nghiên cứu, khảo sát hộp số tự động

A140E là một hộp số tự động điều khiển điện tử 4 cấp số tiến nhờ có thêm bộtruyền hành tinh OD và một cấp số lùi vào thời điểm này đây là hộp số hiện đạinhất của thị trường xe thế giới l

LỜI NÓI ĐẦU

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 ôtô Việt Nam

cũng không ngoại lệ Khi thế giới bắt đầu sản xuất ôtô chúng ta chỉ được nhìn thấy

chúng trong tranh ảnh, hiện nay khi công nghệ về sản xuất ôtô của thế giới đã lên

tới đỉnh cao chúng ta mới bắt đầu sửa chữa và lắp ráp Với sự phát triển mạnh mẽ

của tin học trong vai trò dẫn đường, quá trình tự động hóa đã đi sâu vào các ngành

sản xuất và các sản phẩm của chúng, một trong số đó là ôtô, 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 còn nâng cao hệ số an toàn trong

sử dụng Đây là lý do tại sao các hệ thống tự động luôn được trang bị cho dòng xe

cao cấp và dần áp dụng cho các loại xe thông dụng Vì vậy với đề tài chọn là

nghiên cứu, khảo sát hộp số tự động em rất mong với đề tài này em sẽ củng cố tốt

hơn kiến thức đã được truyền thụ để khi ra trường em có thể tham gia vào ngành

ôtô của Việt Nam để góp phần vào sự phát triển chung của ngành

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của thầy giáo ThS Thân Quốc Việt

thầy đã giúp đỡ em về tài liệu và sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình giúp em vượt qua

những khó khăn vướng mắt trong quá trình thực hiện và hoàn thành đồ án của

mình

Hà Nội, ngày 29 tháng 2 năm 2016

Nhóm viên thực hiện

Nhóm 7

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC

1.1 NHỮNG ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU

KHIỂN BẰNG THỦY LỰC.

- Ưu điểm:

+ Truyền được công suất cao và lực lớn nhờ các cơ cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao nhưng đòi hỏi ít về chăm sóc, bảo dưỡng

+ Điều chỉnh được vận tổc làm việc tinh và không cấp, dễ thực hiện tự động hóa theo điều kiện làm việc hay theo chương trình cho sẵn

+ Kết cấu gọn nhẹ, vị trí của các phần tử dẫn và bị dẫn không lệ thuộc với nhau, các bộ phận nôi thường là những đường ông dễ đổi chỗ

+ Có khả năng giảm khối lượng và kích thước nhờ chọn áp suât thủy lực cao

+ Nhờ quán tính nhỏ của bơm và động cơ thủy lực, nhờ tính chịu nén củadầu nên có thể sử dụng ở vận tốc cao mà không sợ bị va đập mạnh như trong trường hợp cơ khí hay điện

+ Dễ biến đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của cơ cấu chấp hành

+ Dễ đề phòng quá tải nhờ van an toàn

+ Dễ theo dõi và quan sát bằng áp kế, kể cả các hệ phức tạp, nhiều mạch.+ Tự động hóa đơn giản, kể cả các thiết bị phức tạp, bằng cách dùng các phần tử tiêu chuẩn hóa

1.2 ĐƠN VỊ ĐO VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN TRONG THỦY LỰC.

- Áp suất: Theo đơn vị đo lường SI là Pascal (pa)

1pa = 1N/m2 = 1m-1kgs-2 = 1kg/ms2

Đơn vị này khá nhỏ, nên người ta thường dùng đơn vị: N/mm2, N/cm2 và

so vói đơn vị áp suất củ là kg/cm2 thì nó có mối liên hê như sau:

(Theo DIN- tiêu chuẩn Cộng hòa Liên bang Đức thì :

1kp/cm2 = 0,980665bar « 0,981bar; 1bar « 1,02kp/cm2 Đơn vị kG/cm2tương đương kp/cm2)

- Vận tốc:

Đơn vị vận tốc làm m/s hoặc cm/s

- Thể tích và lưu lượng:

+ Thể tích (V): m3 hoặc lít(l)

+ Lưu lượng (Q): m3/phút hoặc l/phút

Trong cơ cấu biến đổi năng lượng dầu ép (bơm dầu, động cơ dầu) cũng

- Mang năng lượng: dầu

- Truyền năng lượng: ống dẫn, đầu nối

- Tạo ra năng lượng hoặc chuyển đổi thành năng lượng khác: bơm, động

cơ dầu(mô tơ thủy lực), xilanh truyền lực

1.3.1 SƠ ĐỒ THỦY LỰC TẠO CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN.

Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến.

