Đồ án thiết kế hộp số tự động xe kia morning (Link Cad: http://bit.ly/hopsoxekia)

Hộp số tự động được sử dụng rất phổ biến ở khu vực Bắc Mỹ, có đến 90% các dòng xe mới sử dụng số tự động. Vì thế công nghệ này được tập trung phát triển nhằm tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường.Các tin liên quanNguyên lý hoạt động của hộp số sànMặc dù hộp số tự động thống trị thị trường, nhưng chúng không phải đồng bộ thống nhất mà trong nội bộ chúng cũng chia thành nhiều loại. Trong đó có một loại hộp số khác biệt so với bất kỳ chủng loại nào khác, từ việc sử dụng các bánh răng hành tinh truyền thống đến tỷ số truyền hay các mô hình ly hợp kép. Nó có tên là CVT, được viết tắt của cụm từ “truyền tải biến thiên liên tục”.CVT là một xu hướng khá mới mẻ trên thị trường. Chúng hứa hẹn một khả năng tiết kiệm nhiên liệu tuyệt vời và cảm giác lái xe mượt mà hơn. Nhưng chúng thực sự làm việc như thế nào? Tại sao chúng có thể thay đổi tỷ số truyền mà không sử dụng các bánh răng truyền thống? Liệu có phép màu nào trong loại hộp số mới này hay đơn giản nó là sản phẩm của công nghệ cao?Cận cảnh công nghệĐáng ngạc nhiên là nếu bạn tìm trên mạng sẽ thấy có rất nhiều thiết kế của hộp số CVT, nhưng có nhiều thiết kế trong số đó là không thực tế để áp dụng cho ôtô. Theo ý kiến của chuyên gia lập kế hoạch và chiến lược tiên tiến của Mitsubishi tại Bắc Mỹ cho biết về cơ bản thì hộp số CVT là một hệ thống, gồm nhiều kích cỡ khác nhau, nó giúp gắn kết các thiết bị theo một phương ngang.Hộp số tự động thông thường sử dụng một bộ bánh răng để cung cấp một tỷ số truyền (hoặc tốc độ) nhất định. Việc truyền tải và sử dụng các bánh răng sẽ đưa đến các tỷ số truyền thích hợp nhất trong từng trường hợp cụ thể. Ví dụ bánh răng bé nhất dùng để cho quá trình khởi động, bánh răng cỡ trung để dùng khi tăng tốc hoặc vượt chướng ngại và bánh răng lớn nhất để giúp tiết kiệm nhiên liệu khi xe đang đi tốc độ cao.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, những chiếc ôtô cũngngày càng yêu cầu khắt khe hơn đối với việc nâng cao tính tiện nghi, giảm tối đathao tác điều khiển xe, tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện với môi trường

Hộp số hành tinh với sự tham gia của biến mô trong hệ thống truyền lực và khảnăng điều khiển chuyển số một cách tự động đã đáp ứng những yêu cầu về tính tiệnnghi trong các trang thiết bị trên ô tô, đem lại tính thẩm mỹ trong buồng lái, đồngthời mang đến khả năng thân thiện với môi trường trong suốt quá trình hoạt độngcủa xe, mở ra hướng phát triển mới của ô tô trong tương lai là những chiếc xe thông

minh, thân thiện Với đề tài “Thiết kế hộp số tự động lắp cho KIA MORNING”,

những nội dung mà đồ án sẽ thực hiện bao gồm:

Lựa chọn sơ đồ động học của hộp số hành tinh phù hợp để sử dụng thiết kế Phân phối tỉ số truyền và tính toán sức kéo

Tính toán thiết kế các kích thước hình học cơ bản của hộp số hành tinh…

Xin chân thành cảm ơn thầy PHẠM HỮU NAM đã tận tình giúp đỡ em trong

suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp Cảm ơn các thầy giáo trong bộ môn Ô tô

và xe chuyên dụng cùng các bạn sinh viên đã giúp đỡ để hoàn thiện đồ án này

Hà Nội, tháng 6 năm 2010

Sinh viên Nguyễn Hữu Lượng

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM VÀ PHÂN LOẠI HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

I ĐẶC ĐIỂM HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

1 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hộp số trên ôtô

1.1 Nhiệm vụ

Hộp số tự động có nhiệm vụ là truyền và biến đổi mômen từ động cơ tới bánh

xe chủ động sao cho phù hợp giữa chế độ làm việc của động cơ và mômen cản sinh

ra trong quá trình ôtô chuyển động , cắt dòng truyền mômen trong thời gian ngắnhoặc dài, thực hiện đổi chiều chuyển động nhằm tạo nên chuyển động lùi cho ôtô,tạo khả năng chuyển động mềm mại và tính năng việt dã cần thiết trên đường

Hình 1.1 Hệ thống truyền lực

1.2 Yêu cầu của hộp số

Loại xe con bốn chỗ chủ yếu hoạt động trên những mặt đường có chất lượngtương đối tốt như bê tông-nhựa đường hay bê tông-xi măng Do đó, yêu cầu đối vớihộp số khi thiết kế cho xe là có dãy tỉ số truyền phù hợp, phân bố các khoảng thayđổi tỉ số truyền tối ưu để tận dụng tối đa công suất động cơ Hiệu suất truyền lựccủa hộp số phải cao để tăng tính năng vận hành của xe Số lượng các phần tử điều

chủ động Các chế độ làm việc của các phần tử điều khiển phải hợp lý giảm tổnthất trong quá trình hoạt động ổn định của xe Quá trình chuyển số nhanh chóng vàchính xác thông qua các cơ cấu điều khiển thủy lực và điện tử ,không gây ra runggiật và tiếng ồn Kích thước hộp số phải nhỏ gọn, khối lượng không quá lớn nhằmtăng khoảng sáng gầm xe, nâng cao khả năng thông qua cho xe ở đường gồ ghề vàgiảm bớt trọng lượng của xe Ngoài ra kết cấu của hộp số thuận lợi nhất có thể chosửa chữa, bảo dưỡng, chẩn đoán sự cố trên xe…Hiện nay, trên xe ôtô sử dụng hailoại hộp số chính là : hộp số cơ khí và hộp số tự động.

