›

Báo cáo Phân tích động học Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson độc lập trong hộp số tự động

docx 55 trang yendo 9560
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo Phân tích động học Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson độc lập trong hộp số tự động", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docxbao_cao_phan_tich_dong_hoc_co_cau_hanh_tinh_kieu_wilson_doc.docx

Nội dung text: Báo cáo Phân tích động học Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson độc lập trong hộp số tự động

  1. 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: Phân tích động học Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson độc lập trong hộp số tự động GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TS.NGUYỄN HỮU CHÍ SINH VIÊN THỰC HIỆN : LỚP : CƠ ĐIỆN TỬ-K53 NHÓM : 05 TP.HCM - 2015
  2. 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 số hành 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
  3. Thiết kế môn học TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ TỰ ĐỘNG VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỘP SỐ HÀNH TINH I. Giới thiệu chung 1. Khái quát 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 người 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 theo 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 tùy thuộc vào tốc độ xe và mức độ bàn đạp ga. SVTH: Đới Xuân Quốc 3
  4. 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 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, 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 thủy lực. 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 thể như 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 do kiểu Wilson, kết cấu AT. Sau những năm 1960, HSTĐ dùng trên ô tô tải, ô tô bus với momen thủy lực và hộp số cơ khí có cặp bánh răng ăn khớp ngoài, kết cấu AT. SVTH: Đới Xuân Quốc 4
  5. Thiết kế môn học 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 cao, phát triển rất nhanh. 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. SVTH: Đới Xuân Quốc 5
  6. 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. SVTH: Đới Xuân Quốc 6
  7. Thiết kế môn học 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 có cấp cho phép thay đổi tỉ số truyền theo các cấp số nhờ các bộ truyền bánh răng. 3.2 Phân loại theo cách điều khiển Theo cách điều khiển có thể chia HSTĐ 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 loại điều khiển SVTH: Đới Xuân Quốc 7
  8. Thiết kế môn học điện 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 đổi một 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 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. SVTH: Đới Xuân Quốc 8
  9. Thiết kế môn học o Hộp số điều khiển bằng điện tử: Sử dụng áp suất thủy lực để tự động 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 bộ điều 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 Có nhiều loại hộp số tự động, hiện nay thông dụng nhất là loại 4, 5, 6 cấp số, một số loại xe được trang bị hộp số tự động 8, 9 cấp. 3.4 Phân loại theo cách bố trí trên xe Loại FF (Front – Front: động cơ đặt trước – cầu trước chủ động): Loại này được thiết kế gọn do chúng được bố trí ở khoang động cơ. Loại ER (Front – Rear: động cơ đặt trước – cầu sau chủ động): Loại này có bộ truyền lực cuối cùng (vi sai) lắp ở bên ngoài nên nó dài hơn. SVTH: Đới Xuân Quốc 9
  10. Thiết kế môn học 4. Chức năng của hộp số tự động Về cơ bản hộp số tự động có chức năng như một hộp số thường. Tuy nhiên, hộp số tự động cho phép đơn giản hóa việc điều khiển 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 hoạt động của ô tô, do đó tạo điều kiện sử dụng gần như tối ưu công suất động cơ. 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. Kích thước nhỏ gọn. Hiệu suất làm việc cao, vì các dòng năng lượng có thể là song song, ma sát sinh ra tiêu hao năng lượng chủ yếu là do chuyển động tương đối còn không chịu ảnh hưởng của chuyển động theo, khâu quyết định là chọn phương án sơ đồ bố trí. 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. SVTH: Đới Xuân Quốc 10
  11. Thiết kế môn học 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. SVTH: Đới Xuân Quốc 11
  12. 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. SVTH: Phạm Văn Quỳnh 12
  13. Thiết kế môn học II. NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH CỦA HỘP SỐ 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. 1. Đảo chiều.  Đầu vào: bánh răng bao  Đầu ra: cần dẫn  Cố định: bánh răng mặt trời  Khi bánh răng mặt trời bị cố định thì chỉ có bánh răng hành tinh quay và vận động chung quanh. Do đó trục đầu ra chỉ giảm tốc độ so với trục đầu vào bằng chuyển động quay của bánh răng hành tinh. Độ dài của mũi tên chỉ tốc độ quay và chiều rộng của mũi tên chỉ momen. Mũi tên càng dài thì tốc độ quay càng lớn và mũi tên càng rộng thì momen càng lớn. SVTH: Phạm Văn Quỳnh 13
  14. Thiết kế môn học 2. Giảm tốc.  Đầu vào: bánh răng bao  Đầu ra: cần dẫn  Cố định: bánh răng mặt trời  Khi bánh răng mặt trời cố định thì chỉ có bánh răng hành tinh quay và vận động chung quanh. Do đó trục đầu ra chỉ giảm tốc độ so với trục đầu vào bằng chuyển động quay của các bánh răng hành tinh. Độ dài của mũi tên chỉ tốc độ quay và chiều rộng của mũi tên chỉ momen. Mũi tên càng dài thì tốc độ quay càng lớn và mũi tên càng rộng thì momen càng lớn. SVTH: Phạm Văn Quỳnh 14
  15. Thiết kế môn học 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. SVTH: Phạm Văn Quỳnh 15
  16. Thiết kế môn học 4. Tăng tốc.  Đầu vào: cần dẫn  Đầu ra: bánh răng bao  Cố định: bánh răng mặt trời  Khi cần dẫn quay theo chiều kim đồng hồ thì bánh răng hành tinh chuyển động xung quanh bánh răng mặt trời theo chiều kim đồng hồ. Do đó bánh răng bao tăng tốc trên cơ sở số răng trên bánh răng bao và bánh răng mặt trời. SVTH: Phạm Văn Quỳnh 16
  17. Thiết kế môn học 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. SVTH: Phạm Văn Quỳnh 17
  18. 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. SVTH: Phạm Văn Quỳnh 18
  19. Thiết kế môn học Hình 5.2 sơ đồ nguyên lý hoạt động của phanh dải B1  Phanh kiểu nhiều đĩa ướt (B2, B3): SVTH: Phạm Văn Quỳnh 19
  20. Thiết kế môn học Hình 5.3 cấu tạo phanh dải nhiều đĩa ướt B2, B3  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 quả là cần dẫn hoặc bánh răng mặt trời bị khóa vào vỏ hộp số. Khi dầu có áp suất được xả ra khỏi xilanh thì SVTH: Phạm Văn Quỳnh 20
  21. Thiết kế môn học piston bị lò xo phản hồi đẩy về vị trí ban đầu của nó và 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 ly hợp được ăn khớp, trục sơ cấp được nối với bánh SVTH: Phạm Văn Quỳnh 21
  22. Thiết kế môn học răng bao và công suất từ trục sơ cấp được truyền tới bánh răng bao.  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) SVTH: Phạm Văn Quỳnh 22
  23. Thiết kế môn học 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. SVTH: Phạm Văn Quỳnh 23
  24. Thiết kế môn học (1) trục sơ cấp làm quay bánh răng bao của bộ truyền hành tinh trước theo chiều kim đồng hồ nhờ C1 (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. SVTH: Phạm Văn Quỳnh 24
  25. Thiết kế môn học (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 đồng hồ. SVTH: Phạm Văn Quỳnh 25
  26. Thiết kế môn học (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. SVTH: Phạm Văn Quỳnh 26
  27. Thiết kế môn học (1) trục sơ cấp làm quay bánh răng mặt trời theo chiều kim đồng hồ nhờ C2. (2) ở bộ truyền bánh răng hành tinh sau do cần dẫn sau bị B3 cố định nên bánh răng bao của bộ truyền hành tinh sau quay ngược chiều kim đồng hồ thông qua bánh răng hành tinh của bộ truyền hành tinh sau, và trục thứ cấp được quay ngược chiều kim đồng hồ. SVTH: Phạm Văn Quỳnh 27
  28. Thiết kế môn học 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 răng ngoại 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 bị động. Do vậy, để nhận được một tỉ số truyền xác định, cơ cấu có thể có hai khả năng sau: - 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 độ góc của trục ra sẽ ổn định. CCHT kiểu Wilson. M - Bánh răng mặt trời; N - Bánh răng ngoại luân; H - Bánh răng hành tinh; G - Cần dẫn. Khả năng sử dụng của cơ cấu hành tinh kiểu Wilson được trình bày dưới dạng sơ đồ trạng thái trong bảng. Trong đó tỉ số giữa số vòng quay trên trục chủ động chia cho số vòng quay trên trục bị động là tỉ số truyền của cơ cấu hành tinh ở trạng thái đang xét. SVTH: Nguyễn Hoài Sơn 28
  29. Thiết kế môn học Trong bảng cho ta thấy cơ cấu Wilson có thể có 7 trạng thái. Phần tử liên kết được hiểu là phần tử nối với vỏ hoặc liên kết giữa hai phần tử với nhau. Tỉ số truyền được tính theo công thức: n M i cd bd n M bd cd . M M bđ , cđ : Mô men bánh bị động, chủ động. ncđ ,nbđ : Số vòng quay của bánh chủ động và bị động Sơ đồ các khả năng làm việc và ứng dụng của CCHT kiểu Wilson. Trạng thái khâu Công thức tính tỉ số truyền Số Sơ đồ Sử n M Khoảng i PA bố trí i vao ra dụng Vào Ra Khoá n M ra vao cho phép Số 1 M G N n M r 2,5<i<5 truyền M G 1 N n M r G M M chậm Số n M 1 2 G M N G M 0,5<i<0,4 truyền n M r M G 1 N rM nhanh 3 M N G n M r -4<i<1,5 Số lùi M N N nN M M rM n M r Số lùi N M 1 M 4 N M G n M r -0,7<i<-0,2 M N N nhanh SVTH: Nguyễn Hoài Sơn 29
  30. Thiết kế môn học Số truyền n M 1 5 G N M G N 0,60,8 n M r N G 1 M nhanh r N OD Số 6 N G M n M r 1<i<2 truyền N G 1 M n M r G N N chậm Số 7 Khoá hai khâu với nhau 1 1 truyền thẳng Khả năng sử dụng tỉ số truyền của cơ cấu hành tinh với chức năng là hộp số trên ôtô phụ thuộc điều kiện kết cấu và giới hạn làm việc của động cơ. Trong hộp số ôtô, mặc dù đã sử dụng kết cấu trục lồng nhưng cũng không thể thường xuyên thay đổi trục chủ động và bị động. Vì vậy trong 7 trạng thái làm việc của cơ cấu hành tinh Wilson chỉ có thể sử dụng được một số trạng thái sau: 1. Trạng thái 1 có thể là số 1 với i = 2,5  5,0 (số truyền rất chậm) 2. Trạng thái 6 có thể là số 2 với i = 1,02,0 (số truyền chậm) 3. Trạng thái 7 có thể là số 3 với i = 1 (số truyền thẳng) 4. Trạng thái 5 (hình 3-4) có thể là số 4 với i = 0,60,8 (số truyền tăng OD) 5. Trạng thái 3 (hình 3-5) có thể là số lùi i = -(4,01,5) (số lùi) Trạng thái 0 (M0) là trạng thái có phần tử bị động, chủ động, nhưng các phần tử khác chỉ quay không, có trục bị động quay không tải. Ở trạng thái này bánh răng hành tinh làm nhiệm vụ điều hoà tốc độ quay của các phần tử chủ động và bị động, một khâu khác quay tự do, vì vậy nó được dùng để tạo nên chế độ M 0 và dùng để chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của hộp số trong sử dụng. SVTH: Nguyễn Hoài Sơn 30
  31. Thiết kế môn học Trạng thái 1 có thể là số 1 (hình 3-1) với i = 2.5  5.0 (số truyền rất chậm) Hình 3 – 1: Sơ đồ gài số 1. Thành phần chủ động là bánh răng mặt trời M, phần bị động là cần dẫn G, bánh răng ngoại luân được cố định. Tỉ số truyền đạt được trong khoảng 2.5 ÷ 5.0, cơ cấu hành tinh làm việc ở chế độ giảm tốc với tỉ số truyền lớn. Trạng thái 6 (hình 3-2) có thể là số 2 với i = 1.0  2.0 (số truyền chậm) SVTH: Nguyễn Hoài Sơn 31
  32. Thiết kế môn học Hình 3 – 2 : Sơ đồ gài số 2. Thành phần chủ động là bánh răng ngoại luân N, bị động là cần dẫn G, bánh răng mặt trời M là khoá liên kết. tỉ số truyền bằng 1 ÷ 2, cơ cấu hành tinh làm việc ở chế độ giảm tốc với tỉ số truyền nhỏ. Trạng thái 7 có thể là số 3 với i = 1 (số truyền thẳng) Hình 3 – 3: Sơ đồ gài số 3 Ở chế độ làm việc này, 2 trong 3 khâu bị khoá. Đầu vào là bánh răng mặt trời M và bánh răng ngoại luân N, đầu ra là cần dẫn G. Mômen và tốc độ truyền thẳng từ trục sơ cấp ra trục thứ cấp, tỉ số truyền bằng 1. Trạng thái 5 (hình 3-4) có thể là số 4 với i = 0,60,8 (số truyền tăng OD) Sự tăng tốc độ là tốc độ đầu ra lớn hơn tốc độ đầu vào. Việc làm tăng tốc độ là điều ngược lại với tính chất của hộp giảm tốc. Bộ phận chủ động là cần dẫn G, bị động là bánh răng ngoại luân N, khoá liên kết là bánh răng mặt trời M, thì ta được tỉ số truyền bằng i = 0.6  0.8. SVTH: Nguyễn Hoài Sơn 32
  33. Thiết kế môn học Hình 3 – 4: Sơ đồ gài số 4. Trạng thái 3 (hình 3-5) có thể là số lùi i = -(4.01.5) (số lùi R) Hình 3 – 5: Sơ đồ gài số lùi. Đầu vào là bánh răng hành tinh M, đầu ra là bánh răng ngoại luân N, liên kết khâu là cần dẫn G. Lúc này chiều quay của trục thứ cấp ngược chiều với chiều quay trục sơ cấp. Tỉ số truyền bằng 1.5 ÷ 4. SVTH: Nguyễn Hoài Sơn 33
  34. Thiết kế môn học Với hệ thống điều khiển cao cấp trên cơ sở lôgic mờ - phương pháp điều khiển sử dụng trí tuệ nhân tạo, các hệ thống điều khiển điện tử còn có thể làm tiếp những việc sau: Chuyển xuống số thấp tự động khi xe xuống dốc để tự điều khiển tốc độ, lợi dụng phanh động cơ và hạn chế mòn má phanh. Tăng số khi phanh và khi bị trượt trơn bánh xe để giảm mô-men phanh nhờ động cơ Ngăn chặn tăng số khi xe chạy trên các đoạn đường vòng và đường vênh. b. Ứng dụng của cơ cấu hành tinh trên hộp số tự động SVTH: Nguyễn Hoài Sơn 34
  35. Thiết kế môn học Bánh răng hành tinh trên hộp số tự động gồm hệ bánh răng hành tinh nhỏ và một bộ bánh răng hành tinh lớn tương tự như hệ bánh răng hành tinh nhỏ nhưng bánh răng hành tinh của hệ bánh răng lớn dài hơn bánh răng hành tinh của hệ bánh răng nhỏ. Bên ngoài là bánh răng bao (bánh răng ngoại luân) được nối với trục thứ cấp của hộp số. Như vậy ta có: 1. bánh răng bao nối với trục thứ cấp; 2. cần dẫn và các bánh răng hành tinh của nó; 3. bộ bánh răng mặt trời gồm bánh răng lớn và bánh răng nhỏ tạo nên hộp số hành tinh. Khả năng làm việc của hộp số hành tinh ứng với từng số của hôp số: Cơ cấu hành tinh hoạt động ở số 1 Ở số 1, đầu vào là bánh răng mặt trời nhỏ, đầu ra là bánh răng bao, bộ phận bị khoá là cần dẫn, các bánh răng hành tinh quay quanh trục của nó. Bánh răng mặt trời nhỏ truyền chuyển động cho bộ bánh răng hành tinh thứ nhất. Bộ bánh răng hành tinh thứ nhất ăn khớp với bộ bánh răng hành tinh thứ hai và bộ bánh răng hành tinh thứ hai làm quay bánh răng bao. Như vậy chiều của trục sơ cấp và trục thứ cấp cùng chiều nhau và tỉ số truyền của bộ truyền nằm trong khoảng 2.5 ÷ 5 (3.18 với bộ bánh răng đang xét). SVTH: Nguyễn Hoài Sơn 35
  36. Thiết kế môn học Cơ cấu hành tinh hoạt động ở số 2 Ở chế độ số 2, bánh răng nhận công suất từ động cơ là bánh răng mặt trời nhỏ, bánh răng truyền công suất cho trục thứ cấp là bánh răng bao, bánh răng mặt trời lớn bị khoá lại. Lúc này, công suất tuyền từ bánh răng mặt trời nhỏ qua bánh răng hành tinh thứ nhất, bánh răng hành tinh thứ nhất ăn khớp với bánh răng hành tinh thứ hai truyền công suất cho bánh răng bao. Do cần dẫn không bị khoá nên trục của các bánh răng hành tinh không cố định, do đó tỉ số truyền của hộp số làm việc ở chế độ lái số 2 nhỏ hơn so với số 1, tỉ số truyền nằm trong khoảng từ 1 ÷ 2 (1.84 với bộ đang xét). Ở chế dộ số 3, tỉ số truyền bằng 1, công suất từ động cơ được truyền thẳng cho trục thứ cấp. Cả hai bánh răng mặt trời quay cùng tốc độ, các bánh răng hành tinh sẽ bị khoá làm cho bánh răng bao khoá với bánh răng hành tinh, tất cả quay cùng một khối tạo nên tỉ số truyền 1:1. SVTH: Nguyễn Hoài Sơn 36
  37. Thiết kế môn học Cơ cấu hành tinh hoạt động ở số 3 Cơ cấu hành tinh hoạt động ở số 4 Ở số 4, cơ cấu hành tinh hoạt động ở chế độ tăng tốc, đầu vào là cần dẫn, đầu ra của công suất là bánh răng bao, bánh răng mặt trời lớn bị khoá. Ta nhận được tỉ số truyền trong khoảng từ 0.6 ÷ 0.8. SVTH: Nguyễn Hoài Sơn 37
  38. Thiết kế môn học Cơ cấu hành tinh hoạt động ở số lùi R Với chế độ hoạt động số lùi, chiều quay của trục sơ cấp ngược với chiều quay trục thứ cấp. Đầu vào là bánh răng mặt trời lớn, đầu ra là bánh răng bao nối với trục thứ cấp, bộ phận bị dẫn là cần dẫn. Công suất truyền từ bánh răng mặt trời lớn qua bánh răng hành tinh tới bánh răng bao. Do sự ăn khớp từ bánh răng mặt trời lớn và bánh răng hành tinh là ăn khớp ngoài và bánh răng hành tinh với bánh răng bao là ăn khớp trong nên chiều quay bị đảo ngược lại. Tỉ số truyền nhận được là 1.59. Như vậy với việc khoá và không khoá các khâu của cơ cấu bánh răng hành tinh mà ta nhận được các khả năng làm việc của cơ cấu này. Khi ứng dụng là hộp số tự động trên ô tô, do các yêu cầu về không gian, kết cấu nên một số khả năng của cơ cấu hành tinh bị hạn chế sử dụng. Ta nhận được chế độ hoạt động của hộp số tự động gồm 4 số tiến và 1 số lùi ứng với từng trạng thái làm việc của cơ cấu hệ bánh răng hành tinh. SVTH: Nguyễn Hoài Sơn 38
  39. Thiết kế môn học ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC BỘ TRUYỀN HÀNH TINH MỘT DÃY a. Động học Quan hệ động học giữa các phần tử của một dãy hành tinh có thể xác định bằng phương pháp đồ thị hay giải tích. Phương pháp đồ thị dựa trên việc xây dựng họa đồ vận tốc của các khâu, thuận tiện để nghiên cứu sơ đồ cấu trúc của bộ truyền, nhưng chỉ cho kết quả gần đúng khi xác định các tỷ số truyền (hình 1). Hình 1 Mô tả cấu trúc và các quan hệ động học, động lực học. a - Giản đồ tốc độ; b - Sơ đồ CCHT 2HK; c - Quan hệ động lực học. Khi dùng phương pháp giải tích, ta coi cần dẫn đứng yên và xác định tỷ số truyền giữa các bánh răng trung tâm theo công thức: G iMN (M G )/(N G ) (nM nG )/(nN nG ) (4.11) Dấu trừ ở đây thể hiện chiều quay của các bánh răng trung tâm (mặt trời và bao) là ngược nhau; Chỉ số trên trong các ký hiệu là chỉ số của khâu cố định;  và n - Tốc độ góc và số vòng quay của các khâu tương ứng. G Do cần dẫn được xem là đứng yên, nên iMN hoàn toàn có thể được tính theo các công thức đã biết (Willis) đối với bộ truyền có các trục cố định: G rN zN iMN p (4.12) rM zM SVTH :Trần Đình Thắng 39 Trần Hồng Thiện
  40. Thiết kế môn học Thông số p được gọi là thông số động học của dãy hành tinh. p là một đại lượng đại số nên phải chú ý đến dấu của nó khi xây dựng và sử dụng công thức. Nếu chiều quay của các bánh răng trùng nhau khi cần dẫn đứng yên thì p dương, nếu ngược lại thì p có giá trị âm. G Thay iMN p vào biểu thức (4.16) ta nhận được phương trình động học cơ bản của cơ cấu hành tinh 3 khâu: M pN (1 p)G hay nM pnN (1 p)nG (4.13) Trong nhiều trường hợp, người ta sử dụng thông số k = - p thay cho p, khi đó phương trình (4.13) có dạng: M kN (1 k )G hay nM knN (1 k )nG Theo phương trình này ta có thể xác định tốc độ góc của một khâu chính khi đã biết tốc độ góc của 2 khâu còn lại và tỷ số truyền giữa chúng. Giá trị p của dãy bị hạn chế bởi kích thước của bánh răng hành tinh và của kích thước chung. Thường thường p nằm trong giới hạn từ 1,5 đến 4. Khi sử dụng phương pháp đồ thị, có thể sử dụng giản đồ tốc độ của dãy hành tinh vẽ trên giấy kẻ ly theo tỷ lệ xích nhất định . Giả sử xây dựng giản đồ tốc độ khi M là khâu chủ động và bánh răng N bị phanh lại (vN 0) . Xác định tốc độ vM tại điểm ăn khớp của bánh răng M và bánh răng hành tinh qua số vòng quay nM từ công thức: n v M r ,(m / s) (4.14) M 30 M Ở đây: nM - Số vòng quay của bánh răng M, (vg/ph) Đặt Om trên trục đứng theo giá trị bán kính của bánh răng M. từ điểm m đặt vec tơ tốc độ vM và xác định điểm C. đoạn Om, mc xác định theo tỷ lệ xích đã chọn. Khi vN 0 ta có điểm n nằm ngay trên trục đứng Om. Nối nc. Tại d ta có thể xác định tốc đồ của giá hành tinh (cần dẫn) G là vG . Đường nc biểu thị quan hệ của tốc độ vM với tốc độ vG của cần dẫn khi vN 0 . SVTH :Trần Đình Thắng 40 Trần Hồng Thiện
  41. Thiết kế môn học Việc xác định số vòng quay tương đối của bánh răng hành tinh (tức là sự tự quay của bánh răng trên ổ) có ý nghĩa cho việc đánh giá và chọn ổ cũng như để tính toán hiệu suất bộ truyền. Khi bánh răng M là chủ động cần dẫn G là bị động thì. V M V G V HT (4.15) Biến đổi công thức qua số vòng quay nG , nHT , nM và p ta được: 2 n (n n ) (4.16) HT M G p 1 Tương tự có thể xác định các trường hợp khác của bộ truyền 1 dãy hành tinh 2k-h. - Khi bánh răng N là chủ động, cần dẫn G là bị động: 2 p n (n n ) (4.17) HT M G p 1 - Khi bánh răng M là chủ động, bánh răng N là bị động: 2 p n (n n ) (4.18) HT M N p2 1 Các công thức trên dùng để tính nHT khi biết thành phần nM , nN , nG và p. Các bộ truyền khác cũng có thể tiến hành theo các bước như trên. b. Động lực học Các lực và mô men tác dụng lên các phần tử của dãy hành tinh được xác định từ điều kiện cân bằng các mômen ngoại lực. Nếu bộ truyền có 3 khâu chính và bỏ qua ma sát, thì khi chuyển động ổn định (quay đều) có thể viết: M M M N M G 0 (4.19) Ở đây: M a , M b va M g - Mômen tác dụng lên các khâu M, N và G. Các mômen ngoại lực có hướng ngược với hướng của các nội lực FM , FN va FG tác dụng lên các khâu tương ứng. Giá trị lực FG trong cơ cấu một dãy được xác định bằng phương pháp hợp lực tác dụng tại điểm tiếp xúc: SVTH :Trần Đình Thắng 41 Trần Hồng Thiện
  42. Thiết kế môn học M M FG FM FN ; FM FN ; FM (4.20) rM np Ở đây: np - Số lượng bánh răng hành tinh đồng thời ăn khớp. Khảo sát điều kiện cân bằng bánh răng hành tinh (hình 2) ta viết được quan hệ mômen trên các khâu: M N pM M ; M G (1 p)M M (4.21) Hình 2- Sơ đồ tính toán một dãy hành tinh. Trong bộ truyền hành tinh, ổ đỡ của các bánh răng hành tinh còn chịu tác dụng của lực ly tâm: 2 Flt mltGrG (4.22) Ở đây mlt - Khối lượng bánh răng hành tinh quay tương đối đối với cần dẫn. Lực ly tâm này khi G lớn, có thể lớn hơn nhiều lần so với lực tác dụng tại điểm ăn khớp của các bánh răng. Do vậy, bánh răng, trục và ổ của nó phải có độ cứng vững cao, kích thước và trọng lượng càng nhỏ càng tốt. Cần dẫn là bộ phận quyết định đến tính chất chịu tải của các bánh răng hành tinh, nó thường được chế tạo dạng khối liền hay là có hai mặt bích lớn để tránh đặt công xôn cho trục bánh răng hành tinh. Đối với cơ cấu ba khâu, phương trình mômen khi tính đến các tổn thất có thể viết: SVTH :Trần Đình Thắng 42 Trần Hồng Thiện
  43. Thiết kế môn học M N M N pM Mo hay M M (4.23) ( po ) Ở đây: o - Hiệu suất cơ cấu khi cần dẫn đứng yên. Thế biểu thức này vào phương trình (4.19) ta được: M M M G pM Mo 0 Do đó: M G M N M M (4.24) (1 po ) ( po ) Tỷ số truyền lực ic (khi bánh răng bao bị hãm lại) có giá trị: M G ic 1 po (4.25) M M Tỷ số truyền động học ik (khi N 0 ), theo phương trình (2.11) có thể viết: M (1 p)G ik 1 p (4.26) G G Hiệu suất của dãy hành tinh khi bánh răng bao không quay là: (1 p )  o (4.27) (1 p) Hiệu suất của dãy hành tinh khi cần cố định: o ab , ở đây: a va b - Hiệu suất các bánh răng ăn khớp ngoài và ăn khớp trong tương ứng: a 0,98 va b 0,99 . Khi xác định hiệu suất o chú ý rằng chỉ tính đến các tổn thất trong chuyển động tương đối của các răng mà không tính đến các tổn thất trong chuyển động theo (tổn thất trong các ổ đỡ), tổn thất thuỷ lực và tổn thất trong các phần tử ma sát ở trạng thái mở. SVTH :Trần Đình Thắng 43 Trần Hồng Thiện
  44. Thiết kế môn học 4.1. Các cơ cấu hành tinh thường dùng: Cấu tạo của hộp số hành tinh dùng trên ôtô và các phuơng tiện giao thông khá phức tạp. Nó được tạo thành từ các cơ cấu hành tinh (CCHT) cơ bản hoặc từ các cơ cấu hành tinh tổ hợp. Trên ôtô, nhất là ôtô du lịch thường dùng dạng CCHT điển hình sau đây. 4.1.1. Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson a. Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson kiểu đơn giản a.1. Sơ đồ cấu tạo CCHT kiểu wilson là bộ truyền hành tinh 1 dãy đơn giản, gồm các bánh răng ăn khớp hỗn hợp (trong và ngoài) và ba trục. Các chi tiết bao gồm: một bánh răng mặt trời có vành răng ngoài M đặt trên một trục quay, một bánh răng ngoại luân có vành răng trong N đặt trên một trục quay khác đồng tâm với trục quay của M, các bánh răng hành tinh nằm giữa M và N và ăn khớp đồng thời với M và N (với M ăn khớp ngoài, với N ăn khớp trong), trục của các bánh răng hành tinh nối cứng với nhau trên cần dẫn G và chuyển động quay xung quanh đường tâm của M, N, trục của cẫn dẫn G là trục thứ ba của CCHT. Cấu tạo và sơ đồ của CCHT kiểu wilson như trên. Như vậy ba trục của cơ cấu cơ cùng đường tâm quay và ở dạng trục lồng, được gọi là đường tâm trục của CCHT, các trục đều có thể quay tương đối đối với nhau. Số lượng bánh răng hành tinh có thể là 1, 2, 3, 4 tuỳ thuộc vào kết cấu cụ thể. Các bánh răng hành tinh vừa có khả năng quay xung quanh trục của nó vừa có khả năng quay xung quanh trục của CCHT. CCHT wilson có ba phần tử: M, N, G. 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 bị động. Do vậy, để nhận được một tỷ số truyền xác định, cơ cấu có thể có hai khả năng sau: - 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 độ góc của trục ra sẽ ổn định. SVTH :Trần Đình Thắng 44 Trần Hồng Thiện
  45. Thiết kế môn học Hình 4-30 Cấu tạo và sơ đồ CCHT kiểu Wilson. M - Bánh răng mặt trời; N - Bánh răng ngoại luân; H - Bánh răng hành tinh; G - Cần dẫn. a.2. Khả năng sử dụng Khả năng sử dụng của CCHT Wilson được trình bày dưới dạng sơ đồ trạng thái trong bảng 1. Trong đó tỷ số giữa số vòng quay trên trục chủ động chia cho số vòng quay trên trục bị động là tỷ số truyền của CCHT ở trạng thái đang xét. Trong bảng 1 cho ta thấy cơ cấu Wilson có thể có 7 trạng thái. Phần tử liên kết được hiểu là phần tử nối với vỏ hoặc liên kết giữa hai phần tử với nhau. Tỷ số truyền được tính theo công thức: n M i cd bd . nbd M cd M bđ , M cđ : Mô men bánh bị động, chủ động. ncđ ,nbđ : Số vòng quay của bánh chủ động và bị động Khả năng sử dụng tỷ số truyền của CCHT với chức năng là hộp số trên ôtô phụ thuộc điều kiện kết cấu và giới hạn làm việc của động cơ. Trong hộp sô ôtô, mặc dù đã sử dụng kết cấu trục lồng nhưng cũng không thể thường xuyên thay đổi trục chủ động và bị động. Vì vậy trong bảy trạng thái làm việc của CCHT Wilson chỉ có thể sử dụng được một số trạng thái sau: Bảng 1: Sơ đồ các khả năng làm việc và ứng dụng của CCHT kiểu Wilson. SVTH :Trần Đình Thắng 45 Trần Hồng Thiện
  46. Thiết kế môn học Trạng thái khâu Công thức tính tỷ số truyền Số Sơ đồ Sử P n M Khoảng i bố trí Vào Ra Khoá i vao ra dụng A nra M vao cho phép Số 1 M G N n M r 2,5<i<5 truyền M G 1 N nG M M rM chậm Số n M 1 2 G M N G M 0,5<i<0,4 truyền n M r M G 1 N nhanh rM 3 M N G n M r -4<i<1,5 Số lùi M N N nN M M rM n M r -0,7<i<- Số lùi 4 N M G N M 1 M nM M N rN 0,2 nhanh Số truyền n M 1 5 G N M G N 0,60,8 n M r nhanh N G 1 M rN OD Số 6 N G M n M r 1<i<2 truyền N G 1 M nG M N rN chậm Số Khoá hai khâu với 7 1 1 truyền nhau thẳng Trạng thái 1 có thể là số 1 (hình 2-31) với i = 2,55,0 (số truyền rất chậm) SVTH :Trần Đình Thắng 46 Trần Hồng Thiện
  47. Thiết kế môn học Hình 4-31 Sơ đồ gài số 1. Trạng thái 3 (hình 4-32) có thể là số lùi i = -(4,01,5) (số lùi) Hình 4-32 Sơ đồ gài số lùi. Trạng thái 5 (hình 4-33) có thể là số 4 với i = 0,60,8 (số truyền tăng OD) Hình 4-33 Sơ đồ gài số 4. Trạng thái 6 (hình 4-34) có thể là số 2 với i = 1,02,0 (số truyền chậm) Hình 4-34 Sơ đồ gài số 2. SVTH :Trần Đình Thắng 47 Trần Hồng Thiện
  48. Thiết kế môn học Trạng thái 7 có thể là số 3 với i = 1 (số truyền thẳng) a.3. Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson tổ hợp. a.3.1. Tổ hợp bộ truyền cơ bản Để đáp ứng số lượng tỷ sô truyền cần thiết (ba đến năm số tiến), trên HSHT của ôtô thường dùng từ hai đến ba CCHT Wilson kể trên. Thường gặp hai dạng cơ bản là ghép nối song song và ghép nối nối tiếp. Trên hình 4.33 a) là sơ đồ ghép nối kiểu nối tiếp của hai CCHT Wilson, khi đó tỷ số truyền sẽ bằng tích giữa hai tỷ số truyền của các CCHT Wilson, còn số lượng số truyền được nhân lên gấp đôi, trên hình 4.33 b) là sơ đồ ghép nối song song của CCHT Wilson. a.3.2. Tổ hợp các loại bộ truyền theo nhóm Hộp số chính có thể chia ra: một hoặc nhiều nhóm tỷ số truyền, hộp số có một nhóm tỷ số truyền gồm CCHT kiểu SIMPSON, RAVIGNUAX hay tổ hợp từ các CCHT kiểu WILSON, hộp số có hai hay nhiều nhóm tỷ số truyền gồm các CCHT đã được tổ hợp như trên cùng với CCHT đơn giản (WILSON). Hình 4-35 Sơ đồ ghép nối cơ cấu hành tinh (CCHT). a) Sơ đồ ghép nối tiếp. b) Sơ đồ ghép song song. Các ô tô con hiện đại thường bố trí các loại động cơ có số vòng quay lớn (1000 - 6000 vg/ph) hộp số cần có nhiều số truyền và tỷ số truyền thay đổi trong giới hạn rộng, trong khi đó không gian chỉ cho phép trong giới hạn nhất định, vì SVTH :Trần Đình Thắng 48 Trần Hồng Thiện
  49. Thiết kế môn học vậy hộp số đã được cấu tạo thành hai phần (tạo nên hai nhóm số truyền) nhằm giảm bớt tỷ số truyền cho các bộ truyền, thu gọn kích thước chung. Trên ô tô con thường sử dụng loại hộp số có hai nhóm tỷ số truyền. Đối với loại này hộp số chính được chia ra: phần chính và phần phụ hộp số. Phần phụ hộp số có thể đặt trước phần chính như trên hình 4.35a)., hoặc đặt sau phần chính như hình 4.35b). Hình 4-36 Cách bố trí các nhóm tỷ số truyền trong hộp số ôtô con. a - Hộp số hai nhóm số truyền có phần phụ đặt trước phần chính. b - Hộp số hai nhóm số truyền có phần phụ đặt sau phần chính. Hộp số có hai nhóm số truyền ở phần phụ có hai số, phần chính có ba, bốn số. Tổ hộp các số truyền này có thể tạo nên số lượng tỷ số truyền của phần chính hộp số, nhưng trong thực tế trên ô tô con chỉ sử dụng đến năm số tiến một số lùi bởi vậy có một số truyền không được tổ hợp. Tỷ số truyền trong phần phụ có thể có: số truyền thẳng, số truyền tăng, nhưng cũng có thể là số truyền thẳng, số truyền giảm. Trong trường hợp có số truyền giảm thì số D - số truyền giảm, số OD - số truyền thẳng. Tỷ số truyền chung trong hộp số được tính toán từ tỷ số truyền của các phần trong hộp số. Hộp số chính có nhiều nhóm tỷ số truyền không sử dụng trên ô tô con. 4.1.2 CCHT kiểu Simpson CCHT kiểu Simpson gồm hai CCHT Wilson. Các phần tử M1, N1, H1, G1 thuộc dãy hành tinh thứ nhất, M 2, N2, H2, G2 (hình 4-37) thuộc dãy hành tinh thứ hai. Chúng đã được ghép nối như sau: - Hai bánh răng mặt trời M1 và M2 đặt trên cùng một trục quay (liên kết cứng). SVTH :Trần Đình Thắng 49 Trần Hồng Thiện
  50. Thiết kế môn học - Giá hành tinh G2 liên kết cứng với bánh răng ngoại luân N1. Hình 4-37 CCHT kiểu simpson. Bảng 2: Nguyên lý làm việc CCHT tổ hợp Simpson: Phần Phần Phần ứng dụng Số tử Phần tử Khả năng tử bị tử chạy trong hộp truyền chủ khóa Công thức tính chế tạo i động không số động Số rM 2 rM 2 rN1 1 N2 N1 G1 1 . 1 < i < truyền rN 2 rM1 rN 2 rất chậm Số r 2 1 M 2 1 < i < truyền rN 2 N2 N1 M1+M2 H1+G1 chậm H1,H2, Số K1 nối 3 M1,M2 1 1 truyền với K2 N2 N1 ,G1 thẳng rN1 R M1 N1 G1 G1 - <i<-1 Số lùi rM1 4.1.3. CCHT kiểu Ravigneaux SVTH :Trần Đình Thắng 50 Trần Hồng Thiện
  51. Thiết kế môn học Cấu tạo của CCHT kiểu Ravigneaux gồm hai bánh răng mặt trời M 1, M2 nối với hai trục khác nhau, hai nhóm bánh răng hành tinh H1, H2, ăn khớp với nhau và đặt chung trên một giá hành tinh G, một bánh răng ngoại luân N ăn khớp với H 2, còn H1 ăn khớp với M2. Sơ đồ cấu tạo trình bày trên hình 4-38. và tóm tắt nguyên lý làm việc trong bảng 3. Hình 4-38 Sơ đồ cấu tạo của CCHT kiểu Ravigneaux. 1 - Bánh răng hành tinh H2; 2 - Bánh răng hành tinh H1; 3 - Giá hành tinh G; 4 - Bánh răng mặt trời M1; 5 - Bánh răng mặt trời H2; 6 - Bánh răng ngoại luân N. Bảng 3 Tóm tắt nguyên lý làm việc của CCHT kiểu Ravigneaux Phần tử Phần Phần Phần tử ứng dụng Số Công thức Khả năng chủ tử bị tử chạy trong hộp truyền tính i chế tạo i động động khóa không số rN 1 M1 N G M2 1 < i < rM1 r r K K Số rM1 rM 2 2 M1 N M2 1 < i < truyền rK 1 chậm rM 2 Số M , 3 M +M N 1 1 1 truyền 1 2 M 2 thẳng 1 Số r 4 G N M2 1 M 2 i < 1 truyền rN tăng rN - <i<- R M2 N G M1, H1 Số lùi rM 2 1 SVTH :Trần Đình Thắng 51 Trần Hồng Thiện
  52. Thiết kế môn học Từ bảng 3 nguyên lý làm việc nhận thấy trục chủ động có thể liên kết với M 1, M2, trục bị động liên kết với N do vậy kết cấu bố trí trên hộp số ôtô đảm bảo tính hợp lý cao. Khi M1 và M2 khóa cứng với nhau tạo nên số truyền thẳng (D). So với CCHT kiểu Simpson, CCHT kiểu Ravigneaux cho khoảng tỷ số truyền rộng rãi hơn, ít gặp khó khăn trong chế tạo, nhiều hãng đã áp dụng CCHT kiểu này trên ôtô con từ nhiều năm trước đây. Hình 4-39 Các trạng thái làm việc ở số 1, 2, 4, R của CCHT kiểu Ravigneaux (không mô tả ở số 3: số truyền thẳng). Trên hình 4-39 mô tả các số truyền của CCHT kiểu Ravigneaux và không miêu tả ở số 3 truyền thẳng. * Ưu,nhược điểm a. Ưu điểm Hộp số hành tinh có các ưu điểm sau quan trọng sau: - Việc chuyển số được thực hiện nhờ các ly hợp và phanh nên có thể chuyển số khi ôtô đang chạy mà không làm gián đoạn dòng công suất truyền đến các bánh xe chủ động và dễ dàng tự động hoá quá trình điều khiển. - Thời hạn phục vụ cao hơn và làm việc êm dịu hơn trong cùng một điều kiện vận hành do điều kiện làm việc của các bánh răng ít nặng nhọc hơn (lực truyền đồng thời qua một số cặp bánh răng ăn khớp). - Số nhánh truyền lực song song bằng số lượng các bánh răng hành tinh cùng tên nên cho phép giảm tải trọng tác dụng lên các răng đồng thời giảm bớt được SVTH :Trần Đình Thắng 52 Trần Hồng Thiện
  53. Thiết kế môn học kích thước bộ truyền. Nhờ đó độ cứng vững cần thiết của kết cấu được đảm bảo và loại trừ khả năng các răng tiếp xúc không hoàn toàn. - Ngoài ra, do có bánh răng ăn khớp trong, bộ truyền hành tinh còn có độ bền cao hơn vì bán kính cong qui dẫn ở điểm ăn khớp lớn hơn. - Do tính cân bằng của hệ thống, đa số các ổ trục được giảm tải bởi lực hướng kính nên cho phép sử dụng các ổ trượt kích thước nhỏ. - Hiệu suất làm việc cao, vì các dòng lực có thể là song song, ma sát sinh ra tiêu hao năng lượng chủ yếu là do chuyển động tương đối còn không chịu ảnh hưởng của chuyển động theo. - Cho tỷ số truyền cao, nhưng kích thước nhỏ gọn. b. Nhược điểm - Kết cấu phức tạp, nhiều cụm lồng nhau. - Công nghệ chế tạo đòi hỏi chính xác cao: Trục lồng, bánh răng ăn khớp nhiều vị trí. - Cần có các ly hợp nhiều đĩa và phanh để điều khiển quá trình chuyển số làm tăng kích thước bộ truyền. -Ổ trục của các bánh răng hành tinh chịu lực ly tâm lớn do vận tốc theo lớn. - Do tổn thất ma sát trong các ly hợp và phanh khi chúng ở trạng thái mở, nên trong hộp số nhiều cấp hiệu suất có thể giảm nhiều. Tuy vậy, các nhược điểm trên sẽ dần được khắc phục khi chọn tối ưu sơ đồ cơ cấu và trình độ công nghệ chế tạo máy phát triển. SVTH :Trần Đình Thắng 53 Trần Hồng Thiện
  54. Thiết kế môn học KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 1. Kết luận Bài tập lớn đã trình bày được những vấn đề cơ bản nhất về việc phân tích động học cơ cấu hành tinh kiểu Wilson độc lập trong hộp số tự động. Phần tổng quan về điều khiển hộp số tự động và ưu nhược điểm của hộp số hành tinh đã trình bày được một số vấn đề cơ bản về các nguyên lý truyền và khuyếch đại mô men, các bộ phận cơ bản của một biến mô thủy lực, cơ sở lý thuyết về phân loại các cơ cấu hành tinh, hệ thống điều khiển trong hộp số tự động để cho chúng ta có một cái nhìn tổng quan về hộp số tự động giúp dễ dàng đi sâu vào khảo sát một hộp số tự động thực tế. Phân tích động học cơ cấu hành tinh kiểu Wilson độc lập trong hộp số tự động giúp chúng ta nắm bắt thêm về kết cấu, nguyên lý làm việc của hộp số hành tinh và các khả năng làm việc của hộp số hành tinh cũng như những ứng dụng của chúng. Ngoài ra trong bài tập lớn còn đánh giá và so sánh về mặt động học hai loại hộp số hành tinh thường gặp. Điều này giúp cho chúng ta không chỉ hiểu rõ tính năng, nguyên lý của một hộp số tự động mà còn giúp chúng ta sửa chữa nó và có những chú ý thích hợp khi sử dụng xe có trang bị hợp số tự động kiểu Wilson độc lập. Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của vi xử lý và tin học với vai trò dẫn đường nên các hộp số hiện đại ngày nay cũng phát triển theo xu hướng này, về cơ bản các kết cấu cơ khí không thay đổi nhiều nhưng hệ thống điều khiển chuyển số sử dụng các cảm biến và điều khiển điện sử dụng các ECU. Do đó khắc phục được điểm yếu thời gian chậm tác dụng dài do quán tính lớn của hệ thống lực nên điều khiển chính xác thời điểm chuyển số đảm bảo vận hành ôtô một các hiệu quả nhất và kinh tế nhất. Nhưng do thời gian hạn chế nên trong phạm vi của bài tập lớn chưa đề cập đến. Điều kiện đường sử dụng cho phương tiện giao thông của Việt Nam chúng ta hiện nay còn rất thiếu thốn về chất lượng và số lượng, trong khi xe được trang bị hộp số tự động lại có một yêu cầu khá cao về chất lượng đường dùng cho xe. Nếu những chỉ tiêu này không được đáp ứng thì những lợi thế của một xe được trang bị hộp số tự động sẽ không được thể hiện rõ và có thể còn kéo thấp những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật so với một xe trang bị một hộp số cơ khí. Chính vì vậy mà thị SVTH :Trần Đình Thắng 54 Trần Hồng Thiện
  55. Thiết kế môn học trường xe ô tô có trang bị hộp số tự động của Việt Nam chúng ta chưa thật sự sôi động, chỉ có những đại gia hay những doanh nghiệp chú ý đến loại xe này. Để thực sự xe ô tô trang bị hộp số tự động được đưa vào sử dụng rộng rãi trong nước chúng ta cần có những cải tiến trước tiên là chất và lượng của đường giao thông Việt Nam sau đó là những cải tiến hợp lý về mặt kỹ thuật của hộp số tự động được trang bị trên xe ô tô cho phù hợp hơn với điều kiện đường mà những cán bộ kỹ thuật như chúng ta phải hoàn thành. 2. Đánh giá Sau gần 2 tháng làm việc, bàn bạc cuối cùng nhóm đã hoàn thành công việc được giao tuy việc tìm tài liệu còn khó khăn và hạn chế trong vấn đề dịch thuật cũng như hiểu nội dung của bài tập lớn. Vì khả năng có hạn cũng như thời gian tương đối gấp rút nên bài tập lớn chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Rất mong thầy giáo thông cảm, bổ sung các sai sót để bài tập lớn này được hoàn thiện. Em xin chân thành cảm ơn. SVTH :Trần Đình Thắng 55 Trần Hồng Thiện