khảo sát và mô phỏng hộp số tự động 6 cấp U660E trên xe Toyota Camry 2009

Hiện nay các mô hình dùng cho các ngành kỹ thuật nói chung và ngành cơ khí ô tô nói riêng còn rất hạn chế, do đó quá trình học tập nghiên cứu của công nhân, sinh viên... gặp nhiều khó khăn, và việc áp dụng lí thuyết được học vào thực tế còn nhiều trở ngại. Trong điều kiện thiếu thốn mô hình thực tế thì các mô hình mô phỏng trên máy tính sẽ giúp ích rất nhiều cho học viên, giúp họ hình dung kết cấu, nguyên lí hoạt động của mô hình một cánh cụ thể, rỏ ràng và sinh động hơn, nhờ vậy mức độ tiếp thu của người học càng nhanh, hiểu càng sâu và bền vững. Vì vậy việc tạo ra một mô hình 3D để học tập là rất cần thiết. Từ suy nghĩ đó tôi chọn đề tài khảo sát và mô phỏng hộp số tự động 6 cấp U660E trên xe Toyota Camry 2009 bằng phần mềm CATIA V5, với mong muốn góp thêm phương tiện dạy học để quá trình đào tạo đạt hiệu quả tốt hơn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầyPhạm Văn Thức – giảng viên trường ĐH GTVT TP HCM, không sao chép LVTNdưới bất kỳ hình thức nào, các số liệu trích dẫn trong LVTN là trung thực

Tp HCM ngày 3/2/2015Tác giả luận văn

Bùi Khắc Hưng

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh, Khoa Cơ Khí, cùng toàn thể các quý thầy cô giáo

đã giúp đở chúng em trong hơn bốn năm học vừa qua Đặc biệt, em xin gửi lời cám

ơn đến thầy ThS Phạm Văn Thức đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thànhLuận Văn Tốt Nghiệp với đề tài: “khảo sát và mô phỏng hoạt động hộp số tự động 6cấp U660E trên xe Toyota Camry 2009”

Qua thời gian học tập ở trường và quá trình thực hiện Luận Văn Tốt Nghiệp,

em đã học hỏi được ở quý thầy cô rất nhiều kiến thức bổ ích, kinh nghiệm thực tiễn.Những kiến thức quý báu đó sẽ là hành trang giúp em thực hiện tốt công việc khi ra trường

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, tháng 03/2015

Tác giả luận văn

Bùi Khắc Hưng

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của nền kinh tế xã hội, do vậy ngành công nghiệp ô tô cũng không phải là ngoại lệ Kể từ khi ra đời đến nay, ngành ô tô luôn đòi hỏi các nhà khoa học, đội ngủ kỹ sư có trình độ cao, để đáp ứng nhu cầu

đó đòi hỏi đội ngủ này phải có chất lượng ngay từ khi đào tạo Trong quá trình đào tạo thì có nhiều yếu tố làm nên chất lượng đào tạo, trong đó cơ sở vật chất và thiết

bị dạy học đóng vai trò rất quang trọng

Hiện nay các mô hình dùng cho các ngành kỹ thuật nói chung và ngành cơ khí ô

tô nói riêng còn rất hạn chế, do đó quá trình học tập nghiên cứu của công nhân, sinhviên gặp nhiều khó khăn, và việc áp dụng lí thuyết được học vào thực tế còn nhiềutrở ngại

Trong điều kiện thiếu thốn mô hình thực tế thì các mô hình mô phỏng trên máy tính sẽ giúp ích rất nhiều cho học viên, giúp họ hình dung kết cấu, nguyên lí hoạt động của mô hình một cánh cụ thể, rỏ ràng và sinh động hơn, nhờ vậy mức độ tiếp thu của người học càng nhanh, hiểu càng sâu và bền vững Vì vậy việc tạo ra một

Trong những năm gần đây các nghiên cứu về hộp số tự động của ô tô đã đạt được ở mức độ rất cao cả về nghiên cứu lý thuyết lẫn nghiên cứu thực nghiệm.

3 Mục đích nghiên cứu

Với việc khảo sát và mô phỏng hộp số U660E của xe Camry 2009 ngoài mục đích làm tài liệu học tập, còn tìm hiểu đặc tính kỹ thuật của các bộ phận, kết cấu củanó so sánh với các loại hộp số khác, từ đó lựa chọn phương pháp sử dụng hộp số đạt hiệu quả cao, hiệu suất lớn, giúp vận hành xe an toàn

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nắm được cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hộp số tự động nói chung và hộp

số U660E nói riêng

Xây dựng mô hình mô phỏng hộp số bằng phần mềm Catia

Tạo file trình chiếu hoạt động hộp số phục vụ cho việc học tập

5 Phương pháp nghiên cứu

Có hai phương pháp để khảo sát hộp số tự động ô tô đó là:

- Phương pháp thực nghiệm dùng các số liệu khảo nghiệm để nghiên cứu.Phương pháp này chính xác nhưng đòi hỏi phải có thiết bị hiện đại

