Hộp số tự động

CHƯƠNG HỘP SỐ Ơ TƠ Bài – HỘP SỐ TỰ ĐỘNG Mục tiêu: Sau học xong chương sinh viên có khả năng: Trình bày công dụng, yêu cầu phân loại hộp số Nêu khái quát hộp số tự động Trình bày sơ đồ cấu tạo, nguyên lý làm việc đường đặc tính biến mômen thủy lực Tính toán động học động lực học hộp số hành tinh Trình bày hệ thống điều khiển hộp số tự động Trình bày được nguyên tắc phân phối công suất cho cầu xe nhiều cầu chủ động MỤC LỤC A – KẾT CẤU HỘP SỐ TỰ ĐỘNG I CÔNG DỤNG, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI II ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỘP SỐ TỰ DỘNG Cấu tạo chung Đặc điểm kết cấu phận hộp số tự động Đặc điểm kết cấu số loại hộp số tự động 53 3.1 Hộp số tự động có cấp 54 3.2 Hộp số tự động vô cấp 55 B – TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 61 III CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 61 IV TÍNH ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 61 CÂU HỎI ÔN TẬP 74 A – KẾT CẤU HỘP SỐ TỰ ĐỘNG I CÔNG DỤNG, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI Công dụng Hộp số tự động cho phép đơn giản hóa việc điều khiển hộp số Quá trình chuyển số êm dòu, không cần cắt công suất truyền từ động xuống sang số Hộp số tự động tự chọn tỉ số truyền phù hợp với điều kiện chuyển động, tạo điều kiện sử dụng gần tối ưu công suất động Yêu cầu  Thao tác điều khiển hộp số đơn giản, nhẹ nhàng;  Đảm bảo chất lượng động lực kéo cao;  Hiệu suất truyền động phải tương đối lớn;  Độ tin cậy lớn, hư hỏng,tuổi thọ cao;  Kết cấu phải gọn, trọng lượng nhỏ Phân loại Hiện nay, sử dụng xe có hai loại hộp số tự động: * Hộp số tự động có cấp * Hộp số tự động vô cấp Cho đến nay, hộp số tự động có cấp sử dụng rộng rãi nhiều so với hộp số tự động vô cấp Bởi vậy, chương nghiên cứu hộp số tự động có cấp Còn hộp số tự động vô cấp, tham khảo thêm chuyên đề II ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỘP SỐ TỰ DỘNG Cấu tạo chung Ở hộp số thường, việc thay đổi tốc độ thông qua bàn đạp chân ga, cần thay đổi lực kéo cho xe (như leo dốc, kéo tải nặng,…) cần thiết phải số thấp nhằm thay đổi lực kéo cho xe, thực công việc tài xế phải sang số tay, đòi hỏi người lái phải nhận biết tải, tốc độ động để việc chuyển số thích hợp Nhưng hộp số tự động, việc nhận biết không cần thiết mà việc lên số hay xuống số hoàn toàn tự động thời điểm phụ thuộc vào tải động tốc độ xe Hình – Kết cấu hộp số tự động Hình – Kết cấu hộp số tự động – Bộ biến mô; – Bộ truyền bánh hành tinh; – Hệ thống điều khiển thủy lực Các phận hộp số tự động: a) Bộ biến mơ: có nhiệm vụ truyền khuếch đại mơmen từ động cách sử dụng dầu hộp số (ATF automatic transmission fluid) làm môi trường làm việc; b) Bộ truyền bánh hành tinh: gồm hay nhiều bánh hành tinh, việc thay đổi tỉ số truyền nhờ vào hoạt động cụm chi tiết như: ly hợp, phanh đai, phanh đĩa, ly hợp chiều,…; c) Cơ cấu sang số; d) Hệ thống điều khiển: Có thể điều khiển thủy lực điều khiển điện tử Ưu điểm hộp số tự động: - Giảm mệt mỏi cho tài xế cách loại bỏ thao tác điều khiển ly hợp thường xuyên phải chuyển số; - Chuyển số cách tự động êm dịu, giảm bớt kỹ thuật thành thạo lái xe; - Tránh cho động hệ thống truyền lực bị tải tốt so với khí (do qua biến mơ) Đặc điểm kết cấu phận hộp số tự động 2.1 Biến mô thủy lực Bộ biến mô vừa truyền vừa khuếch đại mômen từ động vào hộp số (bộ truyền bánh hành tinh) việc sử dụng dầu hộp số tự động (ATF) môi chất Bộ biến mô gồm: bánh bơm, bánh tuabin, khớp chiều, stato vỏ biến mô chứa tất phận Bộ biến đổi đổ đầy ATF bơm dầu cung cấp Động quay bánh bơm quay dầu bị đẩy từ bánh bơm thành dòng mạnh làm quay bánh tuabin Hình – Biến