Hệ thống truyền lực trên ô tô

NGUYỀN TRỌNG HOAN - NGUYỄN KHẮC TUÂN

HỆ THỐNG
TRUYỀN Lực ô TÔ



NGUYỄN T R Ọ N G H O A N - NGUYỄN KHẮC TUÂN

n iẾ L Ị lC Ũ Ĩ Ô
I

ĩ

NHÀ XUẤT BÁN GIÁO DỤC VIỆT NAM



LỜI N Ĩ I Đ Ầ U

Hệ thơng truỳên lực ôtô đ ư ợc b iên soạn với m ục đích chính là p h ụ c v ụ cho công
tac đ à o tạo sau đại học ở các trư ờ n g đại học kỹ th u ật. Vì vậy, tư tư ờ n g chú đạo là
tống hợ p các kiến thức n ân g cao về hệ thống tru y ề n lực (HTTL) và trìn h bày m ột
cach có h ệ thõng, p h ù h ợ p với các yêu cầu của trìn h đ ộ đ ào tạo thạc sĩ N gành kỹ
thuật ơtơ.
N ội d u n g chính của cuốn sách được trình bày tro n g 6 chương:
C h ư ơ n g 1: H ệ thống tru y ền lực ôtô
Chưcm g 2: Lực kéo
C h ư ơ n g 3: M ơ phóng hệ th ố n g tru y ền lực
C hư ơ ng 4: C ác ch ế đ ộ tải trọ n g đ ặc trư n g tro n g hệ th ố n g tru y ền lực ôtô
Chưcm g 5: T ươ ng tác giữa hệ th ố n g tru y ền lực với các hệ th ố n g trên ôtô

C h ư ơ n g 6: R ung - ồ n tro n g hệ thống tru y ền lực ôtô.
Các chưcmg 1, 2, 3 và 6 d o N g uy ễn T rọng H o an biên soạn; Các chư ơng 4, 5 do
N guyễn Khắc T uân biên soạn.
M ột số nội d u n g tro n g cuốn sách này cũng có th ể là tài liệu th am khảo b ổ ích
cho các ng h iên cứ u sírih và các n h à nghiêri cứu, thiết k ế HTTL ôtô.
M ặc dù đã rất cố gắng trong q u á trìn h biên soạn, tu y n hiên không trán h khỏi
n h ữ n g khiếm khuyết. Các tác giả rất m ong n h ậ n đư ợc ý kiến đ ó n g g ó p của các
đ ồ n g nghiệp, các chuyên gia tro ng Enh vực h ộ p số tự đ ộ n g ôtô và của tất cả các
, bạn đọc đ ế lâ n tái bản sau đư ợc h oàn thiện hơn.
Mọi ý kiến đóng góp xin vui lịng gửi về: Công ty cô’ p h ần Sách Đại học - Dạy
nghề, N hà xuất bản Giao dụ c Việt NarrC 73 Lố Đ ú c H à Nọi.
C uối cùng, các tác già xin bày tỏ lời cảm ơ n sâu sắc tói các b ạn bè, đồng
n ghiệp đ ã n h iệt tinh g iú p đ ỡ tro n g quá trình biên soạn cuốn sách này.

Hà Nội, ngày 25 tháng 8 năm 2018
CÁC TÁC GIẢ



MỤC LỤC
Chương 1. HỆ THỐNG TRUYỀN L ự c ÔTÔ
1.1. Giói thiệu chung về hệ thống truyền lự c .........................................................................7
1.2. Hệ thống truyền lực cơ khí...............................................................................................11
1.3. Hệ thống truyền lực thúy lực.......................................................................................... 24
1.4. Hệ thống truyền lực điện................................................................................................. 34
1.5. Hệ thống truyền lực ôtô lai (hybrid).............................................................................. 35
1.6. Tý số truyền của hệ thống truyền lực............................................................................ 40
1.7. Các tiêu chí và phương pháp đánh giá hệ thống truyền lực ô tô ................................. 51
Chương 2. L ự c KÉO
2.1. Hiệu suất truyền lực k é o .................................................................................................60

2.2. Quan hệ giữa lực kéo và sự trượt cúa bánh xe chú đ ộ n g ............................................ 72
2.3. Hệ số truyền lực dọc và các thơng số ảnh hư ớng.........................................................78
2.4. Một số mơ hình lốp thông dụng..................................................................................... 84
2.5. Quan hệ giữa lực dọc và lực ngang................................................................................ 89
2.6. Các hệ thống điều khiên lực k éo .................................. .................... .

94

Chương 3. MƠ PHỊNG HỆ THỐNG TRUYỀN L ự c
3.1. Đặt vấn đề.........................................................................................................................96
3.2. Các phuơng pháp mơ phóng hệ thống truyền lực........................................................97
3.3. Mơ phịng hệ thống truyền lực bằng mồ hình dao động xoắn........ ............. .

99

3.4. Mơ phóng hệ thống truyền .lực bằng phương pháp mạng liên kết(Bondgraph)... 124
3.5. Các phương pháp giái bài tốn mơ phỏng hệ thống truyền lực................................141
Chương 4. CÁC CHẾ ĐỘ TẢI TRỌNG ĐẶC TRƯNG TRONG
HỆ THỐNG TRUYỀN L ự c ÔTÔ
4.1. Các cạng tái trọng tác dụng lên hệ thống truyền lực ô tô .......................................... 142
4.2. Tái trọng cực đại trong hệ thống truyền lực ơ tơ ......................................................... 145
•13. Tài tiọng động ớ chê' độ khới h àn h .............................................................................. 155
5


4.4. Tải trọng từ dao động mômen xoắn cùa động cơ.....................................................160
4.5. Tái trọng từ mấp mô mặt đường............................................................................... 167
Chương 5. TƯƠNG TÁC GIỮA HỆ THỐNG TRUYỀN L ự c
VỚI CÁC HỆ THỐNG TRÊN ÔTÔ
5.1. Đặt vãn đề....................................................................................................................175

5.2. Phối hợp hoạt động cúa động cơ đốt trong với hệ thống truyền lực...................... 176
5.3. Ánh hướng cùa hệ thống truyền lực đến mức tiêu thụ nhiên liệu cùa ô tô .............205
5.4. Liên kết đàn hồi giữa hệ thống truyền lực ôtô và khung vò xe...............................206
5.5. Tương tác giữa dao động xoắn hệ thống truyền lực và dao động
thẳng đứng ôtô......................................................................................................... 209
5.6. Đặc tính của các phân tử liên kết................................................................................211
Chương 6. RUNG - ỒN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN L ự c ÔTÔ
6.1. Khái niệm.................................................................................................................... 213
6.3. Các giải pháp giảm rung.............................................................................................221

ty


Chương 1
HỆ THỐNG TRUYỀN

Lực ỊTƠ

1.1. Giới thiệu chung về hệ thống truyền lực
1.1.1. Vai trò của h ệ thắng truyền lục trên ơtơ
Hệ thống tmyền lực (HTTL) trên ơtơ đóng vai trò của bộ phận kết nối động cơ với các
bánh xe chủ động, giúp cho xe có thể chuyển động trên các loại đường xá theo điều kiện sừ
dụng cụ thể.
v ề bản chất, hệ thống truyền lực là hệ thống truyền công suất của động cơ tới các bánh
xe chủ động. Nếu gọi hiệu suất cùa HTTL là Tfr thì mối quan hệ giữa cơng suất cực đại của
động cơ N rnax với lực kéo tại các bánh xe chủ động Pli và vận tốc chuyển động của ôtô V
được viết như sau:
/» = * « &

(U )

Biều thức trên được mô tả bằng đồ thị là một đường hyperbol như trên hình 1.1. Đồ thị
này thường đuợc gọi là đặc tính kéo lý tưởng, nó thể hiện khả nâng sử dụng tối đa công
suất của động co để đáp úng các điều kiện chuyển động của ơtơ.

Hình 1.1. Đặc tính kéo lý tưởng cùa ơtơ và khá năng đáp ứng cùa động cơ đốt trong
Trên thực tế, phạm vi hoạt động của ôtô rất rộng, nên lực kéo tại bánh xe và vận tốc
chuyến động phải có khả năng thay đổi đề đáp ứng các điều kiện chuyển động cụ thể. Với

7


đặc tính kéo như trên hình 1.1 thì vùng làm việc khả dĩ cùa ơtơ nằm bên dưới đuờng đặc
tính lý tường và đường giới hạn khả năng bám.
Tuy nhiên, động cơ sừ dụng trên ôtô hiện nay chủ yếu vẫn là động cơ đốt Irong. lon tại
dưới hai dạng là động cơ xăng và động cơ diesel. Các loại động cơ này không đáp ứng
được vùng làm việc mong muốn theo đặc tính lý tướng, mà nó chi có thế cung cấp lực kéo
trong phạm vi giới hạn cùa đặc tính làm việc cùa nó (vùng trăng trên hình 1.1).
Như vậy, không thể kết nối trực tiếp động cơ với các bánh xe chủ động cùa ơtơ mà cần
có bộ phận truyền và biến đồi các thông số cùa động cơ sao cho phù hợp với điều kiện
chuyển động thực tế. Bộ phận này chính là hệ thống truyền lực cùa ôtô. Đe làm được điều
này, hệ thống truyền lực được thiết kế như một bộ biến đoi mômen với hệ số bién đối được
gọi là tỷ số truyền ¡T- Khi đó, lực kéo tại bánh xe đuợc tính như sau:
p = M ¿ !t
r„

(1.2)

trong đó: Me là mơmen cùa động cơ và n là bán kính cùa bánh xe.
Hiện nay, hệ thống truyền lực của ôtô biến đổi mômen theo hai cách sau:

- Biến đổi theo cấp: hệ thống truyền lực có số tỳ số truyền xác định, mỗi tỳ số truyền
tương ứng với một cấp số;
- Biến đối vô cấp: tý số truyền cùa hệ thống truyền lực thay đổi một cách liên tục trong
vùng biến thiên của nó (giữa ¡max và ¡mfr).
Đối với HTTL có cấp, mỗi tý số truyền tương ứng với một đường đặc tính lcéo. Chẳng
hạn, trên hình 1.2 thể hiện dặc tính kéo của ơtơ có trang bị hệ thống truyền lực cơ khí 4 cấp
cùng với các đường lực càn chuyền động và đường mô tả giới hạn bám giữa bánh xe và
đường. Vùng làm việc của ơtơ chính là vùng tráng trên đồ thị.
Có thể nhận thấy rằng, hệ thống truyền lực có cấp chi có thể tạo được vùng làm việc
theo đúng đặc tính kéo lý tường nếu nó có vơ số cấp. Trên thực tế điều này khơng thể thực
hiện được. Vì vậy, tùy theo mục đích sừ dụng và điều kiện làm việc của từng loại ịtơ
người ta lựa chọn số cấp số cùa hệ thống truyền lực sao cho phù hợp.

Vận tóc V
Hi'ti ¡ 2 Vùhịị lùm Viét i 'to ỒIÓ vri h ệ

ft ọ

‘I I h r c

. < khỉ cõ*i ( //


H'lTL vò cap (Continuously Variable Transmission, viết tắt là CVT) thay đổi tỷ số
truyền một cách liên tục. Nhờ đó, nó có thề cung cấp đường đặc tính tương tự như đặc tính
lý urưna Irong vùng biến thiên tý số truyền của nó. Tuy nhiên, các loại truyền lực vơ cấp
trên ơtơ hiện nay có vùng biến thiên tỷ số truyền tương đối hẹp nên không đáp ứng được
trọn vẹn mọi điều kiện chuyển động của ơtơ. Vì vậy, các bộ truyền vô cấp thường được sừ
dựng song hành với bộ truyền cơ khí truyền thống. Chẳng hạn, biến mơ thúy lực luôn được
sử dung cùng với một hộp số cơ khí, cịn bộ truyền đai vơ cấp thì phái đi cùng với một hộp

giảm tốc bánh răng.
1.1.2. Chức nâng cũa h ệ thong truyền lực
VỚI vai ưò là bộ phận trung chuyển công suất từ động cơ tới các bánh xe chủ động, hệ
thống truyền lực phải đảm bảo các chức năng cụ thề dưới đây:
- Giúp cho ôtô khới hành từ trạng thái đứng yên, vì động cơ đốt trong chi có thề làm
việc trong một dài tốc độ nhất định. Nó khơng thể tăng tốc từ vận tốc bàng khơng. Vì vậy,
hệ ihống iruyền lực phải có cơ cấu cho phép ôtô khời hành từ trạng thái tĩnh.
- Tăng mômen cùa động cơ đế tạo được mômen (lục kéo) tại bánh xe đù lớn trong
những trường hợp cần thiết. Động cơ đốt trong thường có mơmen xoắn khơng lớn, nếu
được truyền trục tiếp tới bánh xe thì nó khơng đủ để khắc phục điều kiện cản chuyển động
khi xe khời hành, tăng tốc hoặc chuyển động trên đuờng xấu, có độ dốc lớn. Vì vậy, hệ
thống truyền lục phải c6 chức năng tăng mômen của động co. Hệ số tăng mơmen chính là
tý số truy ền cùa hệ thống truyền . l ụ c . ........................................................................................
- Thay đối tỳ số truyền để có được lực kéo và vận tốc tại bánh xe thay đồi trong dải
rộng đáp ứng mọi điều kiện hoạt động ôtô khi chuyển động trên các loại đường khác nhau.
Chức năng này khác phục nhược điểm của động cơ đốt trong là khá năng thích ứng rất hạn
, chế, nghĩa là vùng thay đổi môroen cũa nộ rất hẹp.

............................................

- Đảo chiều chuyển động trong hệ thống truyền lực để tạo số lùi. Động cơ đốt ưong
trên ôtô chi quay được theo một chiều, nên muốn lùi được thì phải có cơ cấu đảo chiều
trong hệ Lhổng truyền lực.
- Ngắt dịng cơng suất tù động cơ xuống các bánh xe chù động để khi dùng xe không
cầr, phai tắt máy. Việc khởi động động cơ đốt trong khá phức tạp, nên người ta chi tắt nó
khi cằn thièt. Vì vậy, hệ thống truyền lực cần phải có cơ cấu ngat dịng cơng suất từ động
cơ xuống cíc bánh xe chu động để khi dừng xe khơng cần phải tẳt máy. Chức năng này có
thềđưọc thực hiện nhờ bộ ly hợp hoặc số "0” trona hộp số.

1.1.3. Các bộ phận chính trong hệ thống truyền lực
Để đảm bảo được các nhiệm vụ nêu trên, HTTL của ôtô bao gồm những bộ phận chức
nâng chính như ly hợp, hộp số, truyền động các-đăng và cầu chù động.
Ly hợp là bộ phận có nhiệm vụ ngắt và nối đường truyền công suất từ động cơ tới
HTTL và đảm bào cho ôtô khới hành một cách êm dịu. Hiện nay, trên các loại ôtô sử dụng
chù yếu ly hợp ma sát cho HTTL cơ khí và ly hợp thủy lực (hoặc biến mô thủy lực) cho
hộp số thùy cơ.
Hộp số là bộ phận đàm nhiệm chức năng thay đồi tý số truyền trong HTTL. Trong đại
đa số trường hợp, hộp số sù dụng trên ôtô hiện nay là hộp số kiểu bánh răng. Việc thay đổi
tỳ số truyền đuợc thực hiện bằng cách thay đổi đường truyền qua các bộ truyền bánh răng.
Đối với HTTL vơ cấp thì hộp số được thay bằng bộ biến đổi mơmen (đai. xích, con lăn,
thủy lực) có tỷ số truyền thay đổi liên tục.
Truyền động các-đăng đảm bảo việc kết nối trục ra của hộp sổ với trục vào cầu chú
động trong truờng hợp động cơ đặt xa cầu chù động và hai trục cần liên kết không đồng
trục với nhau. Trên ôtỗ con dẫn động cầu trước với động cơ đặt ờ phía đầu xe thì khơng có
truyền động các-đăng do tồn bộ HTTL được bố trí trong cùng một khối.
Cầu chủ động là bộ phận cuối cùng ữong hệ thống, nó truyền mômen tới các bánh xe
chủ động. Trong cầu chủ động thường cố ba bộ phận: truyền lực chính, vi sai và các bán
trục. Truyền lực chính về bản chất là bộ phận giảm tổc, có nhiệm vụ tàng tỷ số truyền cho
HTTL. Bộ vi sai được đặt giữa hai bán trục, nhờ nó mà các bán trục có thề quay với các
vận tốc khác nhau khi ơtơ quay vịng hoặc chuyển động trên mặt đường gồ ghề. Các bán
trục có nhiệm vụ truyền mơmen tới các bánh xe chủ động.
1.1.4. Phân loại hệ thống truyền lực
HTTL thường được phân loại theo phưomg pháp truyền mômen thành các dạng sau:
- HTTL cơ khí:
+ Có cấp;
+ Vơ cấp;
- HTTL thủy lực:
+ Thủy động;
+ Thúy tĩnh;

- HTTL điện.
Hiện nay, trên ôtô sừ dụng chủ yếu các hệ thống truyền lực bằng cơ khí và thúy động
(biến mơ thùy lực). HTTL thúy tĩnh được sử dụng nhiều trên một số phươrc tién tư hành.
10


máy móc thi cơng, khai thác mị và máy nâng chuyền hàng trong các kho bãi, sân bay, bến
cáng,... HTTL điện có thề gặp trên ơtơ lai (hybrid) hoặc trên một số ôtô đặc chủng.
Theo cách thay đổi tý số truyền, HTTL được phân thành hai loại: HTTL có cấp và
HTTL vô cẩp.
Theo phương pháp điều khiển, HTTL được phân loại như sau: HTTL điều khiển bằng
tay, HTTL tự động và HTTL bán tự động.
1.2. Hệ thông truyền lực cơ khí
1.2.1. Hệ thống truyền lụ t cơ k h í có cấp
a)

Hệ thong truyền lực cơ khí truyền thống

HTTL cơ khí có cấp được coi là HTTL truyền thống, ở đó tỳ số truyền đuợc thay đồi
theo các cấp số ưong hộp số.
p L

j / 3

4

d=)

6 -1

5

c=bp

a) Cầu sau chú động
Hình 1.3. Sơ để hệ thống truyền lực ơtơ
I- Động cơ; 2- Ly hợp; 3- Hộp số; 4- Trục các-đăng; 5- Truyền lục chính và bộ vi sai;
6- Bán trục; 7- Cụm hộp số, truyền lực chính và vi sai.
TrỀn hình 1.3 là hai sơ đồ