- Dùng phương pháp lý thuyết, cần thông số của hộp số, dùng phần mềm máytính mô phỏng hoạt động của nó

Do điều kiện và khả năng không cho phép nên tôi chọn phương pháp lí thuyết và dung phần mềm Catia V5 để mô phỏng hộp số tự động U660E

6 Kết quả đạt được của đề tài

Trình bày được cấu tạo, nguyên lí hoạt động của hộp số U600E

Xây dựng mô hình 3D và mô phỏng trên phần mềm Catia V5

Tạo file mô phỏng hộp số phục vụ học tập, nghiên cứu về hộp số

7 Kết cấu của luận văn

Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệpPhần thuyết minh

Chương 1 – Tổng quan về hộp số tự động

Chương 2 – Khảo sát hộp số tự động 6 cấp U660E

Chương 3 – Mô phỏng hộp số U660E

Phần bản vẽ

Bản vẽ 1: tổng thể xe Toyota Camry 20009

Bản vẽ 2: mặt cắt hộp số U660E

Bản vẽ 3: biến mô men thủy lực hộp số U660E

Bản vẽ 4: đường truyền công suất 6 tay số

Bản vẽ 5: sơ đồ mạch dầu chuyển số

Bản vẽ 6: sơ đồ mạch dầu khóa biến mô

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 8

1.1 Giới thiệu chung, phân loại hộp số tự động 8

1.2 Nguyên lý làm việc chung của hộp số tự động 9

1.3 Các bộ phận chính trong hộp số 9

1.3.1 Biến mô thủy lực 9

1.3.2 Cơ cấu bánh răng hành tinh 17

1.3.3 Hệ thống phanh, li hợp 28

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 6 CẤP U660E 31

2.1 Giới thiệu chung về xe Totota Camry 2009 và hộp số tự động U660E 31

2.1.1 Giới thiệu chung về xe Camry 2009 31

2.1.2 Giới thiệu chung về hộp số tự động U660E 32

2.2 Đặc điểm kỹ thuật hộp số U660E 33

2.3 Bộ biến mô 35

2.4 Bơm dầu 35

2.5 Bộ bánh răng hành tinh 36

2.5.1 Cấu tạo 36

2.5.2 Chức năng các bộ phận 37

2.5.3 Đường truyền công suất hộp số 38

2.6 Hệ thống điều khiển điện tử 42

2.6.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử 42

2.6.2 Bố trí các bộ phận chính 43

2.6.3 Cấu tạo và hoạt động của các bộ phận chính 44

2.6.4 Chức năng của hệ thống điều khiển điện tử 48

2.6.5 Hệ thống thủy lực 60

2.6.6 Cơ chế điều khiển san số 64

2.7 Các bộ phận khác 67

2.7.1 Cơ cấu ngăn áp suất chất lỏng li tâm 67

2.7.2 Bánh răng chủ động trung gian 69

2.7.3 Piston dạng rời 69

2.7.4 Lọc dầu 70

2.8 Kiểm tra hư hỏng và bảo dưỡng hộp số 71

2.8.1 Hư hỏng trong biến mô men thủy lực 71

2.8.2 Hư hỏng trong bộ điều khiển thủy lực 72

2.8.3 Hư hỏng trong cụm điều khiển điện tử 73

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG HỘP SỐ U660E 75

3.1 Chọn giải pháp mô phỏng 75

3.2 Thực hành mô phỏng 75

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

1.1 Giới thiệu chung, phân loại hộp số tự động

Xuất phát từ yêu cầu cần thiết bị truyền công suất lớn ở vận tốc cao để trang bịtrên các chiến hạm dùng trong quân sự, truyền động thủy cơ đã được nghiên cứu và

sử dụng từ lâu Sau đó, khi các hãng sản xuất ô tô trên thế giới phát triển mạnh vàbắt đầu có sự cạnh tranh thì từ yêu cầu thực tế muốn nâng cao chất lượng xe củamình, đồng thời tìm những bước tiến về công nghệ mới nhằm giữ vững thị trường

đã có cùng tham vọng mở rộng thị trường các hãng sản xuất xe trên thế giới đã bướcvào cuộc đua tích hợp các hệ thống tự động lên các dòng xe xuất xưởng như: hệthống chống hãm cứng bánh xe khi phanh, hệ thống chỉnh góc đèn xe tự động, hệthống treo khí nén, hộp số tự động, hệ thống camera cảnh báo khi lùi xe, hệ thốngđịnh vị toàn cầu,…Đây là bước tiến quan trọng thứ hai trong nền công nghiệp sảnxuất ô tô sau khi động cơ đốt trong được phát minh và xe ô tô ra đời

Bắt đầu từ năm 1977 hộp số tự động được sử dụng lần đầu tiên trên xeCROWN và số lượng hộp số tự động được sử dụng trên xe tăng mạnh Ngày nayhộp số tự động được trang bị thậm chí trên cả xe hai cầu chủ động và xe tải nhỏ.Ngoài ra còn các hãng chế tạo xe trên thế giới như: MITSUBISHI, HONDA, BMW,MERCEDES, GM,…Cũng đưa hộp số tự động áp dụng trên xe của mình ở gần mốcthời gian này Hình 2.1 là sơ đồ phát triển của hộp số tự động

Hình 2.1 – sơ đồ miêu tả sự phát triển của hộp số tự động ECT: Hộp số điều khiển điện (Electronic Controlled Transmission).

