Khảo sát hệ thống truyền lực thủy cơ trên xe Ford- Escape

Ôtô là một trong những phương tiện đi lại của con người, vận chuyển hàng hóa, hành khách …

1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài.

Ôtô là một trong những phương tiện đi lại của con người, vận chuyển hànghóa, hành khách … Trên các ô tô hiện đại xu hướng hiện đại hóa, tự động hóađiều khiển các cụm chi tiết ngày càng nhiều, trong đó có hộp số vì những lý dosau

- Với xe du lịch, tải trọng nhỏ: để đơn giản hóa việc điều khiển đảm bảocho những người lái xe có trình độ không cao có thể điều khiển xe một cách dễdàng

- Đối với những xe có tải trọng lớn: ngoài mục đích trên còn để giảm bớtlao động lái của người điều khiển

Truyền động thủy cơ mà điển hình là hộp số tự động đáp ứng những yêucầu nói trên Hộp số tự động có kết cấu khá phức tạp so với hộp số cơ khí thôngthường do vậy việc nghiên cứu nắm vững nguyên lý hoạt động của nó trang bị chocán bộ kỹ thuật những kiến thức để nâng cao hiệu quả trong quá trình khai thác sửdụng sửa chữa

Trong khi đó tài liệu về hộp số tự động ô tô và các vấn đề liên quan ở nước

ta ít Do vậy gây nhiều khó khăn cho sinh viên trong học tập và nghiên cứu

Xuất phát từ yêu cầu thực tế và được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn.Tôi chọn đề tài “Khảo sát hệ thống truyền lực thủy cơ trên xe FORD- ESCAPE”để làm đồ án tốt nghiệp

Nội dung của đề tài là tìm hiểu về kết cấu và nguyên lý làm việc của hệthống truyền lực thủy cơ gồm có: biến mô thủy lực, hộp số tự động hành tinh, hệthống điều khiển số và bộ điều khiển hệ thống truyền lực

Đồ án chắc chắn không tránh khỏi sai sót, rất mong được thầy cô và cácbạn đóng góp ý kiến để đồ án thêm hoàn chỉnh

2 Tổng quan về hệ thống truyền lực thủy cơ.

Hệ thống truyền lực của ô tô là tập hợp tất cả cơ cấu nối từ động cơ tớibánh xe chủ động, bao gồm các cơ cấu truyền, cắt, đổi chiều quay, biến đổi giá trịmômen truyền Sự kết hợp giữa truyền động cơ khí và truyền động thủy lực gọi làtruyền động thủy cơ

Truyền lực thủy cơ, được coi là truyền động tốt nhất vì nó kết hợp các ưuđiểm của truyền lực cơ khí và truyền lực thủy lực

2.1 Yêu cầu, phân loại hệ thống truyền lực thủy cơ.

2.1.1 Yêu cầu.

- Dễ dàng thực hiện việc điều chỉnh vô cấp và tự động điều chỉnh chuyểnđộng trục sơ cấp ngay khi ô tô đang chuyển động

- Truyền được công suất lớn với độ êm dịu cao

- Cho phép đảo chiều của ô tô một cách dễ dàng

- Đảm bảo cho động cơ làm việc ổn định không phụ thuộc vào sự thay đổitải trọng bên ngoài

- Kết cấu gọn nhẹ, có quán tính nhỏ

- Truyền động êm, hầu như không có tiếng ồn

- Có thể đề phòng sự cố khi động cơ và dẫn động quá tải

- Vận tốc truyền động đảm bảo không có xảy ra va đập thủy lực, tổn thấtcông suất và xâm thực

- Hiệu suất truyền động cao, hệ số thay đổi mômen lớn

2.1.2 Phân loại hệ thống truyền lực thủy cơ.

- Truyền lực cơ khí kết hợp với truyền động thủy động Sự truyền nănglượng từ trục khuỷu động cơ sang trục bị dẫn chủ yếu nhờ động năng của chấtlỏng, phần áp năng chỉ tạo áp suất dư nhất định tránh hiện tượng lọt khí từ bênngoài vào làm giảm hiệu suất truyền động Kết cấu gồm có biến mômen và hộp số

cơ khí, dựa vào kết cấu hộp số cơ khí có thể chia thành các loại sau:

+ Biến mô thủy lực với hộp số cơ khí ( trục cố định )+ Biến mô thủy lực với hộp số cơ khí ( trục di động )

- Truyền động cơ khí kết hợp với truyền động thủy thủy tĩnh Truyền nănglượng từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ áp năng của dòng chất lỏng Nó chỉ thựchiện việc truyền mômen mà không thay đổi giá trị mômen truyền

Khi vận hành ô tô cần thiết phải thay đổi tốc độ chuyển động và giá trị lựckéo trong một phạm vi rộng Để đảm bảo một phạm vi điều chỉnh như vậy nêntrên xe ô tô người ta sử dụng truyền lực cơ khí kết hợp với truyền động thủy động

p từ 0,15 - 0,3MN/m2, vận tốc của dòng chất lỏng từ 50 - 60 m/s).

