn Hoàng Việt đã chỉ bảo em tận tình, giúp em vượt qua những khó khăn vướng mắc trong khi hoàn thành đồ án của mình Bên cạnh đó là thầy Lê Văn Tụy và các thầy trong

khoa đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp này

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tấn Bảo

Đà Nẵng ngày 1 tháng 3 năm 2008

1 Mục đích ý nghĩa đề tài

Hiện nay các phương tiện giao thông vận tải là một phần không thể thiếu trongcuộc sống con người Cũng như các sản phẩm của nền công nghiệp hiện nay, ô tôđược tích hợp các hệ thống tự động lên các dòng xe đã và đang sản suất với chiềuhướng ngày càng tăng Hộp số tự động sử dụng trong hệ thống truyền lực của xe làmột trong số những hệ thống được khách hàng quan tâm hiện nay khi mua xe ô tô,đặc biệt là ở thị trường MỸ và CHÂU ÂU vì những tiện ích mà nó mang lại khi sửdụng Việc nghiên cứu hộp số tự động sẽ giúp chúng ta nắm bắt những kiến thức cơbản để nâng cao hiệu quả khi sử dụng, khai thác, sửa chữa và cải tiến chúng Ngoài

ra nó còn góp phần xây dựng các nguồn tài liệu tham khảo phục vụ nghiên cứutrong quá trình học tập và công tác

Các dòng xe ra đời với các bước đột phá về nhiên liệu mới và tiêu chuẩn khíthải đựợc chấp thuận trong ngành sản xuất ô tô nhằm bảo vệ môi trường thì bêncạnh đó công nghệ sản xuất không ngừng ngày càng nâng cao, công nghệ điềukhiển và vi điều khiển ngày càng được ứng dụng rộng rãi thì việc đòi hỏi phải cókiến thức vững vàng về tự động hóa của cán bộ kỹ thuật trong ngành cũng phảinâng lên tương ứng mới mong có thể nắm bắt các sản phẩm được sản xuất cũng nhưdây chuyền đi kèm, có như vậy mới có thể có một công việc vững vàng sau khi ratrường

Khi xem những chiếc xe ô tô của các nước sản xuất em không chỉ ngỡ ngàng

và thán phục nền công nghiệp sản xuất ô tô của thế giới mà em còn tự hỏi: Bao giờViệt Nam chúng ta cũng sẽ sản xuất được những chiếc xe như thế? Đây là câu hỏi

em hy vọng thế hệ trẻ chúng em sẽ trả lời được dưới sự giúp đỡ tận tình của cácThầy và các bậc đàn anh đi trước

Vì những lý do trên em chọn đề tài "Khảo sát mô hình hộp số tự động A140Llắp trên xe TOYOTA CAMRY" để làm đề tài tốt nghiệp

2 Tổng quan về hộp số tự động điều khiển thủy lực

2.1 Lịch sử phât triển

Xuất phât từ yíu cầu cần thiết bị truyền công suất lớn ở vận tốc cao để trang

bị trín câc chiến hạm dùng trong quđn sự, truyền động thủy cơ đê được nghiín cứu

vă sử dụng từ lđu Sau đó, khi câc hêng sản xuất ô tô trín thế giới phât triển mạnh

vă bắt đầu có sự cạnh tranh thì từ yíu cầu thực tế muốn nđng cao chất lượng xe củamình, đồng thời tìm những bước tiến về công nghệ mới nhằm giữ vững thị trường

đê có cùng tham vọng mở rộng thị trường câc hêng sản xuất xe trín thế giới đê bướcvăo cuộc đua tích hợp câc hệ thống tự động lín câc dòng xe xuất xưởng như: hệthống chống hêm cứng bânh xe khi phanh, hệ thống chỉnh góc đỉn xe tự động, hệthống treo khí nĩn, hộp số tự động, hệ thống camera cảnh bâo khi lùi xe, hệ thốngđịnh vị toăn cầu,…Đđy lă bước tiến quan trọng thứ hai trong nền công nghiệp sảnxuất ô tô sau khi động cơ đốt trong được phât minh vă xe ô tô ra đời

Cho đến nửa đầu thập kỷ 70, hộp số được TOYOTA sử dụng phổ biến nhất lăhộp số cơ khí điều khiển bằng tay bình thường Bắt đầu từ năm 1977 hộp số tự độngđược sử dụng lần đầu tiín trín xe CROWN vă số lượng hộp số tự động được sửdụng trín xe tăng mạnh Ngăy nay hộp số tự động được trang bị thậm chí trín cả xehai cầu chủ động vă xe tải nhỏ của hêng Còn câc hêng chế tạo xe khâc trín thế giớinhư: HONDA, BMW, MERCEDES, GM,…Cũng đưa hộp số tự động âp dụng trín

xe của mình ở gần mốc thời gian năy Trín hình 2.1 lă sơ đồ phât triển của hộp số tựđộng

AT

AT

ECT

1

loại điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực

điều khiển chuyển số và thời điểm khóachẩn đoán

dự phòngcác chức năng khác

Hình 2-1 Sự phât triển cơ bản của hộp số tự động.

AT: Hộp số tự động (Automatic Transmission)

1

AT : Loại hộp số năy có bộ phần truyền lực cơ bản giống loại ECT

ECT: Hộp số điều khiển điện (Electronic Controlled Transmission)

Trín bảng 1 lă câc mốc thời gian TOYOTA đưa hộp số tự động sử dụng tríncâc dòng xe của mình

Bảng 2-1 Mốc thời gian ứng dụng hộp số tự động của TOYOTA

2.2 Các ưu điểm của Hộp Số Tự Động

2.2.1 Vì sao phải sử dụng hộp số tự động

Khi tài xế đang lái xe có hộp số thường, cần sang số được sử dụng đểchuyển số để tăng hay giảm mômen kéo ở các bánh xe Khi lái xe lên dốc hay khiđộng cơ không có đủ lực kéo để vượt chướng ngại ở số đang chạy, hộp số đượcchuyển về số thấp hơn bằng thao tác của người lái xe

Vì lý do này nên điều cần thiết đối với người lái xe là phải thường xuyênnhận biết tải và tốc độ động cơ để chuyển số một cách phù hợp Ở xe sử dụng hộp

số tự động những nhận biết như vậy của lái xe là không cần thiết vì việc chuyển đến

số thích hợp nhất luôn được thực hiện một cách tự động tại thời điểm thích hợp nhấttheo tải động cơ và tốc độ xe

2.2.2 Các ưu điểm của Hộp Số Tự Động

So với hộp số thường, hộp số tự động có các ưu điểm sau

Giảm mệt mỏi cho người lái qua việc loại bỏ thao tác ngắt và đóng ly hợpcùng thao tác chuyển số

Chuyển số một cách tự động và êm dụi tại các tốc độ thích hợp với chế độ láixe

Tránh cho động cơ và dẫn động khỏi bị quá tải vì ly hợp cơ khí nối giữa động

cơ và hệ thống truyền động theo kiểu cổ điển đã được thay bằng biến mô thủy lực

có hệ số an toàn cao hơn cho hệ thống truyền động ở phía sau động cơ

Tối ưu hóa các chế độ hoạt động của động cơ một cách tốt hơn so với xe lắphộp số thường, điều này làm tăng tuổi thọ của động cơ được trang bị trên xe