1.3.2 SƠ ĐỒ THỦY LỰC TẠO CHUYỂN ĐỘNG QUAY.

Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động quay

1.4 TỔN THẤT TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THỦY

Đối với bơm dầu: tổn thất thể tích được thể hiên bằng hiệu suất sau:

ntb = Q/Q0

Q- Lưu lượng thực tế của bơm dầu;

Q0- Lưu lượng danh nghĩa của bơm

Nếu lưu lượng chảy qua động cơ dầu là Q0đ và lưu lượng thực tế Qđ = qđ.qđ thì hiệu suất của đông cơ dầu là:

+/ Sự thay đổi tiết diện

+/ Sự thay đổi hướng chuyển động

+/ Trọng lượng riêng, độ nhớt.

CHƯƠNG II: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN THỦY

LỰC CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG A140E.

1 TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

1.1 Giới thiệu chung về hộp số tự động A140E

Được phát triển dựa trên những phiên bản hộp số tự động đã được chế tạotrước đó và đưa vào sử dụng lần đầu tiên vào năm 1984 lắp trên dòng xe CAMRYcủa TOYOTA Dòng hộp số tự động A140E đã thể hiện được những gì mà nhàthiết kế của TOYOTA mong đợi Không những nâng cao vị thế của dòng xe nàytrên thị trường xe cao cấp mà còn giúp TOYOTA khẳng định vị thế của mình trướccác hãng xe lớn khác như FORD, GM, MECEDES…Điều này là rất quan trọngtrong bối cảnh đang lên kế hoạch mở rộng thị trường xe của TOYOTA sang MỸ

và CHÂU ÂU trong những năm của thập kỷ 80

A140E là một hộp số tự động điều khiển điện tử 4 cấp số tiến (nhờ có thêm bộtruyền hành tinh OD) và một cấp số lùi vào thời điểm này đây là hộp số hiện đạinhất của thị trường xe thế giới lúc bấy giờ Tăng thêm một tỷ số truyền tăng là tăngthêm một sự lựa chọn tay số cho người lái, hoạt động của động cơ sẽ ổn định hơn,tiêu hao nhiên liệu sẽ giảm đi kèm với ô nhiễm do ôtô sản sinh cũng sẽ giảm vàđặc biệt hơn là trước khi hộp số A140E ra đời các tỷ số truyền tăng chỉ được thiết

kế cho xe ôtô sử dụng hộp số điều khiển cơ khí Điều này giúp cho dòng xeCAMRY khẳng định vị thế của mình trước các đối thủ và TOYOTA cũng đã kiếmđược một lợi tức khổng lồ do dòng xe này đem lại vào thời điểm lúc bấy giờ

Các dãy số trong hộp số tự động A140E:

- “P”: Sử dụng khi xe đỗ

- “N”: Vị trí trung gian sử dụng khi xe dừng tạm thời động cơ vẫn hoạt động

- “R”: Sử dụng khi lùi xe

- “D”: Sử dụng khi cần chuyển số một cách tự động

- “2”: Sử dụng khi chạy ở đường bằng

- “L”: Sử dụng khi xe chạy ở đoạn đèo dốc

1.2 Sơ đồ kết cấu và nguyên lý hoạt động hộp số tự động A140E

1.2.1 Sơ đồ kết cấu hộp số tự động A140E

Kết cấu mặt cắt dọc hộp số tự động A140E như hình 4.1.

11

17 16 15

14

13

20 21

19 18

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 12

Hình 4.1 Kết cấu mặt cắt dọc hộp số tự động A140E

1 – Vỏ biến mô; 2 – Bơm dầu; 3 - Ống thông hơi; 4 – Ly hợp truyền thẳng C 2 ; 5 –

Ly hợp số tiến C 1 ; 6 – Phanh ma sát ướt B 2 ; 7 – Khớp một chiều F 2 ; 8 – Phanh ma sát ướt B 3 ;9 – Xylanh điều khiển phanh B 3 ; 10 – Bánh răng chủ động trung gian;

11 – Xylanh điều khiển phanh B 0 ; 12 – Phanh ma sát ướt số truyền tăng B 0 ; 13 – Xylanh điều khiển ly hợp C 0 ;14 – Trục trung gian hộp số; 15 – Lò xo hồi vị; 16 – Trục thứ cấp của hộp số; 17 – Bánh răng bị động trung gian; 18 – Phớt chắn dầu;

19 - Ổ bi đỡ; 20 – Vi sai; 21 – Cảm biến tốc độ.

