nguyên lý hoạt động của hệ thống bánh răng hành tinh trong các loại hộp số tự động

LỜI NĨI ĐẦU Khoa học kỹ thuật cơng nghệ ngày phát triển, nhắm đáp ứng nhu cầu phát triển, nâng cao suất chất lượng sản phẩm Trong ngành khí hệ thống bánh hành tinh sử dụng rộng rãi máy móc thiết bị, đặc biệt dùng hộp số động với vai trò quan trọng Hệ thống bánh hành tinh hộp số đặc biệt hộp số tự động ngày sử dụng rộng rãi động để giúp điều khiển giảm tốc độ hay đảo chiều hay tăng tốc cho động cơ, giúp cho động hoạt động theo ý muốn người sử dụng, góp phần vào đa dạng hệ thống bánh sử dụng loại hợp số Tập thiết kế mơn học tài liệu tham khảo cho quan tâm đến vấn đề liên quan nguyên lý hoạt động hệ thống bánh hành tinh loại hộp số tự động Vì kiến thức thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tế không nhiều nên việc thiệt kế mơn học khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến thầy cô bạn bè.Chúng em xin chân thành cảm ơn!!! Nội dung thiết kế môn học truyền động công suất: Đề Tài: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG BÁNH RĂNG HÀNH TINH TRONG CÁC LOẠI HỘP SỐ TỰ ĐỘNG Đề tài nghiên cứu nhóm : Chương 1: Lê Đức Anh Tổng quan hộp số Chương 2: Lưu Văn Bắc,Bùi Văn Bình Cấu tạo cụm chi tiết Chương 3: Phạm Minh Chiến, Nguyễn Hoàng Duy Nguyên lý hoạt động loại hộp số tự động Chương 4: Nguyễn Ngọc Định, Vũ Trường Giang Nguyên lý hoạt động hệ bánh hành tinh Chương 5: Kết luận đánh giá LỜI NHẬN XÉT CỦA GVHD ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……., ngày…tháng…năm 2015 MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan hộp số……………… .6 Chương 2: Cấu tạo cụm chi tiết chính………………………………….18 Chương 3: Nguyên lý hoạt động loại hộp số tự động…………………41 Chương 4: Nguyên lý hoạt động hệ bánh hành tinh…………………65 Chương 5: kết luận đánh giá……………………………………………… 66 CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 1.Khái quát Trong sống người , hoạt động giao thông vận tải phương tiện giao thơng vận tải đóng vai trò quan trọng phần thiếu Hiện phương tiện phổ biến oto tích hợp thêm hệ thống tự động dòng xe sản xuất số lượng ngày tăng Hộp số tự động sử dụng hệ thống truyền lực xe có nhiều tiện ích , mà chúng hệ thống quan tâm Trên xe sử dụng hộp số thường lái xe phải thường xuyên nhận biết tải tốc độ chuyển động động để xử lý sử dụng hộp số tự động người lái xe không cần phải thực hoạt động nhận biết động nữa, mà thay vào việc chuyển đến vị trí số thích hợp thực tự động dựa thông số tải động tốc độ xe Khi sử dụng hộp số tự động người lái xe không cần phải suy nghĩ lúc nên chuyển số xe(lên xuống), cơng việc bánh rang tự động chuyển số tùy thuộc vào tốc độ xe mức đạp ga Trong hộp số, việc chuyển bánh điều khiển điều khiển từ (ECU) hộp số gọi ECT- Hộp số điều khiển từ Hộp số mà không không sử dụng ECU gọi hộp số tự động thủy lực