Đồ án thiết kế hệ thống truyền lực cho xe hybrid

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

Nước ta đang từng bước công nghiệp hóa hiện đại hóa, và ngành ôtô đóng vaitrò to lớn trong công cuộc xây dựng đất nước Ôtô đang dần trở thành phương tiệnđược sử dụng phổ biến nhất trong nhiều lĩnh vực khác nhau.Tuy nhiên, nguồn nhiênliệu dầu mỏ cạn kiệt dần đưa ra bài toán tìm nhiên liệu thay thế Cùng với nó, khíthải của ôtô là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm của môi trường, và đặcbiệt là ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người Chính vì vậy, việc tìm ra giải phápcải tiến nhiên liệu và hệ thống truyền lực ôtô đang rất cấp thiết

Đồ án tốt nghiệp em đã được giao nhiệm vụ thiết kế “Thiết kế hệ thống truyền lực cho xe Hybrid mắc nối theo sơ đồ nối ghép song song”.

Đồ án tốt nghiệp là điều kiện tất yếu rất quan trọng mà mọi sinh viên phảihoàn thành trước khi ra trường Qua đây sẽ tổng hợp và củng cố lại những kiến thức

đã học, giúp sinh viên hiểu hơn về lý thuyết và biết cách kết hợp giữa lý thuyết vớithực tế

Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Hữu Nam đã hết sức nhiệt tình và tâmhuyết khi hướng dẫn chúng em hoàn thành tốt đồ án này Đồng thời em bày tỏ sựcảm ơn sâu sắc đến các thầy giáo trong bộ môn ôtô cùng toàn thể các bạn trong lớp

đã giúp đỡ em trong thời gian làm đồ án

Mặc dù đã cố gắng, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn cũng như thiếukinh nghiệm thực tế nên trong khuôn khổ đồ án này sẽ không tránh khỏi nhữngthiếu sót Em rất mong các thầy góp ý, chỉ bảo thêm để đề tài của em được hoànthiện hơn

Hà Nội, ngày 04 tháng 06 năm 2010

Sinh viên thực hiện

TRẦN VĂN QUANG

Chương 1 Đặc điểm xe Hybrid

1 Định nghĩa xe Hybrid

Ôtô hybrid là dòng ôtô sử dụng động cơ tổ hợp Động cơ hybrid là sự kết hợpgiữa động cơ đốt trong thông thường với một nguồn năng lượng khác Bộ điềukhiển điện tử sẽ quyết định sử dụng nguồn năng lượng nào, tức là khi nào dùngđộng cơ đốt trong, khi nào dùng nguồn năng lượng kia, khi nào dùng vận hành đồngbộ

2 Các loại xe Hybrid

HEVs là viết tắt của H ybrid E lectric V ehicles , là loại xe hybrid sử dụng tổ hợpđộng cơ đốt trong và động cơ điện Với loại xe HEVs, có khả năng tái sinh nănglượng khi phanh hoặc xe xuống dốc, lúc này động cơ điện hoạt động như một máyphát điện tận dụng năng lượng sinh ra khi phanh để nạp cho ắc quy

PHEV là viết tắt của P lugin H ybrid E lectric V ehicles , cũng tương tự nhưHEVs sử dụng tổ hợp động cơ đốt trong và động cơ điện Nhưng trên loại xe PHEVkhông có khả năng tái sinh năng lượng, do đó ắc quy cần được nạp điện từ nguồnbên ngoài

HEV và PHEV sử dụng nguồn năng lượng điện là nguồn năng lượng sạch.Năng lượng điện được cấp từ ắc quy, và có thể tái sinh được thông qua quá trìnhphanh hay khi xe xuống dốc, hoặc được nạp từ lưới điện bên ngoài Hệ truyền độngđiện ít tổn hao và hiệu suất cũng cao

HHV là viết tắt của H ybrid H ydraulic V ehicles , là loại xe hybrid sử dụng kếthợp giữa động cơ đốt trong với mô tơ thủy lực Các chế độ hoạt động cũng như vậnhành của loại xe này cũng tương tự như loại sử dụng động cơ điện Nguồn nănglượng thủy lực cũng là một trong những nguồn năng lượng sạch Tuy nhiên hệthống thủy lực lại tổn hao nhiều năng lượng trên đường truyền

Trên các loại xe hybrid hiện nay, nguồn năng lượng từ động cơ đốt trong cũng

có thể được cải tiến :

Hoàn thiện động cơ đốt trong : bao gồm hệ thống common rail điều khiển điện

tử, xử lý khí thải trên đường xả bằng bộ xúc tác ba chức năng, hoặc nâng cao chấtlượng nhiên liệu, sử dụng diesel có hàm lượng lưu huỳnh thấp Nhiên liệu trên ôtôngày nay còn được thay thế bằng nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng, hay dung đồng thời(dual fuel)

Sử dụng pin nhiên liệu – pin hydrogen : là hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếphóa năng trong pin thành điện năng Do không xảy ra quá trình cháy nên nhiên liệuôtô là sạch Tuy nhiên việc nạp hydro dưới áp suất cao vẫn rất khó khăn

3 Ưu điểm của xe Hybrid

Về mặt đặc tính động lực học của xe : ở chế độ khởi hành, xe chỉ dùng động

cơ điện Đặc tính mômen cơ của động cơ điện như h1.1 cho ta thấy tại số vòng quaynhỏ mômen của động cơ cao, do đó sử dụng động cơ điện để khởi hành rất thíchhợp Còn khi số vòng quay vượt quá số vòng quay định mức thì khi tiếp tục tăng,đường mômen là đường hypebol bậc 2 (số vòng quay tăng thì mômen giảm) đườngnày cũng phù hợp với đặc tính động lực học của xe

H1.1: Đặc tính mômen cơ của động cơ điện.

Về tính tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm : dựa trên đặc tính của động cơđốt trong, ta thấy được dải hoạt động của mômen xoắn chưa tối ưu Ở tốc độ vòngquay động cơ thấp, mômen nhỏ không đáp ứng được điều kiện cản, do đó xe ôtôthông thường cần phải có hộp số Hơn nữa, đặc tính mức tiêu thụ nhiên liệu củađộng cơ cho thấy chỉ có một vùng động cơ hoạt động tối ưu với mômen lớn và mứctiêu thụ nhiên liệu nhỏ Xe hybrid giải quyết được vấn đề này, bộ điều khiển sẽquyết định trạng thái hoạt động của động cơ để điều chỉnh dải làm việc của động cơtrong vùng tối ưu của nó.