Sơ đồ nguyên lý hộp số tự động A140E như hình 4.2.

16 17

11 1

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý hộp số tự động A140E

1 – Phanh số truyền tăng B 0 ; 2 – Ly hợp số truyền tăng C 0 ; 3 – Bánh răng hành tinh OD;4 – Phanh ma sát ướt B 3 ; 5 – Khớp một chiều F 2 ; 6 – Phanh ma sát ướt

B 2 ; 7 – Ly hợp C 1 ;8 – Phanh dải B 1 ; 9 – Ly hợp C 2 ; 10 – Bơm dầu; 11 – Biến mô thủy lực; 12 – Trục sơ cấp của hộp số; 13 – Trục trung gian của hộp số; 14 – Khớp một chiều F 1 ; 15 – Truyền lặc chính; 16 – Trục thứ cấp của hộp số; 17 - Khớp một chiều F 0

1.2.2 Nguyên lý hoạt động hộp số tự động A140E

1.2.2.1 Giới thiệu bộ truyền hành tinh hộp số tự động A140E

Trong hộp số tự động A140E của TOYOTA sử dụng một bộ bánh răng hànhtinh 3 tốc độ loại SIMPSON và một bộ truyền hành tinh OD loại WILLD cho sốtruyền tăng như trên hình 4.3

- Bộ bánh răng hành tinh 3 tốc độ lọai SIMPSON là một bộ truyền có hai bộbánh răng hành tinh đơn giản được bố trí trên cùng một trục Chúng được bố trí ở

vị trí trước và sau trong hộp số và được nối với nhau thành một khối bằng bánhrăng mặt trời Mỗi bánh răng hành tinh của bộ truyền hành tinh được lắp trên trụchành tinh của cần dẫn và ăn khớp với bánh răng bao, bánh răng mặt trời của bộtruyền

- Bộ truyền hành tinh cho số truyền tăng được lắp bên cạnh bộ truyền hànhtinh 3 tốc độ, nó chủ yếu một bộ truyền hành tinh đơn giản (loại WILLD), một

phanh số truyền tăng (B 0 ) để giữ bánh răng mặt trời, một ly hợp số truyền tăng (C 0)

để nối bánh răng mặt trời và cần dẫn, một khớp một chiều cho số truyền tăng (F 0)như hình 4.3 Công suất được đưa vào cần dẫn số truyền tăng và đi ra từ bánh răngbao của bộ truyền hành tinh này

Sơ đồ bố trí các bộ truyền hành tinh hộp số tự động A140E như hình 4.3.

B3 B0

C0 F0

B1 F2 B2

F1

C2 C1

14

13 10

15

11 12

1

B3 B0

C0 F0

B1 F2 B2

C0 F0

B1 F2 B2

F1

C2 C1

14

13 10

15

11 12

1

B3 B0

C0 F0

B1 F2 B2

Hình 4.3 Sơ đồ bố trí các bộ truyền hành tinh hộp số tự động A140E

1 – Trục sơ cấp của hộp số; 2 – Cần dẫn bộ truyền hành tinh trước; 3- Bánh răng hành tinh trước; 4 – Bánh răng bao trước; 5 – Bánh răng mặt trời trước và sau;

6 – Bánh răng bao sau; 7 – Trục trung gian; 8 – Cần dẫn số truyền tăng OD;

9 – Bánh răng bao số truyền tăng OD; 10 – Bánh răng mặt trời OD; 11 – Bánh răng chủ động trung gian; 12 – Bánh răng bị động trung gian; 13 – Cần dẫn bộ truyền hành tinh sau; 14 – Bánh răng hành tinh sau; 15 – Trục thứ cấp hộp số.

Bánh răng trung gian chủ động tương ứng với trục thứ cấp của hộp số, đượclắp ghép bằng mối ghép then hoa với trục trung gian và ăn khớp với bánh răng bịđộng trung gian Bánh răng mặt trời trước và sau quay cùng một khối với nhau.Cần dẫn bộ truyền hành tinh trước và bánh răng bao bộ truyền hành tinh sau ănkhớp bằng then hoa với trục trung gian như hình 4.3

- Phanh ma sát ướt (B 2) khóa bánh răng mặt trời trước và sau, không cho

chúng quay theo chiều kim đồng hồ trong khi khớp một chiều F 1 đang hoạt động

- Phanh ma sát ướt (B 3) khóa cần dẫn bộ truyền hành tinh sau ngăn không chochúng quay cả chiều thuận và ngược chiều kim đồng hồ

