Sau khi vẽ xong các bánh răng mặt trời và bánh răng hành tinh thì bắt đầu vẽ các bánh răng bao, bắt đầu từ bánh răng bao của bộ bánh răng thứ nhất.
Hình 2. 20: Bản vẽ 2D và các thông số của bánh răng bao bộ bánh răng hành tinh thứ nhất
Tiếp đến là vẽ bánh răng bao của bộ bánh răng thứ hai
Hình 2. 22: Bản vẽ 2D và các thông số của bánh răng bao bộ bánh răng hành tinh thứ hai
Vẽ bánh răng bao của bộ bánh răng thứ ba
Hình 2. 24: Bản vẽ 2D và các thông số của bánh răng bao bộ bánh răng hành tinh thứ ba
2.4.2 Thiết kế trục sơ cấp và trục thứ cấp
Sau khi vẽ xong các bộ bánh răng thì chúng em bắt đầu vẽ TSC của hộp số.
Hình 2. 26: Bản vẽ 2D và các thông số của trục sơ cấp
Vẽ TTC, gồm các trục của các bánh răng hành tinh của bộ bánh răng thứ nhất, các trục được nối cứng với nhau và cho ra 1 trục là TTC.
Hình 2. 28: Bản vẽ 2D và các thông số của trục thứ cấp
2.4.3 Thiết kế phần vỏ, đĩa ly hợp, các phần còn lại và hoàn chỉnh hộp số Vẽ vỏ của hộp số
Tiến hành vẽ các đĩa ly hợp
Hình 2. 30: Các đĩa ly hợp
Sau khi hoàn thành các chi tiết đơn lẻ, tiến hành import các chi tiết vào mơi trường assembly để lắp ráp.
Hình 2. 32: Import các chi tiết vào môi trường Assembly để lắp ráp
Hình 2. 33: Mơ hình của hộp số sau khi được lắp ghép và tạo các mate chuyển động.
Hình 2. 34: Bản vẽ 2D hộp số hồn chỉnh
2.5 Tính tốn và xây dựng hệ thống điện và điều khiển.
Đây là đề tài thiết kế hộp số tự động phục vụ cho mục đích là hỗ trợ việc giảng dạy nên chúng em phải thay đổi một số bộ phận thủy lực của hộp số bằng các linh kiện điện tử để thích hợp hơn trong việc thiết kế chế tạo.
Cụ thể là nhóm em sẽ dùng động cơ điện để thay thế cho biến mô thủy lực và nam châm điện thay thế cho ly hợp thủy lực
2.5.1 Vai trò của hệ thống điện:
Hệ thống điện đóng vai trị như là một bộ não, nó thu thập thơng tin từ các tín hiệu đầu vào và tính tốn, điều khiển các tín hiệu đầu ra như motor điện, các nam châm điện đóng mở các ly hợp, phanh theo từng cấp số.
2.5.2 Phương pháp điều khiển :
Sử dụng hệ thống điều khiển arduino để điều khiển các cơ cấu phanh, cơ cấu li hợp và motor chính truyền moment quay cho TSC.
Hình 2. 35: Sơ đồ khối điều khiền Chú thích : Chú thích :
Nam châm điện 1, 2 điều khiển ly hợp momen C1, C2 Motorstep 3, 4, 5 điều khiển ly hợp phanh C3, C4, C5
ARDUINO UNO R3 là trung tâm xử lí của hệ thống điện điều khiển hôp số tự động. Động cơ RC là momen chính của hộp số được cấp vào TSC, trên TSC có gắn cảm biến Hall, dùng để đo tốc độ vịng quay của TSC, từ đó xuất tín hiệu về trung tâm điều khiển arduino, điều khiển đóng mở từng bộ ly hợp C1 đến C5 tùy vào tốc độ vòng tua của trục sơ cấp để thay đổi cấp số. Biến trở được kết nối với một cổng digital của Arduino dùng để điều khiển tốc độ quay của động cơ RC. C3, C4, C5 các ly hợp phanh được kết nối với trung tâm điều khiển Arduino thơng qua driver điều khiển động cơ bước.
Giải thích nguyên lí hoạt động :
Tốc độ của động cơ RC được điều khiển bằng biến trở, từ đó cảm biến hall truyền tín hiệu tốc độ đến trung tâm điều khiển Arduino, arduino sẽ điều khiển đóng
mở các cơng tắt rơ-le theo chương trình đã cài đặt sẵn để điều khiển nam châm điện C1, C2 và ly hợp phanh C3, C4, C5 theo từng tốc độ đã cài đặt trước đó.
