Các xe lắp hộp số tự động đều sử dụng một hoặc nhiều bộ bánh răng hành tinh để thay đổi tốc độ đầu ra, chiều quay của hộp số. Một bộ truyền bánh răng hành tinh gồm: các bánh răng hành tinh, bánh răng bao và bánh răng mặt trời. Các bộ truyền bánh răng hành tinh trong hộp số tự động đƣợc nối với nhau thông qua các ly hợp và phanh là các bộ phận nối và ngắt công suất. Những cụm bánh răng này chuyển đổi vị trí của phần sơ cấp và các phần tử cố định để tạo ra các tỉ số truyền khác nhau và vị trí số trung gian.
a) Cấu tạo bộ truyền bánh răng hành tinh.
Cần dẫn nối với trục trung tâm của mỗi bánh răng hành tinh và làm cho các bánh răng hành tinh quay xung quanh. Với bộ bánh răng nối với nhau kiểu này thì các bánh
Đƣờng dầu vào Khoang dầu áp suất cao Khoang dầu áp suất thấp Hình 3.12. Khi ăn khớp 1 2 3 4 5 6 7
Hình 3.13. Cấu tạo bộ truyền bánh răng hành tinh 1. Trục bánh răng mặt trời. 2. Trục cần dẫn. 3. Trục bánh răng bao. 4. Bánh răng mặt trời. 5. Bánh răng hành tinh. 6. Cần dẫn.
răng hành tinh giống nhƣ các hành tinh quay xung quanh mặt trời và do đó chúng đƣợc gọi là các bánh răng hành tinh.
b) Nguyên lý vận hành.
Bằng cách thay đổi vị trí đầu vào, đầu ra và các phần tử cố định bộ truyền bánh răng hành tinh có thể giảm tốc, đảo chiều nối trực tiếp và tăng tốc.
Giảm tốc.
Đầu vào: bánh răng bao, đầu ra: cần dẫn, cố định: bánh răng mặt trời.
Khi bánh răng mặt trời bị cố định thì chỉ có bánh răng hành tinh quay và vận động xung quanh. Do đó trục đầu ra chỉ giảm tốc độ so với trục đầu vào bằng chuyển động quay của bánh răng hành tinh.
Đảo chiều.
Đầu vào: bánh răng mặt trời, đầu ra: bánh răng bao, cố định: cần dẫn.
Khi cần dẫn đƣợc cố định và bánh răng mặt trời quay thì bánh răng bao quay trên trục và hƣớng quay đƣợc đảo chiều.
Nối trực tiếp (truyền thẳng).
Đầu vào: bánh răng mặt trời bánh răng bao, đầu ra: cần dẫn.
Do bánh răng mặt trời và bánh răng bao quay cùng tốc độ nên cần dẫn cũng quay cùng tốc độ đó.
Tăng tốc.
Đầu vào: cần đẫn, đầu ra: bánh răng bao, cố định: bánh răng mặt trời.
Khi cần dẫn quay theo chiều kim đồng hồ thì bánh răng hành tinh chuyển động xung quay mặt trời theo chiều kim đồng hồ. Do đó bánh răng bao tăng tốc trên cơ sở số răng trên bánh răng bao và trên bánh răng mặt trời.
c) Sơ đồ ghép các bộ truyền bánh răng hành tinh.
Cách bố trí các bộ truyền bánh răng hành tinh trên xe sử dụng hộp số tự động thƣờng đƣợc gặp ở 2 dạng cơ bản là: kiểu Simpson hoặc kiểu Ravigneaux.
Đƣợc tổ hợp từ 2 bộ truyền bánh răng hành tinh cơ bản sơ đồ nguyên lý cấu tạo đƣợc trình bày trên hình vẽ:
- Bánh răng mặt trời của bộ truyền bánh răng hành tinh trƣớc và bộ truyền bánh răng hành tinh sau đặt trên một trục quay. Cần dẫn của bộ truyền bánh răng hành tinh sau liên kết với bánh răng bao của bộ truyền bánh răng hành tinh trƣớc.