2 Phân tích ưu nhược điểm của hộp số tự động so với hộp số cơ khí

2.1 Sơ đồ hệ truyền lực của ôtô dùng hộp số cơ khí và ôtô dùng hộp số tự động

Hộp số sử dụng trên ôtô gồm có hai loại: hộp số cơ khí và hộp số tự động Hệthống truyền lực trên xe được bố trí như sau

Hình 1.2 Hệ thống truyền lực của xe lắp hộp số cơ khí

Trên xe ôtô dùng hộp số cơ khí thì dòng momen truyền từ động cơ sang hộp sốthì phải đi qua ly hợp, ly hợp chỉ có khả năng truyền hết momen do động cơ sinh ra.Trong đó trên xe lắp hộp số tự động, dòng truyền momen từ động cơ xuống hộp sốđược thông qua biến mô thủy lực Momen truyền từ động cơ sang hộp số được tănglên K lần ( K là hệ số biến mô)

Hình 1.3 Hệ thống truyền lực của xe lắp hộp số tự động

Quá trình sang số của hộp số cơ khí thì đồ thị lực kéo bị trễ một phần do thời giantrễ gây ra bởi quá trình giảm ga chuyển số thể hiện bằng phần đen trên đồ thị Cònhộp số tự động thì quá trình sang số là tự động bằng cách điều khiển dòng thủy lựcđóng các van khác nhau nên thời gian trễ là không có nên nó tránh mất đi một phầncông suất khi sang số

Me : momen trục ra của động cơ

ih,i0 : Tỉ số truyền của hộp số chính và của truyền lực chính

t: Hiệu suất của biến mô

rb: Bán kính làm việc trung bình của bánh xe

Với xe sử dụng hộp số tự động có lắp biến mô thì:

Mt: Momen bánh tua bin

Xuất phát từ phương trình cân bằng lực kéo của ôtô, quan hệ giữa lực kéo phát

ra tại các bánh xe chủ động Pk và các lực cản chuyển động phụ thuộc vào vận tốcchuyển động của ôtô Pk = f(v) Trục tung là các giá trị của lực và trục hoành là cácgiá trị của vận tốc , đồ thị biểu diễn quan hệ các lực đó và vận tốc của ôtô chính là

đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô

Nhận xét : Đồ thị hình 1.5 và hình 1.6 cho thấy sự khác biệt của đường đặc tính kéo

ở xe lắp hộp số thường và xe lắp hộp số tự động như sau: lực kéo Pk ở bánh xe chủđộng của xe lắp hộp số tự động lớn hơn Pk của xe lắp hộp số hộp số thường,với xelắp hộp số tự động thì lực cản tăng thì lực kéo tăng theo, đồ thị lực kéo của xe lắphộp số thường với mỗi tay số có vùng làm việc ổn định phía bên phải và vùng làmviệc không ổn định bên trái, xe lắp hộp số thường lực cản tăng thì lực kéo giảm

Hình 1.6 Đồ thị đặc tính kéo của xe lắp hộp số tự động

2.3 Đặc điểm vận hành của xe dùng hộp số tự động và dùng hộp số cơ khí

Trong hộp số tự động, momen xoắn được chuyển đến các bánh xe chủ động mộtcách êm dịu và gần như liên tục tương ứng với lực cản chuyển động và tốc độchuyển động của ôtô Do quá trình chuyển số là tự động nên làm giảm các thao táccủa người lái, giảm sự mệt mỏi, trong khi ở hộp số thường người lái phải thườngxuyên phái cắt ly hợp và chuyển số, điều này làm tăng tính tiện nghi của xe Hộp số

tự động dùng bộ biến mô thủy lực để nối và ngắt dòng công suất của hệ thốngtruyền động nên tránh cho động cơ bị quá tải, tăng tuổi thọ cho các chi tiết so vớikhi sử dụng hộp số thường Có ưu điểm trong quá trình vận hành có thể dừng xe màkhông phải đóng ngắt ly hợp và về số 0 Có tốc độ truyền thẳng cũng như truyềntăng

3 Các bộ phận cơ bản của hộp số tự động

3.1 Biến mô thủy lực

Biến mô thủy lực được lắp ở đầu vào của chuỗi bánh răng truyền động hộp số vàđược bắt bằng bulông vào trục sau của trục khuỷu thông qua tấm truyền động Biến

mô làm tăng momen do động cơ tạo ra, truyền momen này đến hộp số, nó còn đóngvai trò như 1 khớp nối thủy lực truyền momen đến hộp số, hấp thụ các dao độngxoắn của động cơ và hệ thống truyền lực Biến mô có tác dụng như một bánh đà đểlàm đều chuyển động quay của động cơ, ngoài ra nó còn có chức năng dẫn độngbơm dầu của hệ thống thủy lực Cấu tạo biến mô : phần chủ động gọi là bánhbơm(B) nối với trục khuỷu động cơ, phần bị động gọi là bánh tuabin (T) nối vớitrục vào bộ truyền bánh răng hành tinh, phần phản ứng gọi là bánh dẫn hướng (D)được lắp giữa bánh bơm và bánh tuabin