2.3 Phân loại Hộp Số Tự Động

Hộp số tự động có thể chia thành hai loại, chúng khác nhau về hệ thống sửdụng để điều khiển chuyển số và thời điểm khóa biến mô Một loại là điều khiểnbằng thủy lực hoàn toàn, nó chỉ sử dụng hệ thống thủy lực để điều khiển và lọai kia

là loại điều khiển điện, dùng ngay các chế độ được thiết lập trong ECU (ElectronicControlled Unit: bộ điều khiển điện tử) để điều khiển chuyển số và khóa biến mô,loại này bao gồm cả chức năng chẩn đoán và dự phòng, còn có tên gọi khác là ECT(hộp số điều khiển điện)

Ngoài phân loại theo cách điều khiển thủy lực hay diều khiển điện hộp số tựđộng còn được phân loại theo vị trí đặt trên xe Loại dùng cho các xe động cơ đặttrước - cầu trước chủ động và động cơ đặt trước - cầu sau chủ động (như hình 2-2).Các hộp số được sử dụng trên xe động cơ đặt trước - cầu trước chủ động thiết kếgọn nhẹ hơn so với loại lắp trên xe động cơ đặt trước - cầu sau chủ động do chúngđược lắp đặt trong khoang động cơ nên bộ truyền động bánh răng cuối cùng (vi sai)lắp ở ngay trong hộp số, còn gọi là “hộp số có vi sai” Hộp số sử dụng cho xe động

cơ đặt trước - cầu sau chủ động có bộ truyền động bánh răng cuối cùng (vi sai) lắp ởbên ngoài

Cả hai loại động cơ đặt trước - cầu trước chủ động và động cơ đặt trước - cầusau chủ động đều được xây dựng và phát triển trên các dòng xe du lịch đầu tiên khiyêu cầu tự động hóa cho xe ô tô phát triển, nhưng hiện nay hộp số tự động còn đượcdùng cho cả xe tải và xe có hai cầu chủ động hay xe sử dụng ở địa hình không cóđường đi

Front-wheell drive: Dẫn động cầu trước.

Final gear and differential: Truyền động cuối và vi sai.

Automatic transmission: Hộp số tự động.

Propeller shaft: Trục các đăng.

Rear-wheell drive: Dẫn động cầu sau.

Ngoài cách phân loại trên còn có một số cách phân loại khác như theo cấp sốtiến của hộp số có được (4 cấp, 5 cấp ) và hiện nay số cấp mà hộp số tự động cóđuược cao nhất là 7 cấp Phân loại theo thiết kế cho dòng xe lắp đặt chúng như ô tô

du lịch, xe tải, xe siêu trọng

2.4 Nguyên lý làm việc chung của hộp số tự động

Dòng công suất truyền từ động cơ qua biến mô đến hộp số và đi đến hệ thốngtruyền động sau đó (như hình 2-3), nhờ cấu tạo đặc biệt của mình biến mô vừa đóngvai trò là một khớp nối thủy lực vừa là một cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực,cũng vừa là một bộ phận khuyếch đại mô men từ động cơ đến hệ thống truyền lựcphía sau tùy vào điều kiện sử dụng Hộp số không thực hiện truyền công suất đơnthuần bằng sự ăn khớp giữa các bánh răng mà còn thực hiện truyền công suất quacác ly hợp ma sát, để thay đổi tỷ số truyền và đảo chiều quay thì trong hộp số sửdụng các phanh và cơ cấu hành tinh đặc biệt với sự điều khiển tự động bằng thủylực hay điện tử

Trục khuỷu động cơTấm dẫn độngBiến mô thủy lựcTrục sơ cấp của hộp sốBộ truyền hành tinh, các ly hợp

Trục thứ cấp của hộp số

Hình 2-3 Dòng truyền công suất trín xe có sử dụng hộp số tự động.

Trín thị trường hiện nay có nhiều loại hộp số tự động, phât triển theo xuhướng nđng cao sự chính xâc vă hợp lý hơn trong quâ trình chuyển số, kỉm theo lăgiâ thănh vă công nghệ sản xuất, tuy nhiín chức năng cơ bản vă nguyín lý hoạtđộng lă giống nhau Trong hộp số tự động sự vận hănh tất cả câc bộ phận vă kết hợpvận hănh với nhau ảnh hưởng đến toăn bộ hiệu suất lăm việc của cả hộp số tự độngnín yíu cầu về tất cả câc cụm chi tiết hay bộ phận cấu thănh nín hộp số điều có yíucầu rất khắt khe về thiết kế cũng như chế tạo

2.5 Sơ đồ vă nguyín lý lăm việc của câc cụm chi tiết

2.5.1 Biến mô thủy lực

Khớp khóa biến mô

Hình 2-4 Biến mô thủy lực.

Bộ biến mô vừa truyền vừa khuyếch đại mômen từ động cơ bằng câch sửdụng dầu hộp số lăm môi trường lăm việc Bộ biến mô bao gồm: cânh bơm đượcdẫn động bằng trục khuỷu, rôto tuabin được nối với trục sơ cấp, stator được bắt chặtvăo vỏ hộp số qua khớp một chiều vă trục stator, vỏ bộ biến mô chứa tất cả câc bộphận trín như hình 2-4 Biến mô được nĩn đầy dầu thủy lực cung cấp bởi bơm dầu

Dầu này được cánh bơm tích lũy năng lượng và khi ra va đập vào bánh tuabin tạothành một dòng truyền công suất làm quay rôto tuabin (hình 2-5).

Hình 2-5 Dòng xoáy trong bánh bơm và bánh tuabin.

* Chức năng của biến mô:

- Tăng mô men do động cơ tạo ra

- Đóng vai trò như một ly hợp thủy lực để truyền hoặc khôngtruyền mô men từ động cơ đến hộp số

- Hấp thụ các dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyềnlực

- Có tác dụng như một bánh đà để làm đồng điều chuyển độngquay của động cơ

- Dẫn động bơm dầu của hệ thống điều khiển thủy lực

Trên xe có lắp hộp số tự động bộ biến mô thủy lực cũng có tác dụng như mộtbánh đà của động cơ Do không cần có một bánh đà nặng như vậy trên xe có hộp sốthường nên xe có trang bị hộp số tự động sẽ sử dụng luôn biến mô thủy lực kèm tấmtruyền động có vành răng khởi động dùng làm bánh đà cho động cơ Khi tấm dẫnđộng quay ở tốc độ cao cùng biến mô thủy lực trọng lượng của nó sẽ tạo nên sự cânbằng tốt nhằm ngăn chặn các rung động và làm đồng điều chuyển động của động cơkhi hoạt động gây ra

2.5.2 Sơ đồ nguyên lý chung và nguyên lý làm việc

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 2-6 là một ví dụ tương tự nguyên lý làm việc của biến mô thủy lực.Dùng một quạt chủ động quạt gió về phía một quạt bị động giống như thế đặt đốidiện, gần sát và đang ở trạng thái đứng yên Sau một quãng thời gian ngắn quạt bịđộng bắt đầu quay theo quạt chủ động và chiều quay của cả hai là cùng nhau Giả sử

ta dùng một ống hồi gió về như hình minh họa để lấy nguồn gió sau khi thổi quaquạt bị động quay trở lại thổi tiếp tục vào quạt chủ động thì năng lượng mà quạt chủđộng dùng để thổi cho quạt bị động quay ngay sau đó sẽ giảm hơn so với ban đầu

Hình 2-6 Ví dụ tương tự nguyên lý truyền công suất của biến mô thủy

lực.