Hiện hầu hết xe sử dụng ECT , ngồi có số loại xe muốn tiết kiệm nhiên kiệu, tính vận hành xe tốt phương thức chuyển số tùy theo ý muốn lái xe điều kiện địa hình Lịch sử phát triển hộp số tự động Từ năm 1900, ý tưởng loại hộp số tự động chuyển số nhóm kỹ sư hàng hải người Đức nghiên cứu chế tạo Năm 1904 Sturtevant giới thiệu hộp số tự động Quả văng ly tâm điều khiển ăn khớp bánh theo tốc độ, Q trình sang số khơng cần đến đóng mở ly hợp Tuy nhiên truyền gặp lỗi, trọng lượng thường lệch bề bên Đến năm 1934 hộp số Reo Self-Shifter Reo cho đời gồm hai truyền mắc nối tiếp Bộ truyền thứ tự động chuyển số cách điều khiển q trình đóng mở ly hợp ma sát nhiều đĩa theo tốc độ xe Bộ truyền thứ điều khiển tay sử dụng động cần tỷ số truyền thấp Đến năm 1938, hãng GM giới thiệu Oldesmobile trang bị hộp số tự động đánh dấu đời hộp số tự động giúp cho việc điều khiển oto đơn giản hóa khơng bàn đạp ly hợp cấu tạo phức tạp khó bảo dưỡng sửa chữa nên sử dụng Hộp số tự động hồi sinh vào năm 1970 hàng loạt hãng oto cho mắt loại xe với hộp số tự động kèm Từ hộp số tự động phát triển khơng ngừng thay loại hộp số thông thường Khi xuất hiện, hộp số tự động điều khiển hoàn toàn thủy lực loại có cấp Để xác thời điểm chuyển số đồng thời làm tăng tính an tồn sử dụng , hộp số tự động có cấp điều khiển điện tử(ECT) đời Tuy nhiên chưa hài lòng với cấp tỷ số truyền hộp số điều khiển điện tử (ECT) nên vào năm cuối kỉ XX nhà sản xuất oto nghiên cứu chế tạo thành công loại hộp số truyền tự động với vô số cấp tỉ số truyền (hộp số tự động vô cấp), cụ thể : -Hộp số tự động (HSTĐ), theo công bố tài liệu công nghiệp ô tô CHLB Đức đời năm 1934 hãng Chysler Ban đầu HSTĐ sử dụng ly hợp thủy lực hộp số hành tinh, điều khiển hoàn toàn van trượt thủy lực, sau chuyển sang dùng biến momen thủy lực đến ngày (tên gọi ngày dùng AT) - Tiếp sau hãng Zil (Liên xơ cũ 1949) hãng Tây Âu khác (Đức, Pháp, Thụy sỹ) Phần lớn HSTĐ thời kỳ dùng hộp số hành tinh 3, cấp sở truyền hành tinh bậc tự kiểu Wilson, kết cấu AT - Sau năm 1960, HSTĐ dùng ô tô tải, ô tô bus với momen thủy lực hộp số khí có cặp bánh ăn khớp ngoài, kết cấu AT - Sau năm 1978 chuyển sang loại HSTĐ kiểu EAT (điều khiển chuyển số thủy lực điện tử), loại ngày sử dụng - Một loại HSTĐ khác hộp số vô cấp sử dụng truyền đai kim loại (CVT) với hệ thống điều khiển chuyển số thủy lực điện tử (nó dạng HSTĐ) Hiện để đáp ứng nhu cầu khách hàng tăng tính an tồn sử dụng , nhà chế tạo cho đời hộp số điều khiển điện tử có thêm chức sang số cần hộp số thường Hình 1.1 Hộp số tự động Hiện hộp số tự động sử dụng rộng rãi loại xe du lịch số xe 4WD loại xe tải nhỏ Ở nước ta, hộp số tự động xuất từ năm 1990 loại xe nhập từ Mỹ châu Âu Tuy nhiên, công nghệ nước ta hạn chế nên việc sửa chữa bảo dưỡng khó khan nên sử dụng Hiện với tiến khoa học công nghệ việc chế tạo hộp