- Khớp một chiều (F 1 ) khi (B 2) hoạt động, nó khóa cứng bánh răng mặt trờitrước và sau không cho chúng quay ngược chiều kim đồng hồ

- Khớp một chiều OD (F 0) khóa cần dẫn bộ truyền hành tinh OD, ngăn khôngcho nó quay cả thuận và ngược chiều kim đồng hồ xung quanh bánh răng mặt trời

- Khớp một chiều (F 2) khóa cần dẫn bộ truyền hành tinh sau, ngăn không cho

nó quay ngược chiều kim đồng hồ

1.2.2.2 Dãy “D” số truyền tăng OD

Trên hình 4.10 là mô hình hoạt động của các ly hợp, phanh và các bánh răngkhi tay số ở dãy “D”, hộp số đang ở số truyền tăng OD

Ở số truyền tăng OD ly hợp số tiến (C 1 ) và ly hợp số truyền thẳng (C 2) điềuhoạt động Chuyển động quay của trục sơ cấp do đó được truyền trực tiếp đến bánh

răng bao phía trước bằng ly hợp (C 1) và đến bánh răng mặt trời trước và sau bằng

ly hơp (C 2) Điều này làm cho bánh răng bao phía trước quay cùng với trục sơ cấp,

do các bánh răng mặt trời trước bị khóa và bộ truyền hành tinh trước quay cùngmột khối với trục sơ cấp

Ở số truyền tăng, phanh OD (B 0) sẽ khóa bánh răng mặt trời OD nên khi cầndẫn mang bánh răng hành tinh của bộ số truyền tăng quay theo chiều kim đồng hồ,các bánh răng hành tinh OD quay xung quanh bánh răng mặt trời theo chiều kimđồng hồ, đồng thời quay quanh trục của nó Do vậy bánh răng bao OD quay theochiều kim đồng hồ nhanh hơn cần dẫn OD như hình 4.10

13 10

C0 F0

B1 F2

C2

Hình 4.10 Mô hình hoạt động ở dãy “D” số truyền tăng OD

1 – Trục sơ cấp của hộp số; 2 – Cần dẫn bộ truyền hành tinh trước; 3- Bánh răng hành tinh trước; 4 – Bánh răng bao trước; 5 – Bánh răng mặt trời trước và sau;

6 – Bánh răng bao sau; 7 – Trục trung gian; 8 – Cần dẫn số truyền tăng OD;

9 – Bánh răng bao số truyền tăng OD; 10 – Bánh răng mặt trời OD; 11 – Bánh răng chủ động trung gian; 12 – Bánh răng bị động trung gian; 13 – Cần dẫn bộ truyền hành tinh sau; 14 – Bánh răng hành tinh sau; 15 – Trục thứ cấp hộp số.

Trên hình 4.11 là sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển thủy lực –điện tử khi tay số ở dãy “D”, hộp số đang ở số truyền tăng OD.

Hình 4.11 Sơ đồ nguyên lý làm việc ở dãy “D” số truyền tăng OD

A – Van điện từ số 1 (tắt); B – Van điện từ số 2 (tắt);

C, D, E – Van chuyển số 3 – 4, 2 – 3, 1 – 2; F – Xả; B2 – Tới B 2 ; B0 – Tới B 0 ; C2 – Tới C 2 ; 1 – Áp suất cơ bản; 2 – Áp suất cơ bản (từ bơm dầu).

Van điện từ số 2 được chuyển từ bật “ON” sang tắt “OFF” theo các tín hiệu từECU (van điện từ số 1 tắt và van điện từ số 2 tắt) như hình 4.11

Áp suất thủy lực bắt đầu tác động lên phía trên của van chuyển số 1 – 2 và 3 –

4 và đẩy van chuyển số 3 – 4 xuống (áp suất cơ bản từ van chuyển 2 – 3 tác độngvào dưới van chuyển số 1 – 2, do đó van chuyển số 1 – 2 không di động)

Vì vậy, đường dẫn dầu đang tác động lên C0 từ B0 được chuyển mạch và tốc

độ được chuyển lên số truyền tăng OD

Khi công tắc số truyền tăng tắt “OFF”, nó không thể chuyển lên số OD vìECU không gởi tín hiệu ngắt van điện từ số 2

Bảng 1.1 Hoạt động của phanh và ly hợp trong hộp số tự động A140E

3.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM SIM HYDRAULICS.