Nói một cách khác, việc truyền công suất giữa hai quạt được thực hiện nhờmôi trường không khí Biến mô cũng làm việc như vậy, bánh bơm đóng vai trò quạtchủ động, bánh tuabin đóng vai trò quạt bị động và ống hồi gió đóng vai trò gầngiống với bánh phản ứng Môi trường làm việc ở đây là dầu thủy lực là một chấtlỏng không chiụ nén nên khả năng truyền công suất sẽ tốt hơn môi trường khôngkhí rất nhiều

b Nguyên lý truyền công suất

Hình 2-7 Sơ đồ tính toán dòng chảy trong biến mô thủy lực.

Bánh bơm được gắn cố định trên trục chủ động, nối cứng với trục khuỷu động

cơ và quay với tốc độ góc wb Bánh tuabin được lắp trên trục bằng then hoa và quayvới tốc độ góc wt Các bánh nằm trong một vành xuyến khép kín gọi là buồng côngtác và được nạp đầy dầu thủy lực có áp suất dư Hình dạng buồng công tác đảm bảotổn thất năng lượng ít nhất, khi chất lỏng chuyển từ bánh này sang bánh khác

Nguyên lý làm việc của biến mô men thủy lực dựa trên cơ sở của định luậtbiến thiên mô men động lượng và được giải thích dựa trên hình 2-7 Tại điểm dòng

dầu đi vào bánh bơm, tốc độ dòng chất lỏng trung bình, biểu diễn bằng đường chấmgạch có giá trị tuyệt đối là vb1 Tốc độ này có thể phân tích thành hai thành phần: tốc

độ vòng hay còn gọi là tốc độ theo ub1 và tốc độ tương đối wb1

Sau khi đi vào bánh bơm, chất lỏng chuyển động theo profin cánh dẫn đi từtâm ra mép ngoài Dòng chất lỏng có tốc độ là v b2 u b2 w b2 Khi chuyển động từtrong ra ngoài bánh bơm trong vòng lưu thông, năng lượng và động lượng của dòngchất lỏng tăng lên nhờ mô men truyền cho bánh bơm từ trục khuỷu động cơ Hiệu

mô men động lượng của chất lỏng đối với trục quay của bánh bơm khi đi vào và đi

ra khỏi nó chính bằng mô men trên trục bánh bơm và xác định theo biểu thức:

Mb = mR2v b2cos R1v b1cos (2.1)

Ở đây:

m = G g - Khối lượng chất lỏng chảy qua bánh bơm trong một giây

R1, R2 - Bán kính bánh công tác ở điểm vào và điểm ra của chất lỏng trên quỹ

đạo trung bình



 , - Góc tương ứng giữa các vec-tơ tốc độ tuyệt đối vb1, vb2 và các tốc độ

theo ub1, ub2

Trong giai đoạn khuyếch đại mômen khi dòng chất lỏng đi ra khỏi bánh bơm

ta xem như dòng chất lỏng đi ngay vào bánh tuabin Vì giữa bánh bơm và bánh tuabin không có bánh phản ứng nên động năng của dòng chất lỏng khi ra khỏi bánhbơm và vào bánh tua bin không thay đổi, nhưng vận tốc tuyệt đối của dòng chấtlỏng khi ra khỏi bánh tua bin sẽ thay đổi chiều (do hình dạng của bánh tua bin).Điều này có nghĩa là khi đi từ ngoài vào trong, chất lỏng truyền cho tua binmột mômen bằng về trị số với mômen trên trục bánh bơm Mặc khác theo định luậtbiến thiên mômen động lượng thì mômen tác dụng lên bánh tua bin cũng chínhbằng hiệu mômen động lượng của chất lỏng đối với trục quay tua bin khi đi vào và

ra khỏi nó, do đó :

M t M bmR2v b2cos R1v t1cos (2.2)

 - Góc giữa u t1và w t1 tại điểm ra của bánh tuabin

Khi ra khỏi bánh tuabin, dòng chất lỏng chảy qua bánh phản ứng thông quakhớp một chiều tác dụng lên dòng chất lỏng này một mô men Mp cùng hướng với

mô men Mb và có giá trị bằng:

Khi tốc độ quay của bánh bơm nb = const (giữa bánh tuabin và bánh bơm đạt

sự cân bằng về tốc độ và mômen) sự tăng tải trọng tác dụng lên trục bánh tuabinlàm giảm tốc độ quay nt của bánh tuabin, ở ngay thời điểm tức thời sau đó vì bánhbơm vẫn cung cấp dòng dầu có năng lượng và lưu lượng như cũ sẽ làm tăng ngaylưu lượng dòng dầu qua bánh tuabin, điều này giúp cho bánh tuabin tiếp nhận thêmnăng lượng để bù vào năng lượng tiêu hao do tăng tải trọng, nhưng ngược lại sự tiếpnhận thêm năng lượng này từ bánh tuabin cũng làm mất đi một phần năng lượng dotrục khuỷu cung cấp cho bánh bơm tức là sẽ làm cho bánh bơm giảm tốc độ Nếukhông có sự điều chỉnh tay ga từ người lái tín hiệu tăng tải và đi kèm giảm tốc độcủa xe có thể làm hộp số chuyển về tỷ số truyền lớn hơn cho đến khi đạt trở lại sựcân bằng

Tương tự với trường hợp tải trọng tác dụng lên trục bánh tuabin giảm xuống,tốc độ bánh tuabin sẽ tăng lên, lập tức lưu lượng dầu đi qua bánh tuabin giảmxuống Điều này làm cho công suất bánh bơm cung cấp trở nên lớn hơn mức cầnthiết và làm cho tốc độ bánh bơm tăng lên để đạt lại sự cân bằng Trong giới hạn tảitrọng và mômen của tay số hiện tại không đáp ứng được sự hiệu chỉnh để đạt sự cânbằng thì hộp số sẽ tự động chuyển số

c Nguyên lý khuyếch đại mô men

Hình 2-8 Hướng chuyển động của dòng chảy trong biến mô thủy lực Khi biến mô ở chế độ khuyếch đại mômen, biến mô sử dụng năng lượng còn

lại của dòng dầu sau khi đi qua tuabin và bánh phản ứng tiếp tục tác động vào cánhbơm bằng cách nhờ vào tác dụng chuyển hướng của bánh phản ứng thay đổi hướng

va đập của dòng dầu quay về vào sau cánh bơm (như hình 2-8) Bánh phản ứngkhóa cứng với vỏ của biến mô men thủy lực nên dòng chất lỏng không trao đổi nănglượng với nó, nghĩa là trong bánh phản ứng chỉ có biến đổi áp năng thành độngnăng Động năng có được này sẽ truyền cho bánh bơm khi dòng dầu quay về bánhbơm Vì vậy mô men quay trên trục bánh tuabin có được sẽ lớn hơn mômen trêntrục bánh bơm tại cùng một thời điểm