mô thủy lực hộp số tự động Bánh bơm: bố trí nằm vỏ biến mơ nối với trục khuỷu qua đĩa bị động Nhiều cánh hình cong lắp bên bánh bơm Một vòng dẫn hướng lắp mép cánh để đường dẫn dòng dầu êm Hình – Cấu tạo bánh bơm biến mô thủy lực Bánh tuabin: Rất nhiều cánh lắp lên bánh tuabin giống trường hợp bánh bơm Hướng cong cánh ngược chiều với hướng cong cánh bánh bơm Bánh tuabin lắp trục sơ cấp hộp số cho cánh bên nằm đối diện với cánh bánh bơm với khe hở nhỏ Bánh tuabin quay với trục sơ cấp hộp số xe chạy với vị trí cần số dải “D”, “2”, “L” “R” Tuy nhiên, khơng quay xe dừng Khi vị trí “P” “N” bánh tuabin quay tự bánh bơm quay Hình – Cấu tạo bánh tuabin Stato: nằm bánh bơm bánh tuabin Qua khớp chiều lắp trục stato trục cố định vỏ hộp số a) Hoạt động stato: Dòng dầu trở từ bánh tuabin vào bánh bơm theo hướng cản quay bánh bơm Do đó, stato đổi chiều dòng cho tác động lên phía sau cánh bánh bơm bổ sung thêm lực đẩy cho bánh bơm, làm tăng mômen b) Hoạt động khớp chiều: Khớp chiều cho phép stato quay theo chiều trục khuỷu động Tuy nhiên, stato định bắt đầu quay theo chiều ngược lại khớp chiều khóa stato để ngăn khơng co quay Hình – Cấu tạo stato Sự truyền mô mên: Khi tốc độ bánh bơm tăng lực li tâm làm cho dầu bắt đầu chảy từ tâm bánh bơm phía ngồi Khi tốc độ bánh bơm tăng lên dầu bị ép văng khỏi bánh bơm Dầu va vào cánh bánh tuabin làm cho bánh tuabin bắt đầu quay chiều với bánh bơm Dầu chảy vào dọc theo cánh bánh tuabin Khi chiu vào bên bánh tuabin mặt cong cánh đổi hướng dầu ngược lại phía bánh bơm, chu kỳ lại đầu Việc truyền mômen thực nhờ tuần hoàn dầu qua bánh bơm bánh tuabin Hình – Sự truyền mơmen Khuếch đại mơmen: Việc khuếc đại mômen biến mô thực cách dẫn dầu lượng sau qua bánh tuabin trở bánh bơm qua cánh stato Nói cách khách, bánh bơm quay mômen từ động mà mômen lại bổ sung dầu quay từ bánh tuabin Có thề nói bánh bơm khuếc đại mơmen ban đầu để dẫn động bánh tuabin Hình – Khuếch đại mơmen Hoạt động biến mô: Dưới mô tả chung hoạt động biến mô cần số chuyển vào “D”, “2”, “L” “R” Hình – Hoạt động biến mơ 1) Động chạy không tải, xe dừng: Khi động chạy khơng tải mơmen động sinh nhỏ Nếu gài phanh (phanh tay phanh chân) tải bánh tuabin lớn khơng thể quay Tuy nhiên, xe bị dừng nên tỷ số truyền tốc độ bánh tuabin so với cánh bơm không tỷ số truyền mômen trị số lớn Do đó, bánh tua bin sẵn sàng để quay với mômen lớn mơmen động sinh Hình – Động chạy không tải, xe dừng 2) Xe bắt đầu chuyển động: Khi nhả phanh bánh tuabin quay với trục sơ cấp hộp số Do đó, bánh tuabin quay với mơmen lớn mômen động sinh đạp bàn đạp ga Như vậy, xe bắt đầu chuyển động Hình – Xe bắt đầu chuyển động 3) Xe chạy với tốc độ thấp: Khi tốc độ xe tăng lên, tốc độ quay bánh tuabin nhanh chóng tiến gần tới tốc độ quay bánh bơm Vì vậy, tỷ số truyền mơmen nhanh chóng tiến gần tới Khi tỷ số truyền tốc độ bánh tuabin bánh bơm đạt tới điểm ly hợp stato bắt đầu quay Và khuếch đại mơmen giảm xuống Nói cách khác, biến mô bắt đầu hoạt động khớp nối thủy lực Đo đó, tốc độ xe tăng gần theo tỷ lệ thuận với tốc độ động Hình – Khi xe chạy với tốc độ thấp 10 Hình 22 – Nguyên lý thay đổi vô cấp tỷ số truyền Nguyên lý thay đổi vô cấp tỷ số truyền rõ hình 22 Tỷ số truyền vô cấp tính: i = ro / r1 Thông qua hệ thống điều khiển, thay đổi độ nghiêng đóa ép liên tục bán kính r1 tăng (hoặc giảm) liên tục bán kính ro giảm (hoặc tăng) liên tục Bởi tỷ số truyền i sẽõ giảm (hoặc tăng) liên tục Hệ thống điều khiển hộp số thể hình 18 Các tín hiệu từ cảm biến truyền phận điều khiển Bộ phận điều khiển xử lý tín hiệu điều khiển phận chấp hành (van đảo chiều) để đóng mở mạch dầu thích hợp đến phận trợ lực thủy lực Các phận trợ lực thủy lực có nhiệm vụ làm xoay trục để thay đổi độ nghiêng đóa ép Quá trình thay đổi độ nghiêng đóa ép xảy phải xác đồng đóa Các tín hiệu điều khiển bao gồm : vò trí bướm ga, số vòng quay động cơ, số vòng quay đóa chủ động bò động, vò trí cần chọn chế độ chuyển động nhiệt độ dầu Hình 23 – Hệ thống điều khiển hộp số B – TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG III CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG IV TÍNH ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG Tính toán biến mômen thủy lực  Khi phần tử chất lỏng chuyển động qua cách B, T P vận tốc tuyệt đối v bao   gồm vận tốc tương đối w vận tốc theo u :    v  w u Khi vào đóa B, dòng chất lỏng có vận tốc vb1, wb1, ub1 (ở hình 24) Khi khỏi đóa B vận tốc dòng chất lỏng v b2 , wb2, ub2 vb2 wb2 b2 u b2 wb1 B b2 v b1 A O  b1 b1 u b1 rb1 rb2 b Hình 24 – Sơ đồ vận tốc chất lỏng chuyển động theo cánh bơm (B) G khối lượng chất lỏng qua cánh đóa B giây, g mômen xoắn trục đóa B là: (Theo môn Máy thủy lực) G M b  (v b2 rb2 cos  b  v b1 rb1 cos  b1 ) g G = (v b OB  v b1 OA) (4.16) g Các giá trò OA, OB, rb1, rb2, b1, b2 biểu thò hình (23) Dòng chất lỏng sau khỏi B điểm vào T điểm Vì khe hở B T vô nhỏ nên mômen động lượng dòng chất lỏng khỏi B mômen động lượng dòng chất lỏng vào T: Chúng ta kí hiệu m  61 G G (4.17) v b OB  v t1 OC g g Vì vận tốc vt2 ngược chiều quay T, nên vt2 có hướng âm Bởi vậy, mômen trục T là: Mt  G ( v t OD  v t1 OC) g  G (v t OD  v b OB) g (4.18) Các giá trò OC, OD, rt1, rt2, t1, t2 biểu thò hình 25 u t1  t1 C v t1 wt1 't2 wt2  t2 u t2 vt2 D  t1  t2 rt1 o r t2 t Hình 25 – Sơ đồ vận tốc chất lỏng chuyển động theo cánh tuốc bin (T) Do mômen động lượng dòng chất lỏng khỏi T mômen động lượng vào P mô men động lượng khỏi P mômen động lượng vào B, nên mômen đóa P laø: G v b1 OA  (v t OD) g G = (v b1 OA  v t OD) g Mp  (4.19) Từ biểu thức (4.16); (4.18); (4.19) suy ra: -Mt = Mb + Mp (4.20) Dấu trừ giá trò Mt thể tuốcbin nhận mômen dòng chất lỏng Biểu thức (4.20) chứng tỏ mômen xoắn tuốc bin tăng lên nhờ có đóa phản xạ Để đặc trưng cho khả tăng mômen xoắn biến mômen thủy lực, người ta đưa hệ số biến mômen K: 62 K Mt Mb (4.21) Khả tăng mômen xoắn lớn giá trò K = K0 đóa tuốc bin đứng yên: nt = Hiệu suất biến mômen thủy lực tính: M ω n (4.22) η b  t t  K t  K.i tb  K(1  S) M b ω b nb Trong đó: itb – Tỷ số vòng quay T so với B S – Độ trượt đóa T so với đóa B S=  nt nb (4.23) Các đường đặc tính biến mômen thủy lực So với ly hợp thủy lực, đường đặc tính biến mômen thủy lực có khác biệt Bởi vì, biến mômen thủy lực chất lỏng nạp đầy có áp suất dư đònh, biến mômen thủy lực làm việc ổn đònh điều kiện chất lỏng bọt khí Đường đặc tính biến mô men thủy lực có đóa phản xạ cố đònh xác đònh thực nghiệm (hình 26) M,K, l Mt A B Mp b K (+) C () Mb D K=1 n tA nt n tC n tD Hình 26 – Đường đặc tính biến mômen thủy lực có đóa phản xạ cố đònh (khi nb = const) Từ đường đặc tính cho thấy, nt tăng dần đến gần giá trò nb Mt K giảm xuống Ở bên trái điểm C giá trò Mp  nên Mt = Mb + Mp Mt  Mb K Tại điểm C giá trò Mp = nên Mt = Mb K = Ở bên phải điểm C (ứng với nt ntc) đóa phản xạ P trở thành phận hãm Nguyên nhân từ số vòng quay nt  ntc phần tử chất lỏng bò đổi hướng đập vào sau lưng cánh đóa P, nên lúc mômen Mp đổi chiều có giá trò âm (xem hình 4.20), Mp  nên Mt = Mb Mp K 63 Hiệu suất biến mômen thủy lực b biến thiên theo đường cong bậc hai b = bmax điểm A ứng với số vòng quay nt = ntA Để tiện so sánh, đường đặc tính có vẽ thêm đường hiệu suất ly hợp thủy lực l Với  nt  ntc b>t k>1 Ứng với ntc  nt  ntD mát đóa P nên b giảm nhanh kết qủa làb