thuyết minh hộp số tự động

Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu về hộp số tự động trên xe ô tô.hộp số tự động bây giờ khá phổ biến trên các xe hiện đại đồ án này có thể cho chúng ta hiểu rỏ hơn về kết cấu bên trong của hộp số tự động như thế nào.

Mục lục

Lời nói đầu ………

Chương 1 : Tổng quan về hộp số tự động……….

1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, cấu tạo hộp số tự động……….

1.1.1 Nhiệm vụ ………

1.1.2 Yêu cầu ………

1.1.3 Cấu tạo chung………

1.2 Đặc điểm vận hành và ưu nhược điểm của hộp số tự động…………

1.2.1 Đặc điểm vận hành………

1.2.2 So sánh hộp số tự động với hộp số thường………

1.2.3 Ưu nhược điểm của hộp số tự động………

1.3 Phân loại hộp số tự động………

1.3.1 Theo cách bố trí………

1.3.2 Theo bộ truyền sau biến mô………

1.3.3 Theo cách điều khiển………

1.4 Yêu cầu chung khi thiết kế hộp số tự động ………

Chương 2 : Các phương án thiết kế………

2.1 Biến mô thủy lực……….

2.1.1 Nhiệm vụ của biến mô………

2.1.2 Cấu tạo của biến mô………

2.2 Các bộ truyển hành tinh cơ bản ………

2.2.1 Bộ truyền hành tinh Wilson………

2.2.2 Bộ truyền hành tinh Simpson………

2.2.3.Bộ truyền hành tinh Ravigneaux ………

2.3 Các phương án thiết kế bộ truyền hành tinh………

2.3.1 Phương án 1………

2.3.2 Phương án 2………

2.3.3 Phương án 3………

2.3.4 Phương án 4………

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC………

3.1 Các thông số xe tham khảo và thông số cho trước………

3.1 1 Xác định công suất của động cơ theo điều kiện cản chuyển động……

3.1.2 Xác định công suất cực đại của động cơ………

3.2 Đồ thị đặc tính tốc độ ngoài của động cơ……….

3.3 Tính chọn biến mô……….………

3.3.1 Các thông số cơ bản của biến mô………

3.3.1.1 Hệ số biến mô thủy lực………

3.3.1.2 Tỷ số truyền của biến mô………

3.3.1.3 Hiệu suất của biến mô ………

3.3.1.4 Hệ số độ nhạy………

3.3.2 Lựa chọn biến mô thủy lực thiết kế………

3.3.3 Tính toán và chọn biến mô thủy lực………

3.3.4 Xây dựng đường đặc tính trên trục vào của biến mô………

3.3.5 Xây dựng đường đặc tính trên trục ra của biến mô………

3.4 Xác định tỉ số truyền của hệ thống truyền lực………

3.5 Đồ thị đặc tính kéo……….

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC HỘP SỐ HÀNH TINH………

4.1 Thành lập phương trình động học của hộp số………

4.2 Tính toán tỉ số truyền cho từng số truyền riêng biệt………

4.3 Tính toán tỉ số răng giữa các cặp bánh răng trong các bộ truyền cơ sở

4.4 Tính toán kích thước của các bánh răng trong các bộ truyền…………

4.5 Tính toán lại đặc tính kéo……….4.6 Tính bền cho các chi tiết trong hộp số……….4.7 Tính chọn các phần tử điều khiển………

CHƯƠNG 5 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN………….

Lời nói đầu

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin , tin học trong vai trò dẫn đường quá trình tự động hóa không ngừng phát triển đi sâu vào công nghệ sản xuất và đi vào sản phẩm Trong đó nghành công nghiệp ô tô luôn được ứng dụng hàng đầu các giải pháp công nghệ mới Tự động hóa không những làm cho người dùng cảm thấy thoải mái , thần thiện với chiếc xe của mình hơn mà nó cònnâng cao sự an toàn trong sự dụng

Trong sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô thế giới, các hệ thống trênôtô đã không ngừng được hoàn thiện Hệ thống truyền lực cũng không nằmngoài quy luật đó Mục đích của sự biến đổi hoàn thiện là nhằm : Giảm tiêu haonhiên liệu, tăng công suất, giảm độ ồn, tăng tốc độ lớn nhất của động cơ, sử dụngtốt nhất công suất động cơ sinh ra và tạo sự thuận lợi, đơn giản cho người lái

Một phần của hệ thống truyền lực trên ô tô hiện nay là hộp số, dùng đểthay đổi tỉ số truyền của hệ thống truyền lực nhằm tạo lực kéo tại các bánh xechủ động phù hợp với điều kiện chuyển động Hộp số ngày nay gồm 3 dạng cơbản là hộp số thường, hộp số tự động, hộp số vô cấp Xu thế của công nghiệp ôtôhiện nay là tạo ra những hộp số ô tô có khả năng chuyển số một cách tự độnghoặc tỉ số truyền biến đổi vô cấp Tuy nhiên, hộp số vô cấp có độ bền và hiệusuất thấp nên còn ít phổ biến Do đó, đề tài lựa chọn hộp số tự động để thiết kếcho xe yêu cầu

Chương 1 : TỔNG QUAN VÀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 1.Nhiệm vụ, yêu cầu , cấu tạo hộp số tự động.