Nếu bánh phản ứng quay tự do thì mô men xoắn của trục chủ động truyền

cho trục bị động không thể tăng được Khi đó biến mô men thủy lực làm việc như lyhợp thủy động

2.5.3 Các bộ phận cơ bản của biến mô

Trên hình 2-9 là các bbộ phận cơ bản của một biến mômen thủy lực gồmbánh bơm, bánh tuabin, bánh phản ứng và khớp một chiều, ngoài ra trong biếnmômen còn có một số chi tiết phụ như vành làm kín, trục của bánh phản ứng, khớpkhóa biến mô, các vòng chặn

Hình 2-9 Bánh bơm, bánh tuabin và bánh phản ứng.

a Bánh bơm

Cánh bơm được đúc liền với vỏ biến mô hay lắp rời từng cánh, số lượng cánh

và biên dạng cánh được chọn thiết kế theo công suất động cơ sử dụng chúng và loại

hệ thống truyền lực phía sau Trín cânh bơm còn lắp đặt vănh dẫn hướng ở phíacạnh trong của cânh để dẫn hướng cho dòng chảy của bơm được ím (như hình 2-10)

Bánh bơm Tấm dẫn động

Trục khuỷuVành dẫn hướng

Hình 2-10 Sơ đồ bânh bơm lắp trín vỏ biến mô.

Với nhiệm vụ lă giúp tích tụ năng lượng lín câc dòng dầu chuyển động trongbiến mô nhờ lấy năng lượng từ trục khuỷu động cơ thì kết cấu vă chất lượng bề mặtcânh bơm ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất vă cả quâ trình khuyết đại mô men củabiến mô Vì vậy việc đúc liền vă gia công bề mặt cânh bơm trín bânh bơm đòi hỏicông nghệ gia công rất cao không phải hêng sản xuất ô tô năo cũng lăm được, cònphương phâp lắp rời từng cânh lín bânh mang cânh thì được chấp nhận rộng rêi vănhanh chóng vì tính công nghệ vă tính kinh tế cao của phương phâp năy

Ngăy nay đa số câc biến mô thủy lực dùng trín ô tô điều chế tạo theo phươngphâp lắp từng cânh rời nhưng nếu lă biến mô năy sử dụng trín tău biển hay phươngtiện thuộc lĩnh vực quđn sự thì phương phâp đúc liền câc cânh với vỏ biến mô đượcdùng nhiều hơn

b Bânh tuabin

Bánh bơm

Bánh Tuabin

Tấm dẫn độngTrục khuỷu

Trục sơ cấp của hộp số

Khớp khóa biến mô

Hình 2-11 Sơ đồ nguyín lý lắp bânh tuabin trín biến mô thủy lực.

Trín hình 2-11 lă sơ đồ nguyín lý lắp bânh tuabin trín biến mô thủy lực

Cânh tuabin được đúc liền hay lứp rời từng cânh với bânh mang cânh, sốlượng cânh vă biín dạng cânh được chọn thiết kế theo công suất động cơ sử dụngchúng vă loại hệ thống truyền lực phía sau Trín cânh tuabin còn lắp đặt vănh dẫnhướng ở phía cạnh trong của cânh để dẫn hướng cho dòng chảy của bơm được ím Cânh tuabin được thiết kế với góc đặt cânh lớn hơn so với cânh bơm Vì cânhtuabin có nhiệm vụ thu nhận động năng vă âp năng được vận chuyển theo dòng dầu

đi ra từ cânh bơm Ngoăi ra về số lượng cânh lă bằng số lượng cânh mang trín bânhbơm, cũng được thiết kế câc vănh dẫn hướng để dòng chảy được ím Công nghệchế tạo vă yíu cầu bề mặt của bânh tuabin có nhiều điểm tương đồng với nhau

c Bânh phản ứng

Bânh phản ứng đặt giữa bânh bơm vă bânh tuabin, được lắp trín trục của nó

vă trục năy lắp cố định văo vỏ hộp số qua khớp một chiều (như hình 2-12) Khớpmột chiều cho phĩp bânh phản ứng quay cùng chiều với trục khuỷu động cơ, khibânh phản ứng có xu hướng quay ngược lại nó sẽ bị khóa Do vậy bânh phản ứngquay hay bị khóa phụ thuộc văo hướng của dòng dầu đập văo cânh của nó

Bánh phản ứng

Khớp mộ t chiề u

Tấ m dẫ n độ ng Trụ c khuỷu

Hình 2-12 Sơ đồ nguyín lý lắp bânh phản ứng trín biến mô thủy lực.

Câc cânh của bânh phản ứng tiếp nhận dòng dầu đi ra từ cânh tuabin văhướng cho chúng đập văo mặt sau của cânh bơm lăm cho cânh bơm được “cườnghóa” Tuy không đóng vai trò chủ đạo trong việc truyền công suất nhưng bânh phảnứng lại có vai trò quyết định tới hiệu suất của cả biến mô thỷ lực trong một sốtrường hợp, Đồng thời lă khả năng giúp biến mô khuyếch đại mô men do động cơsinh ra trong một số trường hợp đđy lă lý do chính bânh phản ứng được thiết kếcùng bânh bơm vă bânh tuabin trong cùng một biến mô thủy lực

d Khớp một chiều của bânh phản ứng

Bânh phản ứng với mục đích khuyếch đại mômen động cơ sinh ra vă ngănchặn hiện tượng giảm hiệu suất của biến mô thủy lực khi tốc độ bânh tuabin gầnbằng bânh bơm thì bânh phản ứng cần phải có khớp một chiều đi liền cùng kết cấu

của nó Hiện nay trong các loại hộp số tự động có hai loại khớp một chiều hay sửdụng nhiều nhất là loại dùng bi trụ và loại dùng con lăn

Dạng trụ lăn như hình 2-13, bao gồm bốn chi tiết: vành trong, vành ngoài, các

bi trụ và lò xo giữ bi trụ luôn tiếp xúc với các vành Bề mặt làm việc của một vànhđược làm ở dạng hình trụ, còn vành kia dạng cong theo hướng tạo nên chiều rộngchứa bi thay đổi (cong thân khai) Do vậy giữa chúng tạo thành hình chêm

Muốn có độ cứng bề mặt như trên, người ta phải thực hiện biến cứng chúng với độsâu không dưới 1,5mm và sau đó tiến hành tôi và ram Các vành được nối với bánhphản ứng bằng đinh tán, còn nối với trục bánh phản ứng nhờ rãnh then hoa Trongmột số kết cấu vành ngoài của khớp một chiều được nối với bánh phản ứng nhờrãnh then hoa.

Tại các điểm tiếp xúc A và B với các vành, bi trụ chịu tác dụng của các lựcpháp tuyến FN và lực tiếp tuyến Ft.

Hợp lực của các lực này là:



sin Z R1

M a

M F

N

1

cos

Hệ số ma sát  phụ thuộc vào độ nhớt của dầu và thường nằm trong vùng

0,110,13 Bởi vậy trên cơ sở hệ thức (2 5) ta có y = 60

Sự phụ thuộc giữa mô men xoắn M pvà các kích thước chính của khớp mộtchiều được xác định bởi ứng suất tiếp xúc tại điểm B trên bề mặt làm việc của vànhtrong

B

p K

l tg R Z

E M







.