3.1.1 Cánh bơm

Gắn liền với vỏ biến mô, các cánh bơm có biên dạng cong hướng kính Vành dẫnhướng được lắp trên cạnh trong của cánh quạt để dẫn hướng cho dòng chảy của dầuđược êm

Hình 1.9 Biến mô

3.1.2 Roto tuabin

Gồm nhiều cánh quạt lắp trong roto tuabin, hướng cong của các cánh ngượcchiều với các cánh bơm, được lắp trên trục sơ cấp hộp số sao cho nó đối diện vớicác cánh trên cánh bơm, và khe hở giữa chúng rất nhỏ

3.1.3 Stato

Stato được đặt giữa cánh bơm và roto tuabin, trục stato lắp cố định vào vỏ hộp

số qua khớp một chiều, các cánh của stato nhận dòng dầu khi nó đi ra khỏi rototuabin và hướng cho nó đập vào mặt sau của cánh quạt trên cánh bơm làm cho cánhbơm được cường hóa Khớp một chiều cho phép stato quay cùng chiều với trụckhuỷu động cơ, nếu stato có xu hướng quay theo chiều ngược lại thì khớp 1 chiều sẻkhóa stato lại không cho nó quay

3.1.4 Các đặc tính cơ bản của biến mô, hiệu suất và momen

Việc khuyếch đại mômen do biến mô sẽ tăng theo tỷ lệ với dòng xoáy , điều đó

có nghĩa là nó lớn nhất khi roto tuabin không quay Hoạt động của biến mô đượcchia làm hai dải hoạt động: dải biến mô trong đó có sự khuyếch đại mômen, dảikhớp nối trong đó chỉ thuần tuý diễn ra việc truyền mômen và sự khuyếch đạimômen không xảy ra

Hình 1.10 Đồ thi đặc tính không thứ nguyên của biến mô

- Hệ số khuếch đại biến mô

Kbm= t

b

M M

Trong đó : Mt momen bánh tubin

Mb momen bánh bơm

Hệ số khuyếch đại biến mô phụ thuộc vào điều kiện làm việc của biến mô, khilực cản chuyển động tăng lên, số vòng quay của trục tubin giảm xuống dẫn đến Mttăng lên do vậy Kbm tăng lên, nó có giá trị lớn nhất khi roto tubin đứng yên tức là nt

=0 Ngược lại, khi lực cản chuyển động giảm xuống, vận tốc ôtô tăng lên thì hệ sốkhuyếch đại biến mô giảm xuống

- Tỉ số truyền của biến mô

Tỉ số truyền của biến mô (ibm )là tỉ số vòng quay của trục bánh tubin nT và sốvòng quay của trục bánh bơm nb

ibm= t

b

n n

- Hiệu suất của biến mô

Hiệu suất của biến mô cho biết có bao nhiêu năng lượng được truyền một cáchhiệu quả từ cánh bơm tới cánh tubin

bm

 =

b

T N

N

=

b b

t t n M

n M

.

.

= Kbm ibm

Trong đó :

Nt : Công suất phát ra trên trục bánh tubin của biến mô

Nb: Công suất trên trục bánh bơm của biến mô

Giá trị hiệu suất biến mô thay đổi theo đường cong bậc hai parabol và đạt giá trịlớn nhất tại  , khi K> 1, hiệu suất biến mô lớn hơn giá trị hiệu suất li hợp thủy

động đường tsau đó do mất mát năng lượng qua cánh stato hiệu suất biến môgiảm nhanh Theo lý thuyết về các máy có cánh quan hệ giữa momen truyền quacánh và thông số kích thước cánh có dạng

Mb = 2 5

n b D

b 

tn t D

Với trọng lượng riêng của chất lỏng , b, t là hệ số momen xoắn, D là đườngkính lớn nhất của bánh Từ đó ta có

Kbm =

b

t M

Là đường phân chia giữa hai giai đoạn đó hiệu suất truyền động của bộ biến

mô cho thấy năng lượng truyền cho bánh bơm được truyền đến bánh tuabin với hiệuquả ra sao Năng lượng ở đây là công suất của bản thân động cơ tỉ lệ với tốc độ củađộng cơ (vòng/phút) và mômen động cơ do mômen được truyền với tỉ số gần 1:1trong khớp thuỷ lực nên hiệu suất truyền động trong dải khớp nối sẽ tăng tuyến tính

và tỉ lệ với tốc độ Tuy nhiên hiệu suất truyền động của bộ biến mô không đạt được100% và thường đạt được khoảng 95% Sự tổn hao năng lượng là do nhiệt sinh ratrong dầu và ma sát Khi dầu tuần hoàn nó được bộ làm mát dầu làm mát

- Điểm dừng va điểm li hợp

Điểm dừng chỉ tình trạng ở đó mà bánh tuabin không chuyển động Sự chênhlệch tốc độ quay giữa bánh bơm và bánh tuabin la lớn nhất Tỉ số truyền mômen của

bộ biến mô là lớn nhất tại điểm dừng ( thường trong phạm vi từ 1,7 đến 2,5 ) hiệusuất truyền động bằng 0

Điểm ly hợp khi bánh tuabin bắt đầu quay và tỉ số truyền tốc độ tăng lên, sựchệnh lệch tốc độ quay giữa bánh tua bin và bánh bơm bắt đầu giảm xuống Tuynhiên, ở thời điểm này hiệu suất truyền động tăng Hiệu suất truyền động đạt lớnnhất ngay trước điểm li hợp Khi tỷ số tốc độ đạt tới một trị số nào đó thì tỉ số

hợp và bộ biến mô sẽ hoạt động như một khớp nối thuỷ lực để ngăn không cho tỉ sốtruyền mômen tụt xuống dưới 1.