1.1.1 Nhiệm vụ:

Hộp số dùng để:

- Truyền, biến đổi tốc độ và mô men truyền (hay lực kéo) tới các bánh xe phùhợp với tải động cơ và tốc độ của ô tô,

- Thay đổi chiều chuyển động (tiến hoặc lùi) cho ô tô,

- Ngắt động cơ lâu dài khỏi hệ thống truyền lực

1.1.2 Yêu cầu:

- Có dãy tỷ số truyền hợp lý, phân bố các khoảng thay đổi tỷ số truyền tối ưu,phù hợp với tính năng động lực học yêu cầu và tính kinh tế vận tải

- Phải có hiệu suất truyền lực cao

- Khi làm việc không gây tiếng ồn không phát sinh các tải trọng động,chuyển số nhẹ nhàng

- Kết cấu nhỏ gọn, dễ bảo dưỡng, sửa chữa

- Có khả năng bố trí cụm trích công suất để dẫn động các thiết bị phụ khác

1.1.3 Cấu tạo chung của hộp số tự động (EAT)

Cụm hộp số tự động trên ô tô hiện nay bao gồm biến mômen và hộp sốhành tinh, là một cụm có chung một vỏ được lắp liền sau động cơ Trong hệthống truyền lực, chức năng của cụm hộp số tự động có hệ thống điều khiển điện

từ thủy lực phức tạp làm việc cùng với máy tính điện tử cỡ nhỏ, thực hiện tựđộng đóng ngắt thay đổi các số truyền bên trong hộp số chính

Biến mômen dùng trên ô tô thông thường có khả năng biến đổi mômentrong khoảng từ 1,6 đến 2,5 lần mômen của động cơ Do đó, biến mômen khôngthể đáp ứng các điều kiện chuyển động của ô tô nên thường sử dụng biến mômencùng với một hộp số cơ khí vô cấp hoặc có cấp

1.2 ĐẶC ĐIỂM VẬN HÀNH VÀ ƯU ĐIỂM CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG: 1.2.1 Đặc điểm vận hành:

Đối với xe ôtô có hộp số thường, cần sang số được sử dụng để chuyển sốnhằm thay đổi lực kéo tại bánh xe cho phù hợp với điều kiện chuyển động Khilái xe lên dốc hay khi động cơ không có đủ lực để leo dốc tại số đang chạy, hộp

số được chuyển về số thấp Vì thế lái xe phải thường xuyên nhận biết tải và tốc

độ động cơ để chuyển số một cách phù hợp Điều đó sẽ gây nên sự mất mát côngsuất động cơ một cách không cần thiết, ngoài ra nó còn gây nên sự khó khăn khiđiều khiển và sự tập trung quá mức đối với người lái

Ở hộp số tự động, những nhận biết như vậy của lái xe là không cần thiết, lái xechỉ cần lựa chọn dãy số, sau đó việc chuyển lên hay xuống đến số thích hợp nhấtđược thực hiện một cách tự động tại thời điểm thích hợp nhất theo tải động cơ vàtốc độ xe Việc chuyển số tự động đã làm tăng tính tiện nghi của xe Ngoài ratrong quá trình vận hành có thể dừng xe mà không phải đóng ngắt ly hợp và về

số N Hộp số tự động thủy cơ có tốc độ truyền thẳng cũng như truyền tăng

Dòng mô men đi từ động cơ sang hộp

số thì đi qua ly hợp và nó chi có khả

ở hộp số tự động thay vào vai tròcủa ly hợp đó là biến mô thủy lực mômen truyền từ động cơ sanghộp số khi qua biến mô mô nó

năng truyền hết mômen của động cơ

D 2 1

Các bánh răng khi sang số mới gài vào

với nhau gài trực tiếp hoặc qua đồng

tốc

Các bánh răng ăn khớp sẵn và khisang số chỉ điều khiển các côn các côn được điều khiển tự độngqua van số

Quả trình sang số thì đồ thị lực kéo bị

trễ một phần do thời gian trễ gây ra bởi

quá trình giảm ga chuyển số thể hiện ở

phần đen trên đồ thị

Còn hộp số tự động thì quả trìnhsang số là tự đông băng cách điềukhiển dòng thủy lực đóng các vankhác nhau lên thời gian trễ là gầnnhư không có

Đối với xe ôtô có hộp số thường, cần sang số được sử dụng để chuyển sốnhằm thay đổi lực kéo tại bánh xe cho phù hợp với điều kiện chuyển động Khilái xe lên dốc hay khi động cơ không có đủ lực để leo dốc tại số đang chạy, hộp

Ở hộp số tự động, những nhận biết như vậy của lái xe là không cần thiết,lái xe không cần phải chuyển số mà việc chuyển lên hay xuống đến số thích hợpnhất được thực hiện một cách tự động tại thời điểm thích hợp nhất theo tải động

cơ và tốc độ xe

1.2.3 Ưu nhược điểm của hộp số tự động so với hộp số thường.

Mômen xoắn được truyền đến các bánh xe chủ động êm dịu và liên tục,tương ứng với tải của động cơ và tốc độ chuyển động ô tô, giảm được tải trọngđộng tác dụng lên các chi tiết của hệ thống truyền lực và hoàn thiện được khảnăng động lực học

Khi sử dụng biến mô thủy lực, hay bộ truyền đai có thể hạn chế được tảitrọng động, nâng cao tuổi thọ và độ bền cho động cơ và hệ thống truyền lực

Chuyển số liên tục mà không cắt dòng lực từ động cơ

Thời hạn 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 khả năng tự triệt tiêu lực hướng trục

Giảm độ ồn khi làm việc

Hiệu suất làm việc cao vì các dòng năng lượng có thể là song song

Cho tỉ số truyền phù hợp nhưng kích thước không lớn

 Nhược điểm:

Bên cạnh đó hộp số tự động cũng không tránh khỏi những nhược điểm:

Sự thay đổi tốc độ còn kèm theo sự trượt của các phần tử truyền lực, dẫntới sự tổn hao một phần nhỏ công suất động cơ

Khả năng chuyển động của ô tô không hoàn toàn phụ thuộc vào thao tácngười lái mà còn phụ thuộc vào tình trạng mặt đường, đôi khi có thể xảy ra tìnhhuống khó làm chủ chuyển động của ô tô trên đường

Công nghệ chế tạo đòi hỏi độ chính xác cao do các trục được sử dụngnhiều là trục lồng, nhiều bánh răng cùng ăn khớp với 1 bánh răng, các cơ cấuđiều khiển đòi hỏi sự chính xác cao độ

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

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

Nếu sử dụng nhiều ly hợp và phanh thì có thể nâng cao tổn hao công suấtkhi chuyển số, hiệu suất sẽ giảm xuống

Tuy nhiên, với công nghệ chế tạo máy hiện nay thì những nhược điểm củahộp số hành tinh sẽ dần dần được khắc phục khi chọn tối ưu sơ đồ hoạt động

Hình 1.1: Bố trí động cơ đặt trước, cầu trước chủ động (FF)

 Động cơ đặt trước, cầu sau chủ động (FR):

Hình 1.2: Bố trí động cơ đặt trước, cầu sau chủ động (FR)

Các hộp số sử dụng trên ôtô FF được thiết kế gọn nhẹ hơn so với loại sửdụng trên ôtô FR do chúng được lắp đặt cùng một khoang với động cơ

Các hộp số sử dụng cho ôtô FR có bộ truyền động bánh răng cuối cùng với

vi sai lắp bên ngoài Còn các hộp số sử dụng trên ôtô FF có bộ truyền bánh răngcuối cùng với vi sai lắp ở bên trong, vì vậy loại hộp số tự động sử dụng trên ôtô

FF còn gọi là hộp số có vi sai

1.3.2.Theo bộ truyền sau biến mô.

 Hộp số tự động vô cấp (bộ truyển đai )

 Hộp số tự động có cấp ( trục cố định thông thường và trục di động bộtruyền hành tinh)

Hộp số tự động vô cấp

Hình 1.4: Hộp số có cấp (hành tinh)

1.3.3.Theo cách điều khiển.

Hộp số tự động thường (gọi AT)

Hộp số tự động điện tử ( gọi là EAT )

Hôp số bán tự động

1.4 Yêu cầu chung khi thiết kế hộp số cho xe 8 chỗ.

Vì xe 8 chỗ là loại xe đa dụng nên tải trọng thay đổi trong một khoảngrộng, hoạt động ở nhiều địa hình khác nhau Loại xe này chủ yếu hoạt động trênnhững mặt đường có chất lượng tương đối tốt như bê tông, nhựa đường Kích cỡ

xe nhỏ nên thích hợp cho các công ty sử dụng làm xe đưa đón nhân viên củatừng phòng ban riêng hoặc với một số gia đình cũng thích hợp để đưa những giađình nhỏ đi tham quan hay về quê Do đó yêu cầu đối với hộp số khi thiết kế choxe:

Chuyển số nhanh chóng êm dịu và chính xác, không gây giật hoặc gây ồn

Dải tỉ số truyền hợp lý nhằm tận dụng hết công suất động cơ và nâng caokhả năng tăng tốc cho xe.

Tiết kiệm nhiên liệu một cách tối đa có thể

Kết cấu thuận lợi nhất có thể cho sửa chữa, bảo dưỡng, chẩn đoán sự cốtrên xe

Độ bền cao, tính tin cậy lớn

Kích thước nhỏ gọn, khối lượng không quá lớn nhằm tăng khoảng sánggầm xe, nâng cao khả năng thông qua cho xe ở đường gồ ghề và giảm bớt trọnglượng của xe

Điều khiển dễ dàng

Giá thành hợp lý

Hiệu suất cao

Ngoài những yêu cầu trên hộp số được thiết kế cho xe trong đồ án này làhộp số tự động nên có những yêu cầu riêng sau:

Có số lượng số truyền phù hợp để tận dụng tối đa công suất động cơ

Số lượng các phần tử điều khiển (PTĐK) thích hợp được bố trí phù hợpđối với dạng xe cầu trước hoặc sau chủ động Các chế độ làm việc của các phần

tử điều khiển phải hợp lý giảm tổn thất trong quá trình hoạt động ổn định của xe

Quá trình chuyển số nhanh chóng và chính xác thông qua các cơ cấu điềukhiển thủy lực và điện tử

Có khả năng lựa chọn các chế độ sang số phù hợp với sở thích của ngườilái và hành khách

Trong tất cả các yêu cầu trên thì đối với một xe đa dụng để chở hànhkhách, độ êm dịu trong hoạt động là vấn đề quan trọng hàng đầu

Chương 2 : PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Để đáp ứng những yêu cầu trên, sử dụng hộp số tự động có 5 số tiến đểlàm phương án tính toán cho hộp số tự động của xe đa dụng 8 chỗ là phù hợp.Tuy nhiên, các cơ cấu hành tinh (CCHT) đơn lẻ chỉ có khả năng tạo ra một sốlượng số truyền nhất định có thể sử dụng được cho hộp số ô tô, không thể tạo rađược đến 5 số tiến Vì lí do đó cần tiến hành tổ hợp các CCHT đơn lẻ để tạo rađược hộp số hành tinh với số lượng số truyền mong muốn