AT 1 : Loại hộp số này có bộ phần truyền lực cơ bản giống loại ECT.

Các bộ phận truyền lực của hộp số tự động điều khiển thủy lực và ETC về cơbản là giống nhau, nhưng phương pháp điều khiển sang số rất khác nhau Tiêu biểutrong phần này nói về hộp số tự động điều khiển bằng điện trên xe TOYOTACAMRY 2009

1.2 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, nhờ cấu tạo đặc biệt của mình biến mô vừa đóng vai trò là mộtkhớp nối thủy lực vừa là một cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực, cũng vừa làmột bộ phận khuyếch đại mô men từ động cơ đến hệ thống truyền lực phía sau tùyvào điều kiện sử dụng Hộp số không thực hiện truyền công suất đơn thuần bằng sự

ăn khớp giữa các bánh răng mà còn thực hiện truyền công suất qua các ly hợp masát, để thay đổi tỷ số truyền và đảo chiều quay thì trong hộp số sử dụng các phanh

và cơ cấu hành tinh đặc biệt với sự điều khiển tự động bằng thủy lực hay điện tử

Hình 2.3 – đường truyền công suất qua hộp số tự động

1.3 Các bộ phận chính trong hộp số

2.4.1 Biến mô thủy lực

Hình 2.4-biến mô thủy lực

Bộ biến mô vừa truyền vừa khuyếch đại mômen từ động cơ bằng cách sử dụngdầu hộp số làm môi trường làm việc Bộ biến mô bao gồm: cánh bơm được dẫnđộng bằng trục khuỷu, rôto tuabin được nối với trục sơ cấp, stator được bắt chặt vào

vỏ hộp số qua khớp một chiều và trục stator, vỏ bộ biến mô chứa tất cả các bộ phậntrên như hình Biến mô được nén đầy dầu thủy lực cung cấp bởi bơm dầu Dầu nàyđược cánh bơm tích lũy năng lượng và khi ra va đập vào bánh tuabin tạo thành mộtdòng truyền công suất làm quay rôto tuabin

2.4.1.1 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 không truyền mô men từđộng cơ đến hộp số

Hấp thụ các dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyền lực

Có tác dụng như một bánh đà để làm đồng đều chuyển động quay 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 tấmdẫn động (cơ cấu khóa Lock-up) có vành răng khởi động dùng làm bánh đà chođộng cơ Khi tấm dẫn động quay ở tốc độ cao cùng biến mô thủy lực trọng lượngcủa nó sẽ tạo nên sự cân bằng tốt nhằm ngăn chặn các rung động và làm đồng điềuchuyển động của động cơ khi hoạt động gây ra

2.4.1.2 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 Trên cánh bơm còn lắp đặt vành dẫn hướng ở phíacạnh trong của cánh để dẫn hướng cho dòng chảy của bơm được êm

Hình 2.5- Sơ đồ bánh bơm lắp trên vỏ biến mô

Với nhiệm vụ là giúp tích tụ năng lượng lên các dòng dầu chuyển động trongbiến mô nhờ lấy năng lượng từ trục khuỷu động cơ thì kết cấu và chất lượng bề mặtcánh bơm ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất và cả quá trình khuyết đại mô men củabiến mô Vì vậy việc đúc liền và gia công bề mặt cánh bơm trên bánh bơm đòi hỏicông nghệ gia công rất cao không phải hãng sản xuất ô tô nào cũng làm được, cònphương pháp lắp rời từng cánh lên bánh mang cánh thì được chấp nhận rộng rãi vànhanh chóng vì tính công nghệ và tính kinh tế cao của phương pháp này

Ngày nay đa số các biến mô thủy lực dùng trên ô tô điều chế tạo theo phươngpháp lắp từng cánh rời nhưng nếu là biến mô này sử dụng trên tàu biển hay phươngtiện thuộc lĩnh vực quân sự thì phương pháp đúc liền các cánh với vỏ biến mô đượcdùng nhiều hơn

2.4.1.3 Bánh tua-bin

Cánh tuabin được đúc liền hay lứp rời từng cánh với bánh mang cánh, sốlượng cánh và biên dạng cánh được chọn thiết kế theo công suất động cơ sử dụngchúng và loại hệ thống truyền lực phía sau Trên cánh tuabin còn lắp đặt vành dẫnhướng ở phía cạnh trong của cánh để dẫn hướng cho dòng chảy của bơm được êm

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý lắp bánh tuabin trên biến mô thủy lực

Cánh tuabin được thiết kế với góc đặt cánh lớn hơn so với cánh bơm Vì cánhtuabin có nhiệm vụ thu nhận động năng và áp năng được vận chuyển theo dòng dầu