3.2 Bộ bánh răng hành tinh

Bộ bánh răng hành tinh được đặt trong vỏ hộp số chế tạo bằng hợp kim nhôm

Nó có trể thay đổi tốc độ đầu ra hoặc chiều quay của hộp số, sau đó truyền chuyểnđộng này đến bộ truyền động cuối cùng Bộ bánh răng hành tinh bao gồm : các bánhrăng hành tinh, các li hợp và phanh Bộ truyền bánh răng hành tinh trước và bộtruyền bánh răng hành tinh sau được nối với các li 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 vàcác phần tử cố định để tạo ra các tỷ số truyền bánh răng khác nhau và vị trí số trunggian

HÌNH 1.11 bộ truyền bánh răng hành tinh Cấu tạo của HSHT trên ôtô và các phương tiện giao thông khá phức tạp HSHT được tổ hợp từ các cơ cấu hành tinh cơ bản hoặc các cơ cấu hành tinh tổng hợp.Trênôtô dùng ba loại cơ bản sau:CCHT kiểu Wilson độc lập, CCHT theo sơ đồ

Simson, Bộ truyền hành tinh Ravigneaux

3.2.1 Bộ truyền hành tinh Wilson

Hình 1.12 Cơ cấu hành tinh Wilson Được cấu tạo từ ba phần tử cơ bản có cùng trục quay gồm một bánh răng mặttrời, một bánh răng bao và một cần dẫn Các bánh răng hành tinh quay trơn trên cầndẫn ăn khớp đồng thời với bánh răng mặt trời và bánh răng bao, đóng vai trò nhưphần tử trung gian nối giữa ba phần tử cơ bản Các phần tử của CCHT Wilson có 2ràng buộc về hình học và 2 ràng buộc về động học :

Từ phương trình liên kết, nhận thấy chỉ cần xác định được chuyển động của 2 phần

tử là xác định được chuyển động của cả cơ cấu Bởi vậy, CCHT Wilson có 2 bậc tự

do

3.2.2 Bộ truyền hành tinh Simpson

Các phần tử M1, N1, H1, G1 (S1, R1, P1, C1) CCHT Simpson gồm hai CCHT cơ bản

thứ nhất M2, N2, H2, G2(S2, R2, P2 , C2) thuộc dãy hành tinh thứ hai Rút

ra được các ràng buộc về động học và hình học của các phần tử trong CCHTSimpson:

3.2.3 Bộ truyền hành tinh Ravigneaux

Cấu tạo của CCHT kiểu ravigneaux gồm 2 bánh răng mặt trời M1(S1), M2(

2

S ) nối với 2 trục khác nhau Hai nhóm bánh răng hành tinh H1(P1), H2(P2)

ăn khớp với nhau và nằm trên một giá hành tinh G(C), một bánh răng bao N(R) ănkhớp với H2 còn H1 ăn khớp với M2 Sơ đồ cấu tạo như hình vẽ

CCHT Ravigneaux có 4 ràng buộc động học và 4 ràng buộc hình học:

r R R= r C2 C + r P2 P2 , r R=r C2+r P2

Từ các ràng buộc trên và đặc tính của dãy hành tinh cơ bản Wilson K1 =

1

R S

Từ hệ phương trình liên kết trên, nhận thấy chỉ cần xác định được chuyển động của

2 phần tử trong đó là xác định được chuyển động của toàn bộ CCHT Ravigneaux

đa của các CCHT đã giảm xuống Để có được số lượng số truyền mong muốn cần

sử dụng nhiều CCHT khác nhau trong hộp số

Hộp số chính dùng trên ô tô có thể chia ra: một hoặc nhiều nhóm tỉ số truyền Hộp

số có một nhóm tỉ số truyền gồm các CCHT đơn lẻ kiểu Simpson, Ravigneaux hayđược tổ hợp từ các CCHT kiểu Wilson Hộp số có hai hay nhiều nhóm tỉ số truyềngồm các CCHT đã được tổ hợp như trên cùng với CCHT đơn giản Các ô tô conhiện đại thường bố trí các loại động cơ có số vòng quay lớn, hộp số cần có nhiều sốtruyền và tỉ số truyền thay đổi trong giới hạn rộng, trong khi đó không gian chỉ chophép trong giới hạn nhất định, vì vậy hộp số đã được cấu tạo thành hai phần nhằmgiảm bớt tỉ số truyền cho các bộ truyền, thu gọn kích thước chung Đối với loại hộp

số được cấu tạo từ nhiều phần, hộp số được chia ra: phần chớnh hộp số, phần phụhộp số Phần phụ hộp số cú thể đặt trước hoặc đặt sau phần chớnh Để tạo nờn nhiều

tỉ số truyền cho hộp số, giữa cỏc phần của hộp số cần cú mối liờn hệ nhất định vớinhau Sự liờn hệ này tạo ra khả năng tổ hợp giữa cỏc CCHT riờng biệt với nhau Cúhai cỏch tổ hợp cỏc CCHT liờn tiếp là nối tiếp và song song Với dạng nối tiếp, đầu

ra của cơ cấu này cú thể là đầu vào của cơ cấu tiếp theo, vỡ thế tỉ số truyền của cả tổhợp là tớch cỏc tỉ số truyền thành phần Với dạng song song, dũng truyền cụng suất

cú thể được chia nhỏ, do vậy, hiệu suất truyền sẽ được tăng lờn đồng thời tạo điềukiện để điều khiển cỏc dũng cụng suất riờng biệt