Ví dụ : điều chỉnh biến trở, tốc độ vòng quay của trục sơ cấp là 5 vịng/giây tín hiệu được cảm biến Hall xuất ra và truyền đến trung tâm xử lí aruduino, từ đó arduino điều khiển ly hợp momen C1 đóng và li hợp phanh C5 đóng, từ đó ta có cấp số 1. Nếu chúng ta tăng tốc độ trục sơ cấp lên 10 vịng/giây thì tín hiệu tương tự sẽ điều khiển C1 đóng và C4 đóng, từ đó ta có cấp số 2…
2.5.3 Các thành phần điện bao gồm :
Arduno uno R3: là vi xử lí chính trong việc điều khiển các motor step
Hình 2. 36: Arduno uno R3
Driver arduino mở rộng nano V3.0 là bord mở rộng điều khiển các motor step điều khiển các hệ thống phanh đĩa li hợp.
Động cơ motorstep, điều khiển cơ cấu ép má phanh ly hợp.
Hình 2. 38: Động cơ motorstep
Các nam châm điện, đóng vai trị quan trọng trong việc dẫn động moment truyền từ trục sơ cấp sang TTC.
Hình 2. 39: Nam châm điện Mô phỏng cơ cấu phanh ly hợp: Mô phỏng cơ cấu phanh ly hợp:
Bản vẽ cơ cấu phanh ly hợp sử dụng motorstep
Hình 2. 41: Bản vẽ cơ cấu phanh ly hợp sử dụng motorstep
Việc điều khiển hoạt động của các motor step giúp cho hệ thống xilanh hoạt động chuyển động ra vào, từ đó ép các má phanh vào các đĩa ly hợp.
Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của ly hợp dẫn động moment từ TSC sang TTC bằng nam châm điện.
Hình 2. 42: Sơ đồ dẫn động moment
Khi cấp nguồn cho nam châm điện, từ trường được sinh ra và hút về mặt của trục bánh răng mặt trời, từ đó moment được truyền từ tsc sang trục bánh răng mặt trời.
2.5.4 Thiết kế mạch nguồn ổn áp có điện áp ra 12V-5A có bảo vệ dòng. 2.5.4.1 Lựa chọn phương pháp thiết kế
Dựa vào các tiêu chuẩn kĩ thuật của khối nguồn như trên, ta lựa chọn phương pháp thiết kế cho từng khối của bộ nguồn và từ đó đưa ra sơ đồ ngun lí của bộ nguồn.
Biến áp: do nguồn sử dụng lưới điện 220V 50HZ và điện áp ra là 12V DC 5A công suất cực đại 60Wnên ta sử dụng 1 biến áp có điện áp vào 220V và điện áp ra 15V dòng 5A.
Mạch chỉnh lưu vào bộ nguồn:
- Do những ưu điểm của mạch chỉnh lưu như điện áp ra ít nhấp nháy, điện áp ngược mà diot phải chịu nhỏ hơn so với phương pháp cân bằng nên ta sẽ chọn bộ chỉnh lưu cầu.
-Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều dập mạch Ur thu được khối chỉnh lưu thành điện áp một chiều ít nhấp nhơ hơn
-Với những đặc điểm của phương pháp lọc bằng tụ điện như tính đơn giản cũng như chất lượng lọc khá cao nên ở đây ta sử dụng phương pháp lọc này cho khối nguồn.
Khối bảo vệ dịng: có nhiệm vụ bảo vệ mạch trong trường hợp dịng vào tăng, ta sử dụng các tính chất của thrysistor, transistor, diode để tạo nên các khối bảo vệ dòng phù hợp.
Khối ổn áp: theo yêu cầu thiết kế mạch ổn áp có điện áp ra 12V-5A nên ta sử dụng một IC ổn áp thông dụng là LM 7812. Do LM7812 chỉ cho điện áp vào trong dải 14,5V -27V (với cách mắc thông thường) và điện áp ra 12V, dòng ra 5.0 mA – 1.0A nên ta sử dụng thêm 1 transistor cơng suất để gánh dịng.
2.5.4.2 Sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lí :
Hình 2. 43: Sơ đồ khối mạch nguồn ổn áp Các tiêu chuẩn của khối nguồn bao gồm: Các tiêu chuẩn của khối nguồn bao gồm:
Điện áp: 220V/15V -5A AC-50HZ Điện áp ra 12V DC
Dòng điện áp ra tải 5A ICLM 7812
Một số đặc điểm cơ bản thông số kĩ thuật của ICLM7812 như sau: Vin = 35V
Vout =12V Isc =0.23A
Iout max =1A
5.0mA<Iout <Imax 2.5.5 Tính tốn linh kiện
Biến áp: sử dụng biến áp 220V/15V-5A để cung cấp nguồn mạch Khối chỉnh lưu và lọc nguồn
Hình 2. 44: Khối chỉnh lưu và lọc nguồn
Khi điện áp lưới có giá trị lớn nhất Umax =240V dòng lớn nhất đi qua diode là 5A
Do đó ta lựa chọn cầu 6A
Điện áp sau chỉnh lưu Ui = 15√2 -1,4 = 19,8V
Sau khi qua khối chỉnh lưu cầu thì tụ lọc cũng phải đảm bảo chịu được điện áp lớn nhất là 24V.
