MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI Hiện nay các phương tiện giao thông vận tải là một phần không thể thiếu trong cuộc sống con người. Cũng như các sản phẩm của nền công nghiệp hiện nay, ôtô được tích hợp các hệ thống tự động lên các dòng xe đã và đang sản suất với chiều hướng ngày càng tăng. Hộp số tự động sử dụng trong hệ thống truyền lực của xe là một trong số những hệ thống được khách hàng quan tâm hiện nay khi mua xe ôtô, vì những tiện ích mà nó mang lại khi sử dụng. Việc nghiên cứu hộp số tự động sẽ giúp chúng ta nắm bắt những kiến thức cơ bản để nâng cao hiệu quả khi sử dụng, khai thác, sửa chữa và cải tiến chúng. Ngoài ra nó còn góp phần xây dựng các nguồn tài liệu tham khảo phục vụ nghiên cứu trong quá trình học tập và công tác. Các dòng xe ra đời với các bước đột phá về nhiên liệu mới và tiêu chuẩn khí thải được chấp thuận trong ngành sản xuất ôtô nhằm bảo vệ môi trường thì bên cạnh đó công nghệ sản xuất không ngừng ngày càng nâng cao, công nghệ điều khiển và vi điều khiển ngày càng được ứng dụng rộng rãi thì việc đòi hỏi phải có kiến thức vững vàng về tự động hóa của cán bộ kỹ thuật trong ngành. Ở nước ta, hộp số tự động xuất hiện từ khoảng những năm 1990 trên các xe nhập về từ nước ngoài. Hiện nay, ngoài một phần lớn các xe nhập cũ đã qua sử dụng, một số loại xe được lắp ráp trong nước cũng đã trang bị hộp số này ngày càng phổ biến. Do vậy nhu cầu sửa chữa, bảo dưỡng là rất lớn. Để sử dụng và khai thác có hiệu quả tất cả các tính năng ưu việt của hộp số tự động nói riêng và của ôtô nói chung, việc nghiên cứu và nắm vững hộp số tự động là cần thiết. Dựa trên các nguồn tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài, tiến hành khảo sát nguyên lý làm việc của hộp số tự động, của các cụm chi tiết, giải thích bản chất vật lý của các hiện tượng xảy ra trong quá trình hoạt động của hộp số tự động, làm cơ sở cho quá trình thiết kế và chế tạo mô hình. Vì những lý do trên em chọn đề tài " Nghiên cứu hộp số tự động trên ôtô camry 2007" để làm đề tài tốt nghiệp. 1 Chương I TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ DU LỊCH Khi ôtô chuyển động trên đường, sức cản chuyển động của ôtô thay đổi rất rộng từ 20-30 lần như lúc không tải, lặng gió, đường tốt hoặc lúc ngược gió to, đường xấu, quá tải, leo dốc… Các loại động cơ đặt trên ôtô có khả năng thay đổi mômen trong giới hạn hẹp. Động cơ xăng khoảng 1,1 – 1,2 lần. Động cơ diesel khoảng : 1,05 – 1,15 lần, động cơ tăng áp lớn hơn một chút. Nhìn chung sự thay đổi mômen xuắn của động cơ không đáp ứng được sự thay đổi mômen xuắn cần thiết để thắng sức cản chuyển động trên dường của xe. Để giải quyết vấn đề này trên ôtô người ta phải đặt hộp số. 1.