Bài tiểu luận: Phân tích động học cơ cấu hành tinh kiểu Wilson độc lập trong hộp số tự động

Thiết kế môn học Một hộp số mà trong đó việc chuyển số bánh răng được điều khiển bằng một ECU Bộ điều khiển điện tử được gọi là ECT – Hộp số điều khiển điện tử, một hộp số không sử dụng

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY

-THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT

Đề tài: Phân tích động học Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson độc lập trong

Thiết kế môn học TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT

Nhóm 5

Tên và tóm tắt yêu cầu, nội dung bài tập lớn: Phân tích động học Cơ cấu hành

tinh kiểu Wilson độc lập trong hộp số tự động.

Nội dung của bản thuyết minh, các yêu cầu chính:

1 Tổng quan về điều khiển hộp số tự động và ưu nhược điểm của hộp sốhành tinh

SV: Đới Xuân Quốc

2 Cấu tạo, sơ đồ và nguyên lý làm việc của hộp số hành tinh

SV: Phạm Văn Quỳnh

3 Các khả năng làm việc của hộp số hành tinh

SV: Nguyễn Hoài Sơn

4 Đánh giá và so sánh về mặt động học hai loại hộp số hành tinh thường gặp

5 Kết luận và đánh giá

Phần 4+5: SV Trần Đình Thắng & Trần Hồng Thiện

TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ TỰ ĐỘNG VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM

Với các xe có hộp số tự động thì người lái xe không cần phải suy tính khi nào cần lên số hoặc xuống số Các bánh răng tự động chuyển số tùy thuộc vào tốc độ xe và mức độ bàn đạp ga

Thiết kế môn học

Một hộp số mà trong đó việc chuyển số bánh răng được điều khiển bằng một

ECU (Bộ điều khiển điện tử) được gọi là ECT – Hộp số điều khiển điện tử, một hộp số không sử dụng ECU được gọi là hộp số tự động thuần thủy lực Hiện nay hầu hết các xe đều sử dụng ECT Đối với một số kiểu xe thì phương thức chuyển số có thể được chọn tùy theo ý muốn của lái xe và điều kiện đường đi Cách này giúp cho việc tiết kiệm nhiên liệu, tính năng và vận hành

xe được tốt hơn

2 Lịch sử phát triển

Ngay từ những năm 1990, ý tưởng về một loại hộp số tự động chuyển số đã được các kỹ sư hàng hải Đức nghiên cứu chế tạo Đến năm 1938, hộp số tự động đầu tiên ra đời khi hãng GM giới thiệu chiếc Oldsmobile được trang bịhộp số tự động Việc điều khiển ô tô được đơn giản hóa bởi không còn bàn đạp ly hợp Tuy nhiên do chế tạo phức tạp và khó bảo dưỡng, sữa chữa nên

nó ít được sử dụng

Đến những năm 70 hộp số tự động thực sự hồi sinh khi hàng loạt hãng ô tô cho ra các loại xe mới với hộp số tự động đi kèm Từ đó đến nay hộp số tự động đã phát triển không ngừng và dần thay thế cho hộp số thường Khi mới

ra đời, hộp số tự động là loại có cấp và được điều khiển hoàn toàn bằng thủylực Để chính xác hóa thời điểm chuyển số và để tăng tính an toàn khi sử dụng, hộp số có cấp điều khiển bằng điện tử (ECT) ra đời

Vẫn chưa hài lòng với các cấp tỷ số truyền của ECT, các nhà sản xuất ô tô

đã nghiên cứu, chế tạo thành công một loại hộp số tự động với vô số cấp tỷ

số truyền (hộp số tự động vô cấp) vào những năm của cuối thế kỷ XX cụ thểnhư sau:

 Hộp số tự động (HSTĐ), theo công bố của tài liệu công nghiệp ô tô CHLB Đức ra đời năm 1934 tại hãng Chysler Ban đầu HSTĐ sử dụng ly hợp thủy lực và hộp số hành tinh, điều khiển hoàn toàn bằng van con trượt thủy lực, sau đó chuyển sang dùng biến momen thủy lực đến ngày nay (tên gọi ngày nay dùng là AT)