Truyền động thủy động ra đời từ đầu thế kỷ thứ 20, xuất phát từ việc tìmphương pháp truyền công suất lớn với vận tốc cao của các động cơ đến chân vịttàu thủy Nhưng nó được nghiên cứu kỹ và sử dụng rộng rãi trong các ngànhcông nghiệp trong khoảng 50 năm gần đây, nhất là trong ngành động lực

Năm 1907 truyền động thủy động được dùng trên các hạm đội để truyềnvà biến mô men quay, nhưng lúc này có kết cấu rất cồng kềnh, nặng và hiệusuất chung rất thấp (nhỏ hơn 70%) do bơm và tuốc bin đặt xa nhau; chất lỏngđược truyền từ bơm đến tuốc bin thông qua hệ thống các đường ống và mốinối

Do đó, Fttinger (người Đức) đã nghiên cứu và đề xuất ghép bánh bơm vàbánh tuốc bin lại gần nhau trong một vỏ chung, loại bỏ các ống dẫn, mối nối vàcác bộ phận phụ khác Trên cơ sở đó người ta thực hiện hai kết cấu của mômenđộng thủy động khác nhau rõ rệt là khớp nối thủy lực và biến mô men thủy lực.Nhược điểm lớn nhất của truyền động thủy động là khả năng khuếch đạimômen khoảng 2-3 lần nếu tăng lên nữa thì hiệu suất sẽ giảm thấp Để tăngmômen động cơ lên đáng kể và mở rộng phạm vi vận tốc làm việc đồng thời đểtăng hiệu suất chung, người ta dùng truyền động thủy cơ Nó gồm truyền lực thủylực kết hợp với biến tốc cơ khí Phần thủy lực đảm bảo tính chất làm việc êm, tựđộng thay đổi vô cấp vận tốc của trục bị dẫn phù hợp với tải trọng tác dụng lêntrục đó Phần cơ khí tỉ số giữa các trục dẫn và bị dẫn được lớn hơn, làm cho hiệusuất chung của bộ truyền có trị số cao đáp ứng yêu cầu sử dụng nhiều loại

2.2.2 Biến mô thủy lực.

2.2.2.1 Kết cấu

- Bánh bơm: gắn với vỏ biến mô, rất nhiều cánh có dạng cong lắp theohướng kính ở bên trong Vành dẫn hướng lắp trên cạnh trong của cánh quạt để dẫnhướng cho dòng chảy được êm

3 2 1

- Bộ đảo chiều: là bộ phận đặt giữa bánh bơm và tuốc bin Công dụng của bộđảo chiều là thay đổi chiều dòng dầu chuyển động từ tâm tuốc bin đến tâm bánhbơm

Chiều dòng dầu chuyển động từ bánh bơm sang bánh tuốc bin là cùng chiềuvới chiều quay kim đồng hồ, nhưng chiều dòng dầu đi qua bánh tuốc bin thì ngượclại Nếu để dòng dầu trở lai bánh bơm thì chiều của nó sẽ đối diện với chiều dòngdầu đi ra từ bánh bơm Bánh bơm phải sử dụng một phần mômen từ động cơ đểlàm thay đổi chiều chuyển động dòng dầu của dòng dầu đến từ tuốc bin

Khi áp dụng bộ đảo chiều, nó điều chỉnh chiều chuyển động của dòng dầusau khi ra khỏi bánh tuốc bin cùng chiều với chiều dòng dầu đi ra khỏi bánh bơm Bộ đảo chiều gồm có bánh phản ứng lắp ghép với khớp một chiều

Khi chất lỏng qua bánh phản ứng sẽ truyền cho nó một mômen quay, nhưng

do bánh cố định với vỏ nên có tác dụng như một điểm tựa và truyền lại cho chấtlỏng một mômen động lượng Nếu bánh phản ứng quay tự do thì mômen quay củatrục dẫn truyền cho trục bị dẫn không thay đổi Khi đó biến mômen làm việc nhưmột khớp nối thủy lực

M b , n b

1 2 3

Hình 2.3- Bánh phản ứng1- Bánh phản ứng; 2- Khớp một chiều; 3- Trục stator

- Khớp một chiều: dạng trụ

Hình 2.4- Khớp một chiều dạng trụ

Nguyên lý làm việc:

Gồm một vành trụ trong trơn và một vành ngoài có mặt cong theo hướng taọ nênchiều rộng chứa bi thay đổi Các viên bi trụ nằm trong rãnh chêm này và luôn luônđược tỳ bằng các dạng lò xo tỳ khác nhau.Khi các viên bi chạy vào chỗ hẹp tạotrạng thái khóa Sự dịch chuyển của viên bi phụ thuộc vào chiều quay, chiềunghiêng của mặt chêm

- Khớp một chiều: dạng cam

Khi vòng ngoài cố gắng quay theo hướng như hình a, nó sẽ ấn vào đầu cáccon lăn Do khoảng cách L1< L nên con lăn bị nghiêng đi, cho phép vòng ngoàiquay

L 1

L

Hình 2.5- Trạng thái cam không chịu tảiKhi vòng ngoài cố gắng quay theo chiều ngược lại, con lăn không thểnghiêng đi do khoảng cách L2 < L Kết quả làm cho con lăn có tác dụng như mộtmiếng chêm khóa vành ngoài và giữ cho nó không chuyển động Lò xo giữ đượclắp thêm để trợ giúp thêm con lăn, nó giữ cho các con lăn luôn nghiêng một chúttheo hướng khóa vòng ngoài

Vành ngoài

Con lăn

Vành trong

u t1

W t1

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc của biến mô men thủy lực

1- Trục chủ động; 2- Bánh phản ứng; 3- Bánh tuốc bin; 4- Bánh bơm; 5- Khớpmột chiều; 6- Vòng phớt; 7- Trục bị động; B- Bánh bơm ; T- Bánh tuốc bin Nguyên lý làm việc:

Bánh bơm 4 được gắn cố định trên trục chủ động 1, nối cứng với trụckhuỷu động cơ và quay với tốc độ gócb

Bánh tuốc bin 3 được lắp trên trục bị động 7 bằng then hoa và quay vớitốc độ góct

Vành ngoài

Con lăn

Vành trong

Các bánh nằm trong một vành xuyến khép kín gọi là buồng công tác vàđược nạp đầy chất lỏng có áp suất dư Hình dạng buồng công tác đảm bảo tổn thấtnăng lượng ít nhất, khi chất lỏng chuyển từ bánh này sang bánh khác