418

, 0

R1, R2 - Bán kính cong các đường thân khai tạo rãnh chêm

Điều kiện bền mỏi như sau: [K ] 2000[N/mm2]

Khi thiết kế khớp hành trình tự do (khớp một chiều) nên sử dụng:

Hình 2-15 Hoạt động cảu khớp một chiều trong bánh phản ứng.

Kết cấu của khớp bao gồm: Hai vành trong và ngoài của bánh phản ứng, cáccon lăn bằng thépvà lò xo giữ cho các con lăn luôn có xu hướng tỳ vào hai vành vàkhóa vành ngoài với vành trong (như hình 2-15) Tuy chỉ với kết cấu rất đơn giảnnhư vậy nhưng khớp một chiều này lại đóng vai trò rất quan trọng trong việc giúpcho bánh phản ứng đạt được ý đồ thiết kế đưa ra

Khớp một chiều hoạt động như một miếng chêm, khi vành ngoài quay theochiều B vì khoảng cách l nhỏ hơn l2 nên các con lăn dưới tác dụng trợ giúp của lò

xo sẽ khóa cứng vành ngoài và vành trong với nhau, ngược lại khi vành ngoài có xuhướng quay theo chiều A thì các con lăn luôn cho hai vành trong và ngoài quaytương đối với nhau

Cách tổ chức tính toán tương tự như mô hình tính cho loại khớp một chiềucon lăn hình trụ

e Cơ cấu khóa biến mô

Bản thân biến mô để truyền được công suất giữa bánh bơm và bánh tuabin cầntồn tại dòng dầu tuần hoàn giữa chúng, điều này chỉ xảy ra khi bánh tua bin có tốc

độ nhỏ hơn bánh bơm, tức là công suất từ trục khuỷu động cơ không được truyềnqua bánh tuabin đủ 100% Đây là một điểm yếu của biến mômen thủy lực Để khắcphục nhược điểm này biến mômen được thiết kế một khóa biến mô nhằm tạo nốicứng cơ khí khi tốc độ giữa bánh bơm và bánh tuabin chỉ sai khác nhau khoảng 3%,đảm bảo trong trường hợp này công suất từ trục khuỷu động cơ được truyền đủ100% đến hệ thống truyền lực phía sau

Hình 2-16 Hoạt động của biến mô men thủy lực với ly hợp ma sát LOCK-UP

của CHRYSLER.

a- Khi biến mô men không làm việc; b- Khi biến mô men thủy lực làm việc;

c- Khi LOCK-UP đóng;

1 - Bánh phản ứng; 2 - Bánh bơm; 3 - Trục bị động; 4 - Lò xo giảm chấn; 5 - Ly

hợp ma sát; 6 - Piston ly hợp; 7 - Bánh tua bin.

Trên hình 2.16 là hoạt động của biến mô men thủy lực với ly hợp ma sátLOCK-UP của CHRYSLER

Hiện nay khóa biến mô theo nguyên lý làm việc có hai loại Một là loại dùnglực ma sát để thực hiện khóa biến mô, hai là dùng lực điện từ để thực hiện điều này.Với loại thứ hai thường dùng với thiết bị cần truyền công suất lớn và chính xác caonhư với tàu thủy hay tàu hỏa, còn với ô tô thông thường dùng ly hợp ma sát một haynhiều đĩa làm việc trong chất lỏng (dầu), thời gian làm việc ngắn Phần chủ độngcủa ly hợp ma sát là vỏ của biến mô men, gắn liền với bánh bơm, trên bề mặt trongcủa vỏ biến mô men có một mặt phẳng dạng vành khăn tạo nên một mặt phẳng tựacủa ly hợp ma sát Phần bị động gắn liền với trục của bánh tuabin Trên bề mặt đĩa

bị động có gắn tấm ma sát bằng vật liệu ma sát hay kim loại gốm

Trên hình 2-17 là Biến mômen thuỷ lực của hãng CHRYSLER và biếnmômen thuỷ lực của hãng FORD.

Hình 2-17 a- Biến mômen thuỷ lực của hãng CHRYSLER, b- Biến

mômen thuỷ lực của hãng FORD.

1,6 - Đường dầu vào; 2,9 - Đường dầu ra; 3,7 - Ly hợp khoá; 4, 5 - Phương

lực ép; 8 - Cụm van điện từ.

Ly hợp ma sát được ép bởi đĩa ép dạng piston thủy lực Khi áp suất chất lỏngvào biến mô men tạo áp lực đẩy piston thủy lực di chuyển ép đĩa bị động, nối giữahai phần chủ động và bị động của biến mô men thủy lực

Giảm chấn xoắn bố trí thông qua các lò xo đặt theo chu vi của đĩa để tạo nênkhả năng giảm chấn Trên hệ thống thủy lực: Ban đầu độ trượt giữa bánh bơm vàbánh tuabin lớn, chất lỏng tuần hoàn theo đường xoắn ốc và trở về hệ thống dầuchung Khi độ trượt giữa bánh bơm và bánh tuabin nhỏ dần tới mức xấp xỉ bằngnhau (chênh lệch khoảng 3%), chất lỏng mất dần khả năng tuần hoàn theo đườngxoắn ốc mà chỉ chảy theo hướng dầu về biến mô men thủy lực, đồng thời tạo nên sựchênh áp đẩy piston vào khoá ly hợp ma sát Khả năng làm việc thực hiện tự động.Trên ô tô thường sử dụng biến mô men có ly hợp ma sát LOCK-UP trên hệthống EAT (Electronic Automatic Transmission: hộp số tự động điều khiển điện) cónút bấm trên bảng điều khiển hay ở cần chọn số với hai vị trí ON (đóng), OFF (mở)

và đèn báo

Ly hợp ma sát trong biến mô men thủy lực chỉ làm việc khi nút bấm ở vị trí

ON, đèn báo sáng và chỉ khi xe chuyển động với số cao

f Các cơ cấu làm kín

Dùng để ngăn cản sự rò rỉ chất lỏng công tác từ khoang của biến mô men thủylực ra ngoài Để làm kín người ta sử dụng các phương pháp sau: giữa hai chi tiếtđều cố định thì sử dụng đệm làm kín bằng cao su; còn giữa các chi tiết chuyển độngthì sử dụng đệm làm kín tự ép và vòng găng kim loại, vòng phớt, ống nối ren.

g Hệ thống nguồn phụ và làm mát

Hệ thống này của bộ biến mô men thủy lực đảm bảo cho nó làm việc bìnhthường lâu dài Hệ thống nguồn phụ đảm bảo bù lượng chất lỏng rò rỉ từ khoangcông tác và duy trì áp suất dư trong đó lớn hơn áp suất hơi bão hòa của chất lỏng đểtránh hiện tượng xâm thực dẫn đến ăn mòn bề mặt các cánh dẫn làm xuất hiện tảitrọng động trên các trục mang và giảm hiệu suất của biến mô men thủy lực