số tự động trở nên hoàn chỉnh ưu việt hơn, thay cho hộp số thường Phân loại hộp số tự động Có nhiều cách để phân loại hộp số tự động : 3.1.Phân loại theo cấp số truyền 3.1.1 Hộp số tự động vô cấp - Là loại hộp số có khả thay đổi tự động liên tục tỷ số truyền nhờ thay đổi bán kính quay puly Hình 1.2 Hộp số tự động vô cấp 3.1.2 Hộp số tự động có cấp - Khác với hộp số điều khiên vơ cấp, hộp số điều khiển có cấp cho phép thay đổi tỷ số truyền theo cấp số nhờ truyền bánh Hình 1.3 Hộp số tự động có cấp 3.2 Phân loại theo cách điều khiển Phân loại theo cách điều khiển chia thành hai loại loại điều khiển hoàn toàn thủy lực loại điều khiển điện tử (ECT) sử dụng ECU để điều khiển có thêm chức chẩn đốn dự phòng Như chúng khác hệ thống sử dụng để điều khiển chuyển số thời điểm khóa biến mơ Hộp số điều khiển hoàn toàn thủy lực hoạt động dựa biến đổi khí tốc độ xe thành áp suất ly tâm độ mở bướm ga thành áp suất bướm ga dùng áp suất thủy lực để điều khiển hoạt động ly hợp phanh cụm bánh hành tinh nhờ điều khiển thời điểm chuyển số Hộp số điêu khiển điện tử lại dùng cảm biến để phát tốc độ xe độ mở bướm ga biến chúng thành tín hiệu gửi điều khiển ECU Qua ECU điều khiển ly hợp, phanh thông qua van hệ thống thủy lực 3.2.1 Hộp số tự động điều khiển hoàn toàn thủy lực 3.2.1.1 Loại điều khiển điện tử kết hợp thủy lực Hộp số điều khiển thông qua tín hiệu điều khiển điện tử từ ECU-ECT *Sơ đồ tín hiệu điều khiển Hình 1.4 Hộp số tự động Toyta 3.2.1.2 Loại điều khiển điện tử hoàn toàn thủy lực Hộp số tự động điều khiển cáp bướm ga tín hiệu điện tử điều khiển Sơ đồ tín hiệu điều khiển Bàn đạp ga→Cáp dây ga→Cáp bướm ga→van bướm ga, van ly tâm→Van sang số→Bộ truyền bánh hành tinh biến mơ Hình 1.5 Hộp số tự động điều khiển hoàn toàn thủy lực 10 3.2.2 Hộp số tự động điều khiển điện tử Hộp số sử dụng áp suất thủy lực để tự động chuyển số theo tín hiệu điều khiển ECU ECU điều khiển van điện từ tùy theo tình trạng động xe cảm biến xác nhận, từ điều khiển áp suất dầu thủy lực *Sơ đồ tín hiệu điều khiển: Tín hiệu điện từ cảm biến ( cảm biến chân ga, cảm biến dầu hộp số, cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến tốc độ xe, cảm biến đếm vòng quay, cảm biến tốc độ tuabin ) tín hiệu điện từ điều khiển thủy lực→ECT động ECU→tín hiệu điện đến van điện từ→bộ biến mơ bánh hành tinh Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý hộp số tự động điều khiển điện tử 3.3 Phân loại theo tỷ số truyền Hộp số tự động có nhiều loại nhiều tỷ số truyền khác thông dụng loại hộp số có tỷ số truyền cấp, cấp cấp Bên cạnh có loại xe trang bị hộp số tự động có tỷ số truyền 8,9 cấp Hình 1.7 Hộp số cấp tỉ số truyền 11 Hình 3.13 Sơ Đồ Xe Đi Số + Số D ( Drive ) : Mô men truyền tứ biến mô đến cặp bánh quay khơng sau truyền đến bánh thứ trủctung gian thơng qua thứ sau lực truyền đến truyền