Chuyên đề hộp số tự động

BỘ BIẾN MÔ 1.Khái Quát: Bộ biến mô vừa truyền vừa khuếch đại mômen từ động cơbằng cách sử dụng dầu hộp số làm môi trường làm việc.Bộ biến mô bao gồm : cánh bơm được dẫn động bằng trụckhu

Chương 1

HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

A CẤU TẠO CHUNG CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

Cấu tạo chung của một hộp số tự động gồm có:

- Biến mô thủy lực

- Bộ bánh răng hành tinh (hoặc các bánh răng

định tinh)

- Cụm van điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực

(hoặc cụm van thủy lực có các van điện từ Solenoid điều khiển bằng điện tử ECU)

I BỘ BIẾN MÔ

1.Khái Quát:

Bộ biến mô vừa truyền vừa khuếch đại mômen từ động cơbằng cách sử dụng dầu hộp số làm môi trường làm việc.Bộ biến mô bao gồm : cánh bơm được dẫn động bằng trụckhuỷu, rôto tuabin được nối với trục sơ cấp hộp số, stato đượcbắt chặt vào vỏ của hộp số qua khớp một chiều và trụcstato, vỏ bộ biến mô chứa tất cả các bộ phận trên Bộbiến mô được đổ đầy dầu thủy lực cung cấp bởi bơm dầu.Dầu này được văng ra khỏi cánh bơm thành một dòng truyềncông suất làm quay rôto tuabin

2.Kết Cấu

Cánh bơm được gắn liền với vỏ biến mô, rất nhiều cánhcó dạng cong được theo hướng kính ở bên trong Vành dẫnhướng được lắp trên cạnh trong của cánh quạt để dẫn hướngcho dòng chảy được êm Vỏ biến mô được nối với trục khuỷuqua tấm dẫn động

Cũng như cánh bơm, rất nhiều cánh quat được lắp trong rôtotuabin Hướng cong của các cánh này ngược chiều với cáccánh trên cánh bơm Rôto tuabin được lắp trên trục sơ cấp hộpsố sao cho các cánh quạt của nó đối diện với các cánh bơm,giữa chúng có khe hở rất nhỏ

 Stato:

Stato được đặt giữa cánh bơm và rôto tuabin Nó được lắptrên trucï stato, trục này lắp cố định vào hộp số qua khớpmột chiều Các cánh của stato nhận dòng dầu khi nó đi rakhỏi rôto tuabin và hướng cho nó đập vào mặt sau của cánhbơm làm cho cánh bơm được cường hóa Khớp một chiều chophép stato quay cùng chiều với trục khuỷu động cơ Tuy nhiênnếu stato cố gắng quay theo chiều ngược lại , khớp một chiều

khóa là phụ thuộc vào hướng của dòng dầu đập vào cáccánh quạt.

 TRUYỀN CÔNG SUẤT

Khi cánh bơm được dẫn động bởi trục khuỷu của động cơ,dầu trong cánh bơm sẽ quay với cánh bơm theo cùng mộthướng Khi tốc độ của cánh bơm tăng lên, lực ly tâm làm chodầu bắt đầu chảy ra phía ngoài tâm của cánh bơm dọc theobề mặt của cánh quạt và bề mặt trong của cánh bơm Khitốc độ của cánh bơm tăng lên nữa, dầu sẽ bị đẫy ra khỏicánh bơm Dầu sẽ đập vào cánh quạt của rôto tuabin làm chorôto bắt đầu quay cùng một hướng với cánh bơm

Sau khi dầu mất năng lượng do va đập vào các cánh quạt củarôto tuabin Nó chảy vào trong dọc theo các cánh của rôtotuabin Khi nó chạm vào phần trong của rôto, bề mặt cong bêntrong của rôto sẽ hướng dòng chảy ngược trở lại cánh bơmvà chu kỳ lại bắt đầu

 KHUYẾCH ĐẠI MÔMEN

Việc khuyếch đại mômen bằng biến mô được thực hiệnbằng cách hồi dòng dầu đến cánh bơm, sau khi nó đi quacánh tuabin nhờ sử dụng cánh quạt của một stator Nói cáchkhác, cánh bơm được quay bởi mômen từ động cơ và nó đượcthêm vào một mômen của dòng dầu thủy lực chảy hồi vềtừ cánh tuabin Điều đó có nghĩa là, cánh bơm khuếch đạimômen đầu vào ban đầu để truyền đến cánh tuabin

 CƠ CẤU KHOÁ BIẾN MÔ

Trong giai đoạn khớp nối (không có sự khuyếch đại momen)biến mô truyền momen từ từ động cơ vào hộp số với tỷ sốtruyền gần bằng 1:1 Tuy nhiên giữa cánh bơm và rôto tuabincó sự chênh lệch về tốc độ ít nhất là từ 4 đế 5% Do vậybiến mô không truyền 100% công suất do động cơ tạo ra đến

Để ngăn chặn điều đó và để giảm tiêu hao nhiên liệu, mộtkhớp khoá cứng sẽ nói một cách cơ khí cánh bơm và rôtotuabin.

 Kết cấu

Khớp khoá biến mô được lắp trên moay ơ của rôto tuabin.Lò xo giảm chấn sẽ hấp thụ lực xoắn do sự ăn khớp của lyhợp để ngăn không tạo ra va đập Vật liệu ma sát được dánvào vỏ biến mô hay piston khóa biến mô

 Hoạt động:

Khi khớp khoá biến mô hoạt động, nó sẽ quay cùng vớicánh bơm và rôto tuabin Việc ăn khớp và nhả khớp khoábiến mô được quyết định bởi sự thay đổi của hướng dòngchảy dầu thuỷ lực trong bộ biến mô

II BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH

Có 2 loại bộ truyền bánh răng hành tinh được áp dụng chohầu hết đối với những xe trang bị hộp số tự động:

- Loại bộ truyền bánh răng hành tinh kiểu Simpson

- Loại bộ truyền bánh răng hành tinh kiểu Ravingeaux

1 Bộ truyền bánh răng hành tinh kiểu Simpson:

Cấu tạo bộ bánh răng tinh kép Simpson như hình trên:

Bao gồm hai bộ bánh răng hành tinh đơn lắp liên kết với nhau:

- Bánh răng mặt trời trước và sau làm chung một khối

- Cần dẫn của bộ bánh răng hành tinh trước liên kếtchung với bánh răng bao của bộ bánh răng hành tinh sau

- Bánh răng bao trước

- Cần dẫn bộ bánh răng hành tinh sau

Như vậy bộ bánh răng hành tinh kép sẽ tồn tại 4 thànhphần cơ bản như trên Nếu liên kết 3 trong bốn thành phần

bị giữ cố định vào vỏ hộp số thì sẽ có sự truyền động từtrục chủ động đến trục bị động

Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu họat động của một bộbánh răng hành tinh đơn để tử đó có cơ sở tính toán sựtruyền đ65ng và tỉ số truyền động trong bộ bánh rănghành tinh kép

a Cấu tạo bánh răng hành tinh đơn và sự truyền động củanó

Một bộ bánh răng hành tinh đơn bao gồm ba phần tử :

• Một bánh răng bao

• Một bánh răng mặt trời

• Các bánh răng hành tinh và một cần dẫn trên đócó lắp trục hành tinh

b- Hoạt động:

 Giảm tốc:

Hoạt động của các bánh răng :

• Bánh răng bao : - Phần tử chủ động

• Bánh răng mặt trời : - Cố định

• Cần dẫn : - Phần tử bị động

Khi bánh răng bao quay theo chiều kim đồng hồ, các bánhrăng hành tinh sẽ

quay xung quanh bánh răng mặt trời trong khi cũng quay quanhtrục của nó theo chiều kim đồng hồ Điều đó làm cho tốc độquay của cần dẫn giảm xuống tuỳ theo số răng của bánhrăng bao và mặt trời

 Tăng tốc

Hoạt động của các bánh răng:

• Bánh răng bao : Phần tử bị động

• Bánh răng mặt trời : Cố định

• Cần dẫn : Phần tử chủ động

Khi cần dẫn quay theo chiều kim đồng hồ, các bánh rănghành tinh quay xung quanh bánh răng mặt trời trong khi cũngquay quanh trục của nó theo chiều kim đồng hồ Điều đó làm

 Đảo chiều (tạo ra chuyển động lùi)

Hoạt động của các bánh răng:

• Bánh răng bao : - Phần tử bị động

• Bánh răng mặt trời : - Phần tử chủ động

• Cần dẫn : - Cố định

Khi bánh răng mặt trời quay theo chiều kim đồng hồ, cácbánh răng hành tinh, lúc này bị cố định bằng cần dẫn quayquanh trục của nó theo chiều ngược kim đồng hồ, kết quả làbánh răng bao cũng quay ngược kim đồng hồ Lúc này, bánhrăng bao giảm tốc tuỳ thuộc vào số răng của bánh răng baovà mặt trời

R

C S C SR

ωω

k : Cặp bánh răng ăn khớp ngồi

Như vậy để tính tỉ số truyền của hộp số có bộ bánhrăng hành tinh kép Simpson chúng ta phải thiết lập haiphương trình như sau:

i

1

1 1

1 1 1 / 1 1

R C

R

C S C R S

ωω

hành tinh trước)

i

2

2 2

2

2 2 2 / 2 2

S

R C

R

C S C R S

ωω

hành tinh sau)

a Cấu tạo:

Cấu tạo bộ bánh răng hành tinh kiểu Ravingeaux bao

gồm:

• Một vòng răng

• Hai loại bánh răng hành tinh: ngắn và dài lắp chung trênmột cần dẩn

• Hai loại bánh răng mặt trời : trước và lùi

• Cần dẫn bộ truyền hành tinh

b Hoạt động của các thành phần:

- Bánh răng mặt trời trước: Được dẫn động bởi ly

hợp tiến và kết nối với bánh răng hành tinh ngắn

- Bánh răng mặt trời lùi: Được dẫn động bởi ly

hợp lùi và truyền động đến bánh răng hành tinh dài Bánhrăng mặt trời này cũng có thể được kết nối bởi phanh

- Bánh răng hành tinh và cần dẫn bánh răng

hành tinh: Bởi vì bánh răng hành tinh là bộ phận chung và ăn

khớp trong vòng răng đơn và cần dẫn Bộ bánh răng hànhtinh sẽ được xem là bộ phận đơn Các bánh răng đứng yênsẽ quay tự do Cần dẫn bộ hành tinh có thể được dẫn độngbởi ly hợp thẳng hoặc nối cứng với phanh lùi số thấp

c Bảng hoạt động các bộ phận và công thức tính

tỉ số truyền:

Bánh răng

1 1

2

S

R S

R C

R

C S C R S

z

z z

ωω

(1)

2 2

2 2

1

S

R S

R C

R

C S C R S

z

z z

ωω

z : Số răng của bánh răng bao

z S1 : Số răng của bánh răng mặt trời phía trước

z S2 : Số răng của bánh răng mặt trời phía sau

d Sự thay đổi tốc độ theo từng vị trí số:

Tỉ số truye àn

Khơ ûi độ ng độ ng cơ

Đa äu xe

Số 1 ( Dãy D hoặc 2) :

Sơ đồ truyền lực số 1 dãy D hoặc 2.

• Bộ ly hợp giữa hoạt động ở số 1 trong dãy D hoặc 2,chuyển động quay của trục sơ cấp được truyền đến bánh răngmặt trời phía trước quay theo chiều kim đồng hồ

• Cho nên, bánh răng hành tinh ngắn có chiều quay ngượcchiều với bánh răng mặt trời và bánh răng hành tinh dài(quay cùng chiều) dẫn động vòng răng (quay cùng chiều) đểđạt được tỉ số truyền ở tay số 1 Trục bánh răng hành tinhdài có xu hướng quay ngược chiều kim đồng hồ, ly hợp mộtchiều ngăn sự quay này để cung cấp toàn bộ công suất đếnvòng răng

• Nghĩa là, vì cần dẫn có thể quay cùng chiều kim đồnghồ, phanh động cơ không có tác dụng ở đây khi hộp số đang

ở số 1 trong dãy D hoặc 2

Số 1 (dãy L), phanh bằng động cơ:

bằng động cơ

• Khi xe đang chạy ở số 1 với cần chọn số ở vị trí “L”, phanhsố lùi/số thấp bị tác động để giữ chặt cần dẫn bánh rănghành tinh, vì vậy cần dẫn không quay được theo cả hai chiều.Nghĩa là phanh động cơ xuất hiện khi xe ở số 1 với cần chọnsố ở vị trí “L”

Lưu ý: Dòng truyền công suất trong số 1 ở dãy “L” giống như

trong số 1 ở dãy “D” hoặc “2”

Số 2:

Sơ đồ truyền lực số 2

• Bộ ly hợp giữa và phanh kickdown bị tác động khi cần số

ở vị trí 2 trong dãy “D” hoặc “2”, công suất được truyền đếnbánh răng mặt trời phía trước và làm nó quay cùng chiều kimđồng hồ

• Cho nên, mômen quay được truyền từ bánh răng mặt trờiphía trước thông qua bánh răng hành tinh ngắn và dài đểdẫn động vòng răng, đó là trường hợp của tay số 1

• Tuy nhiên, từ lúc bánh răng mặt trời số lùi bị giữ chặttrong trường hợp của tay số 2, bánh răng hành tinh dài “quaychậm” trên bánh răng mặt trời số lùi , gây ra việc vòng răngquay nhanh hơn trong trường hợp ở tay số 1 với tỉ lệ quãngđường dài hơn so với bánh răng hành tinh dài lúc “quaychậm”

• Tỉ số truyền của tay số 2 đạt được giảm hơn so với số 1trong dãy này

• Nghĩa là, số vòng quay của động cơ được truyền trực tiếp,giữ tỉ số giữa trục sơ cấp và trục thứ cấp qua bộ truyềnbánh răng hành tinh là 1:1 Tỉ số truyền ở tay số 3 đạt đượctrong dãy số này.

Lưu ý rằng bộ ly hợp cuối bị tác động để làm cho việcchuyển sang số 4 được dễ dàng

• Từ khi bánh răng mặt trời số lùi bị giữ chặt, trong lúcnày bánh răng hành tinh dài quay vòng và xoay tròn trênbánh răng mặt trời số lùi cùng chiều với cần dẫn bánhrăng hành tinh.

• Vòng răng quay nhanh hơn trong trường hợp của tay số 3theo tỉ lệ quay vòng của bánh răng hành tinh dài Tỉ sốtruyền O/D đạt được trong dãy số này

• Khi cần dẫn bánh răng hành tinh bị giữ cố định vào vỏhộp số thì trục bánh răng hành tinh dài cũng bị định vị,trường hợp này nó có chức năng như là bánh răng trunggian Bánh răng hành tinh dài quay ngược chiều kim đồng hồvà có tỉ số truyền giảm trong dãy số này.

I-Hộp Số Toyota:

1 Hoạt động của ly hợp và phanh:

2 Hoạt động của một số cấp số :

1.1 Dãy “D”, hoặc “2” ở số 1 : ( C1 và F2 hoạt động )

Sơ đồ truyền lực số 1 như sau

Sơ đồ truyền lực số 1

CẦN DẪN BỘ TRUYỀN HÀNH

TINH SAU

TRỤC SƠ CẤP

BÁNH RĂNG BAO BỘ TRUYỀN HÀNH TINH TRƯỚC

CÁC BÁNH RĂNG HÀNH TINH

TRƯỚC

BÁNH RĂNG MẶT TRỜI

TRƯỚC VÀ SAU CÁC BÁNH RĂNG HÀNH TINH

BÁNH RĂNG CHỦ ĐỘNG TRUNG

• Trục sơ cấp kéo vỏ ly hợp tiến C1 quay theo cùng chiều kimđồng hồ.

• Ly hợp tiến C1 đóng và khoá trục sơ cấp với bánh răngbao bộ truyền hành tinh trước Do đó cả chúng đều quay theochiều kim đồng hồ

• Bánh răng bao bộ truyền hành tinh trước kéo bộ bánhrăng hành tinh trước chuyển động quay cùng chiều kim đồnghồ

• Bộ bánh răng hành tinh trước kéo bánh răng mặt trờitrước và sau chuyển động quay ngược chiều kim đồng hồ

• Bánh răng mặt trời trước và sau kéo bộ bánh rănghành tinh sau quay theo cùng chiều kim đồng hồ

• Khớp một chiều F2 khoá cần dẫn bánh răng hành tinh sauđứng yên

• Những bánh răng hành tinh sau kéo bánh răng bao bộtruyền hành tinh sau quay theo chiều kim đồng hồ

• Bánh răng bao bộ truyền hành tinh sau kéo trục thứ cấpquay theo chiều kim đồng hồ

1.2 Dãy “2” (số 2 ) :Phanh bằng động cơ (C 1 , B 1 hoạt động).

Sơ đồ truyền lực số 2 dãy “2”

BÁNH RĂNG CHỦ ĐỘNG TRUNG

GIAN TRỤC TRUNG GIAN

CẦN DẪN BỘ TRUYỀN HÀNH TINH

TRƯỚC

CÁC BÁNH RĂNG

HÀNH TINH TRƯỚC

BÁNH RĂNG BAO BỘ

TRUYỀN HÀNH TINH TRƯỚC

BÁNH RĂNG MẶT TRỜI TRƯỚC VÀ SAU

B1

C1

TRỤC SƠ CẤP

• Bánh răng chủ động trung gian được dẫn động bằng trụcthứ cấp quay theo chiều kim đồng hồ Do đó trục trung giancũng quay theo chiều kim đồng hồ.

• Trục trung gian kéo cần dẫn bộ truyền hành tinh trước quaytheo chiều kim đồng hồ

• Cần dẫn kéo các bánh răng hành tinh trước quay theochiều kim đồng hồ Đồng thời quay xung quanh bánh răng mặttrời trước Do đó bánh răng mặt trời quay ngược chiều kimđồng hồ Nhưng do phanh B1 hoạt động nên bánh răng mặt trời

bị hãm và đứng yên

• Các bánh răng hành tinh trước dẫn động bánh răng baobộ truyền hành tinh trước quay cùng chiều kim đồng hồ

• Lực quay này truyền qua ly hợp số tiến và truyền đến trục

sơ cấp Bởi vậy xuất hiện hiện tượng phanh bằng động cơ

1.3 Dãy “L” (số 1): Phanh bằng động cơ (C 1 , B 3 hoạt động ).

Sơ đồ truyền lực số 1 dãy “L”

• Bánh răng chủ động trung gian được dẫn động bằng trục

BÁNH RĂNG BAO BỘ TRUYỀN HÀNH TINH

BÁNH RĂNG BAO BỘ

TRUYỀN HÀNH TINH SAU

CẦN DẪN BỘ TRUYỀN HÀNH

TINH TRƯỚC

CẦN DẪN BỘ TRUYỀN

HÀNH TINH SAU

CÁC BÁNH RĂNG HÀNH TINH SAU

BÁNH RĂNG MẶT

TRỜI TRƯỚC VÀ SAU

B3

• Trục trung gian truyền chuyển động đến bánh răng bao bộtruyền hành tinh sau và cần dẫn bộ truyền hành tinh trước.Cả 2 đều quay theo chiều kim đồng hồ.

• Bánh răng bao bộ truyền hành tinh sau truyền chuyểnđộng đến bánh răng hành

tinh sau quay theo chiều kim đồng hồ Tuy nhiên, cần dẫn bộtruyền hành sau bị khoá bởi phanh B3, nên bánh răng mặt trờiquay ngược chiều kim đồng hồ

• Bánh răng mặt trời kéo các bánh răng hành tinh trướcquay theo chiều kim đồng hồ Trong khi đó bánh răng bao trướccũng quay theo cùng chiều với nó và truyển chuyển động qua

ly hợp tiến C1 đến trọc sớ cấp Điều đó dẫn tới phanh bằngđộng cơ khi xe đang giảm tốc ở số 1

2.4 Số lùi R : C2 và B3 hoạt động.

Sơ đồ truyền lực số lùi R

• Trục sơ cấp nhận truyền động từ trục tuốc bin và quaytheo chiều kim đồng hồ

• Trục sơ cấp kéo vỏ ly hợp số truyền thẳng C2 quay cùngchiều kim đồng hồ

• Ly hợp số truyền thẳng đóng và kéo bánh răng mặt trời

CẦN DẪN BỘ TRUYỀN HÀNH TINH

SAU

TRỤC SƠ CẤP

BÁNH RĂNG MẶT TRỜI TRƯỚC VÀ SAU CÁC BÁNH RĂNG HÀNH TINH SAU

BÁNH RĂNG BAO BỘ

TRUYỀN HÀNH TINH SAU

TRỤC TRUNG GIAN

BÁNH RĂNG CHỦ ĐỘNG TRUNG

GIAN

B

3

C2

• Bánh răng mặt trời dẫn động các bánh răng hành tinhquay Tuy nhiên do cần dẫn của nó bị hãm bởi phanh B3 nênkhiến cho các bánh răng hành tinh sau quay ngược chiều kimđồng hồ.

• Các bánh răng hành tinh sau kéo bánh răng bao bộtruyền hành tinh sau theo chiều quay của nó Đồng thời dẫnđộng trục trung gian quay ngược chiều kim đồng hồ

• Trục trung gian này sẽ kéo theo trục thứ cấp quay ngượcchiều kim đồng hồ