Thông thường áp suất giảm xuất hiện trong vòng tuần hoàn ở cửa vào củadòng chất lỏng đi vào bánh bơm Do vậy cần thiết phải bù dầu vào khoảng khônggian giữa bánh bơm và bánh phản ứng Bơm điều khiển cơ cấu truyền động cơ thủylực thực hiện quá trình bù trừ, lúc đó áp suất cần thiết được duy trì bởi van giảm áp.Làm mát chất lỏng công tác là cần thiết để duy trì nhiệt độ trong phạm vi nhiệt

độ từ 701100C Để thực hiện được yêu cầu đó trong hệ thống thủy lực của bộ biến

mô men có bộ tản nhiệt tương tự như bộ tản nhiệt được sử dụng trong các hệ thốngbôi trơn động cơ, chất lỏng công tác đi vào bộ tản nhiệt do có áp suất dư trong bộbiến mô men thủy lực (nhờ có hệ thống bù)

2.5.4 Phân tích kết cấu biến mô men thủy lực

Các bộ phận chính của biến mô men thủy lực là: bánh có gắn các cánh dẫn,khớp một chiều, các vòng làm kín, hệ thống nguồn phụ và làm mát như trên hình 2-18

1 2 3

4

7 6 5

Hình 2-18 Các bộ phận chính trên một biến mômen thủy lực.

1- Vành dẫn hướng; 2- Cánh bơm; 3- Vỏ biến mô; 4- Trục bánh phản ứng; Vòng phớt (đệm làm kín); 6-Moay ơ bánh tuabin; 7- Khớp một chiều.

5-Các bánh có gắn các cánh dẫn bao gồm bốn chi tiết: vành ngoài, cánh dẫn,vành trong và may ơ Bánh phản ứng của biến mô men thủy lực thường không cómay ơ riêng và được lắp trên trục bánh phản ứng (trục dạng ống cố định với vỏ biến

mô men thủy lực), nhờ sử dụng khớp một chiều

Đối với các bộ biến mô men thủy lực có mô men lớn, tốc độ nhỏ được sử dụngtrên các xe tải và ô tô buýt thì các cánh dẫn được đúc bằng hợp kim nhôm Các vậtliệu này có ưu điểm là chất lượng đúc cao, ít co ngót, độ bền cao và chống rét rỉ.Nhược điểm của phương pháp đúc bánh công tác là độ nhám bề mặt bánh công táclớn, các cánh dẫn dễ bị biến dạng do các hiện tượng co ngót và gia công cơ khíphức tạp

Đối với các bộ biến mô men thủy lực tốc độ lớn được sử dụng trên các ô tô dulịch thì bánh phản ứng cũng được đúc, còn các bánh bơm và bánh tuabin được lắp

từ các chi tiết, các chi tiết này được rèn dập từ thép 45 Các vành và các cánh dẫnđược gắn với nhau bằng phương pháp hàn

Ưu điểm của bánh này là độ nhám bề mặt thấp, trọng lượng nhỏ và tính côngnghệ cao Sau khi được sản xuất ra các bánh phải được cân bằng Độ bất cân bằngkhông được vượt quá 20 [g.cm]

M

b

b b



  (2.6)

5

2D n

M

t

t t



  (2.7)

Ở đây

M tô men bánh tua bin có được (N.m)

M bô men bánh bơm cung cấp (N.m)

 - Trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3)

nb, nt - Số vòng quay của bánh bơm và bánh tuabin (vg/ph)

D - Đường kính lớn nhất trên đĩa bơm (m)

b Hệ số biến mô men

Là tỷ số giữa mô men quay tác dụng lên trục bánh tuabin với mô men quaytác dụng lên trục bánh bơm

t b

t

n

n M

M K

Trong đó: NR - Công suất tổn hao

Nt - Công suất trên trục tuabin

Nb - Công suất trên trục bánh bơm

 - Hiệu suất biến mô

Do đó

 K i

n

n K n M

M N

N

b

t b

b

t t b

n

n n

S  là độ trượt của bánh tuabin so bánh bơm

 = K S

n

n n K

2.6.2 Đường đặc tính ngoài

Đặc tính có hai vùng như trên hình 2-19:

- Vùng A là vùng làm việc tương ứng với chế độ biến mô men Trong vùngnày hệ số biến mô men K thay đổi từ Kmax (khi i = 0) đến K = 1 (khi i = iM =0,60,8)

- Vùng B là vùng biến mômen thuỷ lực không làm việc, bởi vì do sự tăng của

nt dẫn đến hướng của dòng chất lỏng khi ra khỏi tuabin thay đổi đến mức Mp có giátrị âm, lúc này bộ phận bánh phản ứng của biến mômen thuỷ lực trở thành bộ phậnlàm giảm hiệu suất biến mô Hiệu suất  của biến mô men có dạng parabol bậc hai,

từ đồ thị ta thấy rõ rằng:

Hình 2-19 Đường đặc tính ngoài của biến mô men thủy lực

Như vậy khi Mp đổi dấu lúc này bánh phản ứng không còn tác dụng lên dòngchất lỏng nữa, khi đó biến mô men làm việc ở chế độ ly hợp thủy động Nhượcđiểm của phương pháp này là khi biến mômen làm việc ở chế độ ly hợp thuỷ độngbánh phản ứng có tác dụng cản trở sự chuyển động của dòng chất lỏng, tuy vậy loạinày có ưu điểm là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo nên giá thành rẻ

Hình 2-20 Đặc tính không thứ nguyên biến mômem thuỷ lực có bánh phản

ứng hai cấp.

Nếu i > i1 mà cả hai bánh phản ứng vẫn cố định và làm việc như một bánh thìquá trình chuyển tiếp từ chế độ biến mô men sang chế độ ly hợp thủy động sẽ khôngxảy ra

Khi i1  i  iM mà hai bánh phản ứng vẫn cố định thì hiệu suất giảm rõ rệt Ởcác giá trị i trung bình, khi sự chuyển động của dòng chất lỏng đi vào biến mô menxảy ra trong giới hạn góc b, cấp thứ nhất của bánh phản ứng, dưới tác dụng củadòng chất lỏng sẽ được giải phóng và quay tự do theo hướng mũi tên A , lúc nàybánh phản ứng cấp thứ nhất không còn tác dụng lên dòng chất lỏng nữa Bánh phảnứng cấp thứ hai vẫn tiếp tục cố định, làm thay đổi hướng chuyển động của dòngchất lỏng Khi đó do tổn thất giảm nên điểm cực đại của đường  2 dịch về phía ilớn hơn

Tại giá trị i = i2 bánh phản ứng cấp thứ hai được giải phóng tiếp, lúc đó biến

mô men chuyển sang chế độ ly hợp thủy động

Kinh nghiệm sản xuất và sử dụng các biến mô men thủy lực đã chỉ ra rằng: Sựtăng hiệu suất  nhận được ở các giá trị không lớn của Kmax (gần 2,0), không bù lạiđược sự phức tạp của kết cấu, vì thế hiện nay loại biến mô men có bánh phản ứnghai cấp ít được sử dụng

c Nối cứng trục bơm và trục tuabin

Việc nối cứng hai trục nhờ ly hợp ma sát lắp đặt trong biến mô men, khi i =

imax, khi đó  sẽ tăng vọt đến  = 1 (nếu bỏ qua các tổn thất cơ khí trong biến mômen)

2.6.3 Đặc tính không thứ nguyên

Là quan hệ giữa các hệ số mô men lb và lt với tỷ số truyền động học:

M

b

b b

Hệ số biến mô men:

K =

b

t b

t i M

t t b

n M

n M N

Hình 2-21 Đặc tính không thứ nguyên của biến mô men thủy lực.