H1.2 là đặc tính kinh tế nhiên liệu của động cơ CR12DE ,của xe Nissan Cube.Đặc tính thể hiện được đường công suất ngoài và đường mức tiêu thụ nhiên liệu củađộng cơ thu được qua băng thử Từ công suất ngoài và mức tiêu thụ nhiên liệu củađộng cơ, ta xác định được đường kinh tế nhiên liệu của xe (đường nét gạnh trênH1.2) Trên đường này ta có công suất của động cơ lớn và mức tiêu thụ nhiên liệunhỏ, khi động cơ hoạt động trong vùng này sẽ tiết kiệm được nhiên liệu và có lượngphát thải độc hại ít

H1.2:Đặc tính của động cơ đốt trong

4 Đặc điểm xe HEVs

H1.3:Sơ đồ nguyên lý hệ thống Hybrid

Trên đây là sơ đồ nguyên lý hoạt động chung của loại xe HEVs Động cơ điệnđược sử dụng để khởi động xe, trong quá trình chạy bình thường sẽ vận hành động

cơ đốt trong, khi cần tăng tốc cực đại hay vượt dốc thì hai động cơ vận hành đồng

bộ Động cơ điện còn có công dụng tăng cường cung cấp năng lượng để xe tăng tốccực đại hoặc leo dốc Khi phanh xe hoặc xuống dốc, động cơ điện được sử dụngnhư một máy phát để nạp điện cho ắc quy Không giống như các phương tiện sửdụng động cơ điện khác, động cơ HEVs không cần nguồn điện bên ngoài, động cơđốt trong sẽ cung cấp năng lượng cho ắc quy khi cần thiết

Các chế độ làm việc của hệ thống Hybrid :

 Động cơ đốt trong một mình truyền năng lượng để đẩy xe chạy Chế độ nàyđược sử dụng trong vùng tối ưu của động cơ đốt trong Khi xe đạt đến một tốc độ đãđược xác định từ đặc tính động cơ, động cơ sẽ được khởi động và khi động cơ đạtđược số vòng quay ở vùng tối ưu thì động cơ điện sẽ tắt và xe được chạy hoàn toànbằng động cơ đốt trong

 Động cơ điện một mình truyền năng lượng để đẩy xe chạy Chế độ này được

sử dụng khi xe chạy ở chế độ khởi hành, vận hành xe ở tốc độ thấp, hay địa hình

hạn chế phát thải ô nhiễm Do đặc tính của động cơ điện có mômen lớn ở số vòngquay thấp nên tận dụng được mômen Khi ở số vòng quay thấp động cơ đốt trong cómức tiêu thụ nhiên liệu lớn do đó sử dụng động cơ điện sẽ tiết kiệm nhiên liệu ,vàkhông phát sinh phát thải độc hại.

 Cả hai động cơ đốt trong và điện truyền năng lượng để đẩy xe chạy Chế độnày được sử dụng trong quá trình tăng tốc hay leo dốc Khi xe tăng tốc đến tốc độ

mà động cơ đốt trong vượt ra khỏi dải tối ưu thì động cơ điện lại được khởi động bổsung năng lượng giúp đẩy xe Công suất hai động cơ được kết nối đẩy xe tăng tốccực đại hay cần mômen để vượt dốc

 Ắc quy thu năng lượng từ tải (phanh tái sinh) Trong quá trình phanh nănglượng được thu hồi và lưu tại pin để tái sử dụng sau thông qua một động cơ điện.Năng lượng sinh ra khi phanh trên xe thông thường chuyển hóa thành nhiệt năng,còn trên xe hybrid hệ thống phanh được cải tiến để thu hồi năng lượng chuyển thànhđiện năng nạp điện cho ắc quy

 Ắc quy thu năng lượng từ động cơ đốt trong Chế độ mà động cơ đốt trongnạp năng lượng cho pin khi xe dừng lại lúc đó không có năng lượng đi tới tải hoặckhi ắc quy cần nạp điện Khi xe dừng lại động cơ đốt trong có thể được tắt, nhưngnếu ắc quy cần nạp điện thì năng lượng từ động cơ không truyền tới bánh xe màtruyền qua động cơ điện để nạp cho ắc quy

 Ắc quy thu năng lượng từ động cơ đốt trong và từ tải đồng thời Khi xexuống dốc, năng lượng từ động cơ tới động cơ điện do không có cản, lúc này lựccản quán tính sẽ âm Năng lượng do lực này sinh ra sẽ cấp điện nạp cho ắc quy

 Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới tải và ắc quy đồng thời Khi ắc quycần nạp điện (sắp hết điện), dòng năng lượng từ động cơ chia thành hai dòng tớiđộng cơ điện để nạp cho ắc quy và tới bánh xe chủ động

 Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới ắc quy và động cơ điện nhận nănglượng từ ắc quy truyền tới tải

 Động cơ đốt trong truyền năng lượng tới tải và tải truyền năng lượng tới ắcquy thông qua động cơ điện

5 Các bộ phần chính trên xe hybrid

 Động cơ đốt trong : là nguồn động lực chính trong động cơ hybrid; có thể sửdụng động cơ xăng; động cơ diesel, động cơ hydro, khí hóa lỏng hoặc pin nhiênliệu

 Động cơ điện : là nguồn năng lượng bổ sung Động cơ điện nhận năng lượngđiện từ ắc quy và chuyển thành năng lượng cơ khí dẫn động bánh xe ,nhận nănglượng cơ khí từ động cơ đốt trong hay phanh tái sinh và chuyển năng lượng điện đểnạp cho ắc quy Ưu điểm của động cơ điện là cho mô-men lớn ở số vòng quay nhỏ,hoạt động êm, hiệu suất cao

