Hình 2.13 Bộ truyền bánh răng hành tinh và vô cấp Hình 2.12 Ly hợp khởi động
Hiện nay trên trên thị trường có nhiều loại hộp số vô cấp khác nhau do từng hãng sản xuất, có những công nghệ và cấu tạo khác nhau đặc trưng riêng cho từng hãng xe nhưng nhìn chung về cấu tạo của bộ truyền hành tinh và vô cấp lại tương đối giống nhau.
2.2.3.1 Bộ truyền hành tinh
Bộ truyền bánh răng hành tinh được lắp đặt trên các xe sử dụng hộp số vô cấp CVT có tác dụng khuyếch đại moment và đảo chiều chuyển động của xe.
Để xe có thể di chuyển tiến hoặc lùi được như các loại hộp số thông thường thì bộ truyền hành tinh sẽ được bố trí trên trục đầu vào của hộp số.
Cấu tạo của một bộ truyền hành tinh gồm: một cụm cơ cấu bánh răng hành tinh, ly hợp số tiến và phanh số lùi.
27 Ly hợp số tiến
Chức năng:
Ly hợp trong hộp số vô cấp có chức năng đóng và cắt lực truyền từ động cơ đến hộp số. Nếu quay trục sơ cấp của hộp số trong khi những lá đĩa ly hợp chuyển số bị cắt thì trục thứ cấp của hộp số sẽ không quay. Nhưng nếu quay trục sơ cấp khi những đĩa ly hợp đóng thì trục thứ cấp sẽ quay theo.
a) Cấu tạo
- Các đĩa ma sát: Ăn khớp bằng then hoa với bánh răng bao.
Các đĩa có chiều dày khoảng 1.6 ÷ 2.18mm. Lớp ma sát dày khoảng 0.38 ÷ 0.76mm. Bề mặt ma sát này có thể xẻ rãnh theo nhiều dạng khác nhau. Các dạng rãnh này giúp dòng dầu vào giữa đĩa ma sát và đĩa ép nhanh hơn và làm mát tốt hơn.
Nguyên liệu chung để chế tạo đĩa ma sát là giấy đặc biệt, đó là hỗn hợp của: cotton, than chì, và các chất vô cơ khác.
Hình 2.15 Các bộ phận của ly hợp
1 - Trục ly hợp; 2 - Vòng đệm; 3 - Bạc lót; 4 - Vòng chặn; 5 - Vòng phản ứng; 6 - Đĩa phanh; 7- Tấm phanh.
- Các đĩa ép: Ăn khớp bằng then hoa với trống của ly hợp.
Các đĩa ép được chế tạo với bề mặt nhẵn hơn 25 micro inch. Độ nhám bề mặt tốt nhất khoảng 12 ÷ 15 micro inch.
Đĩa ép còn có chức năng tản nhiệt từ các đĩa ma sát.
Để bộ ly hợp làm việc đúng chức năng, những đĩa ma sát phải lắp xen kẽ với các đĩa ép và ghép phía sau bộ lò xo hồi vị.
- Piston: Khi bộ ly hợp chịu tác dụng của áp suất thủy lực, pit tông có thể chuyển động vào hoặc ra trong xylanh tùy thuộc vào chiều tác động. Pit tông và xylanh được làm kín bởi những phốt chịu lực hay còn gọi là xéc măng. Hành trình của pit tông được giới hạn bởi vòng hãm.
- Lò xo hồi: Để pít tông trở lại vị trí ban đầu khi không chịu áp suất thủy lực trên mộ ly hợp phải có lò xo hồi vị. Trạng thái ban đầu luôn đẩy piston về một phía để cho các đĩa ma sát và đĩa ép không tiếp xúc với nhau.