Trong biến mô men tryền năng lượng qua chất lỏng Ở đây chất lỏng có ápsuất đóng vai trò truyền năng lượng giữa tuốc bin và bánh bơm Cụ thể bánh bơm(B), tuốc bin (T), bánh phản ứng (P) đặt trong dầu có áp suất và đặt trong vỏ kín,khi bánh bơm quay cùng với động cơ làm cho dầu chuyển động, dưới tác dụng củalực ly tâm dầu chạy ra ngoài và tăng tốc độ Ở mép bên ngoài dầu đạt tốc độ caonhất và hướng theo các bánh trong bánh bơm đập vào bánh của tuốc bin, tại tuốcbin nó truyền năng lượng và giảm dần tốc độ theo các cánh dẫn của tuốc bin chạyvào trong Khi dầu tới mép trong bánh tuốc bin nó rơi vào cánh của bánh phản ứngvà theo các cánh dẫn chuyển sang bánh bơm Cứ như thế chất lỏng chuyển độngtuần hoàn theo đường xoắn ốc trong giới hạn hình xuyến (B T,T  P,P B)

Quá trình dầu chuyển động trong bánh bơm là quá trình tích năng, quátrình dầu di chuyển trong bánh tuốc bin là quá trình truyền năng lượng, còn trongbánh phản ứng là quá trình đổi hướng chuyển động

Nguyên lý làm việc của biến mô men thủy lực dựa trên cơ sở của địnhluật biến thiên mô men động lượng và được giải thích như sau: Tại điểm dòng

đi vào bánh bơm, tốc độ dòng chất lỏng trung bình, biểu diễn bằng đường chấmgạch (hình 2.7b) có giá trị tuyệt đối là vb1 Tốc độ này có thể phân tích thànhhai thành phần: tốc độ vòng hay còn gọi là tốc độ theo ub1 và tốc độ tương đối

wb1 Các tốc độ này nằm trong mặt phẳng 1'-1'

Sau khi đi vào bánh bơm, chất lỏng chuyển động theo profin cánh dẫn đitừ tâm ra mép ngoài tại mặt cắt 1”-1” (hình 2.7a) Dòng chất lỏng có tốc độ là

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 củachất lỏng trên quỹ đạo trung bình

a, b: Góc tương ứng giữa các vec-tơ tốc độ tuyệt đối vb1, vb2

và các tốc độ theo ub1, ub2 (hình 2.7b)

Khi chất lỏng đi ra khỏi bánh bơm thì cũng là đi vào bánh tuốc bin Vìgiữa bánh bơm và bánh tuốc bin không có bánh phản ứng nên động năng củadòng chất lỏng khi ra khỏi bánh bơm và vào bánh tuốc bin không thay đổi,nhưng vận tốc tuyệt đối của dòng chất lỏng khi ra khỏi bánh tuốc bin sẽ thayđổi chiều (do hình dạng của bánh tuốc bin)

Điều này có nghĩa là khi đi từ ngoài vào trong, chất lỏng truyền cho tuốcbin một mômen bằng về trị số với mômen trên trục bánh bơm Mặc khác theođịnh luật biến thiên mômen động lượng thì mômen tác dụng lên bánh tuốc bincũng chính bằng hiệu mômen động lượng của chất lỏng đối với trục quay tuốcbin khi đi vào và ra khỏi nó, do đó :

 2 b2cos 1 t1cos

b

Ở đây: g - Góc giữa u t1 vaì v t1 tại điểm ra của bánh tuốcbin

Khi ra khỏi bánh tuốcbin, dòng chất lỏng chảy qua bánh phản ứng đượcgắn cố định thông qua khớp một chiều và tác dụng lên nó một mô men Mp cùnghướng với mô men Mb và có giá trị bằng:

Bánh phản ứng cố định làm lệch dòng chất lỏng chảy ra từ bánh tuốc bin

về phía hướng quay của bánh bơm, tạo điều kiện cho sự quay của nó, vì thế đểquay bánh bơm chỉ đòi hỏi một mô men Mb < Mt Đó là nguyên lý của sự biếnđổi mô men trong biến mô men thủy lực

Khi tốc độ quay của bánh bơm nb = const, sự tăng tải trọng tác dụng lêntrục bánh tuốc bin làm giảm tốc độ quay nt của nó, do vậy lực ly tâm tác dụnglên chất lỏng hướng ngược chiều với dòng chảy trong bánh đó giảm, làm lưulượng chất lỏng tuần hoàn qua bánh tuốc bin tăng Tốc độ Vt1 tăng và góc gt

giảm Kết quả làm mô men xoắn Mt tăng cho đến khi cân bằng với mô men tảicó ích

Nếu tải trọng bên ngoài giảm thì số vòng quay của bánh tuốc bin tănglên và do đó mô men xoắn của bánh đó giảm tới trạng thái cân bằng mới với

B MB

n D

T

n D

M T



Ở đây:

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

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

t

M

M K

NR - Công suất tổn hao

Nt - Công suất trên trục tuốc bin

Nb - Công suất trên trục bánh bơm

Do đó:

 S

K n

n n K i K n M

n M N

N

T

T B B

B

T T B

n

n n

S  là độ trượt của bánh tuốc bin so bánh bơm

Khi ô tô, máy kéo bắt đầu khởi động nt = 0 thì S và Mt cực đại, còn  = 0.Trong quá trình tăng tốc nt tăng thì S và Mt lại giảm, còn  tăng lên Ở sốvòng quay bánh tuốcbin nt = ntmax độ trượt bằng khoảng 23% nên  = 98% (đốivới ly hợp thủy động)

b.Các đường đặc tính:

