Tiểu luận môn Truyền động công suất - Đề tài: Nguyên lý hoạt động của hệ thống bánh răng hành tinh trong các loại hộp số tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CƠ SỞ 2

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY

----------------

THIẾT KẾ MÔN HỌC

TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT

ĐỀ TÀI:

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG BÁNH RĂNG

HÀNH TINH TRONG CÁC LOẠI HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

GVHD : TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

SVTH : THÁI VĂN CÔNG

TRẦN QUANG HẢI ĐĂNG

PHAN VĂN GIÁP

LÊ VĂN HẢI

LỚP : CƠ ĐIỆN TỬ-K53

NHÓM : 01

TP.HCM – 2015

1

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

LỜI NÓI ĐẦU

• Khoa học kỹ thuật và công nghệ ngày càng phát triển, nhắm đáp ứng nhu

cầu của sự phát triển, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Trong

ngành cơ khí hiện nay thì các hệ thống bánh răng hành tinh được sử dụng

rộng rãi trong các máy móc thiết bị, đặc biệt là được dùng trong hộp số của

động với vai trò quan trọng của nó.

• Hệ thống bánh răng hành tinh trong các hộp số đặc biệt là trong hộp số tự

động ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các động cơ để giúp điều khiển

giảm tốc độ hay đảo chiều hay tăng tốc cho động cơ, giúp cho động cơ hoạt

động theo ý muốn của người sử dụng, góp phần vào sự đa dạng của các hệ

thống bánh răng được sử dụng trong các loại hợp số.

• Tập thiết kế môn học này có thể là tài liệu tham khảo cho những ai quan tâm

đến vấn đề liên quan nguyên lý hoạt động của hệ thống bánh răng hành tinh

trong các loại hộp số tự động.

Vì kiến thức và thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tế không nhiều nên việc

thiệt kế môn học này không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự

đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè.Chúng em xin chân thành cảm ơn!!!

2

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

Nội dung bản thiết kế môn học truyền động công suất:

Đề Tài: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG BÁNH RĂNG

HÀNH TINH TRONG CÁC LOẠI HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

• Chương 1: Thái Văn Công

Tổng quan về hộp số.

• Chương 2: Trần Quang Hải Đăng

Cấu tạo và các cụm chi tiết chính.

• Chương 3: Phan văn Giáp

Nguyên lý hoạt động của các loại hộp số tự động.

• Chương 4: Lê Văn Hải

Nguyên lý hoạt động của hệ bánh răng hành tinh.

• Chương 5: kết luận và đánh giá.

3

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

LỜI NHẬN XÉT CỦA GVHD

………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………….

……., ngày…tháng…năm 2015

4

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

MỤC LỤC

Chương 1: Tổng quan về hộp số……………….................................................6

Chương 2: Cấu tạo và các cụm chi tiết chính………………………………….19

Chương 3: Nguyên lý hoạt động của các loại hộp số tự động…………………44

Chương 4: Nguyên lý hoạt động của hệ bánh răng hành tinh…………………65

Chương 5: kết luận và đánh giá………………………………………………..89

5

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

1. Khái quát:

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, ô tô

được tích hợp các hệ thống tự động lên các dòng xe đã và đang sản xuất 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 quan tâm hiện nay khi mua xe ô tô vì những tiện

ích mà nó mang lại khi sử dụng .

Trên xe sử dụng hộp số thường, thì lái xe phải thường xuyên nhận biết tải và tốc độ

động cơ để chuyển số một cách phù hợp. Khi sử dụng hộp số tự động, những sự

nhận biết như vậy của lái xe là không cần thiết. Việc chuyển đến vị trí số thích hợp

nhất được thực hiện một cách tự động theo tải động cơ và tốc độ xe. 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 tuỳ thuộc vào tốc độ xe và mức đạp bàn

đạp ga.

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, và một hộp số

không sử dụng ECU được gọi là hộp số tự động thuần thuỷ 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 tuỳ theo ý muốn của lái xe và điều kiện đường xá. 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 1900, 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 bị hộp 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 sửa 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 thủy lực. Để chính xác hóa

6

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

thời điểm chuyển số và để tăng tính an toàn khi sử dụng, hộp số tự động 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 cuối của thế kỷ XX cụ thể như sau :.

❖ Hộp số tự động (HSTD), theo công bố của tài liệu công nghiệp ô tô CHLB

Đức, ra đời vào 1934 tại hãng Chysler. Ban đầu HSTD sử dụng Ly hợp

thủy lực và Hộp số hành tinh, điêu khiển hoàn toàn bằng van con trượt

thủy lực, sau đó chuyển sang dùng Biến mômen 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 sĩ). Phần lớn các HSTD trong thời kỳ này dùng hộp số hành

tinh 3, 4 cấp trên cơ sở của bộ truyền hành tinh 2 bậc tự do kiểu Willson,

kết cấu AT.

❖ Sau những năm 1960 HSTD dùng trên ô tô tải và ô tô buýt với Biến mômen

thủy lực và hộp số cơ khí có các cặp bánh răng ăn khớp ngoài, kết cấu AT.

❖ Sau năm 1978 chuyển sang loại HSTD kiểu EAT (điều khiển chuyển số

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

❖ Một loại HSTD 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, (cũng

là một dạng HSTD).

❖ Ngày nay đã bắt đầu chế tạo các loại truyền động thông minh, cho phép

chuyển số theo thói quen lái xe (thay đổi tốc độ của động cơ băng chân

ga) và tình huống mặt đường, HSTD có 8 số truyền …. Hệ thống truyền

lực sử dụng HSTD được gọi là hệ thống truyền lực cơ khí thủy lực điện

tử, là khu vực có nhiều ứng dụng của kỹ thuật cao, sự phát triển rất nhanh

chóng, chẳng hạn, gần đây xuất hiện loại hộp số có khả năng làm việc theo

hai phương pháp chuyển số: bằng tay, hay tự động tùy thuộc vào ý thích

của người sử dụng.

Hiện nay để đáp ứng nhu cầu của khách hàng và để tăng tính an toàn khi sử

dụng, các nhà chế tạo đã cho ra đời loại hộp số điều khiển bằng điện tử có thêm chức

năng sang số bằng cần như hộp số thường.

7

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

Ngày nay hộp số tự động đã được sử dụng khá rộng rãi trên các xe du lịch, thậm chí

trên xe 4WD và xe tải nhỏ. 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, sửa 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, hộp số tự động đã khẳng định được tính ưu việt của nó và

dần thay thế cho hộp số thường.

8

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

3. Phân loại hộp số tự động:

Có nhiều cách để phân loại hộp số tự động

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 tỷ số truyền nhờ sự thay đổi bán kính quay của các puly.

Hình: 1.3 Hộp số tự động vô cấp

9

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

• Hộp số tự động có cấp : Khác với hộp số vô cấp, hộp số tự động có cấp

cho phép thay đổi tỷ số truyền theo các cấp số nhờ các bộ truyền bánh răng.

Hình 1.4: Hộp số tự động có cấp

Phân loại theo cách điều khiển:

Theo cách điều khiển có thể chia hộp số tự động 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 hoàn toàn bằng thủy lực, loại kia là điều khiển điện tử (ECT), nó sử dụng

ECU để điều khiển và có thêm chức năng chẩn đoán và dự phòng.

Hộp số điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực hoạt động bỡi sự biến đổi một cách cơ

khí tốc độ 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

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.

Mặt khác, đối với 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 gởi chúng về bộ điều khiển

ECU. Dựa trên tín hiệu này ECU điều khiển hoạt động các ly hợp, phanh thông qua

các van và hệ thống thủy lực.

10

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

- Hộp số tự động điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực : điều khiển chuyển số cơ

học bằng cách phát hiện tốc độ xe bằng thuỷ lực thông qua van điều tốc và phát hiện

độ mở bàn đạp ga từ bướm ga thông qua độ dịch chuyển của cáp bướm ga.

➢ Loại điều khiển điện tử kết hợp thủy lực

Loại này sử dụng ECU- ECT để điều khiển 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 can sang số → bộ bánh

răng hành tinh và bộ biến mô

Hộp số tự động toytota

11

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

➢ Loại điều khiển điện tử hoàn toàn thủy lực:

Loại này sử dụng cáp bướm ga và các tín hiệu điện tử điều khiển để điều khiển hộp

số tự động.

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.

Hộp số tự động điều khiển hoàn toàn thủy lực

- Hộp số tự động điều khiển bằng điện tử: Hộp số này sử dụng áp suất thuỷ lực

để tự động chuyển số theo các 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 thuỷ lực.

12

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

Sơ đồ tín hiệu điều khiển :

Tín hiệu điện từ các cảm biến ( cảm biến chân ga , cảm biến dầu hộp số , cảm

biến tốc độ động cơ , cảm biến tốc độ xe, cảm biến đếm vòng quay , cảm biến tốc

độ tuabin .. vv )và tín hiệu điện từ bộ điều khiển thủy lực → ECT độngcơ và ECT

→ tín hiệu điện đến các van điện từ → bộ biến mô và bánh răng hành tinh.

Phân loại theo cách bố trí trên xe.

- Loại FF: Hộp số tự động sử dụng cho xe có động cơ đặt trước, cầu trước chủ

động. Loại này được thiết kế gọn do chúng được bố trí ở khoang động cơ.

13

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

Hộp số loại FF

- Loại FR: Hộp số tự động sử dụng cho xe có động cơ đặt trước, cầu sau chủ động.

Loại này có bộ truyền bánh răng cuối cùng (vi sai) lắp ở bên ngoài nên nó dài hơn.

Hộp số tự động loại FR

4. Nguyên lí làm việc chung của hộp số tự động.

Dòng công suất truyền động từ động cơ qua biến mô đến hộp số và di chuyển đến

hệ thống truyền động sau đó, nhờ cấu tạo đặc biệt của mình biến mô vừa là một

khớp nối thủy lực vừa là một cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực cũng vừa là

một bộ phận khuếch đại mô men 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 đặc biệt bằng thủy lực hay

điện tử.

14

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

Trục khuỷu động cơ

Tấm dẫn động

Biến mô thủy lực

Trục sơ cấp của hộp số

Bộ truyền hành tinh, các ly hợp

Trục thứ cấp của hộp số

5. Chức năng của hộp số tự động.

Về cơ bản hộp số tự động có chức năng như hộp số thường, tuy nhiên hộp số tự

động cho phép đơn giản hóa việc điều khiến hộp số, quá trình chuyển số êm dịu,

không cần ngắt đường truyền công suất từ động cơ xuống khi sang số. Hộp số tự

động tự chọn tỉ số truyền phù hợp với điều kiện chuyển động của ô tô, do đó tạo

điều kiện sử dụng gần như tối ưu công suất động cơ.

Vì vậy, hộp số tự động có những chức năng cơ bản sau:

- Tạo ra các cấp tỉ số truyền phù hợp nhằm thay đổi moment xoắn từ động cơ đến

các bánh xe chủ động phù hợp với moment cản luôn thay đổi và nhằm tận dụng tối

đa công suất động cơ.

- Giúp cho xe thay đổi chiều chuyển động.

- Đảm bảo cho xe dừng tại chỗ mà không cần tắt máy hoặc tách ly hợp.

Ngoài ra ECT còn có khả năng tự chẩn đoán.

15

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

Điều kiện làm việc của hộp số tự động

Hộp số tự động làm việc trong điều kiện tỷ số truyền luôn thay đổi vì vậy trong quá

trình làm việc các chi tiết nhanh bị mài mòn.

Hộp số tự động nằm dưới gầm xe nên dễ bị bụi bẩn và có khả năng bị va đập gây

hỏng hóc.

6. Ưu , nhược điểm của hộp số tự động

a) Ưu điểm :

- Nó giảm mệt mỏi cho lái xe bằng cách loại bỏ các thao tác cắt ly hợp và thường

xuyên phải chuyển số.

- Nó chuyển số một cách tự động và êm dịu tại các tốc độ thích hợp với chế độ lái

xe do vậy giảm bớt cho lái xe sự cần thiết phải thành thạo các kĩ thuật lái xe khó

khăn và phức tạp như vận hành ly hợp.

- Nó tránh cho động cơ và dòng dẫn động được tình trạng quá tải do nó nối chung

bằng thủy lực qua biến mô tốt hơn so với nối bằng cơ khí .

- Hộp số tự động dùng ly hợp thủy lực hoặc biến mô thủy lực việc tách nối công

suất từ động cơ đến hộp số nhờ sự chuyển động của dòng thủy lực từ cánh bơm

sang tua bin mà không qua một cơ cấu cơ khí nào nên không có sự ngắt quãng

dòng công suất vì vậy đạt hiệu suất cao ( 98 % ).

- Thời gian sang số và hành trình tăng tốc nhanh.

- Không bị va đập khi sang số, không cần bộ đồng tốc .

b) Nhược điểm

- Kết cấu phức tạp hơn hộp số cơ khí .

- Tốn nhiều nhiên liệu hơn hộp số cơ khí .

- Biến mô nối động cơ với hệ thống truyền động bằng cách tác động dòng chất

lỏng từ mặt này sang mặt khác trong hộp biến mô, khi vận hành có thể gây ra hiện

tượng “ Trượt” hiệu suất sử dụng năng lượng bị giảm,đặc biệt là ở tốc độ thấp.

16

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

Tóm lại ta có thể tóm tắt một cách đầy đủ về các loại hộp số như sau:

Hộp số tự động

Hộp số vô cấp

Hộp số tự động có cấp

Hộp Số Vô

cấp điều

khiển

bằng con

lăn

Hộp Số Vô

cấp điều

khiển bằng

dây đai

Hộp Số Có Cấp loại

thường

Hộp Số Có Cấp loại điện

tử

Số tự động Số tự động Số tự động Số tự động

loại chuyển loại thường chuyển số chuyển số

số bằng

chuyển số

bằng côn

bằng điều

Côn điều

bằng Côn

điều khiển Côn và

khiển Thủy và Phanh.

lực Điều khiển và Điện

thủy lực

Thủy lực

Phanh

khiển

Tử(ECT,E Thủy lực

CU)

và Điện

Tử(ECT,E

CU).

17

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

Đặc Điểm:

Đặc

Điểm:

Đặc Điểm: Đặc Điểm: Đặc Điểm: Đặc Điểm:

Sử dụng Sử dụng Sử dụng Sử dụng

biến mô và biến mô và biến mô và biến mô và

côn để vào côn, phanh côn để vào côn, phanh

Loại hộp số

CVT vận

hành trên

Loại hộp

số CVT

một hệ thống vận hành

pu-li, dây đai trên một

thông minh, hệ thống

hệ thống này đĩa con

số một

cách tự

động.Điều tự

khiển động.Điều

để chuyển

số một cách cách tự

động.

số một

để chuyển

số một

cách tự

Chuyển số động.Điều

bằng côn khiển

điều khiển chuyển số

cho phép

một khả

lăn thông chuyển số khiển

minh, hệ bằng thuần chuyển số

thống này thủy lực bằng Thủy Thủy lực

năng biến

bằng Thủy

thiên vô hạn cho phép

túy

lực thuần

và Điện

lực và Điện

giữa số thấp một khả

túy

Tử(ECT,E Tử(ECT,E

CU). CU).

nhất và số

năng biến

cao nhất mà thiên vô

không không hạn giữa

có sự ngắt

quãng giữa

các số.

số thấp

nhất và số

cao nhất

mà không

không có

sự ngắt

quãng

giữa các

số.

18

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

Chương 2: Cấu Tạo Và Các Cụm Chi Tiết Chính

I. Phân loại hộp số tự động

Các hộp số tự động có thể được chia thành 2 loại chính, đó là các hộp số được

sử dụng trong các xe FF (động cơ ở phía trước, dẫn động bánh trước) và các xe FR

(động cơ ở phía trước, dẫn động bánh sau).

Các hộp số của xe FF có một bộ dẫn động cuối cùng được lắp bên trong, còn

các hộp số của xe FR thì có bộ dẫn động cuối cùng (vi sai) lắp bên ngoài. Loại hộp

số tự động dùng trong xe FR được gọi là hộp truyền động.

Trong hộp số tự động đặt ngang, hộp truyền động và bộ dẫn động cuối cùng

được bố trí trong cùng một vỏ hộp. Bộ dẫn động cuối cùng gồm một cặp bánh răng

giảm tốc (bánh răng dẫn và bánh răng bị dẫn), và các bánh răng vi sai.

19

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ

II. Bộ biến mô

Bộ biến mô gồm bánh bơm, bánh tuabin, khớp một chiều, stato và vỏ biến mô

chứa tất cả các bộ phận đó. Bộ biến mô được điền đầy ATF do bơm dầu cung cấp.

1. Cấu tạo

 Bánh bơm

Bánh bơm được bố trí nằm trong vỏ bộ biến mô và nối với trục khuỷu qua đĩa

dẫn động. Nhiều cánh hình cong được lắp bên trong bánh bơm. Một vòng dẫn hướng

được lắp trên mép trong của các cánh để đường dẫn dòng dầu được êm.

20

GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