lực cuối bánh xe thơng qua vi sai Hình 3.14 Sơ Đồ Xe Đi Số D 53 + Số N ( Neutral ) : Áp suất thuỷ lực không tác dụng đến côn mô men động không truyền đến trục + Số P ( Parking) : Áp suất thuỷ lực không tác dụng đến mơ men khơng truyền đến trục Các trục bị khoá chốt phanh bánh quay không không ăn khớp với 3.4 Hộp Số Tự Động Điều Khiển Bằng Điện Tử(ECU,ECT) ECU động & ECT điều khiển thời điểm chuyển số khố biến mơ cách điều khiển van điện từ điều khiển thuỷ lực để trì điếu kiện lái tối ưu với việc dùng tín hiệu từ cảm biến các công tắc lắp động hộp số tự động Ngồi ECU có chức chẩn đốn an tồn cảm biến bị hỏng vv Một hộp số mà việc chuyển số bánh điều khiển ECU (Bộ điều khiển điện tử) gọi ECT-Hộp số điều khiển điện tử, hộp số không sử dụng ECU gọi hộp số tự động thuỷ lực Hiện hầu hết xe sử dụng ECT Đối với số kiểu xe phương thức chuyển số chọn tuỳ theo ý muốn lái xe điều kiện đường xá Cách giúp cho việc tiết kiệm nhiên liệu, tính vận hành xe tốt Về hộp số tự động có chức hộp số thường, nhiên hộp số tự động cho phép đơn giản hóa việc điều khiến hộp số, trình chuyển số êm dịu, khơng cần ngắt đường truyền công suất từ động xuống sang số Hộp số tự động tự chọn tỉ số truyền phù hợp với điều kiện chuyển động tơ, tạo điều kiện sử dụng gần tối ưu công suất động Vì vậy, hộp số tự động có chức sau: - Tạo cấp tỉ số truyền phù hợp nhằm thay đổi moment xoắn từ động đến bánh xe chủ động phù hợp với moment cản thay đổi nhằm tận dụng tối đa 54 công suất động - Giúp cho xe thay đổi chiều chuyển động - Đảm bảo cho xe dừng chỗ mà không cần tắt máy tách ly hợp Ngồi ECT có khả tự chẩn đốn Hình 3.15 Sơ đồ khái quát chungcủa hộp số tự động điều khiển điện tử (ECU-ECT) Hộp số điều khiển điện tử (ECT) - Bộ biến mô: Để truyền khuyếch đại mômen động sinh - Bộ truyền bánh hành tinh: Để chuyển số giảm tốc, đảo chiều, tăng tốc, vị trí số trung gian - Bộ điều khiển thuỷ lực: Để điều khiển áp suất thuỷ lực cho biến mô truyền bánh hành tinh hoạt động êm 55 - ECU động ECT: Để điều khiển van điện từ điều khiển thuỷ lực nhằm tạo điều kiện chạy xe tối ưu Hộp số sử dụng áp suất thuỷ lực để tự động chuyển số theo tín hiệu điều khiển ECU ECU điều khiển van điện từ theo tình trạng động xe cảm biến xác định, điều khiển áp suất thuỷ lực Sơ đồ tín hiệu điều khiển : Tín hiệu điện từ cảm biến ( cảm biến chân ga , cảm biến dầu hộp số , cảm biến tốc độ động , cảm biến tốc độ xe, cảm biến đếm vòng quay , cảm biến tốc độ tuabin vv )và tín hiệu điện từ điều khiển thủy lực → ECT độngcơ ECT → tín hiệu điện đến van điện từ → biến mô bánh hành tinh Hình 3.16 Hộp số điều khiển điện tử ECU 56 Mặt khác, hộp số điều khiển điện tử ECT, cảm biến phát tốc độ xe độ mở bướm ga biến chúng thành tín hiệu điện gởi chúng điều khiển ECU Dựa tín hiệu ECU điều khiển hoạt động ly hợp, phanh thông qua van hệ thống thủy