Để xác lập một tỉ số truyền cho hộp số hành tinh hay một CCHT thànhphần cần phải xác định được quy luật chuyển động của các phần tử trong đó tức

là xác định được số bậc tự do của hộp số hoặc CCHT thành phần

Dựa trên cơ sở xác định quy luật chuyển động của các phần tử trong cácCCHT thành phần cần thiết phải sử dụng các PTĐK trong hộp số dưới dạng các

ly hợp khóa và phanh dải Số lượng các PTĐK cần có tham gia vào một tỉ sốtruyền tạo bởi một CCHT phụ thuộc vào số phần tử của CCHT cần biết trướcvận tốc để xác định được chuyển động của cả cơ cấu Hiện nay, các CCHT được

sử dụng để xây dựng nên hộp số hành tinh chủ yếu gồm 3 dạng cơ cấu cơ bản làWilson, Simpson, Ravigneaux

2.1 Biến mô thủy lực

Hình 2.5: Biến mô thủy lực

Biến mô được bố trí sát động cơ, nhận mô men động cơ và biến đổi mô mentùy theo tốc độ của trục ra trước khi đưa vào hộp số hành tinh phía sau

2.1.1Nhiệm vụ biến mô:

Hình 2.6: Đặc tính phối hợp động cơ – biến mô

- Truyền và biến đổi mô men động cơ tới hệ thống truyền lực, giá trị tỷ lệ

MT/MB có thể đạt lớn hơn 2 khi nT/nB = 0,

- Do truyền và biến đổi mô men thông qua áp suất thủy lực nên biến mô hấpthụ các dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyền lực, giúp làm tăngtuổi thọ các chi tiết của hệ thống,

- Đóng vai trò như bánh đà giúp làm đều chuyển động của động cơ,

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

2.1.2Cấu tạo của biến mô:

Hình 2.7: Cấu tạo biến mô

Cấu tạo biến mô được trình bày như trên hình 2.7

Biến mô gồm: bánh bơm B, bánh tuabin T và bánh phản ứng P Bánh B,bánh T và bánh P xếp với nhau tạo thành hình xuyến và được đặt trong vỏ kínchứa đầy dầu Các bánh của biến mô đều có cánh nghiêng hướng kính (để dẫnhướng dòng dầu) và được quay trên trục của nó

 Bánh bơm B

Hình 2.8: Bánh bơm

Bánh bơm B được nối cứng với bánh đà động cơ thông qua giá bắt 1 làphần chủ động của biến mô.Trên bề mặt của bánh bơm có các cánh bơm, cáccánh có biên dạng cong hướng kính được lắp bên trong bánh bơm có tác dụngtạo động năng cho dòng chất lỏng Vòng dẫn hướng được lắp trên mép trong củacác cánh để dẫn hướng cho dòng chảy của dầu được êm

 Bánh tuabin T

Hình 2.9: Bánh tuabin

Bánh tuabin T nối với trục ra 5 của biến mô (trục chủ động của hộp số hànhtinh) là phần bị động của biến mô Bánh tuabin có nhiệm vụ chuyển đổi độngnăng của dòng chất lỏng thành mô men tại trục ra của biến mô men, trên bánhtuabin bố trí nhiều cánh quạt có hướng cong ngược chiều với các bánh bơm.Bánh tuabin được lắp trên trục sơ cấp hộp số sao cho nó đối diện với các cánhtrên cánh bơm với một khe hở rất nhỏ ở giữa

 Bánh phản ứng P

Hình 2.10: Bánh phản ứng

Bánh phản ứng được đặt giữa bánh bơm và bánh tuabin, trục bánh phản ứngđược lắp cố định vào vỏ hộp số qua khớp một chiều, các cánh của bánh phản ứngnhận dòng dầu khi nó đi ra khỏi bánh tuabin và hướng cho nó đập vào mặt saucủa cánh quạt trên bánh bơm làm cho bánh bơm được cường hóa.

 Khớp một chiều

Hình 2.11: Khớp một chiều

Khớp một chiều được bố trí giữa bánh phản ứng và vỏ cố định hộp số Sơ

đồ cấu tạo của khớp một chiều như hình vẽ Khi bánh phản ứng (vòng ngoài)quay ngược chiều kim đồng hồ, lực ma sát đẩy cam xoay, chèn giữa vòng 1 và 2không cho quay tương đối với nhau, thiết lập trạng thái khóa bánh phản ứng.Khi bánh phản ứng quay cùng chiều kim đồng hồ, các cam được lực ma sát đẩyquay theo, cho phép vòng 1 và 3 quay tương đối với nhau, bánh phản ứng đượcquay trên khớp

Hình 2.13: Khi tốc độ quay nhỏ

Khi tốc độ của cánh bơm tăng lên nữa dầu sẽ bị đẩy ra khỏi cánh bơm rồiđập vào các cánh quạt của rôto tuabin làm cho rôto bắt dầu quay cùng hướng vớicánh bơm Sau khi dầu mất năng lượng do va đập vào các canh quạt của rototuabin, nó chẩy vào trong dọc theo các cánh của roto tuabin khi nó chạm vàophần trong của rôto bề mặt cong của bên trong roto sẽ hướng dòng chảy ngượctrở lại cánh bơm và dòng chảy lại bắt đầu Như vậy việc truyền mômen đượcthực hiện bởi dòng dầu chảy qua cánh bơm và roto tuabin

Hình 2.14: Khi tốc độ quay lớn

Nguyên lý khuyếch đại mômen:

Việc khuyếch đại mômen do bộ biến mô thực hiện bằng cách dẫn dòng dầukhi nó vẫn còn năng lượng sau khi đi qua bánh tuabin trở về bánh bơm qua cánhcủa bánh phản ứng hay nói cách khác là bánh bơm được quay do mômen quay

từ động cơ mà mômen này lại được bổ xung dầu quay về từ bánh tuabin, có thểnói bánh bơm khuyếch đại mômen quay ban đầu để dẫn động bánh tuabin

Hình 2.15: Nguyên lý khuyếch đại mômen

Chức năng của khớp một chiều stato (bánh phản ứng) là: Hướng của dòngdầu đi vào stato từ hướng của tuabin phụ thuộc vào sự chênh lệch tốc độ quaygiữa bánh bơm và bánh tuabin

Khi chênh lệch về tốc độ quay là lớn: tốc độ của dầu (dòng chảy xoáy) tuầnhoàn qua cánh bơm và rôto tuabin là lớn, do vậy dầu từ rôto tuabin đến stato theohướng sao cho nó ngăn cản chuyển động quay của cánh bơm, như hình 2.11, tại

đây dầu sẽ đập vào mặt trước của cánh quạt trên stato làm cho nó quay theohướng ngược lại với hướng quay của cánh bơm Nhưng do bánh phản ứng bịkhóa cứng bởi khớp một chiều nên nó không quay Nhưng các cánh của nó làmcho hướng của dòng dầu thay đổi sao cho chúng sẽ trợ giúp cho chuyển độngquay thực của cánh bơm.

Hình 2.16: Khi khớp 1 chiều bị khóa

Khi dòng chảy xoáy nhỏ: tốc độ quay của rôto tuabin đạt được đến tốc độcủa cánh bơm, tốc độ của dầu mà quay cùng hướng với rôto tuabin tăng lên Nóicách khác tốc độ của dầu (dòng chảy xoáy) tuần hoàn qua cánh bơm và rôtotuabin giảm xuống Do vậy mà hướng của dòng dầu đi từ rôto tuabin đến bánhphản ứng cùng hướng quay của cánh bơm Do lúc này dầu đập vào mặt sau củacác cánh trên stato lên các cánh này ngăn dòng chảy của dầu lại trong trường hợpnày khớp một chiều cho phép bánh phản ứng quay cùng hướng với cánh bơm dovậy cho phép dầu trở về cánh bơm

Bánh phản ứng bắt đầu quay cùng hướng với cánh bơm khi tốc độ quay củarôto tuabin đạt đến một tỷ lệ nhất định so với tốc độ quay của cánh bơm Hiệntượng đó gọi là điểm ly hợp hay điểm nối sau khi đạt được điểm ly hợp mômenkhông khuyếch đại chức năng của biến mô như một khớp nối thuỷ lực thôngthường

Hình 2.17: Khi khớp 1 chiều quay tự do

b) Ly hợp khóa biến mô:

Hình 2.18: Đặc tính không thứ nguyên của biến mô

Khi tốc độ bánh T tăng xấp xỉ bằng tốc độ bánh B, hiệu suất bộ truyền giảmnhanh Do vậy trong biến mô bố trí ly hợp khóa biến mô (khóa Loch – up) đểkhóa cứng bánh T và bánh B với nhau (khi nT/nB = 0,8–0,9) Nhờ ly hợp khóabiến mô mà hiệu suất làm việc của biến mô η tếp tục tăng lên xấp xỉ bằng 100%,giá trị MT/MB ≈ 1

Ly hợp khóa biến mô là loại ly hợp ma sát một hay nhiều đĩa làm việ trongdầu, được điều khiển bằng áp suất thủy lực Nguyên lý làm việc như hình vẽ.Trạng thái đóng hay mở tùy thuộc vào dòng dầu cấp vào biến mô

Hình 2.19: Ly hợp khóa biến mô mở

Hình 2.20: Ly hợp khóa biến mô khóa

Ở chế độ khóa biến mô, mô men của động cơ truyền đến HSHT được thựchiện thông qua ly hợp khóa Để hạn chế dao động của hệ thống truyền lực, trên

ly hợp khóa còn bố trí giảm chấn giống như ly hợp chính

c) Các thông số cơ bản và đặc tính của biến mô thủy lực:

Các thông số cơ bản đặc trưng cho biến mô thủy lực gồm có: mô men trêncác bánh công tác, hệ số biến mô, tỷ số truyền của biến mô, công suất và hiệusuất biến mô

2 2 1

Đặc tính làm việc của biến mô

được đánh giá theo các tỷ lệ số vòng

quay nT/nB khác nhau với giá trị mô

men MB không đổi thông qua các quan

hệ như hình bên

- MT, MB là giá trị mô men bánh

tuabin và bánh bơm,

- Hiệu suất η truyền năng lượng

từ bánh B sang bánh T, Hình 2.21: Đặc tính làm việc của biến mô

- Giá trị lớn nhất MT/MB gần bằng 2,5 (khi nT/nB = 0), sau đó η tăng dần vàđạt lớn nhất ở nT/nB = 0,7 – 0,8

Hiệu suất η biểu thị phần tổn thất động năng của chất lỏng cho ma sát: giữa cáclớp chất lỏng, chất lỏng với các cánh, vỏ và tổn thất cơ khí trong biến mô Kèm

theo với tổn thất này, sẽ phát sinh nhiệt nung nóng các chi tiết và đặc biệt là nungnóng chất lỏng, giảm độ nhớt của dầu, đồng thời giảm hiệu suất truyền nănglượng η và tuổi thọ của dầu ATF Khắc phục điều này, cần đưa một lượng dầusau làm việc về két làm mát dầu và bố trí đèn báo nhiệt độ dầu (đèn báo nhiệt độAT) trên bảng điều khiển của xe.