- Phần mềm Festo FluidSim 4.2 pneumatic - hydraulic

Đây là phần mềm mô phỏng các mạch thủy lực, khí nén, điện khí nén, điện thủy lực Thư viện chi tiết phong phú, giúp các bạn kiểm nghiệm được mạch thủy lực, khí nén của mình có chạy chính xác như mong muốn hay không trước khi lắp đặt thực tế

- Một số hình ảnh về phần mềm Festo FluidSim 4.2 pneumatic – hydraulic:

Dao diện của Festo FluidSim 4.2 pneumatic – hydraulic

Của sổ làm việc của Festo FluidSim 4.2 pneumatic - hydrauli

Của sổ làm việc của Festo FluidSim 4.2 pneumatic - hydrauli

3.2 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG HỘP SỐ A140E Ở CHẾ ĐỘ PHANH BẰNG ĐỘNG CƠ DÃY 2.

3.2.1 Các quá trình mô phỏng bằng phần mềm

a.Khởi động phần mềm FluidSim 4.2 pneumatic – hydraulic

b.Lấy phần tử và nối liên kết giữa các phần tử

Để lấy phần tử bên thư viện vào vùng bản vẽ, nhấp vào phần tử giữ chuột lôi thảvào vùng bản vẽ, phần tử sẽ được thả vào đấy

Bằng cách tương tự lấy các phần tử tiếp theo: nguồn, van đảo chiều, van tiết lưu,

xi lanh thủy lực, thước đo hành trình Để xoay các phần tử, chọn phần tử click chuột phải chọn Rotate

Tiếp theo khai báo tín hiệu tác động cho van đảo chiều Chọn van 3/2 tác động bằng cữ chặn, van 5/2 tác động bằng điện từ kết hợp thủy lực Khai báo giống như hình bên dưới.

Config các tín hiệu tác động cho van đảo chiều

Sau bước này ta có van đảo chiều hoàn chỉnh

Tiếp đó nối dây thủy lực bằng cách click chuột vào nút sau đó rê chuột đến nút cònlại rồi thả ra, cứ như vậy nối hết mạch Các ngõ xả thủy lực cũng cần được khai báo

Mô phỏng hoạt động của mạch.

3.2.2 Kết quả mô phỏng mạch thủy lực ở chế độ tay số O/D ( số truyền tăng ) của hộp số tự động A140E.

CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH CHUYỂN SỐ

BẰNG PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK.

4.1.GIỚI THIỆU CƠ SỞ MATLAB:

4.1.1 Giới thiệu chương trình MATLAB:

Chương trình MATLAB là một chương trình viết cho máy tính PC nhằm hỗ

trợ cho các tính toán khoa học và kĩ thuật với các phần tử cơ bản là ma trận trênmáy tính cá nhân do công ty "The MATHWORKS" viết ra

Thuật ngữ MATLAB có được là do hai từ MATRIX và LABORATORYghép

lại Chương trình này hiện đang được sử dụng nhiều trong nghiên cứu các vấn đềtính toán của các bài toán kĩ thuật như: Lý thuyết điều khiển tự động, kĩ thuậtthống kê xác suất, xử lý số các tín hiệu, phân tích dữ liệu, dự báo chuổi quan sát,v.v…

MATLAB được điều khiển bởi các tập lệnh, tác động qua bàn phím Nó cũng

cho phép một khả năng lập trình với cú pháp thông dịch lệnh – còn gọi là Scriptfile Các lệnh hay bộ lệnh của MATLAB lên đến số hàng trăm và ngày càng được

mở rộng bởi các phần TOOLS BOX( thư viện trợ giúp) hay thông qua các hàm

ứng dụng được xây dựng từ người sử dụng MATLAB có hơn 25 TOOLS BOX để

trợ giúpcho việc khảo sát những vấn đề có liên quan trên TOOL BOX SIMULINK

là phần mở rộng của MATLAB, sử dụng để mô phỏng các hệ thống động học một

cách nhanh chóng và tiện lợi

MATLAB 3.5 trở xuống hoạt động trong môi trường MS-DOS.

MATLAB 4.0, 4.2, 5.1, 5.2, … hoạt động trong môi trường WINDOWS Các

version 4.0, 4.2 muốn hoạt động tốt phải sử dụng cùng với WINWORD 6.0 Hiệntại đã có version 5.31 (kham khảo từ Website của công ty) Chương trình Matlab

có thể chạy liên kết với các chương trình ngôn ngữ cấp cao như C, C++, Fortran,

… Việc cài đặt MATLAB thật dễ dàng và ta cần chú ý việc dùng thêm vào các thưviện trợ giúp hay muốn liên kết phần mềm này với một vài ngôn ngữ cấp cao

Còn các version MATLAB khác thì làm việc với hệ điều hành UNIX.