Chọn tụ C1=1000uF/35V
Led 1 báo điện áp đầu vào. Khối bảo vệ dịng:
Ngun lý bảo vệ dịng:
Hình 2. 46: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ dòng
Gọi dòng transistor là T1 và U1, UET2, UBT2 lần lượt là điện áp trên chân E và B của transistor T2, ta có :
U1 - Udiode = UET2
U1 - UR = U1 - Itải.R = UBT2 Ta có các trường hợp sau : Khi Itải<Ibảo vệ -> UET2 < UBT2
Transistor T2 khóa, khối bảo vệ chưa hoạt động
Khi Itải>Ibảo vệ -> UET2 > UBT2
Transistor T2 thơng, có dịng vào kích thích thrysistor hoạt động, dịng vào
qua R2 qua thrysistor về chân mass, đồng thời transistor T1 khóa, lúc này khơng có dịng cấp cho phần mạch sau khối bảo vệ nên tải và các linh kiện bảo vệ.
-Tính tốn cho khối : Ta có :
U1 - 𝑈 = 𝑈
U1 - 𝑈 = U1 - 𝑈ả . R3= 𝑈 Để transistor T2 thơng thì 𝑈 > 𝑈
Vậy 𝐼ả .R3 > 0.7V
R3 > ,
ả = . =0,14 Ω
Ta chọn R3 = 0,1 Ω , công suất trở là P = 𝐼 . R -> 𝑃 =2,5W
Chọn trở phân áp R4=R5=3300 Ω Khối điện áp lấy ra :
Hình 2. 47: Khối điện áp lấy ra
Do dịng ra là 5A, ta sử dụng một transistor có khả năng chịu được dòng lớn hơn hoặc bằng 5A, ở đây ta sử dụng một transistor cơng suất Tip42C kéo dịng, vì dịng ra lớn nhất ở LM7812 là 1A.
Điện áp vào khối lấy điện áp ra là U2 = Ung – 1,4 - 𝑈 – 0,1. 𝐼ả = 15√2-1,4-0,7-0,1*5=18,6V
Do có thêm tản nhiệt IC có khả năng cho ra dòng ra là 1,5A Dòng IC qua transistor T3 là 3,5 A
R7 = = , ,
, =1 Ω -> chọn R7 =1 Ω 20W Tụ C2 = 470uF /16F
CHƯƠNG 3:
MÔ PHỎNG, THI CÔNG, LẮP RÁP VÀ THỰC NGHIỆM
3.1 Tiến hành mô phỏng chuyển động
Sau khi đã hoàn thành được các bản vẽ thiết kế 3D của hộp số thì chúng em bắt đầu tạo mơ phỏng chuyển động của hộp số ở từng cấp số.
Tiến hành đưa mơ hình vào mơi trường motion để tạo chuyển động của hộp số sau khi hoàn thành mơ hình 3D.
Hình 3. 1: Tạo chuyển động của hộp số
Để cho phần hình ảnh đồ họa cho mơ phỏng tốt hơn, tụi em chọn phần mềm Keyshot 10 để xử lí hình ảnh và vật liệu được tốt hơn.
Tiến hành import model 3D đã tạo bằng phần mềm solidwork 2018 Đưa mơ hình hộp số vào mơi trường keyshot để xử lí hình ảnh
Hình 3. 2: Đưa vào mơi trường Keyshot
Hình 3. 3: Gán vật liệu và xử lý hình ảnh
Tiến hành render các mô phỏng chuyển động, lựa chọn các thông số setting của mơ hình hộp số là một bước rất quan trọng, giúp cho chất lượng hình ảnh được tốt hơn và các chuyển động trở nên mượt mà hơn.
Hình 3. 4: Render các mơ phỏng chuyển động
Sau khi hồn thành các video ngắn mơ phỏng cấu tạo và các cấp số của hộp số, sử dụng phần mềm Adobe premiere và các phần mềm phụ trợ khác như Adobe Photoshop hoặc phần mềm Adobe IIIlustrator để tiến hành chỉnh sửa video các thơng số như khung hình, độ sáng, thêm các chuyển động animation giải thích và sắp xếp các video theo một trật tự rõ ràng.