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG - Số tự động là loại hộp số có thể tự động thay đổi tỷ số truyền động bằng cách sử dụng áp suất dầu tác động tới từng li hợp hay đai bên trong. Vì thế, khác biệt dễ thấy nhất là xe lắp số tự động không có chân côn. Trái tim của số tự động là bộ bánh răng hành tinh. Cấu tạo của bộ bánh răng này bao gồm bánh răng định tinh (còn gọi là bánh răng trung tâm hay bánh răng mặt trời) nằm ở giữa; - Các bánh răng hành tinh nhỏ ăn khớp và xoay quanh bánh răng mặt trời, được lắp với một giá đỡ. Cuối cùng là vòng răng ngoài bao quanh và ăn khớp với các bánh răng hành tinh nhỏ; Trong hộp số tự động, vòng răng thường được chế tạo thêm rãnh răng ở mặt ngoài để ăn khớp với các đĩa ma sát của ly hợp, như vậy các đĩa ma sát sẽ chuyển động cùng với vòng răng. Cả ba thành phần này đều có thể đóng vai trò của bánh răng truyền mô-men xoắn, bánh răng nhận mô-men xoắn hoặc có thể cố định. Bằng cách đổi vai như vậy, tỷ lệ truyền động sẽ thay đổi. Máy tính điện tử sẽ tính toán mức chịu tải của động cơ cũng như tốc độ để qua đó điều khiển các li hợp hay đai giữ thông qua áp suất dầu nhằm cố định hay cho phép các thành phần này chuyển động; Dưới dây là mô hình cắt bổ hộp số tự động: 2 Hình 1.1. Mô hình cắt bổ hộp số tự động Số tự động có thêm bộ chuyển đổi mô-men.một loại “khớp nối” dầu giữa động cơ và hộp số đóng vai trò thay cho li hợp ở số tay để cho phép động cơ quay độc lập với hộp số. Với bộ chuyển đổi mô-men này, một số chuyển động trượt sẽ xảy ra trong quá trình vận hành vì thế hiệu suất hoạt động của hộp số bị giảm bớt. Tuy nhiên, hầu hết các bộ chuyển đổi mô-men trong hộp số hiện đại ngày nay đã có thêm li hợp khóa để ngăn chuyển động trượt giúp bộ chuyển đổi mô-men có hiệu suất hoạt động tương đương với li hợp của số tay. Mặc dù vậy, do số tự động sử dụng một phần sức mạnh của động cơ để vận hành bơm thủy lực tạo ra áp suất dầu điều khiển các li hợp bên trong nên số tay vẫn tiết kiệm nhiên liệu hơn. * Lịch sử phát triển của hộp số tự động Xuất phát từ yêu cầu cần thiết bị truyền công suất lớn ở vận tốc cao để trang bị trên các chiến hạm dùng trong quân sự, truyền động thủy cơ đã được nghiên cứu và sử dụng từ lâu. Sau đó, khi các hãng sản xuất ôtô trên thế giới phát triển mạnh và bắt đầu có sự cạnh tranh thì từ yêu cầu thực tế muốn nâng cao chất lượng xe của mình, đồng thời tìm những bước tiến về công nghệ mới nhằm giữ vững thị trường đã có cùng tham vọng mở rộng thị trường các hãng sản xuất xe trên thế giới đã bước vào cuộc đua tích hợp các hệ thống tự động 3 lên các dòng xe xuất xưởng như: hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh, hệ thống chỉnh góc đèn xe tự động, hệ thống treo khí nén, hộp số tự động, hệ thống camera cảnh báo khi lùi xe, hệ thống định vị toàn cầu,…Đây là bước tiến quan trọng thứ hai trong nền công nghiệp sản xuất ôtô sau khi động cơ đốt trong được phát minh và xe ôtô ra đời; Cho đến nửa đầu thập kỷ 70, hộp số được TOYOTA sử dụng phổ biến nhất là hộp số cơ khí điều khiển bằng tay bình thường. Bắt đầu từ năm 1977 hộp số tự động được sử dụng lần đầu tiên trên xe CROWN và số lượng hộp số tự động được sử dụng trên xe tăng mạnh. Ngày nay hộp số tự động được trang bị thậm chí trên cả xe hai cầu chủ động và xe tải nhỏ của hãng. Còn các hãng chế tạo xe khác trên thế giới như: HONDA, BMW, MERCEDES, GM,… Cũng đưa hộp số tự động áp dụng trên xe của mình ở gần mốc thời gian này. 1.2. CÁC ƯU ĐIỂM CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG - Vì sao phải sử dụng hộp số tự động Khi tài xế đang lái xe có hộp số thường, cần sang số được sử dụng để chuyển số để tăng hay giảm mômen kéo ở các bánh xe. Khi lái xe lên dốc hay khi động cơ không có đủ lực kéo để vượt chướng ngại ở số đang chạy, hộp số được chuyển về số thấp hơn bằng thao tác của người lái xe; Vì lý do này nên điều cần thiết đối với người lái xe là phải thường xuyên nhận biết tải và tốc độ động cơ để chuyển số một cách phù hợp. Ở xe sử dụng hộp số tự động những nhận biết như vậy của lái xe là không cần thiết vì việc chuyển đến số thích hợp nhất luôn được thực hiện một cách tự động tại thời điểm thích hợp nhất theo tải động cơ và tốc độ xe. - Các ưu điểm của hộp số tự động So với hộp số thường, hộp số tự động có các ưu điểm sau: * Giảm mệt mỏi cho người lái qua việc loại bỏ thao tác ngắt và đóng ly hợp cùng thao tác chuyển số; * Chuyển số một cách tự động và êm dịu tại các tốc độ thích hợp với chế độ lái xe; 4 * Tránh cho động cơ và dẫn động khỏi bị quá tải vì ly hợp cơ khí nối giữa động cơ và hệ thống truyền động theo kiểu cổ điển đã được thay bằng biến mô thủy lực có hệ số an toàn cao hơn cho hệ thống truyền động ở phía sau động cơ; * Tối ưu hóa các chế độ hoạt động của động cơ một cách tốt hơn so với xe lắp hộp số thường, điều này làm tăng tuổi thọ của động cơ được trang bị trên xe. 1.3. PHÂN LOẠI HỘP SỐ TỰ ĐỘNG - Theo hệ thống sử dụng điều khiển Theo hệ thống sử dụng điều khiển hộp số tự động có thể chia thành hai loại, chúng khác nhau về hệ thống sử dụng để điều khiển chuyển số và thời điểm khóa biến mô. Một loại là điều khiển bằng thủy lực hoàn toàn, nó chỉ sử dụng hệ thống thủy lực để điều khiển và loại kia là loại điều khiển điện, dùng ngay các chế độ được thiết lập trong ECU (Electronic Controlled Unit: bộ điều khiển điện tử) để điều khiển chuyển số và khóa biến mô, loại này bao gồm cả chức năng chẩn đoán và dự phòng, còn có tên gọi khác là ECT (Electronic Controlled Transmission: hộp số điều khiển điện). - Theo vị trí đặt trên xe Ngoài phân loại theo cách điều khiển thủy lực hay điều khiển điện hộp số tự động còn được phân loại theo vị trí đặt trên xe. Loại dùng cho các xe động cơ đặt trước - cầu trước chủ động và động cơ đặt trước - cầu sau chủ động (hình 1.2). Các hộp số được sử dụng trên xe động cơ đặt trước - cầu trước chủ động thiết kế gọn nhẹ hơn so với loại lắp trên xe động cơ đặt trước - cầu sau chủ động do chúng được lắp đặt trong khoang động cơ nên bộ truyền động bánh răng cuối cùng (vi sai) lắp ở ngay trong hộp số, còn gọi là “hộp số có vi sai”. Hộp số sử dụng cho xe động cơ đặt trước - cầu sau chủ động có bộ truyền động bánh răng cuối cùng (vi sai) lắp ở bên ngoài; Cả hai loại động cơ đặt trước - cầu trước chủ động và động cơ đặt trước - cầu sau chủ động đều được xây dựng và phát triển trên các dòng xe du lịch đầu tiên khi yêu cầu tự động hóa cho xe ôtô phát triển, nhưng hiện nay hộp số 5 tự động còn được dùng cho cả xe tải và xe có hai cầu chủ động hay xe sử dụng ở địa hình không có đường đi. - Theo cấp số tiến của xe Ngoài cách phân loại trên còn có một số cách phân loại khác như theo cấp số tiến của hộp số có được đa phần hộp số tự động có 4 cấp và một số nhà sản xuất đang chuyển dần sang thế hệ hộp số mới 5 cấp, 6 cấp. Và hiện nay số cấp mà hộp số tự động có được cao nhất là 7 cấp. Phân loại theo thiết kế cho dòng xe lắp đặt chúng như ôtô du lịch, xe tải, xe siêu trọng; Hình 1.2. Sơ đồ vị trí của hộp số tự động trên xe a – Dẫn động cầu trước; b – Dẫn động cầu sau; 1 – Mặt trước; 2 – Cụm cầu và hộp số tự động ; 3 – Trục dẫn độ; 4 – Hộp số tự động; 5– Trục các đăng; 6 – Truyền động cuối cùng của vi sai. - Một kiểu hộp số tự động khác hiện đang dần được ứng dụng rộng rãi là hộp số tự động vô cấp CVT (Continuosly Variable Transmission: hộp số tự động vô cấp). Loại hộp số này sử dụng dây đai bằng kim loại và một cặp pulley với độ rộng có thể thay đổi để mang lại tỷ số truyền khác nhau, như loại hộp số MMT (Multi-Matic Transmission) lắp trên mẫu Civic của Honda hay trên 6 mẫu Lancer Gala của Mitsubishi. Với loại hộp số này, tỷ số truyền được thay đổi tùy thuộc vào vòng tua của động cơ cũng như tải trọng. 1. 4. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CHUNG CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG - Dòng công suất truyền từ động cơ qua biến mô dòng công suất truyền từ động cơ qua biến mô đến hộp số và đi đến hệ thống truyền động sau đó, nhờ cấu tạo đặc biệt của biến mô vừa đóng vai trò là một khớp nối thủy lực vừa là một cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực,cũng vừa là một bộ phận khuyếch đại mômen từ động cơ đến hệ thống truyền lực phía sau tùy vào điều kiện sử dụng ; - Hộp số không thực hiện truyền công suất đơn thuần bằng sự ăn khớp giữa các bánh răng mà còn thực hiện truyền công suất qua các ly hợp ma sát, để thay đổi tỷ số truyền và đảo chiều quay thì trong hộp số sử dụng các phanh và cơ cấu hành tinh đặc biệt với sự điều khiển tự động bằng thủy lực hay điện tử ; - Trên thị trường hiện nay có nhiều loại hộp số tự động, phát triển theo xu hướng nâng cao sự chính xác và hợp lý hơn trong quá trình chuyển số, kèm theo là giá thành và công nghệ sản xuất, tuy nhiên chức năng cơ bản và nguyên lý hoạt động là giống nhau; - Trong hộp số tự động sự vận hành tất cả các bộ phận và kết hợp vận hành với nhau ảnh hưởng đến toàn bộ hiệu suất làm việc của cả hộp số tự động nên yêu cầu về tất cả các cụm chi tiết hay bộ phận cấu thành nên hộp số đều có yêu cầu rất khắt khe về thiết kế cũng như chế tạo; - Dòng truyền công suất trên xe có sử dụng hộp số tự động : Từ trục khuỷu động cơ → Bánh đá → Biến mô → Trục sơ cấp hộp số → Bộ bánh răng hành tinh, các ly hợp → Trục thứ cấp hộp số. 7 Chương II CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 2.1. SƠ ĐỒ KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 2.1.1. Sơ đồ kết cấu hộp số tự động Kết cấu mặt cắt dọc hộp số tự động ( hình 2.1) 1 – Vỏ biến mô; 2 – Bơm dầu; 3 - Ống thông hơi; 4 – Ly hợp truyền thẳng C 2 ; 5 – Ly hợp số tiến C 1 ; 6 – Phanh ma sát ướt B 2 ; 7 – Khớp một chiều F 2 ; 8 – Phanh ma sát ướt B 3 ; 9 – Xylanh điều khiển phanh B 3 ; 10 – Bánh răng trung gian; 11-Xilanh điều khiển phanh B 0 11 – Xylanh phanh B 0 ; 12 – Phanh số truyền tăng B 0 ; 13 – Xylanh điều khiển ly hợp 14 – Trục trung gian hộp số; 15 – Lò xo hồi vị; 16 – Trục thứ cấp của hộp số; 17 – Bánh răng trung gian; 18 – Phớt chắn dầu; 19 - Ổ bi đỡ; 20 – Vi sai; 21 – Cảm biến tốc độ. 8 Sơ đồ nguyên lý hộp số tự động (hình 2.2) 1617 15 12 14 13 10 5 42 3 8 96 7 11 1 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hộp số tự động 1 – Phanh số truyền tăng B 0 ; 2 – Ly hợp số truyền tăng C 0 ; 3 – Bánh răng hành tinh OD; 4 – Phanh ma sát ướt B 3 ; 5 – Khớp một chiều F 2 ; 6 – Phanh ma sát ướt B 2 7 – Ly hợp C 1 ; 8 – Phanh dải B 1 ; 9 – Ly hợp C 2 ; 10 – Bơm dầu; 11 – Biến mô thủy lực; 12 – Trục sơ cấp của hộp số; 13 – Trục trung gian của hộp số; 14 – Khớp một chiều F 1 ; 15 – Truyền lực chính; 16 – Trục thứ cấp của hộp số; 17 – Khớp một chiều F 0 . 2.1.2. Nguyên lý hoạt động hộp số tự động 2.1.2.1. Giới thiệu bộ truyền hành tinh hộp số tự động. Trong hộp số tự động thường sử dụng một bộ bánh răng hành tinh 3 tốc độ. 9 Đối với hãng TOYOTA sử dụng một bộ bánh răng hành tinh 3 tốc độ loại SIMPSON và một bộ truyền hành tinh OD loại WILLD cho số truyền tăng như trên hình 2.3; - Bộ bánh răng hành tinh 3 tốc độ lọai SIMPSON là một bộ truyền có hai bộ bánh răng hành tinh đơn giản được bố trí trên cùng một trục. Chúng được bố trí ở vị trí trước và sau trong hộp số và được nối với nhau thành một khối bằng bánh răng mặt trời. Mỗi bánh răng hành tinh của bộ truyền hành tinh được lắp trên trục hành tinh của cần dẫn và ăn khớp với bánh răng bao, bánh răng mặt trời của bộ truyền; - Bộ truyền hành tinh cho số truyền tăng được lắp bên cạnh bộ truyền hành tinh 3 tốc độ, nó chủ yếu một bộ truyền hành tinh đơn giản (loại WILLD), một phanh số truyền tăng (B 0 ) để giữ bánh răng mặt trời, một ly hợp số truyền tăng (C 0 ) để nối bánh răng mặt trời và cần dẫn, một khớp một chiều cho số truyền tăng (F 0 ) như . Công suất được đưa vào cần dẫn số truyền tăng và đi ra từ bánh răng bao của bộ truyền hành tinh này; Sơ đồ bố trí các bộ truyền hành tinh hộp số tự động như hình 2.3. B3 B0 C0 F0 B1 F2 B2 F1 C2 C1 14 13 10 15 11 12 9 8 7 5 3 2 1 B3 B0 C0 F0 B1 F2 B2 F1 C2 C1 7 47 6 4 B3 B0 C0 F0 B1 F2 B2 F1 C2 C1 14 13 10 15 11 12 9 8 7 5 3 2 1 B3 B0 C0 F0 B1 F2 B2 F1 C2 C1 7 47 6 4 Hình 2.3 Sơ đồ bố trí các bộ truyền hành tinh hộp số tự động 1 – Trục sơ cấp của hộp số; 2 – Cần dẫn bộ truyền hành tinh trước; 3- Bánh răng hành tinh trước; 4 – Bánh răng bao trước; 5 – Bánh răng mặt trời trước và sau; 6 – Bánh răng bao sau; 7 – Trục trung gian; 8 – Cần dẫn số truyền tăng OD; 9 – Bánh răng số truyền tăng OD; 10 – Bánh răng mặt trời OD; 10 . các cụm chi tiết, giải thích bản chất vật lý của các hiện tượng xảy ra trong quá trình hoạt động của hộp số tự động, làm cơ sở cho quá trình thiết kế và. nâng cao sự chính xác và hợp lý hơn trong quá trình chuyển số, kèm theo là giá thành và công nghệ sản xuất, tuy nhiên chức năng cơ bản và nguyên lý hoạt động