đi ra từ cánh bơm Ngoài ra về số lượng cánh là bằng số lượng cánh mang trên bánhbơm, cũng được thiết kế các vành dẫn hướng để dòng chảy được êm Công nghệchế tạo và yêu cầu bề mặt của bánh tuabin có nhiều điểm tương đồng với nhau

2.4.1.4 Bánh phản ứng

Bánh phản ứng đặt giữa bánh bơm và bánh tuabin, được lắp trên trục của nó vàtrục này lắp cố định vào vỏ hộp số qua khớp một chiều (như hình 2-7) Khớp mộtchiều cho phép bánh phản ứng quay cùng chiều với trục khuỷu động cơ, khi bánhphản ứng có xu hướng quay ngược lại nó sẽ bị khóa Do vậy bánh phản ứng quayhay bị khóa phụ thuộc vào hướng của dòng dầu đập vào cánh của nó

Hình 2.7 mô tả chức năng bánh phản ứng

Các cánh của bánh phản ứng tiếp nhận dòng dầu đi ra từ cánh tuabin và hướngcho chúng đập vào mặt sau của cánh bơm làm cho cánh bơm được “cường hóa”.Tuy không đóng vai trò chủ đạo trong việc truyền công suất nhưng bánh phản ứnglại có vai trò quyết định tới hiệu suất của cả biến mô thỷ lực trong một số trườnghợp, Đồng thời là khả năng giúp biến mô khuyếch đại mô men do động cơ sinh ratrong một số trường hợp Đây là lý do chính bánh phản ứng được thiết kế cùng bánhbơm và bánh tuabin trong cùng một biến mô thủy lực.

2.4.1.5 Khớp một chiều trên bánh phản ứng

Bánh phản ứng với mục đích khuyếch đại mômen động cơ sinh ra và ngănchặn hiện tượng giảm hiệu suất của biến mô thủy lực khi tốc độ bánh tuabin gầnbằng bánh bơm thì bánh phản ứng cần phải có khớp một chiều đi liền cùng kết cấucủa 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 bi trụ như hình 2.8, bao gồm bốn chi tiết: vành trong, vành ngoài, các bitrụ 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

Các vành được sản xuất từ thép 20X hoặc 12X2H4A, còn các bị trụ được chếtạo từ thép ổ lăn như 95X18 Độ cứng bề mặt công tác của vành HRC 6165.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

Hình 2.8- Sơ đồ khớp một chiều

1 - Vành ngoài; 2 - Đệm tỳ; 3 - Lò xo tỳ; 4 - Bi trụ; 5 - Mặt rãnh chêm;6 -Vành

trong.

Loại thứ hai hay được dùng là loại dùng con lăn Được lắp giữa hai vành trong

và ngoài của bánh phản ứng, có nhiệm vụ chỉ cho hai vành trong và ngoài của statoquay tự do với nhau theo chiều A còn theo chiều B thì không được

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 (hình 2.9) Tuy chỉ với kết cấu rất đơn giản như vậynhưng khớp một chiều này lại đóng vai trò rất quan trọng trong việc giúp cho bánhphản 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 chiều conlăn hình trụ

Hình 2.9 - Hoạt động của khớp một chiều trong bánh phản ứng

1 Vành ngoài; 2 Con lăn; 3 Vành trong; 4 Lò xo giữ a) Khớp một chiều quay tự do; b) Khớp một chiều bị khóa cứng 2.4.1.6 Cơ cấu khóa biến mô

Cơ cấu khóa Lock-up là cơ cấu ly hợp truyền công suất từ động cơ một cáchtrực tiếp đến trục sơ cấp hộp số giống như một ly hợp cơ khí thông thường Phầnchủ động của ly hợp là vỏ của biến mô, gắn liền với bánh bơm, trên bề mặt trongcủa vỏ biến mô có một mặt phẳng dạng vành khăn tạo nên mặt phẳng tựa của lyhợp

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

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

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

Hình 2.10 - điều khiển đóng khớp khóa biến mô

Khi tốc độ bánh bơm và bánh tuabin chênh lệch nhau 5%, tín hiệu thủy lực sẽđược đưa đến hai van (van điệ từ và van thủy lực) để điều khiển khóa biến mô Dầu

áp suất cao được cung cấp đến van điện từ và van tín hiệu để cung cấp vào mặttrước và sau của khớp khóa biến mô như hình 2.10 để tạo chênh áp giữa hai bề mặttrước và sau của khớp khóa biến mô làm khớp khóa này đóng lại, tạo liên kết cơ khígiữa trục khuỷu động cơ và trục sơ cấp của hộp số Giảm chấn có nhiệm vụ làmgiảm tải trọng động khi khớp khóa biến mô làm việc.

Hình 2.11 - Điều khiển nhả khớp khóa biến mô.

