Tài liệu Bài tiểu luận phân tích động lực học và quá trình chuyển đổi cấp tốc độ trong các loại hộp số tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI – CƠ SỞ II KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY ---------------- Thiết Kế Môn Học TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI: Phân tích động lực học và quá trình chuyển đổi cấp tốc độ trong các loại hộp số tự động Giáo viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN HỮU CHÍ Sinh viên thực hiện: 1. Trịnh Thị Minh Ngọc 2. Nguyễn Văn Lâm 3. Trần Xuân Lợi 4. Trần Trà Quang Phước LỚP : CƠ ĐIỆN TỬ - K53 NHÓM : 04 TP. Hồ Chí Minh-2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT Nhận xét của GVHD: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT Thiết Kế Môn Học TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghiệp sản xuất ôtô bắt đầu xuất hiện từ những năm 80 của thế kỉ 19. Trải qua hơn 100 năm phát triển, cho đến nay ôtô đã trở thành phương tiện chính tham gia giao thông đường bộ và vẫn đang liên tục được nâng cấp về cả hình thức lẫn tính năng để trở nên ngày càng hoàn thiện hơn. Cùng với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật, đặc biệt là những thành tựu điện-điện tử và các phần mềm mô phỏng - lập trình tự động hóa đã giúp mở ra nhiều hướng thiết kế chế tạo ôtô. Với những tính năng vượt trội của mình, hệ thống ô tô hộp số tự động đang ngày càng đang thể hiện vị thế của mình trong ngành phát triển công nghệ ô tô… và thực tế đã chứng minh được những ưu điểm mang tính cách mạng cho xe. Do kiến thức còn hạn chế kinh nghiệm cũng chưa có nên bài làm này của nhóm em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong thầy cô tận tình chỉ bảo them để bài làm của chúng em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin chân thành cám ơn thầy cô và các bạn đã tận tình giúp đỡ chúng em làm hoàn thành môn học này. 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐIỂU KHIỂN HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 1.1 Sơ lược về hộp số tự động Trong xe hơi, bên cạnh hộp số thường khá phổ biến, các nhà sản xuất còn chế tạo hộp số tự động với những tính năng và ưu điểm vượt trội so với loại hộp số thường như chuyển số êm ái nhẹ nhàng hơn, tiết kiệm nhiên liệu, cải thiện khả năng tăng tốc… 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. 4 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT 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 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 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. 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 thùy 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. 5 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II 6 THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT 1.2 Lịch sử phát triển Ngay từ những năm 1900 ,ý tưởng về một 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 oto được đơn giản hóa bởi không còn bàn đạp ly hợp .Tuy nhiên do chế tạo phức tạp và khó bảo dưỡng nên nó ít được sử dụng. Đến những năm 70 hộp số tự động được hồi sinh khi hàng loạt các 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 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 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 tỉ số truyền của ECT ,các nhà sản xuất ô tô đã nghiên cứu ,chế tạo thành công một hộp số tự động với vô cấp tỉ số truyền (hộp số tự động vô cấp) vào những năm cuối của thế kỳ XX. * Hộp số tự động (HSTD), theo công bố của các 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 , điều khiển hoàn toàn bằng phanh 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 hãng ZIL và các hãng Tây âu khác 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 sùng trên ô tô tải và ô tô buýt với biến momen thủy lực và hộp số cơ khí có các cặp bánh răng ăn khớp ngoài, kết cấu AT. * Sau năm 1978 chuyển sang hộp số tự động kiểu EAT, 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 hộp số tự động). 7 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT * 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 động cơ bằng chân ga) và tình huống mặt đường, hộp số tự động có 8 số truyền... Hệ thống truyền lực sử dụng hộp số tự động được gọi là hệ thống truyền lực cơ khí thủy lực điện từ, là khu vực có nhiều ứng dụng của kỹ thuật cao, sự phát triển rất nhanh chóng, chẳng hạng gần đây xuất hiện 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 hộp số điều khiển bằng điện từ có thêm chức năng sang số bằng cần như hộp số thường. Ngày nay hộp số thường được sử dụng khá rộng rãi trên các xe du lịch thậm chí trên các 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 khả năng công nghệ còn hạn chế , việc bảo dưỡng sửa chữa rất khó khăn nên vẫn còn ít dử dụng. Hiện nay, cùng với những tiến bộ của khoa hoc 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 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT 1.3 Phân loại Có nhiều cách phân loại hộp số tự động. 1.3.1 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. 9 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT * 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 nhờ bộ truyền bánh răng. 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT 1.3.2 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 bởi 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 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 từ ECT, các cảm biến phát hiện tốc độ xe và độ mở bướm ga chúng thành tín hiệu điện và gởi chúng về bộ điều khiển ECU. Dựa trên tín hiệu này ECU điều khiển hoạt động của các ly hợp, phanh thông qua các van và hệ thống thủy lực. * Hộp số điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực: điều khiển chuyển số cơ học bằng cách phát hiện tốc độ xe bằng thủy lực thông qua van điều tốc và phát hiện độ mở bàn đạp từ bướm ga thông qua độ dịch chuyển của cáp bướm ga. Loại này sử dụng cáp bướm ga và các tín hiệu điện từ để điều khiển hộ số tự động 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. 11 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT * Hộp số điều khiển bằng điện từ: hộp số này sử dụng áp suất thủy lực để tự động chuyển số theo tín hiệu điều khiển của ECU , ECU điểu 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 ( 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...) và tín hiệu điện từ từ bộ điều khiển thủy lực -> ECT động cơ và ECT -> tín hiệu đến các van điện từ -> bộ biến mô và bánh răng hành tinh. 12 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT 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 , có một số loại xe được trang bị hộp số tự động 8 cấp. 13 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT 1.3.4 Phân loại theo cách bố trí trên xe - Loại FF: Hộp số tự động sử dụng cho động cơ đặt trước , cầu trước chủ động. Loại này được thiết kế gọn do chúng được bố trí ở khoang động cơ. - 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. 14 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA HỘP SỐ TỰ ĐỘNG A. CẤU TẠO Hộp số điều khiển điện tử (ECT) - Bộ biến mô: Để truyền và khuyếch đại mômen do động cơ sinh ra - Bộ truyền bánh răng hành tinh: Để chuyển số khi giảm tốc, đảo chiều, tăng tốc, và vị trí số trung gian. - Bộ điều khiển thuỷ lực: Để điều khiển áp suất thuỷ lực sao cho bộ biến mô và bộ truyền bánh răng hành tinh hoạt động êm. - ECU động cơ và ECT: Để điều khiển các van điện từ và bộ điều khiển thuỷ lực nhằm tạo ra điều kiện chạy xe tối ưu. - 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, do đó điều khiển áp suất thuỷ lực. Hộp số tự động thuần thuỷ lực: Kết cấu của một hộp số tự động thuần thuỷ lực về cơ bản cũng tương tự như của ECT. Tuy nhiên, hộp số này điều khiển chuyển số bằng 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. 1.1 Các cụm chi tiết chính 1.1.1 Cấu tạo của biến mô thủy lực Bộ biến mô vừa truyền vừa khuyếch đại mô men từ động cơ vào hộp số (Bộ truyền bánh răng hành tinh) bằng việc sử dụng dầu hộp số tự động (ATF) như một môi chất Cấu tạo bộ biến mô gồm:  bánh bơm.  bánh tuabin.  khớp một chiều.  stato .  vỏ biến mô chứa tất cả các bộ phận đó. Bộ biến mô được điền đầy ATF do bơm dầu cung cấp. Động cơ quay và bánh bơm quay, và dầu bị đẩy ra từ bánh bơm thành một dòng mạnh làm quay bánh tua bin. 15 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT 1. 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. 2. Bánh tuabin Rất nhiều cánh được lắp lên bánh tuabin giống như trường hợp bánh bơm.Hướng cong của các cánh này ngược chiều với hướng cong của cánh của bánh bơm.Bánh tua bin được lắp trên trục sơ cấp của hộp số sao cho các cánh bên trong nó nằm đối diện với các cánh của bánh bơm với một khe hở rất nhỏ ở giữa. 16 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT 3. Satto Stato nằm giữa bánh bơm và bánh tua bin.Qua khớp một chiều nó được lắp trên trục stato và trục này được cố định trên vỏ hộp số. Hoạt động của stato Dòng dầu trở về từ bánh tua bin vào bánh bơm theo hướng cản sự quay của bánh bơm. Do đó, stato đổi chiều của dòng dầu sao cho nó tác động lên phía sau của các cánh trên bánh bơm và bổ sung thêm lực đẩy cho bánh bơm do đó làm tăng mômen. Hoạt động của khớp một chiều Khớp một chiều cho phép Stato quay theo chiều quay của trục khuỷu động cơ. Tuy nhiên nếu Stato định bắt đầu quay theo chiều ngược lại thì khớp một chiều sẽ khóa stato để ngăn không cho nó quay. 1.1.2 Nguyên lý hoạt động của bộ biến mô: Khi tốc độ của bánh bơm tăng thì lực li tâm làm cho dầu bắt đầu chảy từ tâm bánh bơm ra phía ngoài. Khi tốc độ bánh bơm tăng lên nữa thì dầu sẽ bị ép văng ra khỏi bánh bơm. Dầu va vào cánh của bánh tua bin làm cho bánh tua bin bắt đầu quay cùng chiều với bánh bơm. Dầu chảy vào trong dọc theo các cánh của bánh tua bin. Khi nó chui được vào bên trong bánh tua bin thì mặt cong trong của cánh sẽ đổi hướng dầu ngược lại về phía bánh bơm, và chu kỳ lại bắt đầu từ đầu. Việc truyền mô men được thực hiện nhờ sự tuần hoàn dầu qua bánh bơm và bánh tua bin. 17 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT Việc khuyếch đại mômen do bộ biến mô thực hiện bằng cách dẫn dầu khi nó vẫn còn năng lượng sau khi đã đi qua bánh tua bin trở về bánh bơm qua cánh của Stato. Nói cách khác, bánh bơm được quay do mô men từ động cơ mà mô men này lại được bổ sung dầu quay về từ bánh tua bin. Có thể nói rằng bánh bơm khuyếch đại mô men ban đầu để dẫn động bánh tua bin. Tính năng của biểu mô: Tỉ số truyền và hiệu suất truyền. 18 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CS II THIẾT KẾ MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT Hiệu Suất Truyền: Độ khuyếch đại mômen do bộ biến mô sẽ tăng theo tỉ lệ với dòng xoáy. Có nghĩa là mômen sẽ trở thành cực đại khi bánh tua bin dừng. Hoạt động của bộ biến mô được chia thành hai dải hoạt động: Dải biến mô, trong đó có sự khuyếch đại mômen. Dải khớp nối, trong đó chỉ thuần tuý diễn ra việc truyền mômen và sự khuyếch đại mômen không xảy ra. 19