3.3 Hệ thống thủy lực

Bộ điều khiển thủy lực cú chức năng tạo ra ỏp suất thủy lực, điều chỉnh ỏp suấtthủy lực bằng cỏc van điều ỏp sơ cấp, van bướm ga thớch hợp cới cụng suất phỏt racủa động cơ.Hệ thống điều khiển đúng mở cỏc ly hợp và phanh để thực hiện chuyểnsố

Hỡnh 1.15 Cỏc chức năng điều khiển của hệ thống thủy lực

Bơm dầu: Bơm dầu của hộp số tự động thờng đặt trên vách ngăn giữa biến mô

và hộp số hành tinh, đợc dẫn động bởi trục của bánh bơm

Phanh kiểu nhiều đĩa ướt : Khi áp suất thuỷ lực tác động lên xi lanh pít tông

sẽ dịch chuyển và ép các đĩa thép và đĩa ma sát tiếp xúc với nhau Do đó tạo nênmột lực ma sát lớn giữa mỗi đĩa thép và đĩa ma sát Kết quả là cần dẫn hoặc bánhrăng mặt trời bị khoá vào vỏ hộp số Khi dầu có áp suất được xả ra khỏi xi lanh thìpíttông bị lò xo phản hồi đẩy về vị trí ban đầu của nó và làm nhả phanh

Hình 1.16 Cấu tạo phanh nhiều đĩa ướt

Ly hợp ma sát ướt: Các đĩa ma sát được lắp bằng then với moayơ của li hợp

truyền thẳng còn các đĩa thép được lắp bằng then với tang trống li hợp truyền thẳng.Tang trống li hợp truyền thẳng ăn khớp với tang trống đầu vào của bánh răng mặttrời và tang trống này lại được ăn khớp với các bánh răng mặt trời trước và sau Kếtcấu được thiết kế sao cho ba cụm đĩa ma sát, đĩa thép và các tang trống quay cùngvới nhau

Hỡnh 1.17 Cấu tạo ly hợp nhiều đĩa ướt

Van điều khiển: Van điều khiển thờng sử dụng dạng van thuỷ lực con trợt Các

van con trợt có dạng nhiều bậc để có thể đóng mở nhiều đờng dầu đa tới các phần tử

Tới ly hợp khoá

Bộ chuyển

đổi số từ tốc độ ôtô

Từ bộ van

mở dầu chuyển số

Bộ chuyển

đổi số từ

động cơ tới

Hỡnh 1.18 Van điều khiển

Van điện từ: Van điện từ sử dụng để điều khiển sự làm việc của cỏc van

chuyển số Cú 2 loại van điện từ : van điện từ điều khiển chuyển số và van điện từtuyến tớnh để điều khiển tăng giảm ỏp suất dầu theo dũng điện điều khiển ECU

Hỡnh 1.19 Cỏc loại van điện từ

Hỡnh 1.20 Hệ thống thủy lực

3.4 Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển nhận tớn hiệu từ cỏc cảm biến và cú nhiệm vụ điều khiểncỏc trạng thỏi làm việc của hộp số hành tinh như : Điều khiển thời điểm chuyển số,điều khiển khúa biến mụ, điều khiển tối ưu ỏp suất cơ bản Hệ thống điều khiển cócác loại cảm biến : Cảm biến tốc độ, cảm biến vị trí bớm ga, cảm biến nhiệt độ,nhiệt độ dầu, áp suất dầu…

Hình 1.21 Nguyên lý hệ thống điều khiển điện tử ECT

3.2.6 Các cảm biến và công tắc

Các cảm biến đóng vai trò thu thập các dữ liệu khác nhau để xá định thời điểmchuyển số và khóa biến mô thích hợp, và biến nó thành các tín hiệu điện rồi truyềntới ECU Các cảm biến sử dụng trong hộp số tự động bao gồm:

Công tắc chọn chế độ hoạt động Xác định thời điểm chuyển số và khóa

biến mô sẽ áp dụng trong chế độ bìnhthường hoặc tải nặng

Công tắc khởi động trung gian Phát hiện vị trí số(‘L’,’2’, và ‘N’)

Cảm biến vị trí bướm ga Phát hiện góc mở của bướm ga

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Phát hiện nhiệt độ nước làm mát

Cảm biến tốc độ Phát hiện tốc độ xe

Công tắc đèn phanh Phát hiện mức độ đạp chân ga

Công tắc chính số truyền tăng Ngăn không cho chuyển lên số truyền

tăng nếu công tắc chính số truyền tăngngắt

ECU điều khiển chạy tự động Khi tốc độ xe giảm xuống dưới tốc độ

đặt trong hệ thống điều khiển chạy tựđộng, nó phát ra một tín hiệu hủy số sốtruyền tăng và hủy khóa biến mô

II Phân loại hộp số tự động

Hộp số tự động chuyển số bao hàm các loại hộp số có khả năng tự thay đổi tỉ sốtruyền trong hộp số của hệ thống truyền lực Phân loại theo kết cấu hình thành baogồm các dạng thường dùng trên ôtô như sau :

- Hộp số cơ khí và bộ truyền thủy động vô cấp : Loại này sử dụng hộp số cơkhí có bánh răng ăn khớp ngoài hay bánh răng ăn khớp trong, với bộ biếnmômen thủy lực Kết cấu này được bố trí trên nhiều ôtô hiện nay