Khi tốc độ động cơ và tốc độ đầu ra của hộp số (quy dẫn về cùng trục) sai khácnhau lớn hơn 5% khớp khóa biến mô sẽ được điều khiển nhả ra Để điều khiển nhảkhớp khóa biến mô nguyên lý vẫn là tạo sự chênh áp giữa hai mặt trước và sau củakhớp khóa cũng bằng van điện từ và van tín hiệu nư hình 2.11, và dầu sau khi rakhỏi biến mô thì được đưa vào bộ làm mát để thải bớt một phần nhiệt lượng dầu đãhấp thụ trong quá trình làm việc và do ma sát sau đó sẽ quay về bơm dầu để tiếp tụctuần hoàn

2.4.2.1 Phương pháp chọn số răng cho hộp số hành tinh

Số răng của hộp số hành tinh được chọn theo công thức sau

z:Kz:)1K(z

z:zx

zz:z:z:

1 2

1 1 2 1 2 h

Trong đó:

Z 1 , Z 2 – số răng của bánh răng trung tâm và bánh răng bao

Z h – số răng của bánh răng hành tinh

X – số lượng bánh răng hành tinh

K=Z 2 /Z 1 – thông số của cơ cấu( tỉ số truyền bên trong)

2.4.2.2 Xác định tỉ số truyền của cơ cấu hành tinh đơn giản

Các phần tử của cơ cấu hành tinh bao gồm:

 Bánh răng trung tâm có vận tốc 1 và số răng Z 1

 Bánh răng bao có vận tốc 2 và số răng Z 2

 Bánh răng hành tinh có vận tốc h và số răng Z h

 Cần dẫn có vận tốc góc c

Khi một phẩn tử nào đó của cơ cấu bánh răng hành tinh được nối với trục sơ cấp của cơ cấu hành tinh thì vận tốc góc của phần tử đó bằng vận tốc góc đầu vào VKhi một phẩn tử nào đó của cơ cấu bánh răng hành tinh được nối với trục thứ cấp của cơ cấu hành tinh thì vận tốc góc của phẩn tử đó bằng vận tốc góc đầu ra R

Tỉ số truyền của hộp số ở một tay số thứ I nào đó được xác định bởi tỉ số:

R

v hi

c 1

Các phương trình trên lập thành một hệ phương trình, giải hệ phương trình đó chúng ta sẽ xác định được tỉ số truyền

2.4.2.3 Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson

a Sơ đồ cấu tạo

CCHT kiểu wilson là bộ truyền hành tinh 1 dãy đơn giản, gồm các bánh răng

ăn khớp hỗn hợp (trong và ngoài) và ba trục Các chi tiết bao gồm: một bánh răngmặt trời có vành răng ngoài M đặt trên một trục quay, một bánh răng ngoại luân cóvành răng trong N đặt trên một trục quay khác đồng tâm với trục quay của M, cácbánh răng hành tinh nằm giữa M và N và ăn khớp đồng thời với M và N (với M ănkhớp ngoài, với N ăn khớp trong), trục của các bánh răng hành tinh nối cứng vớinhau trên cần dẫn G và chuyển động quay xung quanh đường tâm của M, N, trụccủa cẫn dẫn G là trục thứ ba của CCHT

Cấu tạo và sơ đồ của CCHT kiểu wilson như trên Như vậy ba trục của cơ cấu

cơ cùng đường tâm quay và ở dạng trục lồng, được gọi là đường tâm trục củaCCHT, các trục đều có thể quay tương đối đối với nhau Số lượng bánh răng hànhtinh có thể 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 trục củaCCHT

CCHT wilson có ba phần tử: M, N, G Bánh răng hành tinh H được coi là khâuliên kết giữa M và N 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, cơ cấu

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 2.12 - Cấu tạo và sơ đồ CCHT kiểu Wilson

M - Bánh răng mặt trời; N - Bánh răng ngoại luân; H - Bánh răng hành tinh;

sử dụng được một số trạng thái sau:

Bảng 2.1 Sơ đồ các khả năng làm việc và ứng dụng của CCHT kiểu Wilson

Số Sơ đồ

bố trí

Trạng thái khâu Công thức tính tỷ số truyền

SửdụngVào Ra Khoá i= n vao

n ra =

M ra

M vao

Khoảng i cho phép

r M

0,5<i<0,4

Sốtruyềnnhanh

r N

0,60,8

SốtruyềnnhanhOD

SốtruyềnthẳngTrạng thái 1 có thể là số 1 (hình 2.13) với i = 2,55,0 (số truyền giảm tốcmạnh)

Hình 2.13 - Sơ đồ gài số giảm tốc mạnh

Trạng thái 3 (hình 2.14) có thể là số lùi i = -(4,01,5) (số lùi)

Hình 2.14- Sơ đồ gài số lùi

Trạng thái 5 (hình 2.15) có thể là số 4 với i = 0,60,8 (số truyền tăng OD)

Hình 2.15 - Sơ đồ gài số 4

Trạng thái 6 (hình 2.16) có thể là số 2 với i = 1,02,0 (số truyền chậm)

Hình 2.16 Sơ đồ gài số 2

Trạng thái 7 có thể là số 3 với i = 1 (số truyền thẳng)

2.4.2.4 Cơ cấu hành tinh Wilson tổ hợp

a Tổ hộp bộ truyền cơ bản

Hình 2.17 - Sơ đồ ghép nối cơ cấu hành tinh a) Sơ đồ ghép nối tiếp, b) Sơ đồ ghép song song.