lực 3.5 Hộp số tự động điều khiển hoàn toàn thủy lực : Hình 3.17 Hộp số điều khiển hoàn toàn thủy lực Hộp số điều khiển hoàn toàn thủy lực hoạt động biến đổi cách khí tốc độ xe thành áp suất ly tâm độ mở bướm ga thành áp suất bướm ga dùng áp suất thủy lực để điều khiển hoạt động ly hợp phanh trong cụm bánh hành tinh, điều khiển thời điểm lên xuống số Nó gọi phương pháp điều khiển thủy lực Điều khiển chuyển số học cách phát tốc độ xe thuỷ lực thông qua van điều tốc phát độ mở bàn đạp ga từ bướm ga thông qua độ dịch chuyển cáp bướm ga  Loại điều khiển điện tử kết hợp thủy lực: 57 Loại sử dụng ECU- ECT để điều khiển hộp số thơng qua tín hiệu điều khiển điện tử Sơ đồ tín hiệu điều khiển : Tín hiệu điện cảm biến ( cảm biến tốc độ , cảm biến vị trí chân ga….) tín hiệu thủy lực từ bàn đạp ga ( qua cáp chân ga →bướm ga→cảm biến vị trí bướm ga)→ ECU động → ECT- ECU → Van điện từ → can sang số → bánh hành tinh biến mơ Hình 3.18 Hộp số tự động AUDI 58  Loại điều khiển điện tử hoàn toàn thủy lực: Loại sử dụng cáp bướm ga tín hiệu điện tử điều khiển để điều khiển hộp số tự động Sơ đồ tín hiệu điều khiển : Bàn đạp ga → cáp dây ga → cáp bướm ga → van bướm ga , van ly tâm → van sang số → truyền bánh hành tinh biến mơ Hình 3.19 Hộp số tự động điều khiển hoàn toàn thủy lực 59 CHƯƠNG 4: Nguyên lý làm việc hệ bánh hành tinh 4.1 Khái quát chung Trong xe lắp hộp số tự động, truyền bánh hành tinh điều khiển việc giảm tốc độ, đảo chiều, nối trực tiếp tăng tốc cho động  Bộ truyền bánh hành tinh gồm bánh hành tinh, li hợp, phanh khớp chiều  Bộ truyền bánh hành tinh trước truyền bánh hành tinh sau nối ly hợp phanh, phận nối ngắt công suất Những cụm bánh chuyển đổi vị trí phần sơ cấp phần tử cố định để tạo tỷ số truyền bánh khác vị trí trung gian Hình vẽ bên bánh hành tinh tốc độ thuộc loại hộp số A130 Về bánh áp dụng để giải thích hoạt động truyền bánh hành tinh 60 4.2 CẤU TẠO BÁNH RĂNG HÀNH TINH - Một cấu hành tinh thường có phận chính: + Bánh bao + Bánh hành tinh + Bánh mặt trời + Cần dẫn gắn với giá - Cần dẫn gắn với giá nối với trục trung tâm bánh hành tinh làm cho bánh hành tinh quay xung quanh bánh mặt trời hành tinh nên gọi bánh hành tinh - Thông thường nhiều bánh hành tinh phối hợp với truyền bánh hành tinh Hình 4.2 Cấu tạo bánh hành tinh 61 4.3 Nguyên lý làm việc Hình 4.3 Nguyên lý làm việc bắng hành tinh - Bằng cách thay đổi đầu vào, đầu ra, phần tử cố định giảm tốc, đảo chiều, nối trực tiếp tăng tốc - Các cách hoạt động làm việc hệ bánh hành tinh diễn giải theo bước 4.3.1 Giảm tốc Sơ đồ: Hình 4.4 Sơ đồ giảm tốc 62 Đầu vào: Bánh bao - Đầu ra: Cần dẫn - Cố định: Bánh mặt trời - Khi bánh mặt trời bị cố định có bánh hành tinh quay vận động xung quanh bánh mặt trời Do trục đầu giảm tốc độ so với trục đầu vào chuyển động quay bánh hành tinh - Độ dài mũi tên tốc độ quay