- Hộp số cơ khí và bộ truyền động đai vô cấp : Loại này bố trí trên ôtô con cóthể tích làm việc của động cơ nhỏ hơn 1dm3 và trên xe chuyên dụng có tốc

độ thấp

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

I CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG, CHỌN PHƯƠNG ÁN

Sau đây em đưa ra một số dạng sơ đồ động học đã được tổ hợp của hộp số hànhtinh 4 số tiến, để tiến hành so sánh ưu nhược của các dạng sơ đồ đó nhằm lựa chọnmột sơ đồ tối ưu cho tính toán thiết kế

1 Phưong án I

1.1 Sơ đồ động học

Hình 2.1Hộp số hành tinh trên sơ đồ hình 2.1 gồm có bộ truyền hành tinh WILSON phíatrước và bộ truyền hành tinh SIMSON phía sau, cần dẫn của bộ truyền trước nốicứng với bánh răng bao của bộ truyền hành tinh sau Bánh răng bao của bộ truyềntrước được nối cứng với trục của bánh tuabin của biến mô Cần dẫn của bộ truyềnhành tinh sau nối với bộ vi sai của cầu xe Qúa trình chuyển các số được thực hiệnthông qua việc đóng mở các ly hợp C1, C2, C3 và các phanh B1, B2, B3 như thứ tựtrình bày trên hình 2.2

Với sơ đồ hộp số này có các ưu điểm sau: hộp số này có thể tạo ra được nhiềunhóm tỉ số truyền khác nhau do đầu vào của bộ truyền trước có thể thay đổi nhờviệc đóng mở các ly hợp C1, C2 Có thể tạo được số truyền tăng(OD) và ở số truyềntăng thì phanh B1 cũng ít phải làm việc nên tránh gây trượt làm giảm mất mát côngsuất do trượt, các phanh B1, B2, B3 chỉ làm việc ở các tốc độ thấp Tuy nhiên, trongquá trình chuyển số thì số lượng các ly hợp và phanh tham gia làm việc là khác

nhau làm tổn hao công suất của bộ truyền, sơ đồ này sử dụng nhiều phần tử điềukhiển và bộ truyền hành tinh nên kết cấu phức tạp, khó bố trí hộp số.

Với sơ đồ hộp số này có ưu điểm là: Hộp số chỉ sử dụng 2 cơ cấu hành tinh Winsonnên kết cấu đơn giãn, hộp số cũng có thể tạo ra được nhiều nhóm tỉ số truyền khácnhau nhờ việc thay đổi trạng thái làm việc của các ly hợp và phanh, hộp số sử dụngcác khớp một chiều nên quá trình đóng các ly hợp không gây ra va đập tăng tuổi thọcủa hộp số.Tuy nhiên, hộp số sử dụng nhiều phần tử điều khiển nên kết cấu phứctạp, khó bố trí, số lượng các phanh và ly hợp tham gia vào qua trình chuyển các sốthay đổi nhiều gây tổn hao công suất cho hộp số, các phanh B1, B2 phải làm việc ởcác tốc độ cao nên gây trượt làm mất mát công suất

Hình 2.5 Hộp số hành tinh trên sơ đồ hình 2.5 sử dụng 2 bộ truyền hành tinh loại simson

và bộ truyền hành tinh Wilson Đầu vào của bộ truyền hành tinh là trục ra của bánhtuabin của biến mô, đầu ra của bộ truyền là bánh răng bao của bộ truyền hành tinhWilson ăn khớp với bộ vi sai Hai bộ truyền này được bố trí trên cùng một trục vàbánh răng mặt trời trước nối cứng với bánh răng mặt trời sau của bộ truyền hànhtinh Simson Bộ truyền này tạo ra 3 số truyền thẳng và một số lùi Bộ truyền hànhtinh Wilson làm bộ truyền hành tinh OD Bộ truyền này tạo ra số truyền tăng Qúatrình chuyển các số được thực hiện thông qua việc đóng mở các ly hợp C0, C1, C2,các phanh B0, B1, B2, và các khớp một chiều F0, F1, F2 như thứ tự trên hình 2.6 Với sơ đồ hộp số này có ưu điểm sau: Hộp số có thể tạo ra được nhiều nhóm tỉ

sô truyền khác nhau, tạo ra được số truyền tăng Tuy nhiên, kết cấu hộp số rất phứctạp do sử dụng nhiều phanh, ly hợp và các cơ cấu hành tinh, số lượng các phần tửđiều khiển tham gia vao quá trình chuyển các số thay đổi khác nhau gây tổn haocông suất

3.2 Sơ đồ đi số

Vị trí số Bộ truyền simson Bộ truyền O/D

ăn khớp với bộ vi sai

Với sơ đồ hộp số này có ưu điểm là: Hộp số có thể tạo ra được nhiều nhóm tỉ sốtruyền khác nhau, kết cấu hộp số đơn giản hơn các phương án trước đó do chỉ sửdụng 2 cụm hành tinh Winson ghép theo kiểu CR- CR, số lượng các ly hợp vàphanh ít nên giảm tổn hao công suất, trong quá trình chuyển các tay số thì số lượngcác phần tử điều khiển khhông thay đổi ( dùng 2 phần tử điều khiển), hộp số có thểtạo được số truyền tăng(OD) và thời gian làm việc của phanh B1 ít nên giảm tổn haocông suất, các phanh B1, B2 chủ yếu làm việc ở các tốc độ thấp nên ít gây trượt Hộp