Để đáp ứng số lượng tỷ sô truyền cần thiết (ba đến năm số tiến), trên hộp số tựđộng của ôtô thường dùng từ hai đến ba cơ cấu hành tinh Wilson kể trên Thườnggặp hai dạng cơ bản là ghép nối song song và ghép nối nối tiếp Trên hình 2-17 a) là

sơ đồ ghép nối kiểu nối tiếp của hai cơ cấu hành tinh Wilson, khi đó tỷ số truyền sẽbằng tích giữa hai tỷ số truyền của các cơ cấu hành tinh Wilson, còn số lượng sốtruyền được nhân lên gấp đôi, trên hình 2-15 b) là sơ đồ ghép nối song song của cơcấu hành tinh Wilson

b 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 mộtnhóm tỷ số truyền gồm cơ cấu hành tinh kiểu SIMPSON, RAVIGNUAX hay tổ hợp

từ các cơ cấu hành tinh kiểu WILSON, hộp số có hai hay nhiều nhóm tỷ số truyềngồm các cơ cấu hành tinh đã được tổ hợp như trên cùng với cơ cấu hành tinh đơngiản (WILSON)

Các ô tô con hiện đại thường bố trí các loại động cơ có số vòng quay lớn (1000

- 6000 vg/ph) hộp số cần có nhiều số truyền và tỷ số truyền thay đổi trong giới hạnrộng, trong khi đó không gian chỉ cho phép trong giới hạn nhất định, vì vậy hộp số

đã được cấu tạo thành hai phần (tạo nên hai nhóm số truyền) nhằm giảm bớt tỷ sốtruyền cho các bộ truyền, thu gọn kích thước chung

Trên ô tô con thường sử dụng loại hộp số có hai nhóm tỷ số truyền Đối vớiloại này hộp số chính được chia ra: phần chính và phần phụ hộp số Phần phụ hộp

số có thể đặt trước phần chính như trên hình 2.18a, hoặc đặt sau phần chính nhưhình 2.18b

Hình 2.18 - Cách bố trí các nhóm tỷ số truyền trong hộp số ôtô con

a - Hộp số hai nhóm số truyền có phần phụ đặt trước phần chính.

b - Hộp số hai nhóm số truyền có phần phụ đặt sau phần chính.

Hộp số có hai nhóm số truyền ở phần phụ có hai số, phần chính có ba, bốn số

Tổ hộp các số truyền này có thể tạo nên số lượng tỷ số truyền của phần chính hộp

số, nhưng trong thực tế trên ô tô con chỉ sử dụng đến năm số tiến một số lùi bởi vậy

có một số truyền không được tổ hợp

Tỷ số truyền trong phần phụ có thể có: số truyền thẳng, số truyền tăng, nhưngcũng có thể là số truyền thẳng, số truyền giảm Trong trường hợp có số truyền giảmthì số D - số truyền giảm, số OD - số truyền thẳng

Tỷ số truyền chung trong hộp số được tính toán từ tỷ số truyền của các phầntrong hộp số Hộp số chính có nhiều nhóm tỷ số truyền không sử dụng trên ô tô con

2.4.2.5 Cơ cấu hành tinh kiểu Simpson

Cơ cấu hành tinh kiểu Simpson gồm hai cơ cấu hành tinh Wilson Các phần tử

M1, N1, H1, G1 thuộc dãy hành tinh thứ nhất, M2, N2, H2, G2 (hình 2-19) thuộc dãyhành 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 kết cứng).Giá hành tinh G2 liên kết cứng với bánh răng ngoại luân N1.

Hình 2.19 Cơ cấu hành tinh kiểu simpson

Bảng 2.2 - Nguyên lý làm việc cơ cấu hành tinh tổ hợp Simpson

Phầntửchạykhông

Công thức tính

Khảnăng chếtạo

ứngdụngtronghộp số

K1 nốivới K2

r M1 -<i<-1 Số lùi

2.4.2.6 Cơ cấu hành tinh kiểu Ravigneaux

Hình 2.20 Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu hành tinh kiểu Ravigneaux

1 - Bánh răng hành tinh H 2 ; 2 - Bánh răng hành tinh H 1 ; 3 - Giá hành tinh G;

4 - Bánh răng mặt trời M 1 ; 5 - Bánh răng mặt trời M 2 ; 6 - Bánh răng ngoại luân N.