Đường đặc tính của biến mô men thủy lực khác với đường đặc tính của lyhợp thủy động vì trong biến mô men thủy lực, chất lỏng luôn luôn được chứa đầytrong buồng làm việc Hơn nữa chất lỏng nạp vào cần có áp suất dư vì biến mômen thủy lực chỉ có thể làm việc ổn định khi hoàn toàn không có hiện tượng xâmthực (chất lỏng không chứa bọt khí) Hiện tượng này xảy ra do tốc độ góc quaycủa bánh công tác lớn và nhiệt độ chất lỏng làm việc cao, nhất là ở lối vào cácrãnh cánh dẫn của bánh bơm

Biến mô men thủy lực cũng có các đường đặc tính như ly hợp thủy động.Các đường đặc tính này dùng để phân tích và lựa chọn chế độ làm việc của biến

mô men sao cho phù hợp với động cơ dẫn động và tải trọng ngoài để có hiệu suấtcao nhất.

b1 Đường đặc tính ngoài:

Đặc tính ngoài được xây dựng trên cơ sở thực nghiệm là quan hệ giữa MB,

MT, Mp và nT với tỷ số truyền động học i =

Đặc tính có hai vùng:

- Vùng A là vùng làm việc tương ứng với chế độ biến mô men Trong

vùng này 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 thủy lực không làm việc, bởi vì do sự tăngcủa nt dẫn đến hướng của dòng chất lỏng khi ra khỏi tuốc bin thay đổi đếnmức Mp có giá trị âm, lúc này bộ phận phản ứng của biến mômen thủy lựctrở thành bộ phận hãm

Hiệu suất h của biến mô men có dạng parabol bậc hai

Từ đồ thị ta thấy rõ rằng khi K > 1 thì hbm > hlh

Khi K < 1 thì hbm giảm nhanh đến giá trị không

- Khi K = 1 thì giải phóng cho bánh phản ứng quay tự do theo chiều dòngchảy trên khớp hành trình tự do (khớp một chiều) nhờ lắp bánh phản ứng trênkhớp này

Như vậy khi Mp đổi dấu lúc này bánh phản ứng không còn tác dụng lêndòng chất lỏng nữa, khi đó biến mô men làm việc ở chế độ ly hợp thủy động.Nhược điểm của phương pháp này là khi biến mômen làm việc ở chế độ ly hợpthuỷ động bánh phản ứng có tác dụng cản trở sự chuyển động của dòng chấtlỏng

- Nối cứng trục bơm và trục tuốc bin : 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 mô men)

b2: Đặc tính không thứ nguyên

Là quan hệ giữa các hệ số mô men b và t với tỷ số truyền động học:

M

b

b b



Để đánh giá về tổn thất năng lượng và các tính chất biến đổi của biến

mô men, chúng ta cần vẽ bổ sung thêm các đường cong biểu diễn quan hệ giữa

hiệu suất  và hệ số biến mô men K với tỷ số truyền động học : i =

t t b

n M

n M N

Qua đồ thị ta thấy rằng đường đặc tính không phụ thuộc vào các giá trịtuyệt đối của , n, D và đúng với biến mô men có kích thước bất kỳ, nếu các bánhcủa nó đồng dạng hình học với các bánh của biến mô men mẫu dùng để thí

nghiệm xác định đường đặc tính ngoài

b2 Đặc tính tải

Đặc tính tải là quan hệ giữa mô men xoắn Mb với số vòng quay nb củabánh bơm

Áp dụng công thức (2.4), sự phụ thuộc đó có thể biểu diễn thành :

Mb = lb..n b2.D5 (2.16)Tính chất biến đổi của biến mô men thủy lực được đặc trưng bởi độ nhạy vàđược đánh giá bằng hệ số j Nó cho biết sự thay đổi mô men cần thiết để quaybánh bơm với sự thay đổi chế độ tốc độ làm việc của bánh tuốcbin.

Hệ số độ nhạy j bằng tỷ số giữa các giá trị mô men bánh bơm Mb khi i =

0 và khi K = 1 (nb = const)

)1(

)0(







K M

i M

b

b

Do số vòng quay bánh bơm nb không đổi nên Mb tỷ lệ thuận với hệ số

mô men lb, do đó hệ số độ nhạy j có thể biểu diễn bằng sự phụ thuộc sau đây:

Trong các biến mô men thủy lực khi sự thay đổi số vòng quay trục bánhtuốc bin nt (mô men xoắn Mt) mà số vòng quay bánh bơm nb và mô men xoắnbánh bơm Mb vẫn không thay đổi được gọi là biến mô men thủy lực khôngnhạy

Ở biến mô men thủy lực không nhạy lb = const ở mọi giá trị i (hình2.11a) Bởi vậy đặc tính tải của nó được thể hiện bằng một đường congparabol, còn điều kiện động cơ đốt trong làm việc cùng với biến mô men thủylực khi bàn đạp ga ở những vị trí khác nhau (cung cấp nhiên liệu khác nhau)được thể hiện bằng các điểm a, a', a'', a''' mà quỹ tích của chúng là một đườngcong của hàm số Mb = f(nb)

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

b

t

n

n

i  , nghĩa là khi có sự thay đổi số vòng quay nt trên trục bánh tuốcbin (hay

Mt) sẽ kèm theo sự thay đổi tự động số vòng quay trên trục bánh bơm nb (hay

b t

n n

a b

d c e f

Mb

c,

Hình 2.11 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 hợp thủy động

Do đó đường đặc tính của nó được thể hiện bằng họ parabol (hình 2.8bvà hình 2.11c) Mỗi một đường cong ứng với sự phụ thuộc Mb = f(nb) đối vớimột giá trị hệ số mô men lb nhất định và một trị số tỷ số truyền i cụ thể

Khi độ nhạy thuận (j > 1) sự thích ứng của động cơ được sử dụng Thậtvậy, giả sử trong các điều kiện chuyển động của ô tô cho trước, sự làm việccủa động cơ và biến mô men được thể hiện bằng tọa độ điểm a (hình 2.11c)