 Hộp số : truyền và biến đổi mômen ,tốc độ giữa 2 nguồn động lực Với ô tôhybrid có thể dùng nhiều loại hộp số khác nhau Bốn loại hộp số thường dùng là:hộp số vô cấp, hộp số sang số tự động, hộp số tay, hộp số tự động thông thường với

bộ chuyển đổi mô-men

 Ắc quy: là một thành phần quan trọng của động cơ hybrid, đảm bảo các yêucầu như tạo dòng lớn, cho phép nạp điện trong quá trình phanh, độ bền cao Hiệnnay thường sử dụng ắc quy Nickel Metal Hydride thay thế cho ắc quy chì axit thôngthường Với những ưu điểm như : tuổi thọ cao ,trọng lượng nhỏ ,phù hợp cả khi sửdụng ở vùng công suất cao và nhiệt độ thấp ; loại ắc quy này đang được sử dụngrộng rãi trên ôtô điện và hybrid hiện nay Ngoài ra ,pin Lithinum-ion và Lithinum-polyme cũng có nhiều triển vọng áp dụng trong tương lai

 Bộ phận điều khiển: điều khiển các chế độ hoạt động và sự phối hợp giữađộng cơ đốt trong và động cơ điện

H1.4:Xe hybrid với động cơ xăng và điện

H1.4 giới thiệu các bộ phận chính trên một chiếc xe hybrid hiện nay cũng như

bố trí, sắp đặt các bộ phận này trên xe

6 Các phương án truyền động của xe Hybrid

Tuỳ theo sự phối hợp giữa động cơ nhiệt và động cơ điện mà có bốn dạng hệthống kết nối sau đây được sử dụng

6.1 Kiểu hybrid nối tiếp :

Động cơ điện truyền lực đến bánh xe, công việc duy nhất của động cơ nhiệt là

sẽ kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng nạp cho ắc quy hoặc cung cấp chođộng cơ điện Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để sạc bình ắc quy và một

sẽ dùng chạy động cơ điện Động cơ điện ở đây có vai trò truyền công suất tớitruyền lực chính và bánh xe chủ động để đẩy xe ,nhưng nó cũng có thể hoạt độngnhư một máy phát điện (tái sinh năng lượng) khi xe xuống dốc và thực hiện quátrình phanh

H1.5 :Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid mắc nối kiểu nối tiếp

H1.5 là sơ đồ nguyên lý chung của kiểu truyền lực mắc nối tiếp Hệ thốngtruyền lực loại này có các bộ phận chính như : động cơ đốt trong, máy phát, ắc quy,

bộ chuyển đổi điện, động cơ điện, hệ truyền lực và vi sai

Ưu điểm: Động cơ đốt trong sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ không tải

nên giảm được ô nhiễm môi trường, động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạtđộng tối ưu, phù hợp với các loại ôtô Mặt khác động cơ nhiệt chỉ hoạt động nếu xechạy đường dài quá quãng đường đã quy định dùng cho ắc quy Sơ đồ này có thểkhông cần hộp số

Nhược điểm: Tuy nhiên, tổ hợp ghép nối tiếp còn tồn tại những nhược điểm

như: Kích thước và dung tích ắc quy lớn hơn so với tổ hợp ghép song song, động cơđốt trong luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc để cung cấp nguồn điện cho ắc quy nên

dễ bị quá tải

Dòng năng lượng truyền tới bánh xe chủ động đi song song Cả động cơnhiệt và mô tơ điện cùng truyền lực tới trục bánh xe với mức độ tuỳ theo các điềukiện hoạt động khác nhau Ở hệ thống này động cơ nhiệt đóng vai trò là nguồn năng

lượng truyền mômen chính còn môtơ điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng tốchoặc vượt dốc Ở hệ thống lai này không cần dùng máy phát điện riêng do động cơđiện có tính năng hai chiều có thể làm nhiệm vụ nạp điện cho ắc quy trong các chế

độ hoạt động bình thường.Năng lượng ít tổn thất cho các cơ cấu truyền động trunggian, có thể có thêm một động cơ điện nhỏ hơn làm nhiệm vụ khởi động động cơđốt trong và dùng như một máy phát điện để nạp điện cho ắc quy

H1.6 :Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid mắc nối kiểu song song

H1.6 là sơ đồ chung của loại xe hybrid mắc nối theo sơ đồ song song Cũnggiống như kiểu lai trên ,ở đây cũng có đầy đủ các bộ phận chính đảm nhiệm cácchức năng của xe hybrid Tuy nhiên ,ở sơ đồ này không cần có máy phát ,nănglượng truyền từ động cơ đốt trong đến bánh xe chủ động không qua chuyển đổi cơ-điện-cơ

Ưu điểm : Công suất của ôtô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả hai nguồn năng

lượng, mức độ hoạt động của động cơ điện ít hơn động cơ nhiệt nên dung lượngbình ắc quy nhỏ và gọn nhẹ, trọng lượng bản thân của xe nhẹ hơn so với kiểu ghépnối tiếp và hỗn hợp

Nhược điểm : Động cơ điện ( máy điện) cũng như bộ phận điều khiển mô tơ

điện có kết cấu phức tạp, giá thành đắt và động cơ nhiệt phải thiết kế công suất lớn

hơn kiểu lai nối tiếp Tính ô nhiễm môi trường cũng như tính kinh tế nhiên liệukhông cao.

6.3 Kiểu hybrid nối tiếp – song song :

Hệ thống này kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp và song song nhằm tận dụng tối

đa các lợi ích được sinh ra Hệ thống hybrid nối tiếp này có một bộ phận gọi là

"thiết bị phân chia công suất" chuyển giao một tỷ lệ biến đổi liên tục công suất củađộng cơ nhiệt và động cơ điện đến các bánh xe chủ động Tuy nhiên xe có thể chạytheo "kiểu êm dịu" chỉ với một mình động cơ điện

Như đã phân tích ở trên, H1.7 là sơ đồ tổng hợp của hai kiểu lai nối tiếp – songsong Các bộ phận chính của cả hai sơ đồ trên đều phải có trên kiểu xe này

H1.7 :Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid mắc nối kiểu nối tiếp-song song