Cấu tạo của cơ cấu hành tinh kiểu Ravigneaux gồm hai bánh răng mặt trời M1,

M2 nối với hai trục khác nhau, hai nhóm bánh răng hành tinh H1, H2, ăn khớp vớinhau và đặt chung trên một giá hành tinh G, một bánh răng ngoại luân N ăn khớpvới H2, còn H1 ăn khớp với M2 Sơ đồ cấu tạo trình bày trên hình 2.20 và tóm tắtnguyên lý làm việc trong bản 2.3

Bảng 2.3 Tóm tắt nguyên lý làm việc của cơ cấu hành tinh kiểu Ravigneaux

phầntửkhóa

Phầntửchạykhông

Công thứctính i

Khả năngchế tạo i

ứng dụngtrong hộpsố

Từ bảng 2.3 nguyên lý làm việc nhận thấy trục chủ động có thể liên kết với

M1, M2, trục bị động liên kết với N do vậy kết cấu bố trí trên hộp số ôtô đảm bảotính hợp lý cao Khi M1 và M2 khóa cứng với nhau tạo nên số truyền thẳng (D)

So với CCHT kiểu Simpsaon, CCHT kiểu Ravigneaux cho khoảng tỷ số truyềnrộng rãi hơn, ít gặp khó khăn trong chế tạo, nhiều hãng đã áp dụng CCHT kiểu nàytrên ôtô con từ nhiều năm trước đây

Hình 2.22 Các trạng thái làm việc ở số 1, 2, 4, R của CCHT kiểu Ravigneaux

(không mô tả ở số 3: số truyền thẳng)

Khoá hai bộ phận của cơ cấu hành tinh (CCHT) với nhau tạo nên liên kết cùngquay với tốc độ như nhau.

Ly hợp khóa có cấu tạo là dạng ly hợp ma sát nhiều đĩa làm việc trong dầu,hoạt động nhờ áp lực dầu của hệ thống thuỷ lực điều khiển Các đĩa ma sát và đĩa épđược bố trí xen kẽ nhau, sao cho đĩa ma sát ăn khớp bằng then hoa với bánh răngbao, còn các đĩa ép ăn khớp với tang trống của ly hợp như trên hình 2.23

Hình 2.23 Kết cấu ly hợp khoá

1 Mặt bích ép; 2 Các đĩa ép; 3 Các đĩa ma sát; 4 Đĩa lò xo mở;

5 Piston; 6 Trống phanh 2.4.3.2 Phanh

Trong HSHT, phanh được dùng để khoá một chi tiết nào đó với vỏ hộp số Kếtcấu của phanh dải bao gồm : bề mặt trụ của chi tiết cần khoá được gọi là tang trống,hai đầu dải phanh có cấu trúc đa dạng, phụ thuộc vào cơ cấu điều khiển

Dựa vào phương pháp điều khiển, có thể chia phanh dải thành hai loại :

Loại điều khiển một đầu: Tác động điều khiển đặt vào một đầu của dải phanhthông qua xilanh điều khiển, đầu kia nằm tựa trên vỏ Một trong hai đầu của dảiphanh cho phép điều chỉnh khi cần thiết

Loại điều khiển tác động kép vào cả hai đầu: Được gọi là kết cấu “bơi” tự

cường hoá

 Phanh dải điều khiển một đầu:

Hình 2.24 Kết cấu của phanh dải trên hộp số

a - Cấu tạo các chi tiết; b - Mặt cắt ngang;

1 Bulông điều chỉnh; 2 Dải phanh; 3 Trục dẫn; 4 Lò xo; 5 Vòng bao kín; 6 Nắp; 7 Vòng khoá; 8,12 Piston; 9 Đai ốc hãm; 10,11 Đường dầu.

Dải phanh được chế tạo từ thép lá mỏng, bề mặt trong được dán một lớp atbet

có chiều dày 0,8 đến 1,2 mm làm bề mặt ma sát Cấu trúc 2 đầu của dải phanh tạonên các điểm tỳ điều khiển phanh

Tang trống là bề mặt hình trụ tròn Giữa tang trống và dải phanh có khe hởnhỏ, đảm bảo cho tang trống có thể quay tự do Khe hở này được quyết định bởi cơcấu có bu lông điều chỉnh Khi phanh mômen ma sát truyền qua các đầu tỳ tác dụngvào vỏ hộp số

Cụm piston xilanh điều khiển nằm trên vách ngăn của hộp số, một đầu cần đẩy

tỳ vào piston, còn đầu kia tỳ vào điểm tỳ của phanh dải Trong kết cấu của HSHTnày và ở những hộp số khác còn sử dụng hai piston điều khiển Một piston lớn đểđiều khiển đóng phanh, piston bé nằm trong piston lớn điều khiển mở phanh Nhưvậy trong hệ thống thuỷ lực phải dùng 2 đường dầu tới xilanh Nếu một đường dầu

có áp suất cao thì đường dầu kia là đường dầu hồi, và ngược lại Nhờ kết cấu nhưvậy, việc đóng mở phanh diễn ra trong thời gian quá độ rất ngắn, đảm bảo cho quátrình chuyển số dứt khoát và êm dịu Loại này được gọi là xilanh piston kép.