Lực cản chuyển động tăng lên thì tỷ số truyền

Ở biến mô men thủy lực có độ nhạy nghịch (j < 1) sẽ không có ý nghĩathực tế đối với ô tô

Đặc tính tải của biến mô men thủy lực cho phép xác định chế độ cùnglàm việc đối với động cơ này hay động cơ khác

b3: đường đặc tính tỉ số truyền mômen

Hoạt động của biến mô chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn biến đổi mômen,trong giai đoạn này mômen được khuếch đại và giai đoạn khớp nối, giai đoạn nàychỉ đơn giản là truyền mômen mà không khuếch đại Điểm ly hợp là một đườngphân cách giữa 2 giai đoạn này

B

A

2 1

2.0 1.0

t

e

Hình 2.12 – Đặc tính tỉ số truyền mômen của biến mô

 1 : Vùng biến mô  2 : Vùng khớp nốiA: Điểm xe đỗ; B: Điểm ly hợp.Ở đây:

Tỉ số truyền mômen (t) =

- Điểm ly hợp: khi tuốc bin bắt đầu quay và tỉ số truyền tốc độ bắt đầu tănglên, sự chênh lệch tốc độ quay giữa tuốc bin và cánh bơm bắt đầu giảm xuống.Khi tỉ số truyền tốc độ đạt đến giá trị xác định, tỉ số truyền mômen gần bằng 1:1.Khớp một chiều làm cho stato quay cùng chiều với bánh bơm Tai điểm ly hợpbiến mô có tác dụng như một khớp nối thủy lực

b4: đặc tính hiệu suất truyền động

Hiệu suất truyền động của biến mô cho biết bao nhiêu năng lượng đượctruyền một cách hiệu quả từ bánh bơm tới tuốc bin

B

A

2 1

n (%)

e

80 60 40 20

Hình 2.13 – Đặc tính hiệu suất truyền động

 1 : Vùng biến mô;  2 : Vùng khớp nối; A: Điểm xe đỗ; B: Điểm ly hợp

Khi tuốc bin bắt đầu quay, công suất đầu ra của tuốc bin, nó tỉ lệ với sốvòng quay và mômen của cách bơm, gây ra sự tăng đột ngột hiệu suất truyềnđộng, hiệu suất này đạt giá trị lớn nhất tại tỉ số truyền tốc độ trước điểm ly hợpmột chút Sau đó hiệu suất bắt đầu giảm xuống.

Tại điểm ly hợp mômen được truyền với tỉ số gần 1:1 trong khớp thủy lực,hiệu suất truyền động trong khớp thủy lực tỉ lệ thuận với tỉ số truyền tốc độ Tuynhiên sự tuần hoàn của dòng dầu làm một phần động năng bị mất mát khi nhiệt độdầu tăng lên do ma sát và va đập Do vậy hiệu suất truyền động của bộ biến môkhông đạt đến 100% nhưng nó lớn hơn 95% một chút

Để ngăn chặn điều đó và giảm tiêu hao nhiên liệu, một khớp nối cứng sẽnối cơ khí cánh bơm và tuốc bin khi tốc độ xe khoảng 60km/h hay cao hơn nữa dovậy 100% công suất của động cơ sẽ truyền tới hộp số

- Cơ cấu khóa biến mô: dùng ly hợp ma sát trong biến mô men thủy lực

Tác dụng của nó là dùng để nối cứng bánh bơm và bánh tuốcbin khi sốvòng quay bánh tuốc bin nt gần bằng số vòng quay bánh bơm nb

Trên ô tô thường sử dụng biến mô men có ly hợp ma sát LOCK-UP trên hệthống EAT (điều khiển điện từ của hộp số tự động) có nút bấm trên bảng điềukhiển 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 vịtrí ON, đèn báo sáng và chỉ khi xe chuyển động với số cao

2.2.3 Hộp số hành tinh :

2.2.3.1 Giới thiệu:

Trong hệ thống truyền lực hộp số hành tinh đặt sau biến mô men Hộp số

hành tinh có trục di động nhằm thực hiện các chuyển động theo trong các bộ

truyền bánh răng Ngoài chuyển động quanh trục của mình, các bánh răng thựchiện đồng thời chuyển động lăn chung quanh các bánh răng trung tâm Việcchuyển số trong các bộ truyền này nhờ các ly hợp và phanh đĩa hoặc phanh dải

Trên hộp số tự động không có cần chuyển số mà chỉ có cần chọn số Cầnchọn số nhằm xác định giới hạn khả năng tự động chuyển số trong một khoảngnhất định

2.2.3.2 Ưu nhược điểm:

* Ưu điểm:

- Có thể chuyển số liên tục mà không làm gián đoạn dòng lực truyền từđộng cơ đến các bánh xe chủ động

- Thời gian phục vụ dài hơn, lực truyền đồng thời qua một số cặp bánh răng

ăn khớp, ứng suất trên răng nhỏ Ăn khớp trong nên đường kính vòng tròn ănkhớp lớn Có thể tự triệt tiêu lực hướng trục

- Kích thước nhỏ gọn

- Hiệu suất làm việc cao, vì các dòng lực có thể là song song, ma sát sinh ratiêu hao năng lượng chủ yếu là do chuyển động tương đối

- Có tỉ số truyền cao, nhưng kích thước không lớn

* Nhược điểm:

- Công nghệ chế tạo đòi hỏi chính xác cao: Trục lồng, bánh răng ăn khớpnhiều vị trí

- Kết cấu phức tạp, nhiều cụm lồng nhau, trục lồng phanh, ly hợp khóa

- Lực ly tâm trên các bánh răng hành tinh lớn do tốc độ góc lớn

- Nếu dung nhiều ly hợp và phanh có thể làm tăng tổn hao công suất khichuyển số, do đó hiệu suất sẽ giảm