Ưu điểm : hệ thống này có thể hoạt động như hệ thống nối tiếp hay song song

hoặc cả hai tùy thuộc điều kiện lái xe Ở tốc độ cao hệ thống hoạt động ở chế độsong song , công suất truyền trực tiếp từ động cơ đến bánh xe , lúc này động cơ cóthể chạy gần như với hiệu quả cao nhất của nó.Ở điều kiện chạy chậm hay dừng xe ,

hệ thống sẽ chạy ở chế độ nối tiếp, công suất truyền từ động cơ đến máy phát tới mô

tơ, để cho phép nó chạy với hiệu suất cao nhất của nó

Nhược điểm : hệ thống này phức tạp hơn và chi phí cao hơn Bắt buộc phải có

một máy phát điện, và cần thêm vào một hệ thống khớp nối cơ khí như một vi sai

Hệ thống lai hỗn hợp có cấu trúc tương tự như loại lai nối tiếp – song song Sơ

đồ kiểu hybrid này như H1.8 Khác biệt duy nhất là các kết nối điện được chuyển từ

bộ chuyển đổi tới ắc quy và một bộ chuyển đổi nữa sẽ được thêm vào giữa động cơđiện/máy phát và ắc quy Điểm khác biệt này cho phép hệ thống chuyển đổi linhhoạt giữa hai kiểu nối tiếp và song song Hệ thống này cũng có các ưu, nhược điểmnhư kiểu lai trên Tuy nhiên ,đó cũng là nhược điểm của hệ thống này kết cấu của

hệ thống sẽ phức tạp hơn, yêu cầu của ắc quy cũng đòi hỏi cao và tất nhiên giáthành cũng rất cao

H1.8 :Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid mắc nối kiểu phức tạp

Chương 2 Phân tích chọn phương án

Trong hệ thống truyền lực hybrid mắc nối theo sơ đồ kết nối song song, bộ kếtnối giữa động cơ đốt trong và động cơ điện là một bộ phận rất quan trọng quyếtđịnh đến tốc độ và mômen xoắn ra của xe Sau đây, em xin phân tích các phương áncủa bộ kết nối

H2.1:Thiết bị kết nối mômen

Một thiết bị kết nối mômen như sơ đồ H2.1 gồm có 3 cổng và có 2 bậc tự do.Cổng 1 là đầu vào đơn hướng, cổng 2 và 3 là cổng ra hoặc vào 2 chiều, nhưng cả 2không cùng là cổng vào một lúc Cổng 1 kết nối trực tiếp với động cơ đốt tronghoặc thông qua 1 hộp số cơ khí Cổng 2 kết nối trực tiếp với trục của mô tơ điệnhoặc qua 1 hộp số cơ khí Cổng 3 kết nối với bánh xe chủ động qua liên kết cơ khí.Nếu bỏ qua tổn thất và giả sử cổng 2 đang là cổng vào thì năng lượng ra bánh

Mômen kết nối có thể được biểu diễn : T3 = k1T1+k2T2 với k1 và k2 là tham sốcấu trúc của bộ kết nối mômen

Vận tốc góc ω1 ,ω2 và ω3 quan hệ với nhau : ω3 = ω1/k1 = ω2/k2

Thiết bị kết nối mômen có rất nhiều kiểu khác nhau H2.2 cho thấy một sốthiết bị cơ bản như : truyền động bánh răng, đai hay sử dụng trực tiếp mô tơ điện.Mỗi thiết bị sẽ cho một thông số về k1 và k2 khác nhau

H2.2:Một số thiết bị kết nối mômen

Do tính đa dạng của bộ kết nối mômen nên hệ thống truyền lực hybrid songsong có nhiều cấu hình khác nhau Dựa trên bộ kết nối mômen được dùng ,cấu hình

1 hay 2 trục sẽ được sử dụng Trong mỗi cấu hình, hộp số có thể được đặt tại các vịtrí khác nhau dẫn đến đặc tính kéo khác nhau

H2.3:Cấu hình 2 trục

Trên đây là 1 cấu hình 2 trục của hệ thống truyền lực hybrid, trong đó bộ kếtnối được sử dụng là kiểu hộp giảm tốc với 2 cặp bánh răng ăn khớp ngoài Hộp sốđược đặt giữa bộ kết nối mômen và bánh xe chủ động Hộp số tăng cường mômencủa cả động cơ và mô tơ điện với cùng tỷ lệ.Cấu hình này sẽ thích hợp khi động cơ

và mô tơ điện tương đối nhỏ được sử dụng

H2.4:Cấu hình 1 trục

H2.4 là cấu trúc đơn giản và gọn nhẹ nhất của bộ kết nối mômen của kiểu laisong song, cấu hình 1 trục, roto của mô tơ điện có chức năng như 1 bộ kết nốimômen (với k1=1 và k2=1) Mô tơ điện có thể đặt giữa động cơ và hộp số hoặc ởgiữa hộp số và truyền lực cuối Trong hình trên mômen của cả động cơ và mô tơđiện được biến đổi bởi hộp số Tuy nhiên ,động cơ va mô tơ điện được yêu cầu códải tốc độ như nhau.Cấu hình này được dùng với loại mô tơ nhỏ, được gọi là hệthống truyền lực hybrid nhẹ, trong đó chức năng của động cơ điện như 1 máy khởiđộng, 1 máy phát điện, 1 động cơ phụ và cho phanh tái sinh

 Ưu điểm : kết cấu nhỏ gọn, đơn giản Đặc tính kéo của xe gần giống với

đặc tính tối ưu Hiệu suất cao do ít tổn hao qua bộ truyền

 Nhược điểm : hai nguồn động lực cần có dải tốc độ như nhau do ở chế

độ hybrid tốc độ trục ra phải tỉ lệ với cả tốc độ của động cơ đốt trong và động cơđiện

2 Hệ thống truyền lực hybrid dùng bộ kết nối tốc độ

H2.5:Thiết bị kết nối tốc độ

Năng lượng được cung cấp bởi 1 nguồn năng lượng có được kết nối cùngnhau bằng cách cộng tốc độ của chúng Tương tự bộ kết nối mômen, bộ kết nối tốc

độ có sơ đồ như H2.5 cũng gồm 3 cổng – 2 bậc tự do Cổng 1 kết nối với động cơđốt trong với dòng năng lượng đơn hướng Cổng 2 và 3 có thể kết nối với mô tơđiện hoặc truyền lực cuối, cả 2 đều với dòng năng lượng 2 chiều

Bộ kết nối tốc độ cơ khí có thuộc tính : ω3 = ω1k1 + ω2k2

với k1 và k2 là hằng số kết hợp với cấu trúc và hình học được thiết kế Trong số

3 tốc độ ,ω1 , ω2 và ω3 ,2 trong số chúng độc lập với nhau và có thể điều khiển độclập Do sự ràng buộc của bảo toàn năng lượng, mômen xoắn được liên kết cùngnhau bởi : T3 = T1/k1 = T2/k2

Một thiết bị kết nối tốc độ điển hình là hệ bánh răng hành tinh như H2.6 :

H2.6:Hệ bánh răng hành tinh Willson

Hệ bánh răng hành tinh gồm 3 cổng đơn vị : bánh răng mặt trời, bánh răngbao và cần dẫn được đánh số 1,2,3 tương ứng trên hình.