 Tiếp sau đó là hãng Zil (Liên xô cũ 1949) và các hãng Tây Âu khác (Đức, Pháp, Thụy sỹ) Phần lớn các HSTĐ trong thời kỳ này dùng hộp số hành tinh 3, 4 cấp trên cơ sở của bộ truyền hành tinh 2 bậc tự

 Sau năm 1978 chuyển sang loại HSTĐ kiểu EAT (điều khiển chuyển

số bằng thủy lực điện tử), loại này ngày nay đang sử dụng

 Một loại HSTĐ khác là hộp số vô cấp sử dụng bộ truyền đai kim loại(CVT) với các hệ thống điều khiển chuyển số bằng thủy lực điện tử (nó cũng là một dạng HSTĐ)

 Ngày nay con người đã và đang chế tạo các loại truyền động thông minh, cho phép chuyển số theo thói quen lái xe (thay đổi tốc độ động

cơ bằng chân ga) và tình huống mặt đường, HSTĐ có 9, 10 cấp, …

Hệ thống truyền lực sử dụng HSTĐ được gọi là hệ thống truyền lực

cơ khí thủy lực điện tử, là lĩnh vực có nhiều ứng dụng của kỹ thuật

Thiết kế môn học

Ngoài ra, hiện nay để đáp ứng nhu cầu khách hàng và tăng tính an toàn khi sử dụng, các nhà chế tạo cho ra đời loại hộp số điều khiển bằng điện

tử có thêm chức năng sang số bằng cần như hộp số thường

Ở nước ta, hộp số tự động đã xuất hiện từ những năm 1990 trên các xe nhập về từ Mỹ và châu Âu Tuy nhiên do khả năng công nghệ còn hạn chế, việc bảo dưỡng và sữa chữa rất khó khăn nên vẫn còn ít sử dụng Hiện nay, cùng với những tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công nghệ chế tạo hộp số tự động cũng được hoàn chỉnh nên hộp số tự động đã khẳng định được tính ưu việt của nó và dần thay thế cho hộp số thường

3 Phân loại hộp số tự động

Có nhiều cách để phân loại hộp số tự động

3.1 Phân loại theo tỉ số truyền

 Hộp số tự động vô cấp: Là loại hộp số có khả năng thay đổi tự động,liên tục tỉ số truyền nhờ sự thay đổi bán kính quay của các puly

 Hộp số tự động có cấp: Khác với hộp số vô cấp, hộp số tự động cócấp cho phép thay đổi tỉ số truyền theo các cấp số nhờ các bộ truyềnbánh răng

Thiết kế môn học

Một loại là điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực, loại kia là loại điều khiểnđiện tử (ECT), nó cũng sử dụng số liệu trong ECU để điều khiển nhưng

có thêm chức năng chẩn đoán và dự phòng

 Hộp số điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực hoạt động bởi sự biến đổimột cách cơ khí tốc độ của xe thành áp suất ly tâm và độ mở bướm

ga thành áp suất bướm ga rồi dùng các áp suất thủy lực này để điều khiển hoạt động của các ly hợp và phanh trong cụm bánh răng hành tinh, do đó điều khiển thời điểm lên xuống số Nó được gọi là

phương pháp điều khiển thủy lực

 Hộp số điều khiển điện tử ECT, các cảm biến phát hiện tốc độ xe và

độ mở bướm ga biến chúng thành tín hiệu điện và gửi về bộ điều khiển điện tử (ECU) ECU sau đó điều khiển hoạt động các ly hợp, phanh trên cơ sở những tín hiệu này thông qua các van và hệ thống thủy lực Vì vậy điều khiển thời điểm chuyển số

o Loại điều khiển điện tử kết hợp thủy lực: Loại này sử dụng ECU – ECT để điều khển hộp số thông qua các tín hiệu điều khiển điện tử

 Sơ đồ tín hiệu điều khiển: Tín hiệu điện của các cảm biến (cảm biến tốc độ, cảm biến vị trí chân ga, …) và tín hiệu thủy lực từ bàn đạp ga (qua cáp chân ga  bướm ga  cảm biến vị trí bướm ga)  ECU động cơ  ECT – ECU  van điện từ  các cần sang số  bộ bánh răng hành tinh và bộ biến mô

o Loại điều khiển hoàn toàn thủy lực: Loại này sử dụng cáp

 Sơ đồ tín hiệu điều khiển: Bàn đạp ga  cáp dây ga  cáp bướm ga  van bướm ga, van ly tâm  van sang số  bộ truyền bánh răng hành tinh và bộ biến mô.