Hình 2.16 Một số dạng rãnh của đĩa ma sát
29
b) Hoạt động
Ănkhớp: Khi dầu có áp suất chảy vào trong xylanh, nó ấn vào bi van một chiều của piston
làm cho nó đóng van một chiều lại. Điều đó làm cho piston dịch chuyển bên trong xylanh ấn các đĩa ép tiếp xúc với các đĩa ma sát. Do lực ma sát cao giữa đĩa ép và đĩa ma sát, các đĩa ép chủ động và các đĩa ma sát bị động quay với tốc độ như nhau, điều đó có nghĩa ly hợp ăn khớp và trục sơ cấp được nối với bánh răng bao
Nhả khớp: Khi dầu thủy lực có áp suất được xả ra, áp suất dầu trong xylanh giảm xuống. Cho phép viên bi van một chiều tách ra khỏi đế van, điều này được thực hiện bằng lực ly tâm tác dụng lên nó và dầu trong xylanh được xả ra qua van một chiều này. Kết quả là piston trở về vị trí cũ bằng lò xo hồi làm ly hợp nhả ra.
Phanh số lùi
Phanh được sử dụng trong hộp số vô cấp có tác dụng giữ 1 phần tử của bộ truyền hành tinh với mục đích tạo số đảo chiều (số lùi trong hộp số).
Khi áp suất thuỷ lực tác dụng lên xi lanh, pittông dịch chuyển bên trong xi lanh đẩy các đĩa ép và đĩa ma sát tiếp xúc với nhau. Như vậy tạo ra một lực ma sát cao giữa từng đĩa ép và đĩa ma sát. Khi dầu có áp suất được xả ra khỏi phanh, pittông trở về vị trí ban đầu bằng lò xo hồi làm cho phanh nhả ra.
Nguyên lý hoạt động của bộ truyền hành tinh
Tuỳ vào kết cấu từng loại hộp số của những hãng khác nhau mà bộ bánh răng hành tinh được thiết kế khác nhau ở số lượng bánh răng hành tinh đơn hoặc kép, đầu vào và đầu ra của mỗi bộ bánh răng hành tinh cũng khác nhau.
Hoạt động của bộ truyền hành tinh sử dụng bánh răng đơn
Đi tiến
Trong quá trình xe chuyển động số tiến, ly hợp số tiến đóng làm cho trục đầu vào (bánh răng bao) nối trực tiếp với trục đầu ra (bánh răng mặt trời). Do đó công suất từ động cơ sẽ được truyền trực tiếp đến puly chủ động.
Đi lùi
Trong suốt quá trình xe chuyển động lùi, ly hợp tiến mở và phanh số lùi đóng. Do đó cần dẫn bị khoá cứng lại với vỏ hộp số bơi phanh số lùi đang hoạt động làm cho bánh răng hành tinh quay quanh trục của nó. Lực truyền động từ động cơ được truyền đến bánh răng bao và sau đó đến bánh răng mặt trời thông qua bánh răng hành tinh. Hướng quay của lực truyền động động cơ sẽ ngược chiều với đầu ra của hệ puly.
31
Hoạt động của bộ truyền hành tinh sử dụng bánh răng kép
Đi tiến
Trong quá trình vào số tiến bánh răng mặt trời (nối với trục đầu vào) được kết nối với cần dẫn (đầu ra của bánh răng hành tinh) làm cho bộ bánh răng hành tinh thành một khối truyền động. Kết quả lực truyền động động cơ được truyền từ cần dẫn đến puly sơ cấp nên puly quay cùng chiều với động cơ với tỷ số truyền 1:1.
Hình 2.21 . Đi tiến đối với bộ bánh răng hành tinh sử dụng bánh răng kép Hình 2.20 Đi số lùi đối với bộ truyền hành tinh sử dụng bánh răng đơn
Đi lùi
Khi xe vào số lùi, bộ phanh số lùi hoạt động, các tấm thép và đĩa ma sát được ép chặt lại với nhau làm cho bánh răng bao được kết nối với vỏ hộp số do đó bánh răng bao bị giữ lại và không quay được. Sau đó lực truyền động từ động cơ được truyền từ bánh răng mặt trời (đầu vào) đến cần dẫn (đầu ra) thông qua các bánh răng hành tinh 1 và 2. Lực truyền động truyền từ trục đầu ra tới puly sơ cấp làm cho puly sơ cấp bắt đầu quay theo hướng ngược lại và xe di chuyển lùi về phía sau.
2.2.3.2 Bộ truyền vô cấp
Hình 2.23 Hệ puly trong hộp số vô cấp CVT
33 Bộ truyền vô cấp được xem là thành phần quan trọng cũng như đặc trưng nhất của CVT, đây là thành phần tạo nên sự khác biệt giữa CVT và các loại hộp số tự động khác. Mỗi puly được tạo nên từ hai khối nón có góc nghiêng 20 độ đặt đối diện nhau. Khoảng cách giữa hai khối nón có thể thay đổi, khi hai khối nón cách xa nhau thì lúc đó dây đai làm việc ngập sâu trong rãnh nên bán kính làm việc của nó bị giảm, ngược lại thì bán kính làm việc của dây đai sẽ tăng lên. Do đó có thể thay đổi tỷ số truyền nhờ vào sự thay đổi đường kính của puly.
Cấu tạo chính của bộ truyền vô cấp gồm 3 phần chính: • Puly chủ động nối với động cơ.
• Puly bị động nói với trục đầu ra của hộp số. • Dây đai liên kết hai puly.
Nguyên lý hoạt động của puly
Dây đai có thể thay đổi bán kính làm việc là do puly có cấu tạo gồm hai nửa, một nửa cố định một nửa tự động. Nửa di động của mỗi puly được gắn một piston và piston được điều khiển bằng việc thay đổi áp suất dầu. Áp suất dầu lớn tác dụng lên nửa di động là nguyên nhân
làm cho khoảng cách giữa hai bề mặt puly trở nên nhỏ. Do đó đai thép di chuyển dần ra phía ngoài của đường kính của puly. Ngược lại khi áp lực dầu thấp sẽ làm cho khoảng cách giữa hai bề mặt của puly rộng hơn và đai truyền sẽ di chuyển dần về phía trục của puly.
Tỷ số truyền của bộ truyền vô cấp
Khi xe tăng tốc áp suất dầu được bơm vào puly sơ cấp lớn làm cho nửa di động của puly sơ cấp tiến sát vào nửa cố định làm tăng đường kính puly sơ cấp lúc này puly thứ cấp được bơm vào áp suất dầu nhỏ, lực căng đai làm cho nửa di động của puly thứ cấp di chuyển ra xa nửa cố định làm cho đường kính puly thứ cấp giảm dần nên tỷ số truyền sẽ giảm dần.
Nửa di động của puli sơ cấp càng tiến sát vào nửa cố định càng làm cho tỷ số truyền của hộp số giảm dần cho tới khi đường kính của puly sơ cấp đạt cực đại thì tỷ số truyền lúc này là nhỏ nhất. Ngược lại áp suất dầu được bơm vào puly sơ cấp nhỏ còn puly thứ cấp lớn thì hộp số sẽ ở tỷ số truyền cao. Một hộp số vô cấp có vô số tỷ số truyền giữa tỷ số truyền thấp nhất và tỷ số truyền cao nhất.
(a) (b)
35 Cấu tạo bộ puly của hộp số multitronic của Audi
Mỗi bộ puly sơ cấp và thứ cấp đều có các xylanh riêng biệt sử dụng cho việc ép các puly vào với nhau (xy lanh áp suất) cũng như là các xy lanh riêng biệt để điều chỉnh tỷ số truyền của hộp số (xy lanh điều chỉnh tỷ số truyền).
Nguyên lý tạo áp suất ép và điều khiển puly
Hình b Hình a
Hình 2.26 Hệ puly hộp số vô cấp Multitronic ở tỷ số thấp (a) và tỷ số truyền cao (b)
Áp suất ép cao là cần thiết giữ puly và dây đai để truyền moment động cơ cung cấp. Áp suất ép được tạo ra bằng cách điều chỉnh áp suất dầu trong xylanh áp suất.
Lực ép sinh ra có thể được điều chỉnh phụ thuộc vào áp suất dầu vào diện tích tác dụng Xylanh áp suất có diện tích bề mặt rộng lớn do đó có thể tác động một lực ép lớn với áp suất dầu nhỏ. Còn xylanh điều chỉnh tỷ số truyền thì không cần lực lớn như xylanh áp suất nên có diện tích nhỏ.