2.2 Các bộ truyền hành tinh cơ bản.

2.2.1 Bộ truyền hành tinh Wilson.

Được cấu tạo từ ba phần tử cơ bản có cùng trục quay gồm một bánh răngmặt trời, một bánh răng bao và một cần dẫn Các bánh răng hành tinh quay trơntrên cần dẫn ăn khớp đồng thời với bánh răng mặt trời và bánh răng bao, đóngvai trò như phần tử trung gian nối giữa ba phần tử cơ bản

Hình 2.1: Cơ cấu hành tinh Wilson

Các phần tử của CCHT Wilson có 2 ràng buộc về hình học và 2 ràng buộc

rRωR = rCωC+ rPωP , rR = rC + rPGọi Z = rR/rS là đặc tính của CCHT Wilson, ta rút ra được phương trìnhliên kết 3 phần tử cơ bản của cơ cấu:

(1 + Z).ωC = ωS + Z.ωR

Từ phương trình liên kết, nhận thấy chỉ cần xác định được chuyển độngcủa 2 phần tử là xác định được chuyển động của cả cơ cấu Bởi vậy, CCHTWilson có 2 bậc tự do

2.2.2 Bộ truyền hành tinh Simpson.

CCHT Simpson gồm hai CCHT cơ bản Wilson hai bánh mặt trời cùng mộttrục Các phần tử M1, N1, H1, G1 (S1, R1, P1, C1) thuộc dãy hành tinh thứ nhất;M2, N2, H2, G2 (S2, R2, P2, C2) thuộc dãy hành tinh thứ hai Chúng được ghépnối với nhau như hình vẽ:

Rút ra được các ràng buộc về động học và hình học của các phần tử trongCCHT Simpson:

Hình 2.2: Cơ cấu hành tinh Simpson.

rC1ωC1 = rSωS+ rP1ωP1 , rC1 = rS1 + rP1

rR1ωR1 = rC1ωC1+ rP1ωP1 , rR1 = rC1 + rP1

rC2ωR1 = rS2ωS + rP2ωP2 , rC2 = rS2 + rP2

rR2ωR2 = rC2ωR1+ rP2ωP2 , rR2 = rC2 + rP2

Từ đặc tính của 2 dãy hành tinh Wilson trong CCHT Simpson là Z1=

rR1/rS1 và Z2 = rR2/rS2 có thể rút ra được phương trình liên kết các phần tử cơ bảncủa bộ truyền Simpson:

2 2

1 1

1 1

)

1(

)

1(

R R

S

C R

S

Z Z

Z Z

2.2.3.Bộ truyền hành tinh Ravigneaux

Cấu tạo của CCHT kiểu ravigneaux gồm 2 bánh răng mặt trời M1 (S1),M2 (S2) nối với 2 trục khác nhau Hai nhóm bánh răng hành tinh H1 (P1), H2(P2) ăn khớp với nhau và nằm trên một giá hành tinh G (C), một bánh răng bao

N (R) ăn khớp với H2 còn H1 ăn khớp với M2 Sơ đồ cấu tạo như hình vẽ

Hình 2.3: Cơ cấu hành tinh Ravigneaux.

CCHT Ravigneaux có 4 ràng buộc động học và 4 ràng buộc hình học:

rC1ωC = rS1ωS1 + rP1ωP1 , rC1 = rS1 + rP1

rC2ωC = rS2ωS2 + rP2ωP2 , rC2 = rS2 + rP2(rC2 – rC1)ωC = rP1ωP1 + rP2ωP2 , rC2 – rC1= rP2 + rP1

rRωR = rC2ωC + rP2ωP2 , rR = rC2 + rP2

Từ các ràng buộc trên và đặc tính của dãy hành tinh cơ bản Wilson Z1 =

rR/rS1 và dãy hành tinh bánh răng hành tinh kép Z2 = rR/rS2, có được hệ phươngtrình liên kết các phần tử cơ bản của CCHT Ravigneaux như sau:

1 (

0 ).

1 (

2 2

2

1 1

1

C R

S

C R

S

Z Z

Z Z

Khi đã xác định được số bậc tự do của các CCHT, nhận thấy số bậc tự docủa CCHT nhỏ hơn so với số phần tử cơ bản của từng CCHT riêng biệt nên luôn

luôn có thể tạo ra được nhiều số truyền bằng cách thay đổi lần lượt các phần tửđiều khiển được trong CCHT đang xét, tức là thay đổi đầu ra, đầu vào của hộp

số Tuy nhiên, khi thực hiện sẽ khiến kết cấu của hộp số phức tạp Do đó, vớinhững CCHT đặt ở cuối hộp số thì đầu ra thường cố định, không thay đổi, trongkhi đó, đầu vào hộp số có thể thay đổi bằng các ly hợp khóa Như vậy, khả năngtạo tỉ số truyền tối đa của các CCHT đã giảm xuống Để có được số lượng sốtruyền mong muốn cần sử dụng nhiều CCHT khác nhau trong hộp số

