Tài liệu Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG THIẾT KẾ HỘP SỐ VÔ CẤP CHO Ô TÔ CON Sinh viên thực hiện: NGÔ VĂN DŨNG Đà Nẵng – Năm 2019 i ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Ngô Văn Dũng Số thẻ sinh viên: 103130021 Lớp: 13C4A Khoa : Cơ Khí Giao Thông Ngành: Cơ Khí Động Lực 1. Tên đề tài đồ án: Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con 2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện 3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Ô tô con 4 chỗ ngồi, có khối lượng khi đầy tải:1550 Kg, phân bố lên cầu trước/sau tương ứng là 55/45, sử dụng động cơ xăng có M emax =140 Nm tại 4200 vòng/phút. Các số liệu khác tham khảo xe tương tự. 4. Nội dung các phần thiết kế và tính toán: Phần 1: Tổng quan Phần 2: Lựa chọn phương án thiết kế Phần 3: Tính toán thiết kế chi tiết Phần 4: Kết luận 5. Các bản vẽ và đồ thị (ghi rõ tên và kích thước các bản vẽ): Bản vẽ số liệu tìm hiểu chung về HTTL và CVT (1 bản A3) Bản vẽ bố trí chung (1 bản A3) Bản vẽ các phương án thiết kế (1 bản A3) Bản vẽ lắp hộp số vô cấp (CVT) (1 bản A3) Bản vẽ các chi tiết điển hình (2 bản A3) Bản vẽ sơ đồ hệ thống điều khiển (1 bản A0) 6. Họ và tên người hướng dẫn: Ts.Lê Văn Tụy 7. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 25/02/2019 8. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 09/06/2019 Đà nẵng, ngày 03 tháng 06 năm 2019 TRƯỞNG BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN (ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên) ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TRÊN ÔTÔ...................................................2 1.1.Công dụng, yêu cầu, phân loại ..................................................................................2 1.1.1.Công dụng...............................................................................................................2 1.1.2.Yêu cầu .................................................................................................................2 1.1.3.Phân loại .................................................................................................................3 1.2.Một số loại hộp số phổ biến hiện nay ........................................................................3 1.2.1.Hộp số thường (MT) ............................................................................................... 3 1.2.2.Hộp số tự động (AT) .............................................................................................. 5 1.2.3.Hộp số ly hợp kép (DCT) .......................................................................................6 1.2.4.Hộp số vô cấp CVT (continuously variable transmission).....................................8 CHƯƠNG II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ..............................................20 2.1 Lựa chọn phương án ................................................................................................ 20 2.1.1.Phương án một ......................................................................................................20 2.1.2.Phương án hai .......................................................................................................21 2.2 Tính toán cơ bản hộp số CVT .................................................................................22 2.2.1 Xác định tỷ số truyền cao .....................................................................................22 2.2.2 Xác định tỷ số truyền thấp nhất: in .......................................................................24 Tỷ số truyền thấp nhất: in............................................................................................... 24 2.2.3 Hệ số điều chỉnh Cf và K. .....................................................................................24 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CHI TIẾT HỘP SỐ VÔ CẤP ..........................................27 3.1.Tính toán bộ truyền đai............................................................................................ 27 3.1.1.Xác định dải tỉ số truyền bộ truyền đai ................................................................ 27 3.1.2.Xác định kích thước bánh đai hộp số CVT .......................................................... 27 3.1.3.Tính đường kính trục đai ......................................................................................38 3.2.Tính toán bộ truyền hành tinh .................................................................................39 3.2.1.Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính i0 ......................................................39 3.2.2.Phương trình động lực học của bộ truyền hành tinh cơ sở ...................................40 3.2.3.Tính toán thiết kế truyền động bánh răng ............................................................. 42 3.3.Tính toán thiết kế Ly hợp – phanh ..........................................................................47 3.3.1.Kết cấu chung của ly hợp khoá ............................................................................47 3.3.2.Phương pháp tính toán chung với các ly hợp – phanh .........................................48 3.4.Đề xuất phương án điều khiển thủy lực ..................................................................50 3.4.1.Phương án đề xuất điều khiển ..............................................................................50 3.4.2.Tính toán kết cấu trục và đề suất bơm thủy lực....................................................52 CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN.........................................................................................54 iii TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ hộp số thường loại 3 trục........................................................................4 Hình 1.2 Sơ đồ cơ cấu hành tinh Wilson .........................................................................6 Hình 1.3 Hộp số DCT ......................................................................................................7 Hình 1.4 Cấu tạo CVT ...................................................................................................10 Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo cơ cấu hành tinh .......................................................................11 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý CVT ....................................................................................14 Hình 1.7 Bộ truyền đai ..................................................................................................15 Hình 1.8 Trạng thái tăng tốc và giảm tốc của bộ truyền động đai ................................ 16 Hình 1.9: Cấu tạo BMM ................................................................................................ 18 Hình 2.1 Động cơ đặt dọc ............................................................................................. 20 Hình 2.2 Động cơ đặt ngang .........................................................................................21 Hình 2.3 Đồ thị cân bằng công suất ..............................................................................22 Hình 2.4 Đồ thị cân bằng lực kéo v à lực cản .............................................................. 22 Hình 2.5 Hệ số cản một số kiểu xe ................................................................................23 Hình 2.6 Lực kéo tiếp tuyến Ftt .....................................................................................24 Hình 2.7 Hệ số điều chỉnh K cho bộ đai hộp số CVT ...................................................25 Hình 3.1 Bộ truyền đai kim loại. ...................................................................................27 Hình 3.2 Đường kính làm việc hai bánh đai................................................................. 28 Hình 3.3 Vận tốc bánh đai ở tỉ số truyền thấp. ............................................................. 29 Hình 3.4 Vận tốc đai ở tỉ số truyền cao. .......................................................................30 Hình 3.5: Sơ đồ truyền động đai của hộp số vô cấp thiết kế .........................................32 Hình 3.6 Bộ truyền đai .................................................................................................33 Hình 3.7 Đồ thị đặc tính hộp số vô cấp thiết kế ........................................................... 35 Hình 3.8 Lực vòng tác dụng lên đai. .............................................................................35 Hình 3.9 Góc ôm đai. ...................................................................................................36 Hình 3.9 Lực vòng tác dụng lên bánh đai. ....................................................................36 Hình 3.10 Các lực tác dụng lên bánh đai. .....................................................................37 Hình 3.11 Tổng hợp lực vòng tác dụng lên trục. ........................................................... 38 Hình 3.12 Đường kính trục đai .....................................................................................38 Hình 3.13 Sơ đồ cấu tạo bộ tuyền hành tinh cơ sở. ......................................................40 Hình 3.14 Cấu tạo ly hợp-Phanh ..................................................................................49 Hình 3.15 Phương án điều khiển thủy lực ....................................................................51 Hình 3.16 Kết cấu trục ..................................................................................................52 v Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con MỞ ĐẦU - Mục đích thực hiện đề tài: Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con - Mục tiêu đề tài: Nắm bắt được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống TLVC có CVT Tính toán thiết kế cơ khí hệ thống. Đề xuất phương án điều khiển thủy lực - Phạm vi và đối tượng nghiên cứu: Thiết kế cơ khí dựa trên lý thuyết và thực nghiệm, vầ các số liệu dựa trên ô tô tham khảo. - Cấu trúc đồ án gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan về hộp số trên ôtô Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế Chương 3: Tính toán chi tiết hộp số vô cấp Chương 4: Kết luận SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 1 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TRÊN ÔTÔ Các hộp số trên ôtô dùng để thay đổi tỷ số giữa động cơ và cầu chủ động. Nói một cách khác khi không có hộp số, chiếc xe chỉ chạy được ở một tốc độ duy nhất với một tốc độ cực đại nhất định. Ngoài ra khả năng tăng tốc từ khi xuất phát cùng với khả năng leo dốc của xe cũng bị hạn chế nếu như nó không sử dụng hộp số. Vì vậy hộp số sử dụng một hệ thống bánh răng khác nhau từ thấp đến cao để biến mô men xoắn của động cơ phù hợp với điều kiện vận hành( khởi hành, tăng tốc, leo dốc…). Các số có thể cài theo cách thông thường bằng tay hoặc tự động. 1.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại 1.1.1. Công dụng Hộp số dùng để : - Thay đổi tốc độ và mô men truyền (hay lực kéo) trên các bánh xe. - Thay đổi chiều chuyển động của xe (tiến hoặc lùi). - Ngắt động cơ lâu dài khỏi hệ thống truyền lực. Trên một số ô tô chức năng thay đổi mô men truyền có thể được đảm nhận nhờ một số cụm khác(hộp phân phối ,cụm cầu xe...)nhằm tăng khả năng biến đổ mô men đáp ứng điều kiện làm việc mở rộng của ô tô. 1.1.2. Yêu cầu Hộp số cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau: - Có dãy tỷ số truyền hợp lý, phân bố các khoảng thay đổi tỷ số truyền tối ưu, phù hợp với tính năng động lực học yêu cầu và tính kinh tế vận tải. - Phải có hiệu suất truyền lực cao. - Khi làm việc không gây tiếng ồn, chuyển số nhẹ nhàng, không phát sinh các tải trọng động khi làm việc. Đối với các hộp số sử dụng bộ truyền có cấp, khi chuyển số thường xảy ra thay đổi giá trị tốc độ và mô men gây nên tải trọng động. Hạn chế các xung lực và mô men biến động cần có các bộ phận ma sát (đồng tốc, khớp ma sát, bộ truyền thủy lực..)cho phép làm đều tốc độ của các phần tử truyền và nâng cao độ bền, độ tin cậy trong làm việc của hộp số. SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 2 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con - Đảm bảo tại một thời điểm làm việc chỉ gài vào một số truyền nhất định một cách chắc chắn(cơ cấu định vị ,khóa hãm,bảo vệ....). - Kết cấu phải nhỏ gọn, dễ điều khiển thuận tiện trong bảo dưỡng và sửa chữa. - Có khả năng bố trí cụm trích công suất để dẫn động các thiết bị khác. 1.1.3. Phân loại Tùy theo theo yếu tố căn cứ để phân loại, hộp số được phân loại như sau: • Theo đặc điểm thay đổi tỷ số truyền : Hộp số vô cấp và hộp số có cấp - Hộp số vô cấp được dùng để tạo thành HTTL vô cấp, trong đó hộp số có tỷ số truyền biến đổi liên tục, trong khoảng tỷ số truyền (R) định sẵn, từ thấp đến cao và ngược lại. Trên ô tô bộ truyền vô cấp thường gặp: Biến mô men thủy lực, bộ truyền đai đặc biệt ... Nếu mô men động cơ làm việc làm việc ở giá trị nhất định, sự biến đổi mô men sau hộp số vô cấp là đường liên tục, do vậy các bộ truyền này còn được gọi là bộ truyền liên tục trong khoảng tỷ số truyền R cho trước. Ví dụ trên biến mô thủy lực khoảng R có thể đạt tới 2,7 trên bộ truyền đai đặc biệt có thể R=4,5. - Hộp số có cấp tạo thành HTTL có cấp, được dùng phổ biến trên ô tô. Tỷ số truyền hộp số thay đổi với các giá trị cố định khác nhau do vậy còn được gọi bộ truyền gián đoạn. Mức độ gián đoạn phụ thuộc vào số lượng tỷ số truyền bên trong hộp số. HTTL của ô tô có thể được tập hợp bởi các bộ truyền vô cấp và hộp số có cấp. • Theo cấu trúc truyền lực giữa các bánh răng : - Các bánh răng ăn khớp ngoài với các trục cố định: Hộp số thường. - Kết hợp các bánh răng ăn khớp trong và ăn khớp ngoài có trục di động: Hộp số hành tinh . • Theo phương pháp điều khiển chuyển số của hộp số : - Điều khiển bằng tay. - Điều khiển tự động. - Điều khiển bán tự động. 1.2. Một số loại hộp số phổ biến hiện nay 1.2.1. Hộp số thường (MT) Phân loại hộp số thường được phân loại theo số trục của hộp số - Hộp số 2 trục. - Hộp số 3 trục. SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 3 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con Cấu tạo của hộp số thường (loại 3 trục) V z 3 IV z' z' 3 4 III z' 1 z' 2 II 2 I 1 L a z z' z z L1 z z z L2 1 2 3 4 a z ' L1 Hình 1.1 Sơ đồ hộp số thường loại 3 trục Trục sơ cấp và trục thứ cấp được bố trí đồng trục với nhau, trục trung gian . Các bánh răng Z1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z L1 , Z L 2 , Z a , Z1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z L1 , Z a bánh răng Z a được chế tạo liền với trục sơ cấp. Các bánh răng trên trục thứ cấp Z1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 được quay trơn trên trục. Còn các bánh răng Z1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z a trên trục trung gian được cố định trên trục. Các ống gài liên kết then hoa với trục và có các vấu răng ở 2 phía để ăn khớp với các bánh răng cần gài. Nguyên lý hoạt động - Vị trí tay số 1: Khi gạt cần 1 sang bên trái, lúc này, mômen truyền từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng luôn ăn khớp za-za’, trục trung gian, cặp bánh răng số 1 rồi đi ra trục thứ cấp. - Vị trí tay số 2: Gạt cần 2 sang bên phải, mômen truyền từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng sô 2 rồi đến trục thứ cấp. - Vị trí tay số 3: Gạt cần 2 sang bên trái, mômen từ trục sơ cấp truyền qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng số 3 rồi tới trục thứ cấp. SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 4 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con - Vị trí tay số 4: Khi gạt cần 3 sang bên phải, mômen được truyền từ trục sơ cấp, qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, tới trục trung gian, rồi qua cặp bánh răng số 4 ra trục thứ cấp. - Vị trí tay số 5: Khi gạt cần 3 sang bên trái, lúc này, trục sơ cấp và thứ cấp được nối với nhau, mômen được truyền thẳng từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp.Vị trí tay số lùi: Gạt cần 1 sang bên phải, mômen được truyền từ trục sơ cấp, qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, tới trục trung gian, qua 2 cặp bánh răng ZL1-ZL1’, ZL2-Z1’, rồi tới trục thứ cấp. Ưu điểm: - Kết cấu đơn giản, giá thành thấp, bền. - Hiệu suất cao. Nhược điểm: - Người lái phải phối hợp điều khiển hệ thống ly hợp, sang số nên giảm tính êm dịu, người lái phải thao tác nhiều khi chuyển số. 1.2.2. Hộp số tự động (AT) Hiện nay có rất nhiều hộp số tự động, chúng được cấu tạo theo một vài cách khác nhau nhưng các chức năng cơ bản và nguyên lý hoạt động của chúng là giống nhau. - Hộp số cơ cấu hành tinh Wilson (nối tiếp, song song). - Hộp số cơ cấu hành tinh Simpson. - Hộp số cơ cấu hành tinh Ravigneaux. Hộp số tự động bao gồm các bộ phận chính sau: - Bộ biến mô. - Hộp số hành tinh và cơ cấu chuyển số (ly hợp và phanh đai). - Hệ thống điều khiển chuyển số (thường là hệ thống thủy lực hoặc hệ thống thủy lực điện từ) để điều khiển các ly hợp và phanh đai. Sơ đồ cấu tạo (cơ cấu hành tinh Wilson): SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 5 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con C0 B1 B2 C2 B3 C1 Z1 Trôc s¬ cÊp Z6 F1 Z2 Z3 Z5 F2 Z4 Trôc thø cÊp Hình 1.2 Sơ đồ cơ cấu hành tinh Wilson Nguyên lý hoạt động chung của hộp số tự động là sử dụng các phanh để hạn chế một bậc tự do của cơ cấu hành tinh. Ưu điểm: - Làm giảm mệt mỏi cho lái xe bằng cách loại bỏ các thao tác cắt ly hợp và thường xuyên phải chuyển số. - Chuyển số một cách tự động và êm dịu tùy thuộc vào chế độ loạt động của động cơ và sức cản của mặt đường. - Do có sử dụng biến mô nên thay đổi được momen do động cơ phát ra một cách liên tục trong khoảng nhỏ. - Giảm độ ồn khi làm việc. - Kích thước nhỏ gọn. - Chuyển số liên tục không ảnh hưởng tới dòng lực từ động cơ. Nhược điểm: - Kết cấu phức tạp. - Hiệu suất thấp. - Công nghệ chế tạo đòi hỏi có độ chính xác cao. - Khả năng tăng tốc kém hơn hộp số thường. - Việc sửa chữa hộp số tự động khá phức tạp và tốn kém. 1.2.3. Hộp số ly hợp kép (DCT) SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 6 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con Người đã sáng tạo ra hệ thống ly hợp kép là một kỹ sư ôtô người Pháp tên là Adolphe Kegresse được biết đến nhiều nhất trong vai trò người đã phát triển loại xe half-track (với bánh lốp đằng trước và bánh xích phía sau), giúp chiếc xe có thể vượt qua nhiều loại địa hình phức tạp. Năm 1939, Kegresse đã có những ý tưởng đầu tiên về hệ thống hộp số trang bị ly hợp kép. Nhưng không may là tình hình tài chính bất lợi đã ngăn cản kế hoạch phát triển xa hơn của dự án này. 1 2 3 4 5 6 Hình 1.3 Hộp số DCT 1-Ly hợp 1; 2-Ly hợp 2; 3-Trục sơ cấp 1; 4-Trục sơ cấp 2; 5-Bánh răng; 6-Trục thứ cấp. Đến đầu những năm 80 khi hệ thống điều khiển điện tử phát triển, máy tính đã tham gia vào quá trình chuyển số và DCT đã có điều kiện thuận lợi để phát triển xa hơn và Porsche đã đặt những nền tảng đầu tiên của mình trong việc nghiên cứu và phát triển hệ thống ly hợp kép. Năm 1982, những mẫu xe đua được trang bị hệ thống ly hợp kép của Porsche đã giành được nhiều thành công trong các giải đua xe thế giới. Tuy nhiên hệ thống ly hợp kép chỉ được hạn chế lắp đặt trong các mẫu xe đua và hệ thống này chỉ được thương mại hóa khi Volkswagen là hang tiên phong trong việc sản SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 7 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con xuất đại trà hộp số ly hợp kép. Hiện nay những chiếc xe trang bị công nghệ DCT được bán chủ yếu ở thị trường Châu Âu với các hang sản xuất lớn như: Volkswagen, Audi, Porsche… 1.2.4. Hộp số vô cấp CVT (continuously variable transmission) Không giống như những hộp số tự động truyển thống, hộp số vô cấp CVT không có các cặp bánh răng ăn khớp để tạo tỷ số truyền. Điều này có nghĩa là nó không có sự ăn khớp giữa các bánh răng. Loại CVT thông thường nhất hoạt động trên một hệ thống bánh đai và dây đai truyền cho phép một sự thay đổi vô cấp và liên tục giữa giới hạn thấp nhất và cao nhất mà không có sự tách biệt riêng rẽ các vị trí số. Ưu điểm: - Tạo cảm giác điều khiển mềm và êm hơn. - Nâng cao hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu nên giảm khí thải, thân thiện với môi trường. - Tăng tốc tốt hơn. Nhược điểm: - Công nghệ chế tạo phức tạp, các chi tiết phải được tính toán và chế tạo chính xác. - Do truyền động bằng dây đai nên làm hạn chế về công suất của xe (công suất của động cơ không được lớn quá sẽ gây ra trượt). Mòn dây đai. SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 8 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con 1.2.4.1. Phân loại Như đã biết, trong hộp số tự động quá trình thay đổi tốc độ được thực hiện thông qua cơ cấu hành tinh với các tỷ số truyền xác định, do vậy sự chuyển từ số này sang số khác thực chất là sự thay đổi tỷ số truyền xác định này sang tỷ số truyền xác định khác. Kết quả của các quá trình này là đưa đến sự biến đổi lực kéo trên bánh xe chủ động không đều đặn, mặc dù quá trình chuyển số này được cải thiện hơn so với việc chuyển số trực tiếp bằng tay trên các xe có hộp số cơ khí. Để đạt được hiệu quả tốt trong việc thay đổi lực kéo ở quá trình chuyển số, trên ô tô người ta đã trang bị hộp số tự động vô cấp (nay viết tắt là CVT). Trước đây, CVT thường chỉ dùng ở xe tải lớn, máy công trình nhưng sau đó người ta đã sử dụng cho cả ô tô con. Phân loại CVT sử dụng cho ô tô con được chia theo các phương pháp biến đổi năng lượng truyền sau đây: - Dạng thủy động như biến mô men thủy lực (BMM). - Dạng cơ khí như các bộ đai truyền, trong đó gồm có bộ truyền đai cao su và bộ truyền đai kim loại. - Dạng truyền động điện. - Dạng kết hợp: BMM với các bộ truyền đai; truyền động điện kết hợp với cơ khí thủy lực. 1.2.4.2. Cấu tạo Trên hình 1.4 trình bày mặt cắt của hộp số CVT thủy cơ tự động vô cấp, được điều khiển tự động bằng hệ thống điện tử thông qua hệ thống thuỷ lực điện từ, trong đó sử dụng bộ truyền đai thang bằng kim loại có khả năng thay đổi đường kính làm việc. Trên hình 2 cấu tạo của CVT gồm có các phần sau: 1. Cụm biến mômen thuỷ lực (viết tắt là BMM). 2. CVT gồm cơ cấu hành tinh chuyển đổi tiến, lùi, hai Puly, một dây đai kim loại và các ly hợp tiến, lùi. 3. Khối điều khiển thuỷ lực điện từ ( viết tắt là ĐKTLĐT). 4. Vi sai ra cầu chủ động . Tất cả được lắp chung trong một vỏ. Toàn bộ cụm này gắn liền với động cơ. SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 9 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con Hình 1.4 Cấu tạo CVT 1-Puly sơ cấp; 2Trục puly sơ cấp; 3-Bánh răng hành tinh; 4-Hãm chuyển động lùi; 5-Ly hợp tiến; 6-Bơm dầu; 7-Đai dẫn động bơm dầu; 8-Biến mô men; 9-Ly hợp ma sát (Dumper clutch); 10- Ly hợp khóa tiến; 11-Trục chủ động; 12-Bánh răng gài đậu đỗ (Parking gear); 13Trục bị động; 14-Vi sai; 15-Dây đai thép; 16-Puly thứ cấp; 17-Trục puly thứ cấp. Vấn đề thay đổi tỉ số truyền vô cấp được thực hiện bởi bộ truyền đai kim loại. Cấu trúc các bánh đai bao gồm: nửa bị động và nửa cố định có thể thay đổi khoảng cách 2 nửa bánh đai. Với bánh đai chủ động nửa bánh đai di động luôn luôn chịu lực ép ban đầu bởi lò xo và áp lực thuỷ lực trong buồng thuỷ lực của xi lanh điều khiển . a. Cơ cấu hành tinh ( viết tắt là CCHT): CVT được đặt sau BMM nó đảm bảo tạo tỷ số truyền tự động đến cầu chủ động thông qua cần chọn số. Cần chọn số xác định giới hạn khả năng tự động điều khiển của quá trình chuyển số tiến và lùi. - Cơ cấu hành tinh của CVT là CCHT đơn giản 3 khâu, nó gồm một bánh răng mặt trời M1, hai nhóm bánh răng hành tinh H1 và H2 ăn khớp với nhau và đặt chung trên một cần dẫn G, một bánh răng ngoại luân N ăn khớp với H2 còn H1 ăn khớp với H2 và M1 nhằm làm việc ở 2 chế độ: tiến, lùi. (hình 1.5). SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 10 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con - Vấn đề chính của CVT là bộ truyền đai thang. Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo cơ cấu hành tinh b. Dây đai thép (Steel belt). Dây đai thép có cấu tạo gồm 450 lá thép và 2 dải băng. Dải băng được ép trên vĩ thép từ 9 đến 12 tấm, chiều dày 0,2mm ép chặt với nhau. Mômen xoắn được truyền giữa các trục thông qua lực kéo trên dây đai. Việc truyền lực kéo như vậy được tạo nên bởi áp lực ép từ phần tử kim loại này sang phần tử khác đồng thời sự dịch chuyển hướng kính của dây đai được thực hiện nhờ sự cân bằng lực ép của dây đai trên rãnh puly và lực ép thuỷ lực. Do hệ số ma sát dây đai kim loại và puly nhỏ nên lực ép giữa chúng cần lớn đến 20kN. Dây đai được thiết kế để khi sức căng tăng lên hình dáng không thay đổi. c. Ly hợp tiến. Trên hình 1.6, ly hợp tiến kiểu F1C1A-2 được lắp trong hộp số CVT xe Gala kết cấu có 3 đĩ ma sát (clutch disc), 3 đĩa thép (clutch plate) và 1 đĩa phản ứng. Để điều chỉnh độ rơ của ly hợp tiến, người ta kiểm tra khe hở giữa vòng hãm và đĩa phản ứng nếu vượt quá giá trị tiêu chuẩn (giá trị khe hở chuẩn 1,2 – 1,4 mm) thì phải chọn một vòng hãm có các độ dày khác nhau ( độ dày từ 1,6; 1,7; 1,8; … đến 3,0 mm) để điều chỉnh. SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 11 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con d. Ly hợp số lùi (Reverse Clutch). Ly hợp số lùi ( hay còn gọi hãm số lùi- Reverse Brake ) có hai kiểu, kiểu 3 đĩa hoặc kiểu 4 đĩa, sự phân loại này dựa theo số đĩa ma sát của ly hợp. Trên hình 7, cấu tạo ly hợp hãm số lùi kiểu 4 đĩa, tức ly hợp gồm 4 đĩa ma sát, 3 đĩa thép, 1 đĩa ép và 1 đĩa phản ứng. Tương tự như ly hợp tiến , giá trị khe hở chuẩn của ly hợp lùi là: 1,6-1,8 mm. Các vòng hãm có độ dày như sau: (0,75- 0,82) mm; (0,83-0,92)mm; (0,93-1,00)mm; (1,011,08)mm; (1,09-1,16)mm. Chú ý khi lắp đĩa phản ứng phải dùng dụng cụ chuyên dùng để ép nó một cách đều đặn. SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 12 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con 1.2.4.3. Nguyên lý làm việc a. Nguyên lý thay đổi tốc độ của CVT. Khác với hộp số tự động AT, hộp số CVT thay đổi tỷ số truyền một cách liên tục do những puly đa cấp được kết nối bởi một dây đai kim loại. Sự thay đổi đường kính của mỗi puly sẽ được thực hiện bằng cách thay đổi bề rộng của rãnh chữ V ở puly nơi dây đai vòng qua. Khi rãnh chữ V ở puly nới rộng, thì dây đai sẽ tiếp xúc với đường kính bé hơn, khi rãnh này khép lại dây đai sẽ tiếp xúc với đường kính lớn hơn ( trên hình 1.8). Việc thay đổi rãnh này phụ thuộc vào mạch điều chỉnh áp suất hệ thống theo tải của động cơ, theo tín hiệu tốc độ chuyển động và vị trí cài số ). Puly có cấu trúc hai nửa. Với puly chủ động, nửa cố định liên kết cứng trục ra của CCHT, nửa di động có thể di trượt dọc trục puly sơ cấp. Với puly bị động nửa bị động gắn liền với trục ra, nửa di động luôn luôn chịu lực ép của lò xo trụ trong bầu thuỷ lực của xy lanh điều khiển. Các nửa puly di động chịu tác động của pittông từ hệ thống thuỷ lực. SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 13 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con Sơ đồ nguyên lý CVT trên hình 1.6. Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý CVT Puly sơ cấp nhờ pittông kép tác động, vì vậy hiệu quả lực ép dây đai được duy trì ngay ở điều kiện áp lực dầu thấp. Mạch thuỷ lực điều khiển puly này thực hiện như sau: Dầu từ bơm → van phân phối (RV) → van điều khiển gài số (SV)→ xylanh điều khiển puly sơ cấp.Việc điều khiển puly sơ cấp còn phụ thuộc vào van gài số MV, đồng thời các cảm biến áp suất, tốc độ truyền tín hiệu về ECU-CVT để điều khiển việc thay đổi tỷ số truyền phù hợp theo yêu cầu người lái. Ngoài ra trên mạch còn có bố trí các van an toàn đường áp suất, van giảm áp. SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 14 Thiết kế hộp số vô cấp cho ô tô con Hình 1.7 Bộ truyền đai 1- Bánh đai chủ động sơ cấp; 2- Bánh đai bị động sơ cấp; 3-Đai thép; 4-Bánh đai chủ động thứ cấp; 5- Lo xo hồi vị; 6- Bánh đai bị động thứ cấp A- Xilanh thủy lực pittong kép; B- Xilanh thủy lực pittong đơn. Puly thứ cấp có xylanh píttông đơn tác động (hình 10). Được điều khiển trực tiếp từ áp suất mạch chính: Dầu sau khi đi qua bơm → Van phân phối (RV)→ xylanh của puly thứ cấp. Áp suất tăng dần tương ứng với số vòng quay động cơ tăng lên, áp suất trong xylanh tăng sẽ thắng lực ép lò xo đẩy dần pittông đi về phía giảm đường kính puly thứ cấp. Như vậy, SVTH : Ngô Văn Dũng Hướng dẫn TS. Lê Văn Tụy 15