2.2.3.3 Phân loại:

a Phân loại theo số bậc tự do

Để nhận được một tỷ số truyền hoàn toàn xác định, trong hộp số hành tinhchỉ có một bậc tự do Các bậc tự do còn lại phải loại trừ bằng liên kết cứng.Do vậy

số bậc tự do trong cơ cấu bằng số liên kêt cứng cộng 1

Nếu một cơ cấu để gài một số truyền cần phải đóng một phanh dải hoặc lyhợp khóa, tức là phải tạo một liên kết cứng, như vậy cơ cấu có hai bậc tự do

Trong hộp số hành tinh 4,5 bậc tự do để nhận được một tỷ số truyền phảicó 3,4 liên kết đồng thời tác động

Số lượng bậc tự do của hộp số hành tinh m phụ thuộc vào số lượng sốtruyền và số lượng dãy cơ cấu hành tinh cơ bản Khi m lớn thì số lượng mối liênkết lớn nên kết cấu sẽ phức tạp

Bảng 2.1 Kiểu cơ cấu hành tinh và số lượng truyền , số lượng phần tử ma sát

Số lượng tỉ số truyền m

Số lượng phần tử ma sát cần thiết

Cơ cấu hành tinh 2 bậc

b Phân loại theo đặc tính ăn khớp:

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 lànhỏ gọn, độ bền cao dùng phổ biến trên ôtô (hình 2.15a, 2.15c)

- Dãy hành tinh ăn khớp ngoài, loại này chỉ dùng cho các hộp số cơ khí cótốc độ thấp, trên ôtô không hay dùng vì lý do hiệu suất thấp (hình 2.15b)

Hình 2.14 Các dãy hành tinh cơ bản

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 2.14a và 2.14b) Loại này dùng chủ yếu trong hộp số hay truyền lực bánh xe.

- Loại dùng bánh răng côn (hình 2.14c và 2.14d)

Dãy hành tinh dùng bánh răng côn thường sử dụng trong cụm vi sai giữacác bánh xe hay giữa các cầu

d Phân loại theo số khâu:

Nếu coi bánh răng hành tinh chỉ là khâu liên kết thì cơ cấu hành tinh có thểchia ra các loại: ba, bốn hay năm khâu

Bộ truyền hành tinh một dãy có ba khâu cơ bản N, M, G là bộ truyền đơngiản nhất

Trên hình 2.15a và 2.15b là các bộ truyền ba khâu

Các cơ cấu hành tinh loại bốn khâu thể hiện trên hình 2.15c

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 nghệ

phức tạp, làm tăng cao giá thành

Hình 2.15 Dãy cơ cấu hành tinh ba khâu (a, b) và 4 khâu (c)

2.2.3.4.Quan hệ động học và động lực học của các dãy hành tinh.

1- Bánh răng mặt trời M; 2- Giá bánh răng hành tinh G; 3- Vành răng N

Theo sơ đồ hình 2.16 được viết khi dừng giá hành tinh như sau:

K n

n

n n i

G N

G M G N

G M G

nM, nN, nG – số vòng quay của các bánh răng M, N và giá G

N , G - tốc độ góc các bánh răng M, N và giá G

K được gọi là tỉ số truyền trong G

MN

i hay là đặc tính của dãy hành tinh Dấu

âm trước K xác định chiều quay của các bánh răng M và N khi dừng giá hành tinhlà ngược chiều nhau

Giá trị K được xác định qua bán kính vòng lăn r hoặc số răng Z:

K =

M

N M

N

Z

Z r

rM, rN, - bán kính vòng lăn của các vòng răng M, N

ZM, ZN – tốc độ góc các bánh răng M, N

Phương trình động học của dãy hành tinh như trên là:

Với: MM, MN, MG- mômen tác động lên các cơ cấu M, N, G

Giá trị MG tạo nên lực đặt tại tâm của bánh răng hành tinh

G

G G

lt m r



 (2.33)Ở đây:

lt

m - Khối lượng bánh răng hành tinh quay tương đối đối với cần dẫn.Lực ly tâm này khi G lớn, có thể lớn hơn nhiều lần so với lực tác dụngtại điểm ăn khớp của các bánh răng Do vậy, bánh răng, trục và ổ của nó phảicó độ cứng vững cao, kích thước và trọng lượng càng nhỏ càng tốt Cần dẫn làbộ phận quyết định đến tính chất chịu tải của các bánh răng hành tinh, nóthường được chế tạo dạng khối liền hay là có hai mặt bích lớn để tránh đặtcông xôn cho trục bánh răng hành tinh

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

a Mômen phanh

Khi muốn khoá một phần tử của cơ cấu hành tinh đối với vỏ, cần phải

tác động mômen ngoại lực vào cơ cấu

Trong trường hợp tổng quát: đã biết mômen chủ động M cd, mômen bịđộng M bd của cơ cấu thì có thể tính mômen khoá M p nhờ phương trình cânbằng mômen:

b Khoá bằng ly hợp khoá

Đối với cơ cấu hành tinh một dãy có 3 phần cơ bản M, N và G, khi làmviệc có thể khoá 2 phần tử lại với nhau Như vậy mômen khoá này là nội lựccủa cơ cấu Ta xét các trường hợp sau:

- Khoá N với G (hình 2.17b):

- Khoá M với N (hình 2.17d):

Khi đó: i = 1 và M cdM bd

M

K

K M

1



Quá trình chuyển số thực chất là sự chuyển đổi trạng thái làm việc của

cơ cấu Do vậy, ngoài các giá trị mômen tính toán nói trên, cần thiết để ý đếncác mômen quán tính Nếu sự biến đổi trạng thái xảy ra đột ngột, nhất là khithay đổi cả chiều quay của phần tử khoá, thì cần bố trí thêm khớp một chiều

Hình 2.17 Xác định các giá trị tải trọng của cơ cấu khóa

a - Sơ đồ chung; b - Khi N khoá với G; c,d - Khi M khoá với G;

Khớp này đặt song song với ly hợp khoá, đảm bảo là cơ cấu an toàn cho ly hợpkhoá Mặt khác việc bố trí như thế cho phép thu gọn kích thước của ly hợpkhoá mà lại tăng được độ tin cậy của cơ cấu Vì vậy các loại khớp một chiềuthường được sử dụng nhiều trên ôtô du lịch.