số tạo ra được số truyền thẳng

Nếu xe hoạt động trên mặt đường tốt và cần số ở chế độ sử dụng cả 4 số truyền

từ số I đến số IV thì khi chuyển số, phương án thứ 4 luôn có 2 phần tử điều khiểnlàm việc nên quá trình điều khiển dễ dàng hơn Mặt khác, ở 2 phanh B1, B2, thờigian hoạt động của chúng trong quá trình hoạt động của hộp số khi vận hành cũngrất ngắn lại thường ở vùng tốc độ thấp của động cơ, nên quá trình trượt diễn ra khi

phanh 1 phần tử của hộp số hành tinh cũng nhỏ nhờ vậy giảm được tổn hao côngsuất Nếu ở số Overdrive (OD) và có thêm nút bấm mang chức năng kích hoạt thìkhi xe vận hành trong điều kiện thông thường, phanh B1 cũng ít phải hoạt động đểtạo ra số truyền IV, nhờ đó giảm thiểu đáng kể tổn thất do tốc độ động cơ lúc nàytương đối cao, dễ gây trượt Ngoài ra, kết cấu của phương án thứ 4 sữ dụng ít có cấuđiều khiển hơn các phương án khác, số bộ truyền hành tinh cũng ít hơn, số trục lồngcũng ít nên độ phức tạp cũng giãm đi, chế tạo dễ hơn Với các lý do trên, sơ đồđộng học của hộp số hành tinh thứ 4 mang nhiều ưu việt hơn trong tính toán, chếtạo, bố trí các PTĐK trong hộp số, đồng thời mở ra khả năng điều khiển các phẩn tửtrong hộp số một cách tối ưu nhằm giảm thiểu tổn thất công suất khi xe hoạt độnggây nên bởi sự trượt các bề mặt ma sát ở các PTĐK

II Phân phối tỉ số truyền các tay số theo phương án đã chọn

Phương trình động học của dãy hành tinh được viết dựa trên cơ sở xác lập mốiquan hệ tốc độ góc tương đối giữa các cặp bánh răng khi dừng giá hành tinh C

Từ công thức Willitse, có tỉ số truyền của bộ truyền hành tinh cơ sở được sử dụngtrong tính toán:

R R

bởi kích thước của bánh răng hành tinh và của kích thước chung Giá trị K thườngnhận được từ 1,5 đến 4.

Từ phương trình động học của bộ truyền hành tinh cơ sở, có mối quan hệ động họctrong cả hộp số được biểu diễn trong hệ phương trình động học sau:

tử bị động Quan hệ số vòng quay trên trục chủ động chia cho số vòng quay trêntrục bị động là tỉ số truyền của cơ cấu hành tinh ở trạng thái đang xét

Hộp số được lựa chọn có đầu vào là bánh răng mặt trời S2, đầu ra là bánh rănghành tinh C2 Do đó tỉ số truyền của hộp số được tính theo công thức sau:

2

2

S h C

Hình 2.9 Dòng truyền công suất tay số I

2 1

2

S h C

Hình 2.10 Dòng truyền công suất tay số II

1 2 2

1

( 1)

C R

K K

K i

Hình 2.11 Dòng truyền công suất tay số III

2 2

1

S hIII C

K i

S l C



  

6 Bảng thống kê các tỉ số truyền từng tay số

Biến mô phải truyền hết được công suất lớn nhất và mômen lớn nhất của động

cơ Vùng điều chỉnh rộng với hiệu suất cao, nghĩa là phải có hệ số biến mô càng lớncàng tốt, tỷ số truyền ứng với thời điểm khi biến mô thuỷ lực chuyển sang chế độ lyhợp lớn Qua những phân tích ở trên chọn biến mô thuỷ lực hỗn hợp là loại nhạy,một cấp và có chế độ truyền thẳng Như vậy mới đảm bảo được những yêu cầu của

xe thiết kế

2 Tính toán chọn kích thước cơ bản biến mô thuỷ lực

2.1 Đường đặc tính tốc dộ ngoài của động cơ

Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là đường biểu thị mối quan hệ giữacông suất động cơ Ne, mômen động cơ Me theo số vòng quay trục khuỷu ne Theođộng cơ tham khảo ta có đường đặc tính momen (hình 2.15)

Chọn kích thước thiết kế của biến mô thuỷ lực được tiến hành trên cơ sở dùngphương pháp “tương tự ” Theo phương pháp này, với chế độ “dừng lại” tương ứng

khi phanh bánh tuabin biểu diễn các điểm làm việc đồng thời của biến mô thuỷ lực

và động cơ ( MB =Me và nB = ne ) thì đường kính thiết kế của biến mô bằng :

Da = 5

2

1

nb

λ : Hệ số mômen của biến mô λ = 3,19.10-6 (ph2/vg2) (từ đồ thị đặc tínhkhông thứ nguyên ta chọn λmax )

γ : Trọng lượng riêng của dầu biến mô trong buồng công tác, với dầu ở đây

ta dùng dầu Dixon II có γ = 8500 (N/m3)

nb : Số vòng quay tại điểm mà mômen lớn nhất nb = 2500(vg/ph)

Thay tất cả vào công thức ta có :

Da = 5

112

2.2 Các thông số của biến mô thuỷ lực được chọn

- Độ nhạy của biến mô thủy lực :

2.3 Xây dựng đường đặc tính trên trục vào của biến mô

Đường đặc tính trên trục vào của biến mô là đường biểu diễn mối quan hệ giữa mômen trên trục chủ động của bánh bơm M1 theo số vòng quay của nó:

mômen λ1 Với những giá trị của λ1 này ta tính được trị số mômen ứng với nhữnggiá trị khác nhau của số vòng quay của trục biến mô (n1 = ne).