chiều rộng mũi tên momen, mũi tên dài tốc độ quay lớn, mũi tên rộng momen lớn ngược lại (theo hình vẽ trên) 4.3.2 Đảo Chiều - Đầu vào: Bánh mặt trời - Đầu ra: Bánh bao - Cố định: Cần dẫn Hình 4.5 Sơ đồ đảo chiều - Khi cần dẫn cố định vị trí bánh mặt trời quay bánh bao quay trục hướng quay đảo chiều 63 - Độ dài mũi tên tốc độ quay chiều rộng mũi tên momen, mũi tên dài tốc độ quay lớn, mũi tên rộng momen lớn ngược lại (theo hình vẽ trên) 4.3.3 Nối Trực Tiếp ( Nối Thẳng) - Đầu vào: Bánh mặt trời, bánh bao - Đầu ra: Cần dẫn Hình 4.6 Sơ đồ nối trực tiếp - Do bánh bao bánh bao mặt trời quay với tốc độ nên cần dẫn quay với tốc độ - Độ dài mũi tên tốc độ quay chiều rộng mũi tên momen, mũi tên dài tốc độ quay lớn, mũi tên rộng momen lớn ngược lại (theo hình vẽ trên) 4.3.4 Tăng Tốc Sơ đồ: 64 Hình 4.7 Sơ đồ tăng tốc Đầu vào: Cần dẫn - Đầu ra: Bánh bao - Cố định: Bánh mặt trời Khi cần dẫn quay theo chiều kim đồng hồ bánh hành tinh chuyển động xung quanh bánh mặt trời theo chiều kim đồng hồ Do đó, bánh bao tăng tốc sở số bánh bao bánh mặt trời - Độ dài mũi tên tốc độ quay chiều rộng mũi tên momen, mũi tên dài tốc độ quay lớn, mũi tên rộng momen lớn ngược lại (theo hình vẽ trên) 65 Chương 5: Kết luận đánh giá -Tích cực: Sau tìm hiểu nghiên cứu tổng quan hộp số tự động, cấu tạo nguyên lý hoạt động hộp số tự động nói chung chi tiết hộp số nói riêng góp phần giúp nhóm thấy ưu điểm vượt trội hộp số tự động sử dụng mạch điều khiển điện tử so với loại hộp số truyền thống khác bên cạnh có nhược điểm kết cấu phức tạp,giá thành cao, khó sửa chữa, hao nhiên tốn liệu Hiểu cấu tạo chi tiết hộp số tự động sử dụng mạch điều khiển, nguyên lý làm việc chi tiết nguyên lý hoạt động hệ thống - Hạn chế: loại hộp số tự động có cấu tạo chi tiết nguyên lý hoạt động khác tài liệu hạn chế nên khả nghiên cứu loại hộp số gặp nhiều khó khăn Chưa tiếp xúc mơ hình thực tế nên không nắm rõ không quan sát chế hoạt động hộp số tự động sử dụng mạch điều khiển - Phương hướng: tiến đến mơ hình thực tế để nắm rõ cấu tạo nguyên lý hoạt động chi tiết hệ thống 66 Danh sách tài liệu tham khảo Truyền Động Công Suất – TS Lê Lăng Vân Trang web: + tailieu.vn + khoahoc.tv + doc.edu.vn + autodaily.vn 67 ... thay cho hộp số thường Phân loại hộp số tự động Có nhiều cách để phân loại hộp số tự động : 3.1.Phân loại theo cấp số truyền 3.1.1 Hộp số tự động vô cấp - Là loại hộp số có khả thay đổi tự động liên... học truyền động công suất: Đề Tài: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG BÁNH RĂNG HÀNH TINH TRONG CÁC LOẠI HỘP SỐ TỰ ĐỘNG Đề tài nghiên cứu nhóm : Chương 1: Lê Đức Anh Tổng quan hộp số Chương... vào hệ hộp số tự động hệ với 8, chí 10 cấp số 18 Hình 2.1: Hộp số AT (nguồn internet) 2.1.b Hộp số tự động vô cấp (CVT) Mang đến trải nghiệm lái xe tương tự loại hộp số tự động có cấp hoạt động