Qua đồ thị hình 2-21 ta thấy rằng đường đặc tính không phụ thuộc vào các giátrị tuyệt đối của , n, D và đúng với biến mô men có kích thước bất kỳ, nếu cácbánh của nó đồng dạng hình học với các bánh của biến mô men mẫu dùng để thínghiệm xác định đường đặc tính ngoài

2.6.4 Đặc tính tải

Hình 2-22 Đặc tính tải của biến mô men thủy lực

a- Đặc tính tải của biến mô men thủy lực không nhạy; b- Đặc tính tải của biến

mô men thủy lực nhạy; c- Đặc tính tải của biến mô men thủy lực nhạy và đồng thời

thể hiện đặc tính tốc độ ngoài của động cơ.

A- Vùng làm việc ở chế độ biến mô men thủy lực B- Vùng làm việc ở chế độ ly

Hệ số độ nhạy j bằng tỷ số giữa các giá trị mô men bánh bơm Mb khi i = 0 vàkhi K = 1 (nb = const)

)1(

)0(







K M

i M

Trong các biến mô men thủy lực khi sự thay đổi số vòng quay trục bánh tuabin

nt (mô men xoắn Mt) mà số vòng quay bánh bơm nb và mô men xoắn bánh bơm Mbvẫn không thay đổi được gọi là biến mô men thủy lực không nhạy

Ở biến mô men thủy lực không nhạy b = const ở mọi giá trị i Bởi vậy đặctính tải của nó được thể hiện bằng một đường cong parabol, còn điều kiện động cơđốt trong làm việc cùng với biến mô men thủy lực khi bàn đạp ga ở những vị tríkhác nhau (cung cấp nhiên liệu khác nhau) được thể hiện bằng các điểm a, a', a'',a''' mà quỹ tích của chúng là một đường cong của hàm số Mb = f(nb)

Ở biến mô men thủy lực nhạy hệ số mô men b phụ thuộc vào tỷ số

Mb = f(nb) đối với một giá trị hệ số mô men b nhất định và một trị số tỷ số truyền i

cụ thể

Khi độ nhạy thuận ( > 1) sự thích ứng của động cơ được sử dụng Thật vậy,giả sử trong các điều kiện chuyển động của ô tô cho trước, sự làm việc của động cơ

và biến mô men được thể hiện bằng tọa độ điểm a (hình 2.21c) Lực cản chuyển

động tăng lên thì tỷ số truyền

Ở biến mô men thủy lực có độ nhạy nghịch (  < 1) sẽ không có ý nghĩa thực

tế đối với ô tô

2.6.5 Đặc điểm làm việc của biến mô men thủy lực

Hình 2.22: sự khác biệt giữa biến mô thủy lực và ly hợp thủy động.

Qua nguyên lý làm việc và các đường đặc tính của biến mô men thủy lực tanhận thấy biến mô men thủy lực có các đặc điểm làm việc như sau:

- Biến mô men thủy lực khác với ly hợp thủy động ở các điểm sau: biến mômen thủy lực luôn có kết cấu gồm ba phần: bánh bơm, bánh tuabin và bánh phảnứng, còn ly hợp thủy động chỉ có bánh bơm và bánh tuabin Phần lớn thời gian biến

mô men làm việc với mô men bánh tuabin Mt lớn hơn mô men của bánh bơm Mb

(Mt > Mb), bánh phản ứng bị khoá bởi khớp một chiều, làm thành điểm tựa cứngcho dòng chất lỏng và tạo điều kiện tăng phản lực của dòng chảy

Nếu mô men bánh bơm và bánh tuabin bằng nhau lúc này bánh phản ứng quay

tự do, dòng chất lỏng chảy qua các rãnh cánh dẫn và tạo nên bộ truyền thủy lực cóđặc tính mới Vai trò của bánh phản ứng lúc này chỉ là hướng dòng chất lỏng, giảmtổn thất thủy lực trong biến mô men thủy lực

Hệ số biến mô men K =

mà khả năng làm việc của biến mô men thủy lực khác với ly hợp thủy động, tạo khảnăng tăng được mô men truyền từ bánh bơm sang bánh tuabin của biến mô menthủy lực Sự thay đổi mômen này tuỳ thuộc giá trị của mômen cản trên trục bánhtuabin

- Để đảm bảo khả năng truyền lực có hiệu quả nhất, chất lỏng nạp biến mômenluôn có áp suất cao, và ngay cả ở trạng thái không làm việc, chất lỏng vẫn còn giữlại với áp suất cao hơn áp suất khí quyển, tránh được hiện tượng lọt không khí vàobiến mô men thủy lực Trên đường chất lỏng ra có đặt van một chiều điều áp duy trì

áp suất dư này

- Khi nt = nb, chất lỏng không có khả năng truyền năng lượng nên hiệu suất củabiến mô men giảm xuống bằng không Để khắc phục được hiện tượng này nhiềubiến mô men thủy lực có bố trí một ly hợp ma sát làm việc trong chất lỏng Ly hợp

ma sát này đặt giữa bánh bơm và bánh tuabin, và được đóng lại tự động tại thờiđiểm nt  nb, lúc này mô men được truyền qua ly hợp ma sát Khi ly hợp ma sát nàylàm việc tính chất biến đổi vô cấp của hệ thống truyền lực không còn nữa Hệ thốnglàm việc như kết cấu thông thường của ly hợp ma sát với hộp số có cấp

- Trên một số loại ô tô có sử dụng biến mô men có hai bánh phản ứng Mụcđích của việc đặt thêm bánh phản ứng là nhằm mở rộng vùng mômen làm việc củaôtô Mỗi bánh phản ứng được dặt trên một khớp một chiều riêng biệt Khi nt tănggần bằng nb thì lần lượt các bánh phản ứng chuyển sang trạng thái quay tự do theochiều làm việc của dòng chất lỏng

- Trong biến mô men thủy lực sự truyền năng lượng xảy ra ngay khi bánh bơmbắt đầu làm việc, bởi vậy cứ khi xe nổ máy là mô men có thể truyền sang phần bị

động bánh tuabin, trong trường hợp này có thể nói biến mô men thủy lực không cắtđược dòng truyền hoàn toàn (khác ly hợp ma sát), vì vậy nếu với một lý do đơn giảnnhư xe đỗ không cài phanh tay kèm theo kéo cần số về vị trí đỗ xe như P thì xe cóthể tự di chuyển ngoài ý muốn.

Để tránh trường hợp này trên hộp số chính còn có thêm cơ cấu khoá trục bịđộng, và người lái chỉ rời khỏi xe khi đã tắt máy và để cần chọn số ở vị trí "khônggài số" (số đỗ)

2.7 Hộp số hành tinh (HSHT)

2.7.1 Các khái niệm cơ bản

Sơ đồ không gian của cơ cấu hành tinh đơn giản một dãy hành tinh được trìnhbày như trên hình 2-23

Hình 2-23 Cấu tạo bộ truyền bánh răng hành tinh.