Với ig = R2/R1 = Z2/Z1 ta có mối quan hệ tốc độ và mômen như sau :

Thiết bị khác được sử dụng như một bộ kết nối tốc độ là mô tơ điện với statokhông cố định (được gọi là transmoto) Có thể coi mô tơ gồm có stato cố định vớikhung như 1 mô tơ truyền thống, và có 2 roto – roto trong và roto ngoài Rotongoài, roto trong và khoảng không khí là 3 cổng như H2.7 :

hệ mômen : Tor = Tir = Te

Tương tự thiết bị kết nối mômen, bộ kết nối tốc độ có thể sử dụng để cấuthành hệ thống truyền lực hybrid Với 2 loại thiết bị kết nối tốc độ dùng hệ bánh

răng hành tinh hay transmotor, ta cũng có 2 cấu hình khác nhau như hai ví dụ dướiđây H2.8 và H2.9

H2.8:Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc độ kiểu hệ bánh răng

hành tinh

Như đã phân tích về bộ kết nối tốc độ kiểu hệ bánh răng hành tinh ở trên, đểthay đổi chế độ hoạt động của xe ta bố trí thêm cơ cấu khóa 1 và 2 Khi khóa 1 hoạtđộng, năng lượng truyền từ động cơ đốt trong sẽ bị ngắt, còn khi khóa 2 hoạt độngbánh răng bao của hệ hành tinh đứng yên tức là năng lượng truyền từ động cơ điện

bị ngắt Khi cả hai khóa mở, xe hoạt động chế độ hybrid –cả hai động cơ cùngtruyền năng lượng tới bánh xe chủ động

H2.9:Hệ thống truyền lực hybrid sử dụng bộ kết nối tốc độ kiểu transmoto

Cũng hoàn toàn tương tự với sơ đồ H2.8, trên H2.9 khóa 1 và ly hợp 2 được sửdụng để khóa roto ngoài với khung và roto ngoài với roto trong, tương ứng Trạngthái của hai ly hợp và khóa quyết định đến chế độ hoạt động của xe

 Ưu điểm : đảm bảo tính linh hoạt về phương diện tốc độ của hai động cơ,

tránh được hiện tượng cưỡng bức tốc độ của 1 trong 2 nguồn khi tốc độ làm việckhác nhau

 Nhược điểm : kết cấu hệ bánh băng hành tinh cồng kềnh, còn transmotor

phức tạp yêu cầu chế tạo chính xác cao

3 Hệ thống truyền lực hybrid dùng hỗn hợp kết nối mômen và tốc độ

Bằng kết nối tổ hợp mômen và tốc độ, có thể thiết lập hệ thống truyền lựchybrid mà trong đó trạng thái kết nối mômen và kết nối tốc độ có thể được lựa chọnxen kẽ Ví dụ như sơ đồ H2.10 Ngoài sơ đồ H2.10 có rất nhiều sơ đồ sử dụng hỗnhợp kết nối mômen và tốc độ bắng cách dùng xen kẽ các cấu hình của hai kiểu bộkết nối

H2.10 : Sơ đồ hệ thống truyền lực hybrid xen kẽ mômen và tốc độ với hệ bánh

răng hành tinh

Khi chế độ kết nối mômen được chọn, khóa 2 khóa bánh răng bao của hệ hànhtinh với khung xe trong khi ly hợp 1 và 3 đóng còn ly hợp 2 mở Công suất củađộng cơ và mô tơ điện được cộng cùng nhau bằng cách cộng mômen của chúngthông qua bánh răng Za ,Zb và ly hợp 3 tới trục bánh răng mặt trời Trong trường

hợp này ,hệ bánh răng hành tinh chỉ có nhiệm vụ như 1 bộ giảm tốc Tỷ số truyền từbánh răng mặt trời tới cần dẫn : 1/3 = 1+ig

Khi chế độ kết nối tốc độ được chọn là chế độ hoạt động hiện hành, ly hợp 1

và 2 đóng trong khi ly hợp 3 mở, và khóa 1 và 2 giải phóng bánh răng mặt trời vàbánh răng bao Tốc độ của cần dẫn, kết nối tới bánh xe chủ động ,là sự kết hợp củatốc độ động cơ và mô tơ Nhưng mômen của động cơ, của mô tơ điện và trên bánh

xe chủ động giữ quan hệ cố định với nhau

Với phương án để chọn các chế độ kết nối công suất (khớp nối mô-men hoặckhớp nối tốc độ), các máy công suất có nhiều cơ hội hơn để lựa chọn cách thức hoạtđộng và khu vực hoạt động để tối ưu hóa hiệu suất của chúng Ví dụ, ở xe tốc độthấp, chế độ hoạt động kết hợp mô-men xoắn có thể thích hợp để tăng tốc cao hoặcleo dốc Mặt khác, ở xe tốc độ cao, chế độ kết hợp tốc độ sẽ được sử dụng để giữtốc độ động cơ trong khu vực tối ưu của nó Tuy vậy, kết cấu bộ truyền này phứctạp, kích thước lớn và đặc tính kéo cũng phức tạp hơn hai kiểu trên

2 Chọn phương án thiết kế

Qua các phân tích về đặc điểm và ưu nhược điểm của các phương án truyềnđộng cũng như các phương án kết nối truyền lực trên xe hybrid, em lựa chọn

phương án thiết kế : “Thiết kế hệ thống truyền lực cho xe Hybrid mắc theo sơ

đồ nối ghép song song và sử dụng bộ kết nối kiểu hệ hành tinh“ H2.11 cho ta

thấy sơ đồ hệ thống truyền lực sẽ được thiết kế trong đồ án này Với sơ đồ trên trụcđộng cơ đốt trong, động cơ điện và hộp số sẽ đảm bảo được yếu tố đồng trục

Nguyên lý hoạt động của phương án đã chọn trên :

 Chế độ chỉ động cơ đốt trong làm việc :

Ly hợp điện từ và phanh B1 hoạt động Động cơ điện không hoạt động, chỉ có động cơ đốt trong truyền lực tới bánh xe chủ động