Hộp số chính dùng trên ô tô có thể chia ra: một hoặc nhiều nhóm tỉ sốtruyền Hộp số có một nhóm tỉ số truyền gồm các CCHT đơn lẻ kiểu Simpson,Ravigneaux hay được tổ hợp từ các CCHT kiểu Wilson Hộp số có hai hay nhiềunhóm tỉ số truyền gồm các CCHT đã được tổ hợp như trên cùng với CCHT đơngiản Các ô tô con hiện đại thường bố trí các loại động cơ có số vòng quay lớn,hộp số cần có nhiều số truyền và tỉ số truyền thay đổi trong giới hạn rộng, trongkhi đó không gian chỉ cho phép trong giới hạn nhất định, vì vậy hộp số đã đượccấu tạo thành hai phần nhằm giảm bớt tỉ số truyền cho các bộ truyền, thu gọnkích thước chung Đối với loại hộp số được cấu tạo từ nhiều phần, hộp số đượcchia ra: phần chính hộp số, phần phụ hộp số Phần phụ hộp số có thể đặt trướchoặc đặt sau phần chính

Để tạo nên nhiều tỉ số truyền cho hộp số, giữa các phần của hộp số cần cómối liên hệ nhất định với nhau Sự liên hệ này tạo ra khả năng tổ hợp giữa cácCCHT riêng biệt với nhau Có hai cách tổ hợp các CCHT liên tiếp là nối tiếp vàsong song Với dạng nối tiếp, đầu ra của cơ cấu này có thể là đầu vào của cơ cấutiếp theo, vì thế tỉ số truyền của cả tổ hợp là tích các tỉ số truyền thành phần Vớidạng song song, dòng truyền công suất có thể được chia nhỏ, do vậy, hiệu suất

truyền sẽ được tăng lên đồng thời tạo điều kiện để điều khiển các dòng công suấtriêng biệt.

Một hộp số được tổ hợp từ CCHT Wilson và CCHT Simpson hoặcRavigneaux sẽ có 4 bậc tự do Sau khi liên kết các phần tử trong đó theo ý đồ cósẵn thì số bậc tự do này giảm xuống, đồng thời số PTĐK tham gia trong một sốtruyền cũng giảm xuống, tạo điều kiện để có thể giảm tối đa số lượng các PTĐK

Dựa trên những hiểu biết trên, đề tài đưa ra một số dạng sơ đồ động học đãđược tổ hợp của hộp số hành tinh 5 số tiến dưới đây để tiến hành so sánh ưunhược của các dạng sơ đồ đó nhằm lựa chọn một sơ đồ tối ưu cho tính toán thiếtkế

2.3 Các phương án thiết kế bộ truyền hành tinh.

2.3.1 Phương án 1.

Hộp số hành tinh cơ cấu hành tinh Simpson

Cấu tạo của cơ cấu hành tinh này là cơ cấu hành tinh Wilson có 2 bộ bánhrăng hành tinh Để thay đổi tỷ số truyền của hộp số ta có bố trí thêm các ly hợp,phanh và các khớp một chiều

Hình 2.4: Sơ đồ động học cơ cấu hành tinh Simpson.

Chức năng hoạt động của các phanh và ly hợp trên sơ đồ như sau :

Phanh số (B2)

Khoá bánh răng mặt trời trước và sau ngăn khôngcho chúng quay ngược chiều kim đồng hồ khi F1hoạt động

Phanh số lùi và số (B3)

Khoá cần dẫn bộ truyền hành tinh sau ngăn không cho chúng quay cả ngược và thuận chiều kim đồng hồ

Khớp một chiều (F1)

Khi B2 hoạt động, nó khoá bánh răng mặt trời phía trước và sau găn không cho chúng quay ngược chiều kim đồng hồ

Khớp một chiều (F2) Khoá cần dẫn bộ truyền hành tinh sau ngăn không cho nó quay ngược chiều kim đồng hồ

Dòng công suất được truyền như sau :

Dòng công suất khi hộp số đang được dẫn động bởi các bánh xe chủ độngvới cần chọn số ở vị trí “2” như ở vị trí “D” Tuy nhiên khi hộp số được dẫnđộng bởi các bánh xe chủ động thì xảy ra hiện tượng phanh bằng động cơ :Chuyển động từ trục thứ cấp hộp số tới cần Cd1 nên các bánh răng hành tinhquay xung quanh các bánh răng mặt trời Z3, Z4 theo chiều dương Các bánh rănghành tinh khi đó quay theo chiều dương, trong khi bánh răng mặt trời có thể quaytheo 2 chiều Nhưng do bánh răng mặt trời bị khoá bởi phanh B1 và B2, F1 nêncác bánh răng hành tinh trước quay theo chiều dương Lực quay đó được truyềnđến trục sơ cấp hộp số tạo nên phanh bằng động cơ

b) Dãy “L” số 1 (Phanh bằng động cơ)

Số 1 ở dãy “L” được hoạt động khi người điều khiển gạt cần chọn số về vịtrí “L” xe sẽ chuyển xuống số 1 Khi đó ly hợp C1 đóng, phanh B3 đóng và F2hoạt động

Dòng công suất được truyền như sau :

Dòng truyền công suất đang bị dẫn động bởi các bánh xe chủ động đượctruyền tới trục thứ cấp của hộp số Từ trục thứ cấp của hộp số được truyền đếnbánh răng bao Z6 của bộ truyền hành tinh sau làm cho các bánh răng hành tinh cốgắng quay theo chiều dương xung quanh bánh răng mặt trời trước và sau Z3, Z4.Tuy nhiên cần dẫn Cd2 được giữ lại không cho quay bởi phanh số B1 và phanh sốlùi B3, các bánh răng hành tinh sau Z5 quay theo chiều dương trong khi các bánhrăng mặt trời trước và sau Z3, Z4 quay theo chiều âm Kết quả là các bánh rănghành tinh trước quay theo chiều dương xung quanh bánh răng mặt trời trước vàsau Z3, Z4, trong khi cũng quay xung quanh trục của nó theo chiều dương Dovậy truyền chuyển động quay theo chiều dương đến các bánh răng bao trước Z1qua C1 đến trục sơ cấp của hộp số