Một cơ cấu truyền động bằng bánh răng được gọi là cơ cấu hành tinh nếu cótối thiểu một trục hình học của bánh răng nào đó là không cố định

Bánh răng có trục hình học chuyển động được gọi là bánh răng hành tinh.Bánh răng hành tinh có thể có một hay một số vành răng hoặc gồm một số bánhrăng ăn khớp với nhau

Khâu mà trên đó bố trí trục của các bánh răng hành tinh được gọi là cần dẫn và

thường ký hiệu là h

Bánh răng mà trục hình học của nó trùng với trục chính của cơ cấu được gọi là

bánh răng trung tâm và thường ký hiệu là k

Khâu tiếp nhận mômen ngoại lực hay truyền tải trọng và là khâu trung tâmđược gọi là khâu chính của cơ cấu hành tinh

Ký hiệu cơ cấu hành tinh tương ứng với các khâu chính của nó Cơ cấu hànhtinh mà trong đó khâu chính là hai bánh răng trung tâm và một cần dẫn được ký hiệu là2k-h

Cơ cấu hành tinh mà trong đó tất cả ba khâu chính đều quay được gọi là cơcấu vi sai

Bộ truyền hành tinh có thể bao gồm một hay một số dãy hành tinh kết nối vớinhau Hay nói một cách khác: cơ sở của bộ truyền hành tinh là các dãy hành tinhbao gồm các bánh răng ăn khớp ngoài hay hỗn hợp Phổ biến nhất là các dãy hànhtinh bao gồm các bánh răng ăn khớp hỗn hợp dạng 2k-h, bởi vì chúng cho phép tạođược tỷ số truyền lớn với kích thước khá nhỏ gọn.

Như vậy, khác với truyền động bánh răng thông thường, trong truyền độnghành tinh:

- Các trục và bánh răng trong thời gian làm việc có thể thay đổi vị trí của mìnhtrong không gian Ngoài chuyển động quay quanh trục của mình, các bánh răngthực hiện đồng thời chuyển động lăn xung quanh bánh răng trung tâm (hay bánhrăng mặt trời)

- Đặc điểm khác của truyền động hành tinh là chúng không có bộ đồng tốcquán tính hoặc ống gài để chuyển số Việc chuyển số trong các bộ truyền này đượcthực hiện nhờ các ly hợp và phanh đĩa hoặc phanh dải

- Vấn đề tự động hoá điều khiển hộp số hành tinh, như vậy, qui về vấn đề đảmbảo trình tự cần thiết đóng và mở các ly hợp và phanh của chúng

- Tính êm dịu của quá trình chuyển số được đảm bảo nhờ sự trượt của cácphanh khi chuyển từ số này đến số khác

- Hộp số hành tinh bao gồm một số dãy bánh răng hành tinh, mỗi một dãybánh răng đó được gắn liền với một ly hợp hoặc phanh tương ứng

- Hộp số hay bộ truyền hành tinh có thể dùng trên ôtô với tư cách là hộp sốchính, hộp phân phối, vi sai ở trong cầu hay truyền động bánh xe Trên ôtô ngày nay

có hộp số thuỷ cơ trong đó sử dụng kết hợp biến mô thuỷ lực cùng với hộp số hànhtinh

2.7.2 Phân loại

a Phân loại theo số bậc tự do

Để nhận được một tỷ số truyền hoàn toàn xác định, trong HSHT lúc đó chỉ cóthể có một bậc tự do Các bậc tự do còn lại phải được loại từ bằng liên kết cứng Dovậy số bậc tự do trong cơ cấu bằng số liên kết cứng cộng với 1 Nên một cơ cấuhành tinh để có một số truyền cần phải đóng một phanh dải hoặc một ly hợp khoá,tức là phải tạo nên một liên kết cứng, thì như vậy cơ cấu đó sẽ có hai bậc tự do.Trong hộp số hành tinh 4, 5 bậc tự do, để nhận được một tỷ số truyền phải có

3, 4 liên kết đồng thời tác động (bảng 2-2)

Bảng 2-2 Kiểu CCHT và số lượng số truyền, số lượng phần tử ma sát.

Bảng 3 Kiểu CCHT và dãy số CCHT, số lượng phần tử ma sát.

Loại HSHT Dãy CCHT hai bậc tự do Dãy CCHT ba bậc tự do

b Phân loại theo đặc tính ăn khớp

Hình 2-24 Các dãy CCHT cơ bản.

Theo đặc tính ăn khớp cơ cấu hành tinh có thể phân ra:

- Dãy hành tinh ăn khớp trong ,ngoài và hỗn hợp Loại này có ưu điểm là nhỏgọn, độ bền cao dùng phổ biến trên ôtô (hình 2-24a)

- Dãy hành tinh ăn khớp ngoài, loại này chỉ dùng cho các hộp số cơ khí có tốc

độ thấp, trên ôtô không hay dùng vì lý do hiệu suất thấp (hình 2-24b)

c Phân loại theo kết cấu

Theo kết cấu, cơ cấu bánh hành tinh có thể chia ra:

- Loại dùng bánh răng trụ răng thẳng hoặc răng nghiêng (hình 2-24a và 2-24b).Loại này dùng chủ yếu trong hộp số hay truyền lực bánh xe

- Loại dùng bánh răng côn (hình 2-24c và 2-24d)

Dãy hành tinh dùng bánh răng côn thường sử dụng trong cụm vi sai giữa cácbánh xe (hình 2-24c hay giữa các cầu (hình 2-24d)

d Phân loại theo số khâu

Hình 2-25 Dãy CCHT ba khâu (a, b) và 4 khâu (c).

Nếu coi bánh răng hành tinh chỉ là khâu liên kết thì CCHT có thể chia ra cácloại: ba, bốn hay năm khâu

Bộ truyền hành tinh một dãy loại 2k-h có ba khâu cơ bản N (bánh răng bao),

M (bánh răng mặt trời), G (cần dẫn) là bộ truyền đơn giản nhất Trên hình 2-25a và2-25b là các bộ truyền ba khâu

Các cơ cấu hành tinh loại bốn khâu thể hiện trên hình 2-25c

Loại năm khâu ít dùng, vì khi tăng số khâu dẫn tới tăng số bậc tự do của cơcấu, đồng thời để đáp ứng các tỷ số truyền xác định đòi hỏi giải pháp công nghệphức tạp, làm tăng cao giá thành

Trên ôtô chủ yếu dùng cơ cấu hành tinh kiểu 2k-h với các loại điển hình nhưtrong bảng 4 Phổ biến nhất trong truyền động thuỷ cơ là các cơ cấu hành tinh dạng

b

z

z z

z



h

b a

g

g

h

f b a

C Hai vành răng Hoặc ngoài

g a

b

z

z z

BR trung tâm:

một ăn khớptrong, một ănkhớp ngoài

Cả hai BR trungtâm đều ăn khớp

Hình 2-26 Mô tả cấu trúc và các quan hệ động học, động lực học.

a - Giản đồ tốc độ; b - Sơ đồ CCHT 2HK; c - Quan hệ động lực học.