H2.11: Sơ đồ phương án thiết kế

 Chế độ chỉ mô tơ điện làm việc :

Ly hợp và các phanh B1, B2 mở, động cơ đốt trong tắt, chỉ mô tơ điện truyền năng lượng tới bánh xe chủ động

 Chế độ lai :

Ly hợp điện từ đóng, hai phanh B1,B2 mở Ở chế độ này cả động cơ đốt trong

và mô tơ điện truyền năng lượng tới bánh xe chủ động

 Chế độ phanh tái sinh :

Động cơ đốt trong tắt, ly hợp mở Trong quá trình phanh mô tơ nhận mômenâm

 Chế độ động cơ đốt trong nạp điện cho ắc quy :

Mô tơ điện được điều khiển quay ngược lại, nhận năng lượng từ động cơ vàchuyển nó tới ắc quy

Chương 3 Tính chọn nguồn công suất cho xe hybrid

1 Sơ đồ hệ thống truyền lực

H3.1: Sơ đồ hệ thống truyền lực

Với sơ đồ hệ thống truyền lực như trên H3.1, ta sẽ tính chọn động cơ đốt trong,động cơ điện, ắc quy, tính thiết kế bộ kết nối và hộp số

2 Các trạng thái điều khiển của xe

 Chế độ một mình mô tơ kéo xe : khi tốc độ xe thấp hơn 1 giá trị định sẵn(35km/h),được gọi là đường thấp nhất của tốc độ xe mà tại đó động cơ không hoạtđộng ổn định, hoặc tiêu thụ nhiều nhiên liệu, hoặc phát thải cao, chỉ có động cơ điệnkéo xe Trong khi đó động cơ tắt hoặc ly hợp mở Năng lượng của các bộ phận nhưsau :

PL công suất kéo được lái xe điều khiển thông qua bàn đạp ga

Pm công suất ra của động cơ điện

PPPS-d năng lượng được ắc quy phát ra

m hiệu suất mô tơ

 Chế độ hybrid : khi công suất kéo được lái xe điều khiển, PL lớn hơn nănglượng mà động cơ có thể sinh ra, cả hai động cơ và mô tơ điện phải cung cấp nănglượng tới bánh xe chủ động cùng lúc Trong trường hợp này, hoạt động của động cơnằm trên đường tối ưu của nó bằng cách kiểm soát bướm ga của động cơ để sinh racông suất Pe Nguồn công suất còn lại được cung cấp bởi động cơ điện Các nănglượng được tính như sau :

Pm = (Pe - PL) t,e,mPPPS-c = PmmVới t,e,m hiệu suất truyền từ động cơ đến mô tơ

 Chế độ một mình động cơ đẩy xe : khi công suất kéo được lái xe điều khiển,

PL thấp hơn năng mà động cơ có thể sinh ra khi hoạt động trên đường tối ưu của nó

và ắc quy đã được sạc đầy Trong trường hợp này, hệ thống điện tắt và động cơ hoạtđộng để cấp năng lượng đáp ứng nhu cầu tải Các năng lượng như sau :

Pe = PL

Pm = 0PPPS = 0

3 Xác định công suất cần thiết

Khối lượng toàn bộ của xe (theo tham khảo xe Morning) G = 1300 kg

Công suất động cơ cần thiết theo điều kiện cản chuyển động :

3 max max 1

G : trọng lượng toàn bộ của xe

f : hệ số cản lăn của đường

vmax : tốc độ chuyển động lớn nhất của xe

 : mật độ không khí

c : hệ số cản khí động

F : diện tích cản chính diện của xe

t : hiệu suất của hệ thống truyền lực

Ta có : G = 13000 N;f = 0,01;vmax = 140 km/h;

= 1,205 kg/m3;c=0,3; F = 2m2;t = 0,95

Theo yêu cầu sử dụng vận hành của xe, động cơ điện sử dụng khi khởi hành xe, động cơ đốt trong sử dụng ở vận tốc trung bình, hai động cơ sử dụng khi cần tăng tốc tối đa hay vượt dốc

Công suất động cơ điện cần thiết để khắc phục sức cản và chạy xe đến 35 km/h :

Công suất động cơ đốt trong cần thiết để vận hành xe ở tốc độ 80 km/h :

Đặc tính tốc độ của động cơ đốt trong: thường nhận được nhờ băng thử công

suất Tham khảo đông cơ CR12DE ,của xe Nissan Cube :

H3.2:Đặc tính kinh tế nhiên liệu của động cơ đốt trong.

5 Tính chọn động cơ điện

Hiện nay, động cơ điện trang bị trên ôtô có rất nhiều loại khác nhau như: Động

cơ một chiều có chổi than, động cơ xoay chiều không đồng bộ, động cơ xoay chiềuđồng bộ, động cơ xoay chiều từ trở và động cơ một chiều không chổi than Xét vềđặc tính cơ của động cơ điện thì động cơ điện một chiều sẽ cung cấp một mômenkéo tốt hơn động cơ điện xoay chiều (H3.3).Động cơ điện một chiều có mômenkhởi động lớn phù hợp với đặc tính lý tưởng của xe Tuy nhiên loại động cơ điệnmột chiều có chổi than thì tuổi thọ không cao, trong quá trình vận hành đòi hỏi phảibảo dưỡng chổi than Còn động cơ điện một không chổi than thì có rất nhiều ưuđiểm nhưng giá thành cao và cũng chưa được phổ biến trên thị trường Động cơxoay chiều có nhược điểm là hệ thống điều khiển phức tạp, cần có bộ biến tần đểbiến đổi điện một chiều (DC) từ ắc quy thành dòng điện xoay chiều (AC) để cungcấp cho động cơ

Hình 3.3: Đường đặc tính của ba loại động cơ điện.

Đường1- Đặc tính của động cơ điện một chiều

+ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Bao gồm động cơ kích thích bằngnam châm vĩnh cửu hay kích thích điện từ Loại kích thích bằng nam châm vĩnh cữuchỉ dùng cho các loại động cơ có công suất nhỏ (cỡ vài chục W) Loại kích thíchđiện từ có dây quấn lấy điện từ ắc quy lưới điện một chiều và được dùng trongtrường hợp điều chỉnh điện áp trong phạm vi rộng, công suất lớn và điện áp thấphoặc điện áp cao

+ Động cơ điện một chiều tự kích thích: Tuỳ theo cách nối các dây quấn kíchthích ta có:

- Động cơ điện một chiều kích thích song song

- Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp

- Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp

thêm một nguồn kích thích phụ bên ngoài, điều này sẽ gây khó khăn trong việc bốtrí và sắp xếp các chi tiết nên ta không chọn loại động cơ điện loại này.

H3.5:Đường đặc tính của các loại động cơ điện 1 chiều

H3.5 chỉ ra đặc tính của : 1-động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp mắc thuận, 2-động

cơ 1 chiều kích từ song song, 3-động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp, 4-động cơ kích từ hỗn hợp mắc nghịch Trong các đặc tính trên chỉ có động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp

có dạng hypebol khi n thấp ta vẫn có M lớn Đặc tính này thích hợp với điều kiện khởi hành của ôtô do đó ta sử dụng loại động cơ này

H3.6:Sơ đồ mạch tương ứng của động cơ điện kích từ nối tiếp.

Tuỳ theo cách kích thích từ, động cơ điện một chiều có những tính năng khácnhau biểu diễn bằng các đường đặc tính làm việc Trong các loại đặc tính thì quantrọng nhất là đặc tính cơ: là đặc tính biểu thị quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (n

= f(M)) khi U = const

Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp có dạng của đườngHyperbol bậc hai Ta thấy rằng ở động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp, tốc độ

n giảm rất nhanh khi mômen M tăng và khi mất tải (I = 0, M = 0) có trị số rất lớn.Cũng vì vậy mà thường ít dùng động cơ điện một chiều trong các trường hợp dễ xảy

ra mất tải như dùng đai truyền Vì khi xảy ra mất tải thì tốc độ của động cơ sẽ tăngđột ngột rất nguy hiểm Với đặc tính cơ mềm mại như vậy, động cơ điện một chiềurất có ưu việt trong những điều kiện cần mở máy nặng nề và cần tốc độ thay đổitrong một phạm vi rộng Ví dụ ở các đầu máy kéo tải (xe điện, đầu máy điện, cầntrục )

Chọn điện áp làm việc của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Dựa vào website: ‘http://www.metricmind.com’ để lựa chọn động cơ điện :Tên gọi: MES 200-175 to 200-250 Công suất: 30 (kw)

Mô men định mức: 170 (Nm) Số vòng quay định mức: 1700 (vg/ph)

Số vòng quay lớn nhất: 5100 (vg/ph) Khối lượng: 61 (kg) Hiệu điện thế: 185 (V)

Bảng thông số nm ,Nm ,Mm của động cơ điện như sau :

nm 425 850 1275 1700 2125 2550 297

5

340 0

382 5

425

0 4675

510 0

Nm 7.5 15 22.5 30 30 30 30 30 30 30 30 30M

m 170 170 170 170

134.

8 112.

4 96.3 84.3 74.9 67.4 61.3 56.2

H3.7:Đặc tính mômen cơ của động cơ điện.

6 Tính chọn ắc quy

Ta thấy tại giá trị công suất định mức của động cơ điện Pm=23 (KW), cường

độ dòng điện định mức có giá trị I =124,3 (A)

Vì dung lượng ắc quy được sản xuất theo tiêu chuẩn, và với hiệu điện thếcủa động cơ điện là 185 (V), chọn loại ắc quy Nickel Metal Hydride ở dạng các cell

có thông số kỹ thuật của mỗi cell như sau :

 Dung lượng mỗi cell : 6,5 (Ah); Hiệu điện thế mỗi cell : 1,2(V)

 Số cell cần thiết : x = 185

1, 2 = 154 cell Các cell này phải mắc nối tiếp

Với 154 cell : CP = 154.6,5 =1001 (Ah)

 Số giờ thực tế xe chạy hết bình là: 1001 8,05

124,3

P P P

C t I

Chương 4 Thiết kế hệ thống truyền lực

1 Tính thiết kế bộ kết nối

H4.1:Sơ đồ bộ kết nối

Bộ kết nối có kết cấu : trục vào từ động cơ đốt trong nối với bánh răng mặttrời, trục vào từ động cơ điện nối với cần dẫn của bánh hành tinh, còn bánh răng baonối với trục sơ cấp của hộp số

Với các thông số cổng vào T1 = 110 (Nm) ,ω1 = 6600 (v/ph)

và T2 = 170 (Nm) ,ω2 = 5100 (v/ph)

Ở chế độ hybrid có quan hệ mômen giữa 2 cổng vào T1/k1 = T2/k2

và tốc độ cổng ra ω 3 = k1 ω 1+k2 ω 2

Theo công thức Willets ta có S Z.R (Z1).C 0

Với sơ đồ bộ kết nối đã chọn ở trên ta có k1 =

0, 40,6

k k

Ta thấy Z nằm trong khoảng (1,5÷4) nên thỏa mãn

1.2 Tính toán thiết kế các thông số của bộ kết nối

1.2.1 Tính toán thiết kế bộ hành tinh

1.2.1.1 Chọn vật liệu

Theo quan điểm để các bánh răng có thể sử dụng qua các chu kì bảo dưỡng,đại tu, sửa chữa và tiện cho việc sản suất hàng loạt vì vậy ta chọn vật liệu chế tạobánh răng là như nhau Tuy nhiên các bánh răng có cùng một môđun nên khi cácbánh răng ăn khớp các bánh răng lớn sẽ chịu tải ít hơn, vì vậy mà khi bánh răng béphải thay thế đại tu thì bánh răng lớn vẫn còn dùng được Ta chọn là thép hợp kim40CrNi,

Bánh răng lớn : Tôi cải thiện HRC = 55 - 63

Giới hạn bền δ = 900 Mpa Giới hạn chảy δ ch = 700 Mpa

Bánh răng nhỏ : Tôi cải thiện HRC =55 -63

Giới hạn bền δ = 900 Mpa Giới hạn chảy δ ch = 700 Mpa

1.2.1.2 Xác định ứng suất tiếp xúc – ứng suất uốn cho phép

[σH ] = σHolim.KHL/ SH

[σF ] = σFolim.KFL.KFC/ SF

Trong đó :

σHolim : ứng suất tiếp xúc cho phép

ΣFolim : ứng suất uốn cho phép

SH, SF : Hệ số an toàn khi tính về tiếp xúc và uốn

Tra bảng 6.2 [5]

Ta chọn SH = 1,2

SF = 1,55

KFC : Hệ số xét đến ảnh hưởng khi đặt tải.

KFC = 0,8 khi đặt tải 2 phía ( Bánh răng quay 2 chiều) KFC = 1 Khi đặt tải 1 phía ( bánh răng quay một chiều ).σHolim =23HRC, ΣFolim =750

Chọn độ rắn bánh răng nhỏ HRC1 =60, bánh răng lớn HRC2 =55σHolim1 =23HRC1 =23.60 =1380 , σFolim1 =750

σHolim1 =23HRC2 =23.55 =1265 , σFolim1 =750

NHO: Chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi thử về tiếp xúc :

NHO= 30.H2 , 4

HB

Nên ta có NHO1 = 30.6052,4 = 14,2.107 NHO2 = 30.5422,4 =109,3 107

NHE,NFE : Chu kì thay đổi ứng suất tương đương Khi bộ truyền chịu tải trọngtĩnh có : NHE = NFE = 60.c.n tΣ

Trong đó c, n, tΣ : Lần lượt là số lần ăn khớp của một vòng quay, số vòngquay trong một phút, tổng thời gian làm việc của bánh răng đang xét

Thời gian sử dụng của ôtô bằng quãng đường giữa 2 kỳ đại tu chia cho vậntốc trung bình :

Ta có NHE1 > NHO1 do đó KHL1 =1,tương tự có KHL2 =1

Vậy [σH ]1 = σHolim1.KHL/ SH = 1380.1/1,2 =1150 Mpa

[σF]2max = 0,8 σch2= 0,8.700 = 560 (MPa)

1.2.1.3 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền

Nhận thấy ở bánh răng đầu vào của hộp số là bánh mặt trời của tryền cơ sởWilson Ta có công thức tính vòng lăn bánh răng mặt trời:

dS = 67,5

3 3

2

110.10 1, 22.(0, 28 1)

1102 0, 28.0,3.3

 =55,64(mm)

làm tròn dS =60(mm)

Từ đó ta có :

Chiều rộng vành răng :

bS = ψbd d S = 0,3.60=18 (mm)Môđun chọn trong dãy tiêu chuẩn m=1,5

2 os 2.40 os30( 1) 1,5.(0,28 1)

1.2.1.4 Kiểm tra điều kiện công nghệ của các bánh răng

Bánh răng trong hộp số hành tinh thường dùng là răng trụ răng nghiêng do có

ưu điểm về độ ồn nhỏ và độ bền cao Số răng nhỏ nhất cho phép của bánh răng mặttrời là 14, bánh răng hành tinh là 10 Khi số răng của bánh hành tinh càng nhỏ thìtốc độ quay càng cao ,tốc độ lớn nhất của bánh răng hành tinh không vượt quá 7000vg/ph

Khi biết trước đặc tính Z của dãy thì số răng có thể xác định được , song phảiđảm bảo các quan hệ theo điều kiện đồng trục, lắp ráp , lân cận :

Theo điều kiện đồng trục tức là đảm bảo cho các bánh răng trung tâm của cơcấu hành tinh nằm trên cùng 1 trục thỏa mã điều kiện : cặp bánh răng ăn khớp giữacác bánh trung tâm với các bánh răng hành tinh có cùng khoảng cách trục

Theo điều kiện đồng trục số răng của bánh răng ZP2 bằng :

kề đều thoả mãn Như vậy ta có số răng của bộ truyền hành tinh sau:

Số răng bánh răng mặt trời : ZR2= 56 (răng)

Số răng bánh răng hành tinh : ZP2= 10 (răng)

Số răng bánh răng mặt trời : ZS2= 36 (răng)

1.2.1.5 Tính lại khoảng cách trục và tỷ số truyền

Khoảng cách trục từ bánh răng mặt trời ZS đến bánh răng hành tinh ZP :

Góc nghiêng của răng : β = 300

Số răng bánh răng mặt trời : ZR =56 (răng)

Số răng bánh răng hành tinh : ZP = 10 (răng)

Số răng bánh răng mặt trời : ZS = 36 (răng)

Đường kính vòng chia : dω = mn Z/cos β

Bánh răng bao ZR : dR= 0

1,5.56cos cos30

Công thức tổng quát : df = dω ± 2,5.mn

Dấu ( - ) ứng với ăn khớp ngoài Dấu ( + ) ứng với ăn khớp trong

Bánh răng bao ZR: dfR = dωR + 2,5.mn = 97 + 2,5.1,5 = 100,75 (mm) Bánh răng hành tinh ZP2 :dfP2 =dωP2 - 2,5.mn = 17,32-2,5.1,5= 13,57(mm) Bánh răng mặt trời ZS2 :dfS2 = dωS2 - 2,5.mn = 54 - 2,5.1,5= 50,25 (mm)Chiều rộng vành răng:

Ta có công thức tổng quát tính chiều rộng vành răng :

b = ψbd dω Bánh răng mặt trời ZS :

bS = ψbd dωS= 0,3.58 = 17,4 (mm)

Chọn bS = 18 (mm) , bR = 18 (mm) , bP = 17 (mm)

1.2.1.7 Xác định mômen truyền qua bộ kết nối

Mô men phân bố lên các trục của bộ kết nối

i : Tỷ số truyền từ động cơ đến chi tiết đang tính (động cơ mới )

ηt : Hiệu suất của hệ thống truyền lực, trong trường hợp này ta lấy giá trị

ηt = 0,95

Ta có, mômen truyền đến trục thứ cấp của hộp số ở chế độ hybrid Mt1 = 550 ( Nm)

1.2.1.8 Phân tích lực tác dụng trên các bánh răng

Trên hình các phản lực của khâu bị động tác dụng lên khâu chủ động là nét đứt,của các khâu chủ động tác dụng lên khâu bị động là nét liền

Từ hình vẽ, trên bánh răng hành tinh có các lực tác dụng ngược chiều nhau làlực hướng tâm Fr và lực dọc trục Fa Do đặc tính hình học cơ bản của cả bộ truyềnWilson là giống nhau nên các lực tác dụng trên bánh răng hành tinh là cùng độ lớn

Do đó trên đường tâm trục của bánh răng hành tinh lực hướng tâm và lực dọctrục bị triệt tiêu

Sơ đồ phân tích lực của bộ hành tinh Willson như h4.3 :

Trong đó :

Pi : Lực vòng tác dụng lên bánh răng thứ i