2.3.2 Phương án 2.

Hộp số hành tinh tổ hợp của Wilson và Ravigneaux

Tổ hợp Wilson – Ravigneaux Với bánh răng mặt trời bị khóa cứng vàbánh răng bao trở thành đầu vào của hộp số, số bậc tự do của bộ truyền Wilson(1) đã được xác định hết Do đó, bậc tự do của cả hộp số lúc này là số bậc tự docủa bộ truyền Ravigenaux (2) phía sau Qua các cơ cấu điều khiển, bộ truyềnWilson tạo ra nhiều đầu vào khác nhau cho bộ truyền Ravigneaux và lập nênnhững tỉ số truyền khác nhau cho hộp số Tương tự như sơ đồ trên, cũng chỉ có 5

số truyền có thể được sử dụng trong sơ đồ này nhằm giảm bớt sự phức tạp về kếtcấu

Hình 2.7: Sơ đồ động học tổ hợp Wilson – Ravigneaux.

Tổ hợp này đem lại 5 số truyền chỉ với 5 cơ cấu điều khiển là 3 ly hợp C1,C2, C3 cùng với 2 phanh dải B1, B2

Bảng 2.4: Sơ đồ điều khiển các số truyền

2.3.3 Phương án 3.

Hộp số hành tinh tổ hợp của Wilson và Simpson

Tổ hợp Wilson – Simpson tạo ra được hộp số tự động 5 số tiến Tổ hợp có

6 cơ cấu điều khiển bao gồm các ly hợp C1 đến C4 và phanh B1, B2 Dựa vàoviệc điều khiển đóng mở ly hợp và các phanh thông qua hệ thống thủy lực màhộp số cho ra những tốc độ khác nhau

Hình 2.6: Sơ đồ động học tổ hợp Wilson – Simpson

Bảng 2.3: Sơ đồ điều khiển từng tay số

Từ sơ đồ động học trên, nhận thấy bộ truyền Wilson (1) phía trước đóng vaitrò tạo cơ hội để bộ truyền Simpson (2) phía sau có nhiều đầu vào khác nhau Dobánh răng mặt trời của bộ truyền Wilson bị khóa cứng và bánh răng bao được nốivới bánh tua bin của động cơ nên số bậc tự do của bộ truyền Wilson không còn,hộp số lúc này còn lại 2 bậc tự do của bộ truyền Simpson Với đầu ra luôn xácđịnh sẵn, số phần tử tự do còn lại của hộp số là 3 phần tử, với 2 bậc tự do và 3phần tử chưa biết chuyển động, thông qua các cơ cấu điều khiển, đầu vào cho bộtruyền Simpson được thay đổi, qua đó tạo được rất nhiều số truyền khác nhau.Tuy vậy, không thể sử dụng hết số lượng số truyền có thể tạo ra được mà cầnchọn lọc dựa theo tỉ số truyền có thể dùng được trên ô tô và phụ thuộc vào độphức tạp kết cấu khi tạo ra số truyền đó Do đó, chỉ có 5 số truyền có thể sử dụngđược trong sơ đồ này.

2.3.4 Phương án 4

Hộp số hành tinh tổ hợp của Wilson và Simpson

Hình 2.5: Sơ đồ động học tổ hợp Wilson và Simpson

Chức năng hoạt động của các phanh và ly hợp trên sơ đồ như sau :

Bộ phận Chức năng

Ly hợp số truyền tăng

Ly hợp số tiến C1 Nối trục sơ cấp với bánh răng bao trước

Ly hợp số lùi C2 Nối trục sơ cấp với bánh răng mặt trời trước và

Khớp một chiều (F0) Khoá cần dẫn bộ truyền hành tinh OD ngăn không cho nó quay theo ngược chiều kim đồng hồ.

Khớp một chiều F1

Khi B2 đang hoạt động nó khoá bánh răng mặt trời

và ngăn không cho nó quay ngược chiều kim đồng hồ

Khớp một chiều F2 Khoá cần dẫn bộ truyền hành tinh sau ngăn không

cho nó quay theo ngược chiều kim đồng hồ

Phanh dải số 1 (B1)

Khoá bánh răng mặt trời trước và sau ngăn không cho nó quay theo cả 2 chiều thuận và ngược chiều kim đồng hồ

Phanh số 2 (B2)

Khoá bánh răng mặt trời trước và sau ngăn không cho nó quay ngược chiều kim đồng hồ khi F1 hoạt động

Phanh số 3 (B3) Khóa cứng cần dẫn bộ truyền hành tinh sau

 Cấu tạo gồm 2 phần :

Phần trước là bộ truyền tăng với cơ cấu hành tinh Wilson có 2 tỷ số truyềnđược điều khiển bằng ly hợp khoá C0, phanh B0, được ghép song song trongmạch truyền lực của cơ cấu hành tinh

Phần sau là cơ cấu hành tinh simpson gồm dãy hành tinh phía trước và dãyhành tinh phía sau Hai dãy này được điều khiển qua các ly hợp khoá C1, C2,phanh B1, B 2, B3 và các khớp một chiều F1,F2

 Nguyên lý hoạt động :

Bảng 2.2: Sơ đồ điều khiển ở từng tay số.