 Phanh dải điều khiển hai đầu

Hình 2.25 - Kết cấu phanh dải hai đầu điều khiển của hãng FIAT

1 Dải phanh; 2 Lò xo; 3 Piston; 4 Bulông điều chỉnh.

1 Dải phanh; 2 Lò xo; 3 Piston; 4 Bulông điều chỉnh.

Phanh dải điều khiển 2 đầu bằng một xilanh tác dụng 1 chiều, phần điều khiển

có các đòn làm việc ở trạng thái liên động Các đòn này một đầu tỳ vào đầu xy lanh

ép, một đầu tỳ vào đầu còn lại của dải phanh cho phép cả hai đầu dải phanh cùng épvào hay cùng đi ra với các quãng đường như nhau Kèm theo là cơ cấu điều chỉnhkhe hở giữa dải phanh và tang trống dạng cam tỳ giữa hai đòn kéo, tạo nên điểm tựakhi làm việc

Phanh dải loại này có hiệu quả cao vì tạo nên mômen phanh lớn nên đượcdùng cho các số truyền thấp mà kích thước kết cấu bên trong không lớn

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 6 CẤP U660E

2.1 Giới thiệu chung về xe Totota Camry 2009 và hộp số tự động U660E

2.1.1 Giới thiệu chung về xe Camry 2009

Động cơ

Hệ thống treo trước Mrpherson với thanh cân bằng

cân bằng

Bảng 1.1 – Các thông số kỹ thuật xe camry 2009

2.1.2 Giới thiệu chung về hộp số tự động U660E

Toyota Motor Corporation đã phát triển hộp số tự động 6 tốc độ (U660E)cho các xe bánh trước chủ động và khoan động cơ được bố trí rộng hơn

U660E được ứng dụng nhằm cải thiện, bảo vệ môi trường, và đáp ứng tiêuchuẩn an toàn, đó là mối quan tâm lớn cho xã hội và sự hài lòng của kháchhàng, bởi vì nhỏ, nhẹ, hiệu quả cao, phản ứng nhanh, và khả năng chuyển số tốt

Về cơ bản Toyota đã cải thiện cả phần cứng và phần mềm của hệ thống điềukhiển để đáp ứng những mục tiêu quan trọng

Hộp số tự động U660E đầu tiên xuất hiện trên xe Lexus ES350 vàToyota Camry 2007 Sau đó, nó tiếp tục xuất hiện trên xe Avalon 2008, tiếp theo

là Venza 2009, Highlander 2009, Sienna 2009…

Hộp số tự động U660E sử dụng trên động cơ 2GR-FE, là hộp số superECT gọn nhẹ với 6 cấp tốc độ

2.2 Đặc điểm kỹ thuật hộp số U660E

2.2.1 Thông số kỹ thuật chính

Bảng 3.1 – Một số thống số kỹ thuật của hộp số U660E

Bộ biến mô đã được thiết kế tối ưu hóa kết cấu cánh bơm và dòng thủy lực

Hình 3.2 –cấu tạo bộ biến mô hộp số U660E trên Toyota 2009 và sự khác biệt

so với biến mô trên Toyota 2006

2.4 Bơm dầu

Bơm dầu được hoạt động bởi bộ biến mô Nó cung cấp dầu bôi trơn cho các

bộ bánh răng hành tinh và áp suất dầu cho hệ thống thủy lực Vỏ bơm dầuđược làm bằng nhôm để giảm trọng lượng

Bộ phận ngăn áp suất chất lỏng ly tâm được sử dụng tại ly hợp C1 và C2,

nó được cung cấp khi đang chuyển số từ số đầu tiên đến số thứ 6

Hình dạng của những rãnh trên những đĩa ma sát của ly hợp và phanh đượctối ưu hóa để giảm lực cản trong suốt quá trình hoạt động của ly hợp và phanh

Hình 3.5 -cấu tạo bộ truyền bánh răng hành tinh

B2 Dãy phanh số 2 Khóa bánh răng bao của bộ Ravingneaux không cho

quay cùng và ngược chiều kim đồng hồ

B3 Dãy phanh số 3 Khóa bánh răng bao của bộ bánh răng hành tinh U/D

không cho quay cùng và ngược chiều kim đồng hồ

F1 Khớp 1 chiều số 1 Ngăn bánh răng bao của bộ Ravingneaux không cho

quay ngược chiều kim đồng hồ

Bộ bánh răng hành tinh

Những bánh răng này sẽ thay đổi đường truyền suốt quá trình lực dẫn động được truyền đi, dựa vào hoạt động của mỗi bộ ly hợp và phanh, để tăng và giảm tốc độ đầu vào và đầu ra

2.5.3 Đường truyền công suất hộp số

Bảng 3.4 – các bộ phận hoạt động khi chuyển số

Δ : ON

►: Dựa vào tín hiệu khóa biến mô

Ο : ON trong khi đang cài khớp, OFF sau khi cài khớp.

 Số 1 (dãy 1 ở tay số S)

 Số 1 ở tay số D hoặc S

 Số 2 ở tay số D hoặc S