o Hộp số điều khiển bằng điện tử: Sử dụng áp suất thủy lực để tựđộng chuyển số theo tín hiệu điều khiển của ECU ECU điều khiển các van điện từ theo tình trạng của động cơ và của xe do các bộ cảm biến xác định, từ đó điều khiển áp suất dầu thủy lực

 Sơ đồ tín hiệu điều khiển: Tín hiệu từ các cảm biến và từ bộđiều khiển thủy lực  ECU động cơ và ECT  tín hiệu điện đến các van điện từ  bộ biến mô và các bánh răng hành tinh

3.3 Phân loại theo cấp số truyền

Hộp số tự động có những chức năng cơ bản sau:

 Tạo ra các cấp tỉ số truyền phù hợp nhằm thay đổi momen xoắn từ động

cơ đến các bánh xe chủ động để phù hợp với momen cản luôn thay đổi

và nhằm tận dụng tối đa công suất của động cơ

 Giúp xe thay đổi chiều chuyển động

 Đảm bảo cho xe dừng tại chỗ mà không cần tắt máy hoặc tách ly hợp.Ngoài ra, hộp số tự động điều khiển điện tử (ECT) còn có các chức năng an toàn Nếu có hư hỏng xảy ra trong hệ thống khi đang lái xe, ECT sẽ hoạt động ở chế độ dự phòng, cho phép xe tiếp tục hoạt động ở chế độ đã được định trước trong một thời gian ngắn nhằm tránh nguy hiểm

5 Ưu, nhược điểm của hộp số hành tinh

5.1 Ưu điểm:

 Giảm mệt mỏi cho lái xe bằng cách loại bỏ các thao tác cắt ly hợp và thường xuyên phải chuyển số

 Chuyển số liên tục không cắt dòng lực từ động cơ

 Thời hạn phục vụ dài hơn, lực truyền đồng thời qua một số cặp bánh răng ăn khớp, ứng suất trên răng nhỏ Ăn khớp trong nên đường kính vòng tròn ăn khớp lớn Có khả năng tự triệt tiêu lực hướng trục

 Giảm độ ồn khi làm việc

 Cho tỷ số truyền cao, nhưng kích thước không lớn.

5.2 Nhược điểm:

 Công nghệ chế tạo đòi hỏi chính xác cao: trục lồng, bánh răng ăn khớp nhiều vị trí

 Kết cấu phức tạp, nhiều cụm lồng, trục lồng phanh, ly hợp khóa

 Lực ly tâm trên các bánh răng hành tinh lớn

 Nếu dùng nhiều ly hợp và phanh có thể nâng cao tổn hao công suất khi chuyển số, hiệu suất sẽ giảm Các nhược điểm này sẽ dần khắc phục khi chọn tối ưu sơ đồ cơ cấu và công nghệ chế tạo máy phát triển

Thiết kế môn học

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC HỘP SỐ HÀNH TINH

I. CẤU TẠO CỦA HỘP SỐ HÀNH TINH.

 Các bánh răng trong bộ truyền bánh răng hành tinh có 3 loại: bánh răng bao, bánh răng hành tinh, bánh răng mặt trời và cần dẫn.

 Cần dẫn nối với trục trung tâm của mỗi bánh răng hành tinh và làm cho các bánh răng hành tinh xoay chung quanh Với bộ các bánh răng nối với nhau kiểu này thì các bánh răng hành tinh giống như các hành tinh quay xung quanh mặt trời, và do đó chúng được gọi là các bánh răng hành tinh.

 Thông thường nhiều bánh răng hành tinh được phối hợp với nhau trong bộ truyền bánh răng hành tinh.

 Bằng cách thay đổi vị trí đầu vào, đầu ra và các phần tử cố định

ta có thể giảm tốc, đảo chiều, nối trực tiếp và tăng tốc.

3 Nối trực tiếp (truyền thẳng).

 Đầu vào: bánh răng mặt trời, bánh răng bao

 Đầu ra: cần dẫn

 Do bánh răng bao và bánh răng mặt trời quay cùng nhau với cùng một tốc độ nên cần dẫn cũng quay với cùng tốc

độ đó

sở số răng trên bánh răng bao và bánh răng mặt trời.

5 Các phanh (B1, B2, B3).

 Các phanh này được chia làm 2 loại theo kiểu phần tử cố định phanh gồm có: kiểu dải và kiểu nhiều đĩa ướt Kiểu dải được dùng cho phanh B1 và kiểu nhiều đĩa ướt cho phanh B2, B3 Ngoài ra trong một số hộp số tự động, hệ thống nhiều đĩa ướt còn được sử dụng cho phanh B1.

 Phanh kiểu dải B1: dải phanh được quấn vòng lên đường

kính ngoài của trống phanh Một đầu của dải phanh được hãm chặt vào vỏ hộp số bằng 1 chốt, còn đầu kia tiếp xúc với piston phanh qua cần đẩy piston chuyển động bằng áp suất thủy lực Piston phanh có thể chuyển động trên cần đẩy piston nhờ việc nén các lò xo

Thiết kế môn học

Hình 5.1 cấu tạo dải phanh B1

 Khi áp suất thủy lực tác động lên piston thì piston chuyển động sang trái trong xilanh và nén các lò xo Cần đẩy piston chuyển động sang bên trái cùng với piston và đẩy một đầu của dải phanh Do đầu kia của dải phanh bị cố định vào vỏ hộp số nên đường kính của dải phanh giảm xuống và dải phanh xiết vào trống làm cho nó không chuyển động được Tại thời điểm này, sinh ra một lực ma sát lớn giữa dải phanh và trống phanh làm cho trống phanh hoặc một phần tử của bộ truyền bánh răng hành tinh không thể chuyển động được.

 Khi dầu áp suất được dẫn ra khỏi xilanh thì piston bị đẩy ngược lại do lực của lò xo ngoài và trống được dải phanh nhả ra Ngoài ra, lò xo trong có hai chức năng: để hấp thu phản lực từ trống phanh và để giảm va đập sinh ra khi dải phanh xiết trống phanh.

Hình 5.2 sơ đồ nguyên lý hoạt động của phanh dải B1

 Phanh kiểu nhiều đĩa ướt (B2, B3):

Thiết kế môn học

 Phanh B2 hoạt động thông qua khớp một chiều số 1 để ngăn không cho các bánh răng mặt trời trước và sau quay ngược chiều kim đồng hồ Các đĩa ma sát được gài bằng then hoa vào vòng lăn ngoài của khớp một chiều số 1 và các đĩa thép được cố định vào vỏ hộp số Vòng lăn trong của khớp một chiều số 1 được thiết kế sao cho khi quay ngược chiều kim đồng hồ thì nó sẽ bị khóa, nhưng khi quay theo chiều kim đồng hồ thì nó có thể xoay tự do Mục đích của phanh B3 là ngăn không cho cần dẫn sau quay Moay-ơ B3 và cần dẫn sau được

bố trí liền một cụm và quay cùng nhau.

Hình 5.4 sơ đồ nguyên lý hoạt động của phanh nhiều đĩa ướt

 Khi áp suất thủy lực tác động piston sẽ dịch chuyển và

ép các đĩa thép ma sát tiếp xúc với nhau Do đó tạo nên một lực ma sát lớn giữa mỗi đĩa thép và đĩa ma sát Kết

làm nhả phanh Số lượng các đĩa ma sát và đĩa thép khác nhau tùy theo kiểu hộp số tự động.

6 Ly hợp (C1 và C2)

Hình 6.1 cấu tạo ly hợp

 C1 và C2 là các ly hợp nối và ngắt công suất Ly hợp C1 hoạt động để truyền công suất từ bộ biến mô đến bánh răng bao trước qua trục sơ cấp Các đĩa ma sát và đĩa thép được bố trí xen kẽ với nhau Ly hợp C2 truyền công suất từ trục sơ cấp tới tang của ly hợp truyền thẳng (bánh răng mặt trời) Các đĩa ma sát được lắp bằng then với moay ơ của ly hợp truyền thẳng còn các đĩa thép được lắp bằng then với tang trống của ly hợp truyền thẳng.

 Khi dầu có áp suất chảy vào trong piston xilanh, nó sẽ đẩy viên bi van của piston đóng kín van một chiều và làm piston di động trong xilanh và ép các đĩa thép tiếp xúc với đĩa ma sát Do lực ma sát lớn nên các đĩa thép dẫn và đĩa ma sát bị dẫn quay cùng tốc độ Có nghĩa là

Thiết kế môn học

 Khi dầu áp suất được xả thì áp suất dầu trong xilanh giảm xuống Điều này cho phép viên bi rời khỏi van một chiều nhờ lực ly tâm tác dụng lên nó và dầu trong xilanh được xả ra ngoài qua van một chiều.

Hình 6.2 sơ đồ hoạt động của ly hợp C1 khi ăn khớp và nhả khớp.

7 Khớp một chiều (F1 và F2)

Hình 7.1 cấu tạo khớp một chiều F1 và F2

 Khi bộ truyền bánh răng hành tinh được thiết kế mà không tính đến va đập khi chuyển số thì B2, F1 và F2

là không cần thiết Nhưng rất khó thực hiện việc áp suất thủy lực tác động lên phanh đúng thời điểm áp suất thủy lực vận hành để nhả ly hợp Do đó khớp một chiều số 1 (F1) tác động qua phanh B2 để ngăn không cho bánh răng mặt trời trước và sau quay ngược chiều kim đồng hồ

 Khớp một chiều số 2 (F2) ngăn không cho cần dẫn sau quay ngược chiều kim đồng hồ Vòng lăn ngoài của khớp F2 được cố định vào vỏ hộp số Chức năng của khớp một chiều là đảm bảo chuyển số được êm Những hình ảnh dưới đây sẽ giải thích cho chúng ta hoạt động của mỗi số bằng sơ đồ nguyên lý.

Thiết kế môn học

 (2) bánh răng hành tinh của bộ truyền hành tinh trước quay và chuyển động xung quanh làm cho bánh răng mặt trời quay ngược chiều kim đồng hồ.

 (3) trong bánh răng hành tinh sau, cần dẫn sau được F2 cố định, nên bánh răng mặt trời làm cho bánh răng bao của bộ truyền hành tinh sau quay theo chiều kim đồng hồ thông qua bánh răng hành tinh của bộ truyền hành tinh sau.

 (4) cần dẫn trước và bánh răng bao của bộ truyền hành tinh sau làm cho trục thứ cấp quay theo chiều kim đồng hồ.

 (1) trục sơ cấp làm quay bánh răng bao của bộ truyền hành tinh trước theo chiều kim đồng hồ nhờ C1

 (2) do bánh răng mặt trời bị B2 và F1 cố định nên công suất không được truyền tới bộ truyền hành tinh sau.

 (3) cần dẫn trước làm cho trục thứ cấp quay theo chiều kim

 (1) trục sơ cấp làm quay bánh răng bao của bộ truyền hành tinh trước theo chiều kim đồng hồ nhờ C1 và đồng thời làm quay bánh răng mặt trời theo chiều kim đồng hồ nhờ C2

 (2) do bánh răng bao của bộ truyền hành tinh trước và bánh răng mặt trời quay với nhau cùng một tốc độ nên toàn bộ truyền bánh răng hành tinh cũng quay với cùng tốc độ và công suất được dẫn từ cần dẫn phía trước tới trục thứ cấp.

CÁC KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA HỘP SỐ HÀNH TINH KIỂU

WILSON ĐỘC LẬP

a Khả năng làm việc của cơ cấu hành tinh

Cơ cấu hành tinh Wilson có ba phần tử: M – bánh răng mặt trời, N – bánh răngngoại luân, G – cần dẫn Bánh răng hành tinh H được coi là khâu liên kết giữa M và

N theo phân tích động học của hộp số, chúng cần có một phần tử chủ động và một bịđộng Do vậy, để nhận được một tỉ số truyền xác định, cơ cấu có thể có hai khả năngsau:

- Khoá một phần tử với vỏ hộp số

- Khoá hai phần tử với nhau

Cả hai khả năng đều cho phép: nếu trục vào có tốc độ quay ổn định thì tốc độgóc của trục ra sẽ ổn định