Đồ án Khai thác kỹ thuật hộp số tự động trên xe Toyota Vios

CHƢƠNG I:

TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

1.1. NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG:

1.1.1. Nhiệm vụ:

Hộp số tự động có nhiệm vụ:

- 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 ngắn hoặc dài, thực hiện đổi

chiều chuyển động nhằm tạo nên chuyển động lùi cho ôtô;

- Thực hiện đổi chiều chuyển động nhằm tạo nên chuyển động lùi cho

ôtô;

- Giúp ôtô khả năng chuyển động mềm mại và tính năng việt dã cần

thiết trên đường.

1.1.2. Yêu cầu:

- Khi gài chuyển số đảm bảo nhẹ không gây ra va đập.

- Hộp số phải có tỷ số truyền thích hợp với đặc tính của động cơ, tốc

độ, điều kiện sử dụng xe, tính kinh tế.

- Hộp số phải đảm bảo khả năng có thể ngắt dòng truyền công suất

trong thời gian dài.

- Hộp số phải có khả năng thay đổi chiều quay giữa trục ra và vào.

1.1.3. Phân loại hộp số tự động:

Hộp số tự động có thể được phân loại như sau:

* Theo cách bố trí có:

1

- oại hộp số sử dụng trên ôtô FF: ộng cơ đặt trước, cầu trước chủ

động.

Hình 1.1: Hộp số tự động sử dụng trên ôtô FF

1-Bánh xe; 2-Động cơ; 3-Hộp số TĐ; 4-Bán trục;

5-khớp các đăng; 6-Biến mô

- oại hộp số sử dụng trên ôtô FR: ộng cơ đặt trước, cầu sau chủ

động.

Hình 1.2: Hộp số tự động sử dụng trên ôtô FR

1- Động cơ; 2,5- Bánh xe; 3- Biến mô; 4- Hộp số TĐ;

6- Bán trục; 7- khớp các đăng.

C c hộp số sử dụng trên ôtô FF được thiết kế g n nhẹ hơn so với loại

sử dụng trên ôtô FR do ch ng được lắp đặt c ng một khoang với động cơ.

C c hộp số sử dụng cho ôtô FR có bộ truyền động b nh răng cuối c ng

với vi sai lắp bên ngoài. Còn c c hộp số sử dụng trên ôtô FF có bộ truyền

2

b nh răng cuối c ng với vi sai lắp ở bên trong, v vậy loại hộp số tự động sử

dụng trên ôtô FF còn g i là hộp số có vi sai .

Hình 1.3: Hộp số tự động trên xe FF và FR

* Theo bộ truyền bánh răng:

- Hộp số tự động sử dụng bộ truyền hành tinh

- Hộp số tự động sử dụng c c cặp b nh răng luôn ăn khớp với nhiều

trục

* Theo cách điều khiển:

- Hộp số tự động thường

- Hộp số tự động điện tử ( g i là ECT )

3

1.2. ĐẶC ĐIỂM VẬN HÀNH VÀ ƢU ĐIỂM CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG:

1.2.1. Đặc điểm vận hành:

ối với xe ôtô có hộp số thường, cần sang số được sử dụng để chuyển

số nhằm thay đổi lực kéo tại b nh xe cho ph hợp với điều kiện chuyển động.

Khi l i xe lên dốc hay khi động cơ không có đủ lực để leo dốc tại số đang

chạy, hộp số được chuyển về số thấp. V thế l i xe phải thường xuyên nhận

biết tải và tốc độ động cơ để chuyển số một c ch ph hợp. iều đó sẽ gây nên

sự mất m t công suất động cơ một c ch không cần thiết, ngoài ra nó còn gây

nên sự khó khăn khi điều khiển và sự tập trung qu mức đối với người l i.

Ở hộp số tự động, những nhận biết như vậy của l i xe là không cần thiết, l i

xe chỉ cần lựa ch n dãy số, sau đó việc chuyển lên hay xuống đến số thích

hợp nhất được thực hiện một c ch tự động tại thời điểm thích hợp nhất theo

tải động cơ và tốc độ xe. Việc chuyển số tự động đã làm tăng tính tiện nghi

của xe. Ngoài ra trong quá trình vận hành có thể dừng xe mà không phải đóng

ngắt ly hợp và về số N. Hộp số tự động thủy cơ có tốc độ truyền thẳng cũng

như truyền tăng.

1.2.2. Ƣu điểm của hộp số tự động:

Hộp số sử dụng trên ôtô gồm có hai loại: Hộp số cơ khí và hộp số tự

động.

* Hệ thống truyền lực trên xe được bố trí như sau:

Trên xe ôtô d ng hộp số cơ khí th dòng momen truyền từ động cơ sang

hộp số th phải đi qua ly hợp, ly hợp chỉ có khả năng truyền hết momen do

động cơ sinh ra. Trong khi đó trên xe lắp hộp số tự động, dòng truyền momen

từ động cơ xuống hộp số được thông qua biến mô thủy lực. Momen truyền từ

động cơ sang hộp số được tăng lên K lần ( K là hệ số biến mô).

4

Hình 1.4: Hệ thống truyền lực của xe lắp hộp số cơ khí

Hình 1.5: Hệ thống truyền lực của xe lắp hộp số tự động

* Dạng tay số:

- Hộp số cơ khí có tay số dạng zíc zắc (h nh 1.6a).

- Hộp số tự động có tay số dạng thẳng (hình 1.6b).

Hình 1.6: a- Dạng tay số zic zắc; b- Dạng tay số thẳng.

* Phương pháp gài số của hộp số cơ khí:

- Hộp số cơ khí: C c b nh răng khi sang số mới gài vào với nhau. gài

trực tiếp hoặc qua đồng tốc.

5

- Hộp số tự động: C c b nh răng ăn khớp sẵn nên việc chuyển số là do

sự đóng, mở của c c ly hợp, phanh và khớp một chiều. C c ly hợp, phanh và

khớp một chiều được điều khiển đóng mở nhờ c c van chuyển số.

* Đặc điểm động lực học:

ực kéo tiếp tuyến P_kở b nh xe chủ động theo vận tốc chuyển động

của xe:

- Với xe sử dụng hộp số thường ta có công thức:

M_kM_e.i_h.i_o._t

P_k=

=

r

b

Hình 1.7: Đồ thị lực kéo của xe lắp hộp số thường

Trong đó:

M_e: momen trục ra của động cơ;

i_h,i₀: Tỉ số truyền của hộp số chính và của truyền lực chính;



_t: Hiệu suất của biến mô;

r_b: B n kính làm việc trung b nh của b nh xe.

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

M_kM_t.i_h.i_o._t

P_k=

=

r

b

Trong đó:

M_t: Momen bánh tua bin.

6

Hình 1.8: Đồ thị đặc tính kéo của xe lắp hộp số tự động

Xuất ph t từ phương tr nh cân bằng lực kéo của ôtô, quan hệ giữa lực

kéo ph t ra tại c c b nh xe chủ động P_kvà c c lực cản chuyển động phụ thuộc

vào vận tốc chuyển động của ôtô P_k= f(v). Trục tung là c c gi trị của lực và

trục hoành là c c gi trị của vận tốc , đồ thị biểu diễn quan hệ c c lực đó và

vận tốc của ôtô chính là đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô.

Nhận xét:

ồ thị h nh 1.7 và hình 1.8 cho thấy sự kh c biệt của đường đặc tính

kéo ở xe lắp hộp số thường và xe lắp hộp số tự động như sau: lực kéo P_kở

b nh xe chủ động của xe lắp hộp số tự động lớn hơn P_kcủa xe lắp hộp số hộp

số thường,với xe lắp hộp số tự động th lực cản tăng th lực kéo tăng theo, đồ

thị lực kéo của xe lắp hộp số thường với mỗi tay số có v ng làm việc ổn định

phía bên phải và v ng làm việc không ổn định bên tr i, xe lắp hộp số thường

lực cản tăng th lực kéo giảm.

* Vậy hộp số tự động có ưu điểm:

- Sử dụng áp suất thủy lực để tự động chuyển các tay số tùy theo tốc độ

xe, góc mở bướm ga và vị trí cần số.

7

- Quá trình chuyển số được thực hiện tự động hoàn toàn, người lái

không phải điều khiển chuyển số nên giảm thiểu được các thao tác khi lái xe.

ồng thời quá trình chuyển số là tự động điều khiển, nên xe luôn hoạt động ở

chế độ phù hợp nhất tương ứng với tải, địa hình, tốc độ. Do vậy, tr nh được

tổn hao công suất cũng như nhiên liệu trong quá trình vận hành.

- Mô men xoắn được truyền đến các bánh xe chủ động một cách êm

dịu, tương ứng với lực cản chuyển động và tốc độ chuyển động của ô tô.

- Hộp số tự động gi p tăng được khả năng động lực h c của ô tô.

- Giảm được tải tr ng tác dụng lên các chi tiết của hệ thống truyền lực.

- Tr nh được quá tải cho động cơ và hệ thống truyền lực vì giữa chúng

được nối với nhau bằng biến mô thủy lực.

8

CHƢƠNG II:

HỘP SỐ TỰ ĐỘNG U340E

2.1. GIỚI THIỆU CHUNG

- Hộp số tự động U340E (hình 2.1) được lắp trên xe Toyota Vios; là

loại hộp số thủy cơ sử dụng bộ truyền hành tinh có điều khiển điện tử.

Hình 2.1: Bối trí hộp số U340E

- Sơ đồ hộp số được giới thiệu trên hình 2.2 gồm có hai cơ cấu hành

tinh Willson ghép nối với nhau theo kiểu CR – CR (cần dẫn của cơ cấu này

nối với b nh răng bao của cơ cấu kia). Hộp số có 4 số tiến và 1 số l i; trong

đó số 3 là số truyền thẳng và số 4 là số truyền tăng. ầu vào của bộ truyền

hành tinh là trục ra của b nh tuabin của biến mô, đầu ra của bộ truyền là cần

dẫn của cơ cấu hành tinh ăn khớp với bộ vi sai thông qua 1 bộ b nh răng. C c

9

ly hợp thủy lực gồm có C₁, C₂, C₃, ly hợp khóa biến mô TCC, c c cơ cấu

phanh ký hiệu B₁, B₂, B₃, c c khớp một chiều F₁, F₂.

Hình 2.2: Sơ đồ động hộp số U340E

- Chức năng của c c ly hợp, phanh và khớp một chiều:

Các bộ phận

Chức năng

Nối trục chủ động bộ truyền HT với BR mặt

trời bộ truyền HT thứ nhất

C₁Ly hợp số tiến

Nối trục trung gian với cần dẫn bộ truyền HT

thứ hai

C₂Ly hợp số truyền thẳng

Nối trục trung gian với BR mặt trời bộ truyền

HT thứ hai

C₃Ly hợp số lùi

B₁Phanh OD và số 2

B₂Phanh số 2

Khóa BR mặt trời bộ truyền HT thứ hai

Giữ BR mặt trời bộ truyền HT thứ hai không

quay ngược chiều kim đồng hồ

Khóa BR bao bộ truyền HT thứ nhất và cần

dẫn bộ truyền HT thứ hai

B₃Phanh số 1 và số lùi

F₁Khớp một chiều số 1

Giữ BR mặt trời bộ truyền HT thứ hai không

quay ngược chiều kim đồng hồ

10

Giữ BR bao bộ truyền HT thứ nhất và cần dẫn

bộ truyền HT thứ hai không quay ngược chiều

kim đồng hồ

F₂Khớp một chiều số 2

C c B nh răng hành tinh

C c BR HT làm thay đổi tỉ số truyền theo sự

đóng mở của ly hợp và phanh, nhờ đó làm

tăng hoặc giảm tốc độ đầu ra

2.2. KẾT CẤU CỦA HỘP SỐ U340E

2.2.1. Kết cấu chung của hộp số tự động U340E:

- Biến mô thủy lực: được bố trí ngay tiếp sau động cơ, nhận mô-men từ

động cơ và truyền tới c c trục của hộp số cơ khí.

- C c b nh răng ăn khớp với tỷ số truyền x c định: thường sử dụng c c

cơ cấu b nh răng hành tinh.

- Hệ thống điều khiển chuyển số: hệ thống bao gồm c c cảm biến tốc

độ xe, cảm biến vị trí bướm ga, c c van điện từ.

- Mạch dầu của hộp số: c c đường dầu điều khiển c c phanh, khớp một

chiều, ly hợp ma s t, cung cấp dầu cho biến mô.

Khi xe hoạt động, động cơ truyền mô-men qua biến mô tại đầu ra của

biến mô (b nh tua-bin) truyền vào hộp số cơ khí, hộp số cơ khí thay đổi được

tỷ số truyền,việc thay đổi tỷ số truyền được điều khiển tự động nhờ c c ly

hợp, phanh, khớp một chiều. ầu ra của hộp số cơ khí được ăn khớp với bộ

truyền lực chính qua vi sai truyền tới c c b nh xe chủ động.

11

Hình 2.3: Hộp số U340E

2.2.2 Biến mô thủy lực:

Biến mô thủy lực được lắp ở đầu vào của chuỗi b nh răng truyền động

hộp số và được 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 đóng vai trò như 1 khớp nối thủy lực truyền momen đến

hộp số, hấp thụ c c dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyền lực. Biến

mô có t c dụng như một b nh đà để làm đều chuyển động quay của động cơ,

ngoài ra nó còn có chức năng dẫn động bơm dầu của hệ thống thủy lực. Cấu

tạo biến mô: phần chủ động g i là b nh bơm (B) nối với trục khuỷu động cơ,

phần bị động g i là b nh tuabin (T) nối với trục vào bộ truyền b nh răng hành

12

tinh, phần phản ứng g i là b nh dẫn hướng (D) được lắp giữa b nh bơm và

bánh tuabin.

Hình 2.4: Biến mô thủy lực

a) Bánh bơm:

B nh bơm (h nh 2.5) được bố trí bên trong và gắn liền với vỏ biến mô.

B nh bơm được nối với trục khuỷu qua đĩa bị động 1. Trên bề mặt của b nh

bơm có c c c nh bơm, các cánh có biên dạng cong hướng kính được lắp bên

trong b nh bơm có t c dụng tạo động năng cho dòng chất lỏng. Vành dẫn

hướng 4 được lắp trên mép trong của các c nh để dẫn hướng cho dòng chảy

của dầu được êm.

13

Hình 2.5: Bánh bơm

b) Bánh tuabin:

Bánh tua-bin (h nh 2.6) có nhiệm vụ chuyền đổi động năng của dòng

chất lỏng thành mô-men tại trục ra của biến mô-men, trên bánh tua-bin bố trí

nhiều c nh quạt có hướng cong ngược chiều với c c c nh bơm. Bánh tuabin

được lắp trên trục sơ cấp hộp số sao cho nó đối diện với c c c nh trên c nh

bơm với một khe hở rất nhỏ ở giữa.

Hình 2.6: Bánh tuabin

14

c) Bánh phản ứng:

Hình 2.7:Bánh tuabin

A-dòng chất lỏng từ bánh tua-bin; B-dòng chất lỏng đi tới bánh bơm; C-nếu

dòng chất lỏng không bị chuyển hướng

B nh phản ứng (hình 2.7) được đặt giữa b nh bơm và bánh tuabin, trục

b nh phản ứng được lắp cố định vào vỏ hộp số qua khớp một chiều, các cánh

của b nh phản ứng nhận dòng dầu khi nó đi ra khỏi bánh tuabin và hướng cho

nó đập vào mặt sau của c nh quạt trên b nh bơm làm cho b nh bơm được

cường hóa. Khớp một chiều cho phép b nh phản ứng quay c ng chiều với

trục khuỷu động cơ, nếu b nh phản ứng có xu hướng quay theo chiều ngược

lại th khớp 1 chiều sẽ khóa b nh phản ứng lại không cho nó quay.

d) Nguyên lý làm việc của biến mô:

* Nguyên lý truyền công suất:

Khi c nh bơm được dẫn động bởi trục khuỷu của động cơ dầu trong

c nh bơm sẽ quay với c nh bơm theo c ng một hướng.

Khi tốc độ của c nh bơm tăng lên lực li tâm làm cho dầu bắt đầu chảy

ra phía ngoài tâm của c nh bơm d c theo bề mặt của c nh quạt và mặt bên

trong của c nh bơm

15

Hình 2.8: Khi tốc độ quay nhỏ

Khi tốc độ của c nh bơm tăng lên nữa dầu sẽ bị đ y ra khỏi c nh bơm

rồi đập vào c c c nh quạt của rôto tuabin làm cho rôto bắt dầu quay c ng

hướng với c nh bơm. Sau khi dầu mất năng lượng do va đập vào c c canh

quạt của roto tuabin, nó ch y vào trong d c theo c c c nh của roto tuabin khi

nó chạm vào phần trong của rôto bề mặt cong của bên trong roto sẽ hướng

dòng chảy ngược trở lại c nh bơm và dòng chảy lại bắt đầu. Như vậy việc

truyền mômen được thực hiện bởi dòng dầu chảy qua c nh bơm và roto

tuabin.

Hình 2.9: Khi tốc độ quay lớn

* Nguyến lý khuyếch đại mômen:

Việc khuyếch đại mômen do bộ biến mô thực hiện bằng c ch dẫn dòng

dầu khi nó vẫn còn năng lượng sau khi đi qua b nh tuabin trở về b nh bơm

qua c nh của b nh phản ứng. hay nói c ch kh c là b nh bơm được quay do

16

mômen quay từ động cơ mà mômen này lại được bổ xung dầu quay về từ

b nh tuabin, có thể nói b nh bơm khuyếch đại mômen quay ban đầu để dẫn

động b nh tuabin.

Hình 2.10: Nguyên lý khuyếch đại mômen

Chức năng của khớp một chiều stato (b nh phản ứng) là: Hướng của

dòng dầu đi vào stato từ hướng của tuabin phụ thuộc vào sự chênh lệch tốc

độ quay giữa b nh bơm và b nh tuabin.

Khi chênh lệch về tốc độ quay là lớn: tốc độ của dầu (dòng chảy xo y)

tuần hoàn qua c nh bơm và rôto tuabin là lớn, do vậy dầu từ rôto tuabin đến

stato theo hướng sao cho nó ngăn cản chuyển động quay của c nh bơm, như

h nh 2.11, tại đây dầu sẽ đập vào mặt trước của c nh quạt trên stato làm cho

nó quay theo hướng ngược lại với hướng quay của c nh bơm. Nhưng do bánh

phản ứng bị khóa cứng bởi khớp một chiều nên nó không quay. nhưng c c

c nh của nó làm cho hướng của dòng dầu thay đổi sao cho ch ng sẽ trợ gi p

cho chuyển động quay thực của c nh bơm

17

Hình 2.11: Khi khớp 1 chiều bị khóa

Khi dòng chảy xo y nhỏ: tốc độ quay của rôto tuabin đạt được đến tốc

độ của c nh bơm, tốc độ của dầu mà quay c ng hướng với rôto tuabin tăng

lên. Nói c ch kh c tốc độ của dầu (dòng chảy xo y) tuần hoàn qua c nh bơm

và rôto tuabin giảm xuống. Do vậy mà hướng của dòng dầu đi từ rôto tuabin

đến b nh phản ứng c ng hướng quay của c nh bơm. Do l c này dầu đập vào

mặt sau của c c c nh trên stato lên c c c nh này ngăn dòng chảy của dầu lại

trong trường hợp này khớp một chiều cho phép b nh phản ứng quay c ng

hướng với c nh bơm do vậy cho phép dầu trở về c nh bơm

B nh phản ứng bắt đầu quay c ng hướng với c nh bơm khi tốc độ quay

của rôto tuabin đạt đến một tỷ lệ nhất định so với tốc độ quay của c nh bơm .

Hiện tượng đó g i là điểm ly hợp hay diểm nối sau khi đạt được điểm ly hợp

mômen không khuyếch đại chức năng của biến mô như một khớp nối thuỷ lực

thông thường .

18

Hình 2.12: Khi khớp 1 chiều quay tự do

e) Điểm khóa biến mô và các thông số cơ bản của biến mô:

* Khóa biến mô:

Khóa biến mô là một cơ cấu thủy lực cho phép khóa b nh bơm và b nh

tua-bin khi biến mô quay ở tốc độ cao.

Hình 2.13 : Đường đặc tính không thứ nguyên của biến mô

Khi xe chuyển động ở tốc độ thấp tỷ số truyền tốc độ thấp, khi đó tỷ số

truyền mô-men là cao do có sự cường hóa mô-men. Khi tốc độ xe tăng lên tỷ

số truyền tốc độ của xe tăng lên nhưng tỷ số truyền mô-men lại giảm xuống,

hiệu suất của biến mô cũng giảm nhanh, khi đó để giữ được mô-men của b nh

19

tua-bin và nâng hiệu suất của biến mô th khóa biến mô hoạt động như một ly

hợp, khóa b nh bơm và b nh tua-bin tạo thành khối cứng.

Nguyên lý hoạt động của khóa biến mô như h nh 2.13: Khi b nh bơm ở

tốc độ thấp, khóa biến mô 2 có khe hở với vỏ biến mô 1 khi đó p suất tại

phía khoang A và B là như nhau. Do đó khóa biến mô chưa làm việc. Khi xe

chuyển động ở tốc độ cao van điện từ điều khiển dầu có p suất đi vào khoang

A, dầu tại khoang B được tho t bằng ống xả, ép khóa ly hợp chặt vào vỏ biến

mô, khóa vỏ biến mô với b nh tua-bin thành một khối cứng. Khi hoàn tất việc

khóa biến mô th tỷ số truyền qua biến mô là 1.

Hình 2.14: Sơ đồ điều khiển khóa biến mô

1- vỏ biến mô; 2-khóa biến mô; 3-bánh tua-bin; 4-bánh bơm;

5-van điều khiển khóa biến mô

* Các thông số cơ bản của biến mô:

C c biến mô được đặc trưng bởi đường đặc tính không thứ nguyên:

20