2.2.3.6 Điều kiện công nghệ của bánh răng trong cơ cấu hành tinh.

Bánh răng dùng trong hộp số hành tinh thường là bánh răng trụ răngthẳng hay răng nghiêng Trong hộp số hành tinh ôtô du lịch thường dùng bánhrăng nghiêng do các ưu điểm là có độ ồn nhỏ và độ bền cao

Số răng nhỏ nhất cho phép của bánh răng mặt trời Zmin 14 Còn đốivới bánh răng hành tinh Zmin 10 Khi số răng của các bánh răng hành tinhcàng nhỏ thì tốc độ quay càng lớn

Nếu biết trước đặc tinh K của dãy thì số răng của các bánh răng có thểxác định Song phải đảm bảo các quan hệ theo điều kiện đồng trục, lắp ráp vàlân cận

a Điều kiện đồng trục (đảm bảo cho các bánh răng được đặt đúng tâm):

Trục các bánh răng trung tâm phải trùng với trục chính của cơ cấu.Trong trường hợp bộ truyền gồm các bánh răng trụ, thì khoảng cách trục giữacác bánh răng trung tâm và bánh răng hành tinh là như nhau Để đảm bảo điềukiện đồng trục cần phải có:

Z - Số răng của bánh răng hành tinh

Trong trường hợp cơ cấu có hai bánh răng hành tinh thì phải xét riêng

b Điều kiện lắp:

Để đảm bảo cho các bánh răng hành tinh được bố trí với các khoảngcách đều nhau được thoả mãn nếu đỉnh răng của các bánh răng hành tinh trùngvới chân răng của các bánh răng trung tâm, cụ thể là:

p N

Ở đây:

n - Số lượng các bánh răng hành tinh;

x - Hệ số bội số (số nguyên)

c Điều kiện lân cận:

Đây là điều kiện đảm bảo giá trị khe hở cần thiết giữa các bánh răng

hành tinh kề nhau Điều kiện này được thoả mãm khi tổng bán kính các vòngtrong đỉnh của các bánh răng hành tinh kề nhau phải nhỏ hơn khoảng cách tâm

trục giữa chúng tức là d H l, với 

l 2 sin  , ở đây: d H - đường kínhvòng đỉnh các bánh răng hành tinh; a - khoảng cách trục giữa các bánh rănghành tinh và bánh răng mặt trời

Hình 2.18 Giải thích điều kiện lân cận

Giá trị nhỏ nhất cho phép của hiệu l  d H được xác định bởi tổn thất

do lưu thông và văng toé dầu, có thể thừa nhận bằng 0,5m (m - mô đuyn bánhrăng) Tức là: l d H  0 , 5m

Số răng của các bánh răng ăn khớp trong các cơ cấu hành tinh cao tốckhông được có thừa số chung và số răng của các bánh răng trung tâm cũngkhông nên bằng bội số của số bánh răng hành tinh

2.2.3.7 Các cơ cấu hành tinh thường dùng trên ôtô.

Cấu tạo của hộp số hành tinh dùng trên ôtô và các phuơng tiện giaothông khá phức tạp Nó được tạo thành từ các cơ cấu hành tinh cơ bản hoặc từcác cơ cấu hành tinh tổ hợp

dH

Trên ôtô, nhất là ôtô du lịch thường dùng ba dạng cơ cấu hành tinh điểnhình sau đây.

a Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson

a1 Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson kiểu đơn giản

Sơ đồ cấu tạo:

Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson là bộ truyền hành tinh 1 dãy đơn giản(hình 2.27), gồm các bánh răng ăn khớp hỗn hợp (trong và ngoài) và ba trục.Các chi tiết bao gồm: một bánh răng mặt trời có vành răng ngoài M đặt trênmột trục quay, một bánh răng ngoại luân có vành răng trong N đặt trên một trụcquay khác đồng tâm với trục quay của M, các bánh răng hành tinh nằm giữa Mvà N và ăn khớp đồng thời với M và N (với M ăn khớp ngoài, với N ăn khớptrong), trục của các bánh răng hành tinh nối cứng với nhau trên cần dẫn G vàchuyển động quay xung quanh đường tâm của M, N, trục của cần dẫn G là trụcthứ ba của cơ cấu hành tinh Như vậy ba trục của cơ cấu có cùng đường tâmquay và ở dạng trục lồng, được gọi là đường tâm trục của cơ cấu hành tinh, cáctrục đều có thể quay tương đối đối với nhau Số lượng bánh răng hành tinh cóthể là 1, 2, 3, 4 tuỳ thuộc vào kết cấu cụ thể Các bánh răng hành tinh vừa cókhả năng quay xung quanh trục của nó vừa có khả năng quay xung quanh trụccủa cơ cấu hành tinh

Cơ cấu hành tinh Wilson có ba phần tử: bánh răng mặt trời, bánh rănghành tinh, vành bánh răng Bánh răng hành tinh được coi là khâu liên kết giữa

2 khâu còn lại Theo phân tích động học của hộp số, chúng cần có một phần tửchủ động và một bị động Do vậy, để nhận được một tỷ số truyền xác định, cơcấu có thể có hai khả năng sau:

- Khoá một phần tử với vỏ hộp số

- Khoá hai phần tử với nhau

Cả hai khả năng đều cho phép: nếu trục vào có tốc độ quay ổn định thì tốc độgóc của trục ra sẽ ổn định

Hình 2.16 Cấu tạo cơ cấu hành tinh kiểu Wilson1- Bánh răng hành tinh; 2- Vành bánh tinh; 3- Bánh răng mặt trời; 4- Cần dẫn.Nguyên lý làm việc:

Quan hệ của số vòng quay trên trục bị động chia số vòng quay trêntrục chủ động là tỉ số truyền của cơ cấu hành tinh ta đang xét

cd

bd bd

cd

M

M n

n

Khả năng sử dụng:

Khả năng sử dụng của cơ cấu hành tinh Wilson được trình bày dướidạng sơ đồ trạng thái trong bảng 2.3 Trong đó tỷ số giữa số vòng quay trêntrục chủ động chia cho số vòng quay trên trục bị động là tỷ số truyền của cơcấu hành tinh ở trạng thái đang xét

Trong bảng 2.3 cho ta thấy cơ cấu Wilson có thể có 7 trạng thái Phầntử liên kết được hiểu là phần tử nối với vỏ hoặc liên kết giữa hai phần tử vớinhau Tỷ số truyền được tính theo công thức:

Bảng 2.3 Sơ đồ các khả năng làm việc và ứng dụng của cơ cấu hành tinh kiểu Wilson.

vao

M

M n

G G

M

r

r M

M n

M M

G

r

r M

M n

nhanh

M

N M

N N

M

r

r M

M n

M M

N

r

r M

M n

N

M G

N N G

r

r M

M n

G G

N

r

r M

M n

Khả năng sử dụng trong hộp số ôtô:

Khả năng sử dụng tỷ số truyền của cơ cấu hành tinh với chức năng làhộp số trên ôtô phụ thuộc điều kiện kết cấu và giới hạn làm việc của động cơ.Trong hộp sô ôtô, mặc dù đã sử dụng kết cấu trục lồng nhưng cũng không thểthường xuyên thay đổi trục chủ động và bị động

Trong thực tế trong hộp số ô tô, mặc dù dùng kết cấu trục lồng nhưngcũng không thể thường xuyên thay đổi trục chủ động và bị động Thực tế, tronghộp số hành tinh, mỗi cơ cấu hành tinh thường chỉ đảm nhận có hai tỷ số truyền(nằm trong 5 trạng thái làm việc, trừ số Mo) Các hộp số hành tinh được tổ hợptừ hai hoặc nhiều cơ cấu hành tinh Wilson.

a2 Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson tổ hợp

Tổ hợp bộ truyền cơ bản:

Để đáp ứng số lượng tỷ số truyền cần thiết (ba đến năm số tiến), trênhộp số hành tinh của ôtô thường dùng từ hai đến ba cơ cấu hành tinh Wilson.Thường gặp hai dạng cơ bản là ghép nối song song và ghép nối nối tiếp Trênhình 2.32a là sơ đồ ghép nối kiểu nối tiếp của hai cơ cấu hành tinh Wilson, khiđó tỷ số truyền sẽ bằng tích giữa hai tỷ số truyền của các cơ cấu hành tinhWilson, còn số lượng số truyền được nhân lên gấp đôi, trên hình 2.33b là sơ đồghép nối song song của cơ cấu hành tinh Wilson

Hình 2.22 Sơ đồ ghép nối cơ cấu hành tinh cơ cấu hành tinh

a - Sơ đồ ghép nối tiếp; b - Sơ đồ ghép song song

Tổ hợp các loại bộ truyền theo nhóm:

Hộp số chính có thể chia ra: một hoặc nhiều nhóm tỷ số truyền

Hộp số có một nhóm tỷ số truyền gồm cơ cấu hành tinh kiểuSIMPSON, RAVIGNUAX hay tổ hợp từ các cơ cấu hành tinh kiểu WILSON

Hộp số có hai hay nhiều nhóm tỷ số truyền gồm các cơ cấu hành tinh đãđược tổ hợp như trên cùng với cơ cấu hành tinh đơn giản (WILSON)

Các ô tô con hiện đại thường bố trí các loại động cơ có số vòng quay lớn(6000 - 1000 vg/ph) hộp số cần có nhiều số truyền và tỷ số truyền thay đổitrong giới hạn rộng, trong khi đó không gian chỉ cho phép trong giới hạn nhấtđịnh, vì vậy hộp số đã được cấu tạo thành hai phần (tạo nên hai nhóm sốtruyền) nhằm giảm bớt tỷ số truyền cho các bộ truyền, thu gọn kích thướcchung.

b Cơ cấu hành tinh kiểu Simpson:

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cơ cấu hành tinh kiểu Simpson

được trình bày trên hình 2.35 và bảng 2.4

Hình 2.23 Sơ đồ cơ cấu hành tinh tổ hợp Simpson1- Vành răng 1; 2- Bánh răng hành tinh 1; 3- Bánh răng mặt trời 1; 4- Giá hànhtinh 1; 5- Vành răng 2; 6- Bánh răng hành tinh 2; 7- Bánh răng mặt trời 2; 8-

Giá hành tinh 2

Cơ cấu hành tinh kiểu Simpson gồm hai cơ cấu hành tinh kiểu Wilson.Các phần tử M1, N1, H1, G1 thuộc dãy hành tinh thứ nhất, M2, N2, H2, G2 thuộcdãy hành tinh thứ hai Chúng đã được ghép nối như sau:

- Hai bánh răng mặt trời M1 và M2 đặt trên cùng một trục quay (liên kếtcứng)

- Giá hành tinh G2 liên kết cứng với bánh răng ngoại luân N1

Bảng 2.4 Nguyên lý làm việc cơ cấu hành tinh tổ hợp Simpson: