NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN HỘP SỐ TỰ ĐỘNG VÔ CẤP CVT, Tính độ bền trục, tính toán vẽ biểu đồ đường đặc tính làm việc của hốp số, quy trình tháo lắp, bảo dưỡng sửa chữaNGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN HỘP SỐ TỰ ĐỘNG VÔ CẤP CVT, Tính độ bền trục, tính toán vẽ biểu đồ đường đặc tính làm việc của hốp số, quy trình tháo lắp, bảo dưỡng sửa chữa
Tổng quan về hệ thống truyền lực trên ôtô
Ly hợp
Ly hợp là bộ phận quan trọng giúp truyền hoặc ngắt công suất từ động cơ đến hệ thống truyền lực, cho phép chuyển số êm ái và nhanh chóng Nó cũng giúp động cơ hoạt động khi xe dừng mà không cần chuyển hộp số về số trung gian.
Hộp số
Nhiệm vụ của hộp số là biến đổi mô men xoắn của động cơ truyền tới các bánh xe sao cho phù hợp với các chế độ tải
Mất mát công suất ở hộp số là điều không thể tránh khỏi, do đó công suất thực tế đến các bánh xe luôn thấp hơn công suất phát ra từ trục khuỷu động cơ, điều này phản ánh hiệu suất của hộp số.
Trục các đăng
Truyền động các đăng là hệ thống dùng để truyền mô men xoắn giữa các trục không thẳng hàng, với góc lệch α>0 Giá trị của góc α thường thay đổi, cho thấy tính linh hoạt trong thiết kế và ứng dụng của truyền động này.
Cầu chủ động
Cầu xe có nhiệm vụ nhận công suất từ động cơ và phân phối lực này đến các bánh xe theo phương vuông góc Đồng thời, cầu xe cũng nâng đỡ các bộ phận gắn liền như hệ thống treo và sắc xi.
Các kiểu bố trí
Hình 1.2: Kiểu bố trí FF và FR
Hệ thống truyền động chủ yếu sử dụng là:
- FF (Động cơ đặt trước – Bánh trước chủ động)
- FR (Động cơ đặt trước – Bánh sau chủ động)
Ngoài các loại xe FF và FR, hiện nay còn có xe 4WD (4 bánh chủ động) và RR (động cơ đặt sau – cầu sau chủ động), tuy nhiên, những loại xe này ít được sử dụng Bên cạnh đó, xe hybrid đang trong quá trình phát triển và thu hút sự quan tâm.
1.5.1 FF (Động cơ đặt trước – Bánh trước chủ động):
Xe được trang bị động cơ đặt trước và cầu trước chủ động, tạo thành một khối thống nhất bao gồm động cơ, ly hợp, hộp số và cầu chủ động Mô men động cơ được truyền trực tiếp đến các bánh trước, không qua bánh sau.
Bánh trước dẫn động mang lại nhiều lợi ích khi xe quay vòng và di chuyển trên đường trơn trượt Sự ổn định hướng tuyệt vời giúp cải thiện cảm giác lái khi vào cua Bên cạnh đó, việc không có trục các đăng cho phép gầm xe thấp hơn, từ đó hạ trọng tâm, tăng cường độ ổn định khi xe di chuyển.
Hình 1.3: Xe FF với hộp số thường
1.5.2 FR (Động cơ đặt trước – Bánh sau chủ động)
Hình 1.4: Xe FR với hộp số thường
Kiểu bố trí động cơ đặt trước – bánh sau chủ động giúp làm mát động cơ hiệu quả Tuy nhiên, thiết kế này gây bất tiện cho không gian nội thất ở trung tâm do trục các đăng đi qua Điều này trở nên khó chịu hơn nếu gầm xe quá thấp.
Động cơ đặt ngoài buồng lái giúp việc sửa chữa và bảo dưỡng dễ dàng hơn, đồng thời giảm thiểu nhiệt và rung động ảnh hưởng đến người lái và hành khách Tuy nhiên, kiểu thiết kế này làm giảm hệ số sử dụng chiều dài xe, dẫn đến giảm thể tích chứa hàng hóa và hành khách, đồng thời hạn chế tầm nhìn của tài xế, ảnh hưởng đến độ an toàn Ngược lại, động cơ đặt trong buồng lái khắc phục những nhược điểm này.
1.5.3 Kiểu động cơ đặt dưới sàn:
Hình 1.5 Kiểu động cơ đặt dưới sàn
Kiểu bố trí động cơ phía dưới sàn thường được ưa chuộng cho xe buýt và xe tải nhờ vào những ưu điểm như trọng tâm thấp, phân phối tải tốt và không gian nội thất rộng rãi Tuy nhiên, gần đây, nhiều mẫu thiết kế xe buýt đã chuyển sang sử dụng động cơ đặt ở phía sau thay vì dưới sàn.
Nhược điểm chính của phương án này là giảm khoảng sáng gầm xe, điều này hạn chế phạm vi hoạt động và gây khó khăn trong việc bảo dưỡng, sửa chữa động cơ.
1.5.4 Kiểu 4 bánh chủ động (4WD – 4 wheel driver)
Hình 1.6: Xe 4WD thường xuyên loại FR
Các loại xe cần hoạt động hiệu quả trên mọi địa hình và trong điều kiện di chuyển khó khăn phải được trang bị hệ thống 4 bánh chủ động cùng với hộp số phụ.
Hiện nay, xe 4WD được chia thành hai loại chính: 4WD thường xuyên và 4WD gián đoạn Điểm khác biệt giữa xe 4WD và 2WD là sự hiện diện của các bộ vi sai phía trước và phía sau, giúp triệt tiêu sự chênh lệch giữa các bánh xe khi vào đường vòng Với loại 4WD thường xuyên, có thêm bộ vi sai trung tâm để cân bằng tốc độ quay giữa bánh trước và bánh sau, nhờ đó đảm bảo công suất được truyền đều đến cả bốn bánh xe, tạo sự êm ái khi vận hành Loại 4WD này thích hợp cho nhiều loại địa hình, từ đường phố bình thường đến đường gồ ghề hay đường có độ ma sát thấp Tuy nhiên, để bộ vi sai trung tâm hoạt động hiệu quả, các lốp xe trước và sau cần có đường kính giống nhau, bao gồm cả bánh bên trái và bên phải.
1.5.5 Kiểu tất cả các bánh chủ động:
Hình 1.7 Xe tất cả các cầu chủ động
Các loại xe cần hoạt động hiệu quả trên mọi địa hình và điều kiện khắc nghiệt thường được trang bị hệ thống dẫn động 4 bánh Đối với những nhiệm vụ vận chuyển nặng, việc kích hoạt cầu trước là cần thiết để tránh tình trạng xe bị lún Hệ thống khóa vi sai cũng rất quan trọng để duy trì khả năng kéo và giúp xe di chuyển qua các địa hình khó khăn như đường lầy lội hay tuyết Xe khách và xe thương mại thường được trang bị dẫn động 4 bánh nếu chúng dự kiến hoạt động trong điều kiện tương tự Hệ thống này bao gồm hộp số phân phối và các cặp bánh răng giảm tốc, với trục các đăng dẫn động đến bộ truyền động cuối cùng ở cả hai đầu xe Một số thiết kế 4WD còn tích hợp cơ cấu ngăn dẫn động đến bánh trước để cải thiện hiệu suất.
Xe thương mại, xe quân sự nặng và xe tải thu hồi thường được trang bị nhiều hơn hai cầu chủ động, miễn là chúng vẫn tuân thủ tải trọng giới hạn theo quy định pháp luật Các loại xe này có thể có cầu trước chủ động và dẫn hướng, cùng với hai cầu sau chủ động để đảm bảo hiệu suất và khả năng vận hành tối ưu.
Một trong hai cầu sau có vi sai riêng, với hệ thống truyền động song song Điều này có nghĩa là mỗi cầu sau nhận lực riêng biệt từ hộp số phân phối, và mômen được truyền từ đầu ra của hộp số đến vi sai của cầu sau.
1.5.6 Kiểu truyền động xe hybrid
Ôtô hybrid, hay còn gọi là ôtô lai, là loại xe sử dụng động cơ tổ hợp, kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện hoạt động bằng năng lượng từ ắc quy hoặc pin lithium Bộ điều khiển điện tử sẽ quản lý việc sử dụng động cơ điện và động cơ đốt trong, cũng như thời điểm nạp điện cho ắc quy Một trong những ưu điểm nổi bật của xe hybrid là khả năng giảm ô nhiễm môi trường, điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh hiện nay Ngoài ra, xe hybrid còn mang lại nhiều lợi ích khác.
- Tận dụng năng lượng khi phanh: khi cần phanh hoặc khi xe giảm tốc năng lượng phanh được tận dụng để tạo ra dòng điện nạp cho pin
- Giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu (động cơ hybrid tiêu thụ lượng nhiên liệu ít hơn nhiều so với động cơ đốt trong thông thường)
Động cơ điện thường được sử dụng trong các chế độ gia tốc hoặc khi chịu tải lớn, trong khi động cơ đốt trong chỉ cần cung cấp công suất vừa đủ, do đó kích thước của động cơ đốt trong thường nhỏ gọn.
- Có thể sử dụng vật liệu nhẹ để giảm khối lượng tổng thể của ôtô
Hình 1.8: Nguyên lý hoạt động xe hybrid Động cơ hybrid được sử dụng trên các xe như: Honda Insight, Honda Civic, Toyota Prius và rất nhiều hãng khác.
Các ký hiệu
Công thức bánh xe được ký hiệu tổng quát là axb
Trong đó: a là số lượng bánh xe b là số lượng bánh xe chủ động
Thí dụ cho các trường hợp :
4×2 : Xe có một cầu chủ động (có 4 bánh trong đó có 2 bánh chủ động)
4×4 : Xe có hai cầu chủ động (có 4 bánh, cả 4 bánh đều chủ động)
6×4 : Xe có hai cầu chủ động, một cầu bị động (có 6 bánh xe trong đó có 4 bánh chủ động)
6×6 : Xe có ba cầu chủ động (có 6 bánh xe và cả 6 bánh đều chủ động)
8×8 : Xe có bốn cầu chủ động (có 8 bánh xe và cả 8 bánh đều chủ động)
1.6.2 Ký hiệu hệ thống truyền lực
Do tính phức tạp của hệ thống truyền lực, một số loại xe cụ thể được mô tả qua công thức bánh xe Hệ thống truyền lực thường sử dụng các cấu trúc phổ biến.
Loại ký hiệu 4WD: Cho tất cả các xe có 4 bánh chủ động
Ký hiệu AWD được áp dụng cho tất cả các xe có cấu trúc cầu trước thường xuyên hoạt động chủ động, trong khi cầu sau chỉ truyền lực trong một số trường hợp nhất định.
TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TRÊN ÔTÔ
Hộp số trên ôtô đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tỷ số giữa động cơ và cầu chủ động, cho phép xe hoạt động ở nhiều tốc độ khác nhau Nếu không có hộp số, xe chỉ có thể chạy ở một tốc độ duy nhất và không thể tăng tốc hay leo dốc hiệu quả Hệ thống bánh răng của hộp số giúp biến mô men xoắn của động cơ phù hợp với các điều kiện vận hành như khởi hành, tăng tốc và leo dốc Người lái có thể cài số theo cách thủ công hoặc tự động.
1.7.1 Công dụng – Yêu cầu – Phân loại
-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, việc thay đổi mô men truyền có thể được thực hiện thông qua các cụm khác như hộp phân phối và cụm cầu xe, nhằm nâng cao khả năng biến đổi mô men để đáp ứng các điều kiện làm việc đa dạng của xe.
Hộp số cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
Dãy tỷ số truyền hợp lý và phân bố các khoảng thay đổi tỷ số truyền tối ưu là yếu tố quan trọng, phù hợp với yêu cầu về tính năng động lực học và tính kinh tế trong vận tải.
-Phải có hiệu suất truyền lực cao
Khi làm việc, cần đảm bảo không gây tiếng ồn và chuyển số nhẹ nhàng để tránh phát sinh tải trọng động Đối với các hộp số sử dụng bộ truyền có cấp, việc chuyển số có thể dẫn đến thay đổi tốc độ và mô men, gây ra tải trọng động không mong muốn Để hạn chế các xung lực và biến động mô men, cần sử dụng các bộ phận ma sát như đồng tốc, khớp ma sát và bộ truyền thủy lực, giúp làm đều tốc độ của các phần tử truyền, từ đó nâng cao độ bền và độ tin cậy của hộp số.
-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
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 sử dụng để tạo ra hệ thống truyền lực vô cấp, với tỷ số truyền biến đổi liên tục trong khoảng tỷ số truyền (R) được xác định, từ thấp đến cao và ngược lại Trên ô tô, bộ truyền vô cấp thường gặp bao gồm biến mô men thủy lực và bộ truyền đai đặc biệt Khi mô men động cơ hoạt động ở giá trị nhất định, sự biến đổi mô men sau hộp số vô cấp diễn ra liên tục, dẫn đến việc các bộ truyền này được gọi là bộ truyền liên tục trong khoảng tỷ số truyền R đã được chỉ định Ví dụ, biến mô thủy lực có thể đạt tỷ số truyền R lên tới 2,7, trong khi bộ truyền đai đặc biệt có thể đạt R=4,5.
Hộp số có cấp là một phần quan trọng trong hệ thống truyền lực của ô tô, được gọi là hệ thống truyền lực có cấp Tỷ số truyền của hộp số thay đổi với các giá trị cố định khác nhau, nên nó còn được gọi là bộ truyền gián đoạn Mức độ gián đoạn này phụ thuộc vào số lượng tỷ số truyền bên trong hộp số, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của xe.
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 bán tự động
1.7.2.Một số loại hộp số phổ biến hiện nay:
Phân loại hộp số thường được phân loại theo số trục của hộp số
Cấu tạo của hộp số thường (loại 3 trục)
Hình 1.10 Sơ đồ hộp số thường loại 3 trục
Trục sơ cấp và trục thứ cấp được bố trí đồng trục với trục trung gian, bao gồm các bánh răng như Z1, Z2, Z3, Z4, ZL1, ZL2, Za, Z1’, Z2’, Z3’, Z4’, ZL1’, Za’ Trong đó, bánh răng Za được chế tạo liền với trục sơ cấp, trong khi các bánh răng trên trục thứ cấp Z1’, Z2’, Z3’, Z4’ được quay trơn trên trục.
Z4 và Za' được cố định trên trục trung gian, với các ống gài liên kết then hoa Các ống này có vấu răng ở hai phía để ăn khớp với các bánh răng cần gài, tạo nên nguyên lý hoạt động hiệu quả.
Khi gạt cần số 1 sang bên trái, mômen sẽ được truyền từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng khớp nhau, tiếp theo là trục trung gian và cặp bánh răng số 1, trước khi đi ra trục thứ cấp.
Vị trí tay số 2 yêu cầu gạt cần sang bên phải, giúp mômen truyền từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng ăn khớp, tiếp tục đến trục trung gian và qua cặp bánh răng số.
2 rồi đến trục thứ cấp
Vị trí tay số 3 được thiết lập bằng cách gạt cần 2 sang bên trái, giúp mômen từ trục sơ cấp truyền qua cặp bánh răng luôn ăn khớp Qua đó, mômen tiếp tục được truyền đến trục trung gian, sau đó qua cặp bánh răng số 3 và cuối cùng tới trục thứ cấp.
Vị trí tay số 4 được kích hoạt khi gạt cần 3 sang bên phải, giúp truyền mômen từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng khớp nhau, tiếp theo đến trục trung gian và cuối cùng qua cặp bánh răng số 4 ra trục thứ cấp.
Vị trí tay số 5 được kích hoạt khi gạt cần 3 sang bên trái, tại thời điểm này, trục sơ cấp và trục thứ cấp kết nối với nhau, cho phép mômen được truyền trực tiếp từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp.
Vị trí tay số lùi được xác định bằng cách gạt cần số 1 sang bên phải, cho phép mômen được truyền từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, tiếp tục đến trục trung gian thông qua hai cặp bánh răng.
ZL1-ZL1 ’, ZL2-Z1 ’, rồi tới trục thứ cấp Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, giá thành thấp, bền
- 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
1.7.2.2.Hộp số tự động (AT)
Hình 1.11 Hộp số tự động
Hiện nay, có nhiều loại hộp số tự động với cấu tạo khác nhau, nhưng chúng đều có chung chức năng cơ bản và nguyên lý hoạt động tương tự.
- 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:
- 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):
Hình 1.12 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
Trục sơ cấp Trục thứ cấp
- 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
- Chuyển số liên tục không ảnh hưởng tới dòng lực từ động cơ
- 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
1.7.2.3.Hộp số ly hợp kép (DCT)
Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc và tính toán hộp số tự động vô cấp trên xe Toyota
Kết cấu các cụm chi tiết
Hình 2.3 Cụm chi tiết puly và dây đai truyền động
Hình 2.4 Mặt cắt puly truyền động a) Cấu tạo
Puly chủ động và bị động được cấu tạo từ hai khoang dầu và piston Khi thêm dầu vào một khoang, piston sẽ đẩy áp suất dầu sang khoang bên cạnh, từ đó làm thay đổi khoảng cách khe hở giữa các puly.
Trong trạng thái tăng tốc, bộ ECU – CVT nhận tín hiệu từ cảm biến áp suất và tốc độ của puly sơ cấp và thứ cấp, cùng với cảm biến vị trí bàn đạp ga Điều này cho phép ô tô tăng tốc bằng cách điều chỉnh đường kính của puly chủ động để tăng khoảng cách giữa hai nửa puly, đồng thời giảm đường kính của puly bị động, từ đó thực hiện truyền số cao hơn.
Trạng thái giảm tốc là quá trình ngược lại với trạng thái tăng tốc, trong đó ECU điều khiển van SL DS1 và DS2 để giảm áp suất của puly chủ động và tăng đường kính của puly bị động.
Hình 2.5 Dây đai truyền động
Dây đai truyền động trong hộp số K111 là loại dây đai kim loại, bao gồm các phần tử đai bằng thép liên kết với nhau bởi hai dây đai Ưu điểm nổi bật của dây đai kim loại này là khả năng truyền động ma sát cao, thời gian sử dụng lâu dài và ít bị co dãn, giúp duy trì chiều dài ổn định Tuy nhiên, nhược điểm của nó là khó chế tạo và có giá thành cao.
2.2.3 Bộ biến mô thủy lực có li hợp khóa biến mô
Hình 2.6 Biến mô thủy lực
Cấu trúc của giảm chấn cho phép hoạt động khóa biến mô thực hiện hiệu quả ở dải tốc độ thấp, giúp giảm rung động mô-men động cơ và mang lại cảm giác lái dễ chịu Biến mô đóng vai trò là thiết bị nối mềm giữa động cơ và hộp số, đồng thời khuếch đại mô-men từ động cơ vào hộp số (bộ truyền bánh răng hành tinh) khi xe cần lực kéo lớn Quá trình này sử dụng dầu như một môi chất thông qua bộ biến mô, làm thay đổi mô-men truyền và chuyển giao mô-men tới trục sơ cấp của hộp số.
Bánh bơm được lắp đặt trong vỏ của bộ biến mô, kết nối với trục khuỷu thông qua đĩa dẫn động nhiều cánh cong bên trong Để đảm bảo dòng dầu chảy êm, một vòng dẫn hướng được gắn ở mép trong của các cánh.
Có nhiều cánh được lắp vào bánh tua bin giống trường hợp của bánh bơm hướng cong của các cánh thì ngược chiều với bánh bơm
Nằm giữa bánh bơm và bánh tua bin qua khớp một chiều được lắp trên trục stato và trục này cố định trên vỏ hộp số
Hoạt động của stato là điều chỉnh dòng dầu trở về từ bánh tuabin và bánh bơm theo hướng cản quay của bánh bơm Nhờ đó, stato thay đổi hướng dòng dầu để tác động lên phía sau các cánh bơm, từ đó làm tăng mô-men xoắn.
Khớp một chiều cho phép stato quay theo chiều hoạt động của động cơ, nhưng nếu stato cố gắng quay ngược lại, khớp một chiều sẽ khóa stato để ngăn chặn chuyển động đó Nguyên lý hoạt động của biến mô liên quan đến cơ chế này.
Khi tốc độ bơm tăng, lực ly tâm khiến dầu chảy từ tâm bánh bơm ra ngoài Khi tốc độ tiếp tục tăng, dầu bị ép văng ra khỏi bánh bơm Dầu vào cánh tua bin làm tua bin quay theo chiều bánh bơm Dầu chảy vào trong dọc theo các bánh của tua bin, và khi vào được tua bin, mặt cong của bánh sẽ đổi hướng dòng chảy của dầu trở lại về phía bánh bơm, khởi động chu kỳ mới.
Khuếch đại mô-men là quá trình mà biến mô thực hiện để dẫn dầu khi vẫn còn năng lượng sau khi đi qua bánh tua bin và trở về bánh bơm qua cánh stato Điều này có nghĩa là bánh bơm được quay nhờ vào mô-men này, được bổ sung bởi dầu quay về từ bánh tua bin.
2.2.4 Bộ truyền bánh răng hành tinh
Bộ truyền bánh răng hành tinh trên các xe lắp hộp sô vô cấp có nhiệm vụ khuếch đại mô – men và thay đổi chiều chuyển động của xe
Bộ bánh răng hành tinh bào gồm: bánh răng mặt trời, bánh răng hành tinh, bánh răng bao
Li hợp trong hộp số vô cấp hoạt động tương tự như ly hợp cơ khí, đóng và ngắt lực truyền từ động cơ đến hộp số Khi trục sơ cấp của hộp số quay mà các lá đĩa li hợp không hoạt động, trục thứ cấp sẽ không quay Ngược lại, khi các đĩa li hợp đóng, trục thứ cấp sẽ quay theo trục sơ cấp.
Cấu tạo gồm: Trục li hợp, vòng đệm, bạc lót, vòng chặn, vòng phản ứng, đĩa phanh, tấm phanh
Các đĩa ma sát ăn khớp bằng then hoa với bánh răng bao
Các đĩa có độ dày từ 1.6 đến 2.18mm, với lớp ma sát dày khoảng 0.38 đến 0.76mm Bề mặt ma sát có thể được thiết kế với nhiều dạng rãnh khác nhau, giúp tăng tốc độ dòng dầu vào giữa đĩa ma sát và đĩa ép, từ đó cải thiện khả năng làm mát.
Nguyên liệu chung để tạo đĩa ma sát là giấy đặc biệt, đó là hỗn hợp của: cotton, than chì và các chất vô cơ khác
Các đĩa ép: ăn khớp bằng then hoa với trống của li hợp
Các đĩa ép có bề dày khoảng 1.78 – 2.54mm, phía ngoài đĩa ép có các nấc để ăn khớp với trống của li hợp
Các đĩa ép được thiết kế với bề mặt nhẵn hơn 25 micro inch và độ nhám khoảng 12 – 15 micro inch, giúp tăng hiệu suất hoạt động Ngoài ra, đĩa ép còn có chức năng tản nhiệt hiệu quả từ các đĩa ma sát Để bộ ly hợp hoạt động đúng chức năng, các đĩa ma sát cần được lắp xen kẽ với đĩa ép và ghép phía sau bộ lò xo hồi vị.
Piston là bộ phận chuyển động trong hệ thống li hợp, hoạt động khi chịu tác dụng của áp suất thủy lực, cho phép piston di chuyển vào hoặc ra trong xylanh Piston và xylanh được bảo vệ bằng phớt chịu lực, hay còn gọi là xéc măng, để đảm bảo độ kín Hành trình của piston được giới hạn bởi vòng hãm, giúp kiểm soát chuyển động chính xác.
Lò xo hồi là bộ phận quan trọng giúp piston trở lại vị trí ban đầu khi không có áp suất thủy lực trên bộ ly hợp Nó đảm bảo rằng piston luôn được đẩy về phía để các đĩa ma sát và đĩa ép không tiếp xúc với nhau, duy trì hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Nguyên lý làm việc của hộp số K111
Có 2 puly chủ động và bị động, các puly có thể thay đổi khoảng cách làm cho puly thay đổi đường kính làm việc Mỗi puly có 2 mặt côn chế tạo quay vào nhau Một sợi dây đai có thể chạy trong rãnh của hai mặt côn này Khi hai mặt côn cách xa nhau đường kính làm việc giảm xuống dây đai sẽ chạy ở vị trí thấp của rãnh và bán kính cong của vòng đai xung quanh puly nhỏ lại Khi hai mặt côn áp sát vào nhau đường kính làm việc tăng lên bán kính vòng đai trở lên lớn hơn Hộp số K111 dùng áp suất dầu thủy lực để điều chỉnh khoảng cách giữa hai mặt côn của puly nhờ các van điện từ
Bán kính dốc là khoảng cách từ tâm puly đến điểm tiếp xúc của dây đai, ảnh hưởng đến tỷ số truyền động giữa puly chủ động và puly bị động Khi hai mặt puly cách xa, bán kính dốc giảm và dây đai truyền động xuống thấp; ngược lại, khi puly lại gần nhau, bán kính dốc tăng và dây đai chạy lên cao Sự thay đổi kích thước bán kính của puly chủ động và puly bị động diễn ra tỉ lệ nghịch, giúp dây đai bám chặt Ví dụ, khi bán kính dốc của puly chủ động nhỏ, bán kính dốc của puly bị động lớn, dẫn đến tốc độ quay giảm và tạo ra số chậm Ngược lại, khi bán kính dốc của puly chủ động lớn, bán kính dốc của puly bị động nhỏ, tốc độ quay tăng và tạo ra số nhanh Do đó, hộp số K111 có khả năng tạo ra nhiều cấp số ở bất kỳ tốc độ nào của động cơ.
Nguyên lý hoạt động tại các vị trí của cần số
2.4.1.Hoạt động ở vị trí D (Drive)
Hình 2.13 Hộp số hoạt động ở vị trí có tỉ số truyền nhỏ nhất
Mô-men được truyền từ biến mô đến ly hợp, làm bánh răng mặt trời quay và phanh giữ cần dẫn mở, cho phép cần dẫn quay tự do Lực từ bánh răng mặt trời được truyền thẳng đến puly sơ cấp Hệ thống biến đổi bề mặt rộng của cặp puly tạo ra đường kính puly sơ cấp nhỏ và puly thứ cấp lớn, nhằm đạt tỉ số truyền nhỏ nhất Sau đó, mô-men được truyền từ puly thứ cấp đến cặp bánh răng giảm tốc và tiếp tục đến cặp bánh răng truyền lực cuối Khi tốc độ xe tăng, tỉ số truyền cũng thay đổi theo, phù hợp với tốc độ xe cho đến khi đạt tỉ số truyền lớn nhất.
Hình 2.14 Hộp số hoạt động ở vị trí có tỉ số truyền lớn nhất
2.4.2.Hoạt động ở vị trí N (Neutral/ No gear)
Figure 1Hình 2.11 Hộp số ở vị trí N
Khi số N (số mo) được chọn, cả li hợp tiến và phanh số lùi đều mở, dẫn đến mô-men được truyền từ biến mô đến bánh răng bao Điều này làm cho bánh răng hành tinh và cần dẫn động quay tự do, do đó không có lực truyền đến puly chủ động.
2.4.3.Hoạt động ở vị trí R (Reverse)
Hộp số ở vị trí R truyền mô-men từ biến mô đến bánh răng bao vi li hợp số tiến mở Lực được truyền từ bánh răng bao sang bánh răng hành tinh, khiến chúng quay cùng chiều Đồng thời, phanh số lùi đóng cần dẫn, làm cho bánh răng mặt trời quay ngược lại và truyền lực đến hệ thống puly đai thép, qua đó đến các cặp bánh răng giảm tốc và cuối cùng truyền lực.
2.4.4.Khi cần số ở vị trí P (Park)
Hình 2.17 Cơ chế khóa đỗ khi cần số ở vị trí P
Vị trí này được sử dụng khi đỗ xe - xe không di chuyển
Cơ chế khóa đỗ hoạt động trên ròng rọc thứ cấp, cho phép người lái xe gạt cần số về vị trí P Khi đó, khóa chốt trong hộp số sẽ khớp với bánh răng liên kết với trục sơ cấp của xe, đảm bảo an toàn khi đỗ xe.
Phanh đỗ Bánh răng đỗ
Tính toán kiểm nghiệm bền chi tiết: trục
D = 40mm; d1 = 32mm; d2 = 15mm Đường kính trục được xác định theo công thức:
Mmax: là mô men xoắn lớn nhất Mmax = 173 (Nm) r: là ứng suất xoắn cho phép r = 25 (MPa)
Khi đó ta có đường kính trục:
𝐷 ≥ 32,59 (𝑚𝑚) Vậy D thỏa mãn yêu cầu
L2 = 150 (mm) Các lực ép do xilanh thủy lực triệt tiêu chỉ còn lực vòng có hợp lực Fy gây uốn trục
Gọi các lực đặt lên vị trí O1 và O2 lần lượt là:
Fx1, Fy1,Fz1 và Fx2, Fy2, Fz2 khi đó ta có hệ:
Dấu âm chứng tỏ chiều của lực ngược lại
2.5.3.Tính trục theo độ bền uốn
Tính trục theo độ bền uốn tại tiếp điểm nguy hiểm tính theo công thức:
Mu là mô men chống uốn tổng hợp tại tiết diện nguy hiểm của trục
Ma là mô men uốn trong mặt phẳng yox
Mb là mô men uốn trong mặt phẳng zox
Wu mô men chống uốn đối với trục:
Khi chọn vật liệu thép C45 chế độ tôi cải thiện cần có HB192 – 240 có:
u = 450 (MPa) Khi đó ta có giới hạn bền:
= 120,8 (MPa) ≤ [] = 360 (MPa) Kết luận trục đủ bền uốn
Tính trục theo bền xoắn
Mx là mô men xoắn trục: Mx = 150 (Nm)
Wx là mô men chống xoắn đối với trục đặc:
Kết luận trục đủ bền xoắn Ứng suất uốn và xoắn tổng hợp:
Và ta có: rx = 17,5 MPa
u = 120,8 Mpa Khi đó ứng suất uốn xoắn tổng hợp là:
t = 125,5 (MPa) ≤ [] = 360 (MPa) Kết luận trục đủ độ bền.
Tính toán hộp số tự động vô cấp trên xe Toyota Corolla Altis 2016
2.6.1.Thông số cơ bản của xe
Bảng 2.1 Thông số cơ bản của xe ALTIS
Thông số kỹ thuật xe Corolla Altis 2016 1.8 CVT
Chiều dài cơ sở (mm) 2.700
Chiều rộng cơ sở trước/sau (mm) 1.520/1.520
Trọng lượng không tải (kg) 1265
Trọng lượng toàn tải (kg) 1670
Loại động cơ 2ZR-FE,
Bố trí xy lanh Thẳng hàng
Dung tích xy lanh (cc) 1.798 Đường kính xilanh*Hành trình piston 80.5 mm × 88.3 mm
Mô-men xoắn (Nm/rpm) 173/4.000
Hộp số Số tự động vô cấp/CVT
Tốc độ tối đa (km/h) 185
Chiều rộng cơ sở ô tô(mm) B20
Chiều cao toàn bộ ô tô(mm) H60
Hệ số dạng khí động học(Ns2/m4) K=0.25
Hệ số cản lăn tối thiểu fmin=0.012
Hệ số cản lăn tối đa fmax=0.0298
Hệ số cản tổng cộng χ=0.3
- Trọng lượng không tải: 1265kg
- Trọng lượng toàn tải: 1670kg
- Hệ số cản không khí: K=0.25 Ns2/m4
- Hệ số cản lăn tối đa: fmax=0.0298
- Hệ số cản lăn: fmin=0.012
- Độ nghiêng mặt đường: 0 độ => i=0
2.6.2.Thông số tính chọn và tính toán
Bề rộng lốp B= 205mm Đường kính vành bánh xe: dinch Chiều cao lốp H=0.55*2052.75(mm)
Bán kính thiết kế của xe r0= (B+ 𝑑
2)*25.415.95 (mm) Bán kính làm việc TB rb= r0*λ= 315.95*0.9500 1225mm (lấy hệ số biến dạng lốp = 0.95)
- Diện tích cản chính diện:
Xác định trọng lượng và phân bố trọng lượng
Trọng lượng không tải: 1265kg
Trọng lượng toàn tải: 1670kg
Phân bố tải trọng 2 cầu (50:50) : Z15kg = 8350N
- Xác định tỉ số truyền giả lập 6 cấp của hệ thống truyền lực CVT:
Tỉ số truyền của tay số 1:
Tỉ số truyền của tay số 1 được xác định nhằm khắc phục lực cản lớn nhất của mặt đường, đảm bảo bánh xe chủ động không bị trượt quay trong mọi điều kiện di chuyển.
-Theo điều kiện chuyển động ta có:
𝑃 𝑘 : lực kéo phát động từ bánh xe
𝑃 𝜓 : lực cản tổng của mặt đường
𝑃 𝑤 : lực cản của không khí (xe đi số nhỏ nên coi bằng không)
- theo điều kiện bám đường ta có:
𝐺 𝜑 : tải trọng tác dụng lên cầu chủ động
Từ 2 kết quả trên ta được:
Chọn tỉ số truyền tay số giả lập 1: 𝐼 ℎ1 = 2.4
Tỉ số truyền tại các tay số trung gian:
- Chọn hệ thống tỉ số truyền của các cấp số giả lập theo cấp số nhân
- Công bội được xác định theo biểu thức: q = √ 𝐼 𝐼 ℎ1
-n : là số cấp giả lập hộp số lấy bằng 6
-𝐼 ℎ1 : là tỉ số truyền tay số 1
-𝐼 ℎ𝑛 : là tỉ số truyền tay số lớn nhất lấy bằng 1
Bảng 2.2 Tỉ số truyền các tay số giả lập
Số 1 Số 2 Số 3 Số 4 Số 5 Số 6
Phương trình cân bằng lực kéo của oto:
𝑃 𝑖 : Lực cản nghiêng mặt đường 𝑃 𝑖 = 0
Bảng 2.3 Giá trị lực kéo và vận tốc tại các tay số ne Me Pk1 Pk2 Pk3 Pk4 Pk5 Pk6
8000 104.60 4235 3555 2984 2505 2102 1764 ne Me Vh1 Vh2 Vh3 Vh4 Vh5 Vh6
Từ 2 bảng trên ta có biểu đồ sau:
Hình 2.18 Đường đặc tính cân bằng lức kéo của hộp số
-Trục tung của đồ thị biểu thị lực kéo Trục hoành biểu trị vân tốc
-Đường biểu diễn là đường có dạng đường cong
Đường giới hạn đặc tính kéo của hộp số CVT được xác định là đường tiếp tuyến với các đường biểu diễn giá trị lực kéo của các cấp số giả lập.
V(m/s) Đường đặc tính cân bằng lực kéo của hộp số
Pk1Pk2Pk3Pk4Pk5Pk6
Quy trình kiểm tra, chẩn đoán, bảo dưỡng và sửa chữa hộp số tự động vô cấp
Quy trình tháo lắp
Hình 3.1 Tháo tay chuyển số
2 Tháo cảm biến trên xe
3 Tháo cảm biến tốc độ trục sơ cấp
Hình 3.3 Tháo cảm biến tốc độ trục sơ cấp
4 Tháo cảm biển tốc độ trục thứ cấp
Hình 3.4 Tháo cảm biến tốc độ trục thứ cấp
5 Tháo cảm biến áp suất dầu
Hình 3.5 Tháo cảm biến áp suất dầu
6 Tháo bộ làm mát dầu
Hình 3.6 Tháo bộ làm mát dầu
7 Tháo ốc định vị vỏ hộp số
Hình 3.7 Tháo ốc định vị vở hộp số
8 Tháo chân hộp số rời ra
Hình 3.8 Tháo chân hộp số
9 Tháo vỏ nắp các te dầu
10 Tháo đường ống dẫn dầu
Hình 3.10 Tháo ống dẫn dầu
12 Tháo các bánh răng bị động trên bơm
Hình 3.12 tháo bánh răng bơm
Hình 3.13 Tháo bộ vi sai
Hình 3.14 Tháo nắp trục phụ
15 Tháo vòng chặn ly hợp
Hình 3.15 Tháo vòng chặn ly hợp
Hình 3.16 Tháo trục tay số
Hình 3.17 Tháo gẩy phanh tay
Hình 3.18 Tháo trục ly hợp
Hình 3.19 Tháo bộ hành tinh
Quy trình lắp ngược lại với quy trình tháo và cần chú ý:
Đánh dấu các vị trí chi tiết (chiều, vị trí ăn khớp, …)
Tránh làm bẩn, xước chi tiết.
Quy trình kiểm tra
Bảng 3.1 Quy trình kiểm tra
Mục đích Các bước kiểm tra
1 Kiểm tra trục đầu vào
- Sử dụng đồng hồ để kiểm tra khe hở của bạc lót
2 Kiểm tra đĩa ly hợp
- Kiểm tra xem mặt tiếp xúc có bị cháy, mòn hay cong vênh thì ta thay thế
3 Kiểm tra khe hở đĩa ly hợp - Sử dụng thước lá đo khe hở vòng chụp và mặt bích
4 Kiểm tra khe hở đĩa phanh
- Sử dụng thước lá để đo khe hở vòng ngoài và trong của phanh
5 Kiểm tra bộ truyền hành tinh
- Sử dụng thước lá đo cụm mang bánh răng hành tinh và bánh răng nhỏ (kiểm tra ít nhất 6 điểm)
6 Kiểm tra lò xo ly hợp và lò xo hồi vị phanh
- Sử dụng thước cặp đo
- Độ dài tiêu chuẩn lò xo ly hợp là 17,63 mm
- Độ dài tiêu chuẩn lò xo hồi vị phanh là 16,44 mm
7 Kiểm tra lực siết tiêu chuẩn của bộ vi sai
- Sử dụng khẩu siết chặt 8 bu long
- Lực siết tiêu chuẩn 110Nm
8 Kiểm tra bu lông thân hộp số
- Siết chặt 22 bu lông đúng lực siết quy định
- Chú ý có 2 loại bu lông để tránh nhầm lẫn
- Lực siết tiêu chuẩn: 29 Nm
9 Kiểm tra bu lông siết bầu lọc dầu
- Kiểm tra lực siết 3 bu lông bầu lọc dầu
- Lực siết tiêu chuẩn: 8 Nm
10 Kiểm tra thứ tự lắp bộ đĩa phanh
- Thứ tự lắp các đĩa phanh:
11 Kiểm tra lắp ráp bộ hành tinh
- Dùng thước cặp kiểm tra đường kính bạc chặn
- Bạc trên đường kính trong là 16,6mm, đường kính ngoài là 31,7 mm
- Bạc dưới đường kính trong là 54,5 mm, đường kính ngoài là 51,5 mm
12 Kiểm tra khe hở từ nắp xilanh tới trục
- Dùng một thước kẹp và một thước thẳng để đo khe hở
13 Kiểm tra lực siết 8 bu lông của bơm dầu
- Kiểm tra lực siết 8 bu lông của bơm dầu
14 Kiểm tra cụm thân van
- Kiểm tra 12 bu lông siết thân van
- Lực siết tiêu chuẩn: 11Nm
15 Kiểm tra bộ làm mát dầu
- Kiểm tra 2 vòng đệm bộ làm mát dầu để đảm bảo không bị rách gây chảy dầu
16 Kiểm tra khe hở thân bơm và bánh răng
- Sử dụng thước lá đo khe hở bánh răng bị động và thân bơm
17 Kiểm tra khe hở giữa các bánh răng
- Dùng thước lá kiểm tra khe hở cạnh của hai bánh răng
- Khe hở cực đại: 0,15 mm
18 Kiểm tra bạc thân bơm
- Dùng đồng hồ đo đường kính bên trong bạc thân bơm dầu
- Đường kính trong lớn nhất cho phép: 38,138 mm
19 Kiểm tra bộ chuyển số trên động cơ
- Kiểm tra hành trình vào số ở các vị trí đảm bảo không bị kẹt
20 Kiểm tra các đường ống dẫn dầu và lưới lọc
- Kiểm tra xem ống dẫn có bị gãy thủng hay không nếu có thì thay thế
- Kiểm tra lưới lọc nếu bẩn thì thay thế.
Những hư hỏng thường gặp của hộp số CVT
Bảng 3.2 Những hư hỏng thường gặp
Hư hỏng Nguyên nhân Hậu quả
1 Hộp số phát ra tiếng ồn ở vị trí N
- Dây đai bị mòn, có khe hở
- Gây ồn khi khởi động
2 Hộp số có tiếng ồn - Dây đai puly bị mòn
- Hộp số thiếu dầu hoặc dầu không đúng loại yêu cầu
- Làm cho các bộ phận nhanh bị mòn hỏng
- Gây tiếng ồn khi xe chạy, khó đi số
3 Hộp số phát ra tiếng ồn ở vị trí lùi
- Hư hỏng bộ phận bánh răng
- Khi xe chuyển động vào số lùi phát ra tiếng ồn
- Khó chuyển sang số lùi ảnh hưởng đến việc điều khiển xe
4 Hộp số chảy dầu - Mức dầu cao quá mức quy định
- Các gioăng đệm bị rách
- Vỏ hộp số bị nứt vỡ
- Các mặt bích bắt không chặt, bu lông bị hỏng
- Các phớt đầu trục bị lỏng
- Chế độ bôi trơn các chi tiết không được thường xuyên
- Bôi trơn hiệu quả không cao, gây mài mòn các chi tiết trong hộp số
5 Hộp số bị nóng quá - Thiếu hoặc không có dầu bôi trơn
- Đường dầu bôi trơn bị tắc
- Tắc lỗ thông hơi của hộp số
- Làm cho chất lượng dầu bôi trơn giảm
- Nhanh làm mòn các chi tiết của hộp số.
Chẩn đoán
Hộp số có tiếng ồn: nguyên nhân có thể là do bánh răng bị mòn, vỡ, dây đai dẫn động bị mòn trượt, thiếu dầu bôi trơn, …
Vào số khó có thể do thiếu dầu số hoặc bộ van điện từ bị lỗi, hỏng
Khi tăng tốc hộp số bị giật có thể do hỏng biến mô
Quan sát kiểm tra xem hộp số có bị chảy dầu hay không
Sử dụng các thiết bị chẩn đoán:
Chẩn đoán bằng máy chẩn đoán IT II (Intelligent Tester II)
Hệ thống chẩn đoán trên xe theo chuẩn M-OBD cho phép truyền dữ liệu từ ECM qua thiết bị chẩn đoán qua đường truyền CAN Để hỗ trợ quy trình chẩn đoán, Toyota sử dụng máy chẩn đoán thông minh (Intelligent Tester II - IT II).
Hình 3.21 Máy chẩn đoán thông minh ( Intelligent Tester II – IT II)
Chẩn đoán bằng máy SCAN VG