Thay các giá trị vào công thức ta có :

1 D5

a(2.4) Tại i = 0,6 có λ 1-0.6 = 2,23.10-6 => M1-0.6 = λ 1-0.6 γ n2

1 D5

a Tại i = 0,75 có λ 1-0.75 = 1,80.10-6 => M1-0.75 = λ 1-0.75 γ n2

1 D5

a Tại i = 0,83 có λ 1-0.75 = 1,60.10-6 => M1-0.83 = λ 1-0.83 γ n2

1 D5

a Tại i = 0,91 có λ 1-0.91 = 1,40.10-6 => M1-0.91 = λ 1-0.91 γ n2

1 D5

a Chia dải tốc độ số vòng quay n1 từ 0 đến 6000 vg/ph thành các khoảng cáchnhau 500ph Từ đó ta lập được bảng :

ne 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500M1 4.4 17.5 39.3 69.8 109.1 157.1 213.8 279.2 353.4 436.3 527.9M2 3.6 14.3 32.1 57.1 89.2 128.5 174.9 228.5 289.2 357.0 431.9M3 3.4 13.7 30.8 54.7 85.5 123.1 167.5 218.8 277.0 341.9 413.7M4 3.1 12.2 27.5 48.8 76.3 109.8 149.5 195.2 247.1 305.0 369.1M5 2.5 9.8 22.2 39.4 61.5 88.6 120.6 157.6 199.4 246.2 297.9M6 2.2 8.8 19.7 35.0 54.7 78.8 107.2 140.1 177.3 218.8 264.8M7 1.9 7.7 17.2 30.6 47.9 68.9 93.8 122.5 155.1 191.5 231.7

Hình 2.15 Đồ thị đặc tính trên trục vào của biến mô

Nhận xét : Từ đồ thị ta thấy ứng với từng giá trị của ở1 theo tỷ số truyền ibm ta

xác định tập hợp đường M1 Khi vẽ đồ thị đặc tính trên trục vào của biến mô M1 và

đồ thị đặc tính ngoài động cơ Me cùng một tỷ lệ thì các giao điểm của đương M1 và

Me là các giao điểm A(n*

1,M*

1) Điểm A là điểm làm việc đồng bộ của động cơ vàbiến mô thuỷ lực, điểm A là một tập hợp điểm tuỳ theo chế độ tải trọng trongkhoảng tỷ số truyền của biến mô thuỷ lực ibm=0 đến 0.91

Tại tỷ số truyền ibm= 0 => A1( 2500 , 105 )Tại tỷ số truyền ibm= 0,2 => A2( 2800 , 111 )Tại tỷ số truyền ibm= 0,4 => A3( 2900 , 111 )Tại tỷ số truyền ibm= 0,6 => A4(3000 ,111 )Tại tỷ số truyền ibm= 0,75 => A5( 3400 , 109 )Tại tỷ số truyền ibm = 0,83 => A6( 3500 , 108 )Tại tỷ số truyền ibm= 0,91 => A7(3700 , 107 )

Tuy nhiên với biến mô thuỷ lực đặt trên ôtô thì vùng làm việc thường xuyên củabiến mô là vùng có hiệu suất là vùng có hiệu suất từ η = 80% cho đến η max.

Qua đồ thị M1 trên ta thấy tập hợp các điểm Ai là điểm làm việc đồng bộ củađộng cơ và biến mô thuỷ lực Các điểm làm việc đồng bộ giữa động cơ và biến môcủa biến mô ta đã chọn phần nào đó đã thoả mãn các yếu tố : Công suất, mômen,tính kinh tế nhiên liệu Nhưng do đặc điểm của xe ta thiết kế nên trong đồ án nàyđiểm làm việc đồng bộ tại trị số η = 80% đến η = 91% thì điểm A tương ứng vớiđiểm thiên về mômen khi đó sẽ tận dụng được lực kéo

2.4 Xây dựng đường đặc tính trên truc ra của biến mô

Đặc tính trên trục ra của động cơ và biến mô chính là đặc tính ngoài của động cơmới mà ta sẽ dùng đặc tính này để xây dựng đặc tính kéo của ôtô Từ những giaođiểm A=i ta xác định được trị số M*

1và số vòng quay n*

1của trục chủ động của biến

mô tương ứng với các tỷ số truyền i đã chọn

Theo đường đặc tính không thứ nguyên của biến mô, với những giá trị i đã xácđịnh ta sẽ tìm được các giá trị của M*

1,n*

1và η Với những thông số này ta sẽ xácđịnh được các đại lượng n2, M2, N2 tương ứng theo các công thức sau đây :

n2 =i n1M2 =M*

1.KbmN1 = M*

1.n* 1

Trên cơ sở biến mô thuỷ lực đã chọn ta xây dựng được đường đặc tính trên trục

ra của biến mô Ta có thể coi sự kết hợp của biến mô thuỷ lực và động cơ như làmột động cơ mới, các số liệu tính toán cho phần tiếp theo dựa trên các số liệu củađộng cơ mới để tính toán Trong trường hợp liên quan đến các chế độ làm việc ở tay

số truyền tăng tức là khi biến mô thuỷ lực đã được nối cứng thì công suất, mômenlấy theo giá trị của động cơ cũ đặt trên xe

IV XÁC ĐỊNH TỈ SỐ TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC