Tài liệu Bài tiểu luận 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 GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 1 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!!! GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 2 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. GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 3 LỜI NHẬN XÉT CỦA GVHD ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. ……., ngày…tháng…năm 2015 GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 4 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 GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 5 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 GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 6 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. GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 7 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. GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 8 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 GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 9  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. GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 10 - 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 GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 11  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. GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 12 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. GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 13 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. GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 14 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. GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 15 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. GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 16 Tóm lại ta có thể tóm tắt một cách đầy đủ về các loại hộp số như sau: Hộp số tự động Hộp số tự động có cấp Hộp số vô cấp Hộp Số Vô cấp điều khiển bằng dây đai Hộp Số Vô cấp điều khiển bằng con lăn Hộp Số Có Cấp loại thường Số tự động loại chuyển số bằng Côn điều khiển Thủy lực GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ Số tự động loại thường chuyển số bằng Côn và Phanh. Điều khiển thủy lực Hộp Số Có Cấp loại điện tử Số tự động chuyển số bằng côn điều khiển Thủy lực và Điện Tử(ECT,E CU) Số tự động chuyển số bằng điều Côn và Phanh khiển Thủy lực và Điện Tử(ECT,E CU). 17 Đặc Điểm: Loại hộp số CVT vận hành trên một hệ thống pu-li, dây đai thông minh, hệ thống này cho phép một khả năng biến thiên vô hạn giữa số thấp nhất và số cao nhất mà không không có sự ngắt quãng giữa các số. Đặc Điểm: Loại hộp số CVT vận hành trên một hệ thống đĩa con lăn thông minh, hệ thống này cho phép một khả năng biến thiên vô hạn giữa số thấp nhất và số cao nhất mà không không có sự ngắt quãng giữa các số. GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ Đặc Điểm: Đặc Điểm: Đặc Điểm: Đặc Điểm: Sử dụng biến mô và côn để vào số một cách tự động.Điều khiển chuyển số bằng thuần thủy lực túy Sử dụng biến mô và côn, phanh để chuyển số một cách tự động.Điều khiển chuyển số bằng Thủy lực thuần túy Sử dụng biến mô và côn để vào số một cách tự động. Chuyển số bằng côn điều khiển Thủy lực và Điện Tử(ECT,E CU). Sử dụng biến mô và côn, phanh để chuyển số một cách tự động.Điều khiển chuyển số bằng Thủy lực và Điện Tử(ECT,E CU). 18 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. GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 19 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. GVHD: TS.NGUYỄN HỮU CHÍ 20