- Cách kết hợp các bộ truyền bánh răng hành tinh theo kiểu simpson đƣợc một bộ truyền có 3 cấp số tiến và một số lùi.
Kiểu Ravigneaux
Đƣợc kết hợp từ 2 bộ truyền bánh răng hành tinh cơ bản, sơ đồ nguyên lý cấu tạo đƣợc trình bày trên hình vẽ: 3 2 1 4 5 6 7 8 Mômen
đầu vào Mômen đầu ra
Hình 3.14. Bộ truyền bánh răng hành tinh kiểu Simpson
1. Cần dẫn bộ truyền trước.
2. Bánh răng mặt trời bộ truyền trước. 3. Bánh răng hành tinh bộ truyền trước. 4. Bánh răng bao bộ truyền trước. 5. Cần dẫn bộ truyền sau.
6. Bánh răng hành tinh bộ truyền sau. 7. Bánh răng bao bộ truyền sau.
Bánh răng mặt trời trƣớc và sau nối với 2 trục khác nhau, 2 nhóm bánh răng hành tinh của 2 bộ truyền ăn khớp với nhau và đặt chung trên cùng một trục cần dẫn. Một bánh răng bao ăn khớp với bánh răng hành tinh của một bộ truyền, bánh răng hành tinh của bộ truyền còn lại ăn khớp với bánh răng mặt trời.
Tùy theo cách bố trí khi kết hợp các bộ truyền bánh răng hành tinh theo kiểu Ravigneaux lại với nhau ta đƣợc một bộ truyền có 3 số tiến và một số lùi hoặc 4 số tiến và một số lùi.
d) Các phần tử nối và ngắt công suất.
Ly hợp.
Ly hợp làm việc gián đoạn để truyền công suất từ bộ biến mô đến một trong các bộ phận của bộ truyền bánh răng hành tinh qua trục sơ cấp. Ly hợp đƣợc sử dụng là ly hợp ma sát nhiều đĩa làm việc trong dầu, nó hoạt động bằng áp lực dầu của hệ thống điều khiển thủy lực. Hình vẽ bên dƣới mô tả cấu tạo của 2 ly hợp trong một bộ truyền bánh răng hành tinh loại Simpson trong đó ly hợp C1 truyền công suất đến bánh răng bao, ly hợp C2 truyền công suất đến bánh răng mặt trời.
1 2 3 4 5 6
Hình 3.15. Bộ truyền bánh răng hành tinh kiểu Ravigneaux
1. Bánh răng hành tinh bộ truyền sau. 2. Cần dẫn.
3. Bánh răng hành tinh bộ truyền trước. 4. Bánh răng mặt trời bộ truyền trước. 5. Bánh răng mặt trời bộ truyền sau. 6. Bánh răng bao.
Hình 3.16. Cấu tạo của ly hợp C1 và C2
1. Tang trống ly hợp (C2). 2. Piston. 3. Lò xo hồi. 4. Các đĩa thép (C2). 5. Mặt bích. 6. Đĩa ma sát (C2). 7. Tang trống ly hợp (C1). 8. Moayơ ly hợp (C2). 9. Piston. 10. Trục sơ cấp. 11. Đĩa thép (C1). 12. Đĩa ma sát (C1). 13. Mặt bích. 14. Mặt bích bánh răng bao.
15. Bánh răng bao. 16. Bộ truyền bánh răng hành tinh. 17. bánh răng mặt trời. 18. Tang trống đầu vào của bánh răng mặt trời.
Ly hợp C1 có các đĩa ma sát và đĩa thép đƣợc bố trí xem kẽ nhau sao cho các đĩa ma sát ăn khớp bằng then với bánh răng bao còn các đĩa thép đƣợc khớp nối bằng then với tang trống của ly hợp (C1). Bánh răng bao đƣợc lắp bằng then với bích bánh răng bao, còn tang trống của ly hợp (C1) đƣợc lắp bằng then với mayơ của ly hợp (C2).
Tại ly hợp C2 các đĩa ma sát đƣợc lắp bằng then với mayơ của ly hợp (C2) còn các đĩa thép đƣợc lắp bằng then với tang trống ly hợp (C2). Tang trống ly hợp (C2) ăn khớp với tang trống đầu vào của bánh răng mặt trời và tang trống này lại đƣợc ăn khớp với các bánh răng mặt trời. Kết cấu của ly hợp đƣợc thiết kế làm sao cho ba cụm: đĩa ma sát, đĩa thép và tang trống quay cùng với nhau.
1 2 3 4 5 6 8 7 9 10 11 13 15 16 12 14 17 18
Hoạt động.
Khi ăn khớp: Khi dầu có áp suất chảy vào trong xilanh piston nó sẽ đẩy viên bi van của piston đóng kín van 1 chiều làm piston di động trong xylanh và ép các đĩa thép tiếp xúc với các đĩa ma sát. Do lực ma
sát lớn giữa các đĩa thép và đĩa ma sát nên các đĩa thép và đĩa ma sát bị dẫn quay cùng tốc độ. Có nghĩa là ly hợp đƣợc ăn khớp, trục sơ cấp đƣợc nối với bánh răng bao, và công suất từ trục sơ cấp đƣợc truyền tới bánh răng bao.
Khi nhả khớp: Khi dầu có áp
suất đƣợc xả thì áp suất dầu trong xilanh giảm xuống. Điều này cho phép viên bi rời khỏi van một chiều nhờ lực li tâm tác dụng lên nó, và dầu trong
xilanh đƣợc xả ra ngoài qua van một chiều. Kết quả piston trở về vị trí ban đầu của nó nhờ lò xo hồi và nhả ly hợp.
Phanh.
Phanh hãm giữ cố định một trong các bộ phận của bánh răng hành tinh để đạt đƣợc tỉ số truyền cần thiết, nó đƣợc dẫn động bằng áp suất thủy lực. Có 2 kiểu phần tử cố định phanh: kiểu đai và kiểu nhiều đĩa ƣớt.
Hình.3.17. Khi ăn khớp
1. Xylanh. 2. Piston.
3. Viên bi van 1 chiều. 4. Đĩa thép. 5. Đĩa ma sát. 6. Bánh răng bao. Trục sơ cấp 1 2 3 4 5 6 7 Dầu có áp suất Van một chiều Dầu có áp suất Hình 3.18. Khi nhả khớp
Phanh đai.
Hình 3.19. Cấu tạo phanh đai
1. Nắp. 8.Trống ly hợp truyền thẳng. 2. Piston. 7. Dải phanh.
3. Lò xo ngoài. 6. Chốt bắt chặt vào vỏ hộp số. 4. Cần đẩy. 5. Cần cố định một đầu dải phanh.
Cấu tạo.
Dải phanh đƣợc cuốn vòng lên đƣờng kính ngoài của trống phanh, trống này đƣợc gắn với một trong các bộ phận của bánh răng hành tinh. Một đầu của dải phanh đƣợc hãm chặt vào vỏ hộp số bằng một chốt, còn đầu kia tiếp xúc với piston phanh qua cần đẩy piston. Piston phanh có thể chuyển động trên các cần đẩy pison nhờ việc nén các lò xo. Ngƣời ta bố trí các cần đẩy piston có 2 chiều dài khác nhau để có thể điều chỉnh khe hở giữa dải phanh và trống phanh.
Hoạt động của phanh đai.
Khi áp suất thủy lực tác động lên piston thì piston dịch chuyển về phía trái trong xy lanh và nén các lò xo.Cần đẩy piston dịch chuyển sang bên trái cùng với piston và đẩy vào một đầu của dải phanh.
Do đầu kia của dải phanh bị cố định vào vỏ hộp số nên đƣờng kính dải phanh bị giảm xuống và phanh xiết vào trống. Tại thời điểm này sinh ra một lực ma sát lớn giữa dải phanh và trống phanh làm cho trống phanh hoặc một phần tử của bộ truyền bánh răng hành tinh không thể chuyển động đƣợc.
Khi dầu có áp suất đƣợc dẫn ra khỏi xi lanh thì piston và cần đẩy piston bị đẩy ngƣợc trở lại do lực của lò xo và trống đƣợc nhả ra. Ngoài ra lò xo còn có tác dụng hấp thụ phản lực từ trống phanh và để giảm va đập khi dải phanh xiết trống phanh.
Phanh nhiều đĩa ƣớt.
Ở loại này các đĩa thép đƣợc lắp cố định với vỏ hộp số và các đĩa ma sát quay cùng một khối với từng bộ bánh răng hành tinh. Khi phanh các đĩa ma sát và đĩa thép bị ép vào nhau để giữ cho một trong các bộ phận của bộ truyền bánh răng hành tinh bất động.
Cấu tạo.
Cấu tạo của phanh B1 và B2 trong bộ truyền bánh răng hành tinh loại Simpson đƣợc trình bày trên hình vẽ trong đó phanh B1 dùng để cố định bánh răng mặt trời, phanh B2 dùng để cố định cần dẫn của bộ truyền bánh răng hành tinh sau.
Hình 3.20. Hoạt động của phanh đai 1. Lò xo trong. 2. Lò xo ngoài. 3. Vỏ hộp số. 4. Dải phanh 5. Cần đẩy. 6 Piston. Chiều quay của tang trống 4 3 2 1 5 6
Hình 3.21. Cấu tạo phanh kiểu nhiều đĩa ướt
1. Trống phanh thứ 2. 2. Piston. 3. Đĩa thép (B2) 4, 13, 15. Mặt bích. 5. Bánh răng mặt trời trước và sau. 6. Khớp một chiều số 1 (vòng lăn ngoài). 7. Đĩa ma sát (B2). 8. Khớp một chiều số 2. 9. Vòng lăn ngoài số 2. 10. Moayơ B3. 11. Cần dẫn sau. 12. Đĩa thép (B3).
14. Đĩa ma sát (B3). 16. Piston.
Phanh B2 hoạt động thông qua khớp một chiều số 1 để ngăn không cho các bánh răng mặt trời trƣớc và sau quay ngƣợc chiều kim đồng hồ. Các đĩa ma sát đƣợc cài bằng then hoa vào vòng lăn ngoài của khớp một chiều số 1 và các đĩa thép đƣợc cố định vào vỏ hộp số. Vòng lăn trong của khớp một chiều số 1 (các bánh răng mặt trời trƣớc và sau) đƣợc thiết kế sao cho quay ngƣợc chiều kim đồng hồ thì bị khóa, nhƣng quay theo chiều kim đồng hồ thì nó quay đƣợc tự do.
Mục đích của phanh B3 là ngăn không cho cần dẫn sau quay, các đĩa ma sát ăn khớp với may ơ B3 của cần dẫn sau. May ơ B3 và cần dẫn sau đƣợc bố trí liền một cụm và quay cùng nhau. Các đĩa thép đƣợc cố định vào vỏ hộp số.
Sồ lƣợng đĩa ma sát và đĩa ép của phanh kiểu nhiều đĩa ƣớt khác nhau tùy thuộc vào từng kiểu bố trí của hộp số tự động. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 13
Hoạt động của phanh kiểu nhiều đĩa ƣớt.
Khi áp suất thủy lực tác dụng lên xilanh, piston sẽ dịch chuyển ép các đĩa thép và đĩa ma sát tiếp xúc với nhau. Do đó tạo nên lực ma sát lớn giữa mỗi đĩa ép và đĩa ma sát. Kết quả cần dẫn (hoặc bánh mặt trời) bị khóa vào vỏ hộp số.
Khi dầu có áp suất đƣợc nhả ra khỏi xilanh thì piston bị lò xo phản hồi đẩy về vị trí ban đầu của nó và làm nhả phanh.
Khớp một chiều số 1 (F1) tác động qua phanh B2 để ngăn cho bánh răng mặt trời trƣớc và sau quay ngƣợc chiều kim đồng hồ. Khớp một chiều số 2 (F2) ngăn không cho cần dẫn sau quay ngƣợc chiều kim đồng hồ.
Nhả khớp 6 Ăn khớp 1 2 3 4 5 7 1. Cần dẫn. 2. Đĩa ma sát. 3. Vỏ hộp số. 4. Đĩa thép 5. Piston. 6. Xy lanh.