Nguyên lý này giúp bộ puly có thể thay đổi tỷ số truyền một cách nhanh chóng bằng cách nạp vào một lượng áp suất nhỏ, điều này đảm bảo các puly vẫn duy trì đủ áp lực ép tại các mức áp suất tương đối thấp.
Điều chỉnh
Do yêu cầu thay đổi nhanh thể tích trong xylanh chuyển vị để thay đổi nhanh vị trí của puly di động, diện tích của xylanh chuyển vị phải nhỏ nên lượng dầu thuỷ lực được cung cấp do đó cũng nhỏ theo. Vì chỉ cần một lượng nhỏ dầu để thay đổi vị trí puly di động nên bơm dầu có thể dễ dàng và nhanh chóng điều khiển tỷ số truyền. Điều này làm cho sự điều chỉnh mang tính động học cao và hiệu quả hơn mặc dù tốc độ bơm của bơm dầu thấp.
Lò xo màng ở puly sơ cấp và lò xo trụ ở puly thứ cấp tạo nên lực căng dây đai khi hệ thống dầu bị lỗi.
Khi hệ thống dầu bị lỗi, bộ puly cho tỷ số truyền được điều chỉnh bởi lực lò xo của lò xo trụ trên puly thứ cấp.
2.2.3.3 Dây đai
Dây đai sử dụng cho hộp số vô cấp ở thế hệ cũ là đai cao su nhưng với xu thế khoa học ngày càng phát triển và yêu cầu về kỹ thuật ngày càng cao thì đai cao su đã được thay thế bằng đai kim loại. Hiện nay có hai loại dây đai phổ biến và được sử dụng nhiều trên các hộp số CVT hiện nay là đai truyền và xích truyền.
37 Đai truyền
Dây đai kim loại là loại dây phức hợp được làm từ những vòng thép mỏng kết hợp cùng với những phiến thép có độ cứng cao, các phiến thép thì được bố trí phía trên vòng thép. Số lượng các phiến thép phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai trục truyền động. Vòng thép được làm bằng các lá thép mỏng có chiều dày thường bằng 0.1 mm, ép chặt với nhau. Dây đai bằng kim loại ít bị trượt và có độ bền cao hơn, cho phép CVT có thể làm việc với mô-men động cơ cao hơn và êm hơn so với dây đai cao su.
Xích truyền
Hình 2.29 Hộp số CVT sử dụng xích truyền
Thiết kế và chức năng
Ở dây xích thông thường, các mắt xích được liên kết với nhau linh động thông qua các chốt xích. Để truyền moment, các răng của bánh răng di chuyển khớp với từng chốt xích giữa các mắt xích.
Dây xích trên CVT thì sử dụng công nghệ khác biệt. Xích trên CVT bao gồm các hàng gần nhau của các mắt xích nối với nhau liên tục bằng các thanh chịu lực (2 thanh trên một kiên kết).
Trên xích của CVT, các thanh chịu lực được chèn giữa các puly, tức là các puly cũng ấn ngược lại từng cái một.
Moment được truyền chỉ bằng lực ma sát giữa mặt tiếp xúc của thanh chịu lực và bề mặt của puly.
Mỗi thanh chịu lực được kết nối vĩnh viễn đến những mắt xích để chúng không thể bị xoắn. Hai thanh chịu lực được ghép với nhau tạo thành khớp nối. Các thanh chịu lực cuộn lại với
39 nhau khi ôm vào các puly thì hầu như không ma sát bởi vì mặt tiếp xúc của chúng được bo tròn và lăn trên nhau.
Với cách này, năng lượng mất đi và sự hao mòn là tối thiểu mặc dù truyền moment cao và góc cong lớn. Kết quả là tăng tuổi thọ lâu dài và hiệu suất tối ưu.
Ngoài ra, hai độ dài khác nhau của các mắt xích để đảm bảo dây xích chạy một cách yên tĩnh nhất.
Khi sử dụng độ dài không đổi giữa các mắt xích, các thanh chịu lực sẽ đập vào các puly tại những thời điểm như nhau và gây ra cộng hưởng các rung động, tạo ra tiếng ồn khó chịu.
Việc sử dụng độ dài khác nhau của các mắt xích sẽ tránh sự cộng hưởng và giảm thiểu tối đa tiếng ồn khi chạy.