Hồn thành các video mơ phỏng hộp số
Hình 3. 6: Hồn thành video mô phỏng
3.2 Mô phỏng nguyên lý hoạt của hộp số tự động ở từng cấp số
Hình 3. 7: Sơ đồ 2D cấu tạo của hộp số tự động Trong đó: C1, C2 ly hợp truyền momen cho hộp số. Trong đó: C1, C2 ly hợp truyền momen cho hộp số.
Bảng 3. 1: Bảng hoạt động của các ly hợp phanh trên từng cấp số Các ký hiệu:
Đường truyền lực Ly hợp đóng
3.2.1 Ở cấp số 1
Đường truyền công sức truyền từ TSC sang trục thứ cấp, ly hợp C1, C5 đóng dẫn đến bánh răng bao bộ hành tinh thứ nhất đóng, vì thế đường truyền cơng suất truyền từ TSC sang bánh răng mặt trời, tác dụng lên bánh răng hành tinh và truyền ra TTC.
3.2.2 Ở cấp số 2
Các ly hợp đóng: ly hợp C1, C4
Hình 3. 9: Sơ đồ nguyên lý hoạt động ở cấp số 2
Khi chuyển sang cấp số 2, li hợp C1, C4 đóng, dẫn đến bánh răng bao bộ bánh răng hành tinh thứ đứng yên, bánh răng bao thứ nhất chuyển động, đường truyền công suất truyền từ TSC sang bánh răng mặt trời, đường truyền công suất chia thành hai nhánh bánh răng bao và bánh răng mặt trời tác động lên bánh răng hành tinh và truyền ra TTC tốc độ TTC tăng lên, momen giảm xuống.
3.2.3 Ở cấp số 3
Hình 3. 10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động ở cấp số 3
Khi hộp số chuyển sang số 3, ly hợp C1, C3 đóng, bộ bánh răng bao thứ 3 đứng yên, bánh răng bao của bộ hành tinh 1 và 2 chuyển động, dẫn đến tốc độ của TTC tăng lên và momen xoắn giảm xuống.
3.2.4 Ở cấp số 4
Ly hợp C1, C2 đóng, dẫn đến đường truyền cơng suất tác động lên bánh răng bao và bánh răng mặt trời cùng một tốc độ, dẫn đến cơng suất được bảo tồn hay cịn gọi là đường truyền thẳng, tốc độ đầu ra bằng tốc độ đầu vào.
3.2.5 Ở cấp số 5
Các ly hợp đóng: ly hợp C2, C3
Hình 3. 12: Sơ đồ nguyên lý hoạt động ở cấp số 5
Khi hộp số chuyển qua số 5, li hợp momen C2 được kích hoạt và li hợp phanh C3 cũng được kích hoạt, lúc này đường truyền công suất được dẫn từ TSC sang cần dẫn của bộ bánh răng hành tinh thứ 2 và sau đó được truyền san bánh răng bao bộ hành tinh thứ nhất, lúc này tốc độ của trục thứ cấp tăng lên và momen xoắn được giảm xuống đáng kể.
3.2.6 Ở cấp số 6
Các ly hợp đóng: ly hợp C2, C4
Hình 3. 13: Sơ đồ nguyên lý hoạt động ở cấp số 6
Khi hộp số được chuyển sang cấp số 6 cấp số tối đa của hộp số, lúc này vòng tua máy được nhân lên cực đại. Khi chuyển sang cấp số 6 li hợp dẫn momen C2 vẫn đóng, thay vào đó li hợp phanh C3 được nhả ra và C4 đóng lại, lúc này bộ bánh răng hành tinh thứ 3 quay trơn, đường truyền công suất được dẫn trực tiếp từ TSC truyền sang cần dẫn của bộ bánh răng thứ 2, vì bánh răng bao của bộ thứ 2 vẫn đóng nên đường truyền cơng suất truyền từ cần dẫn 2 sang bánh răng hành tinh và đến bánh răng mặt trời, song song với đó đường truyền cơng suất cũng được truyền sang bộ bánh răng bao thứ nhất nên ta có hai đường truyền cơng suất được truyền đến bánh răng bao và bánh răng mặt trời, dẫn đến tốc độ đầu ra đạt cực đại.
3.2.7 Ở số lùi
Các ly hợp đóng: ly hợp C3, C5
Hình 3. 14: Sơ đồ nguyên lý hoạt động ở số lùi
Khi vào số lùi, li hợp phanh C3, C5 đóng dẫn đến bánh răng bao bộ bánh răng hành tinh 1 và 3 đứng im và bánh răng bao bộ 2 vẫn chuyển động.
Đường truyền công suất được truyền vào bánh răng mặt trời bộ bánh răng hành tinh thứ 3 dẫn đến kéo theo bánh răng bao bộ thứ 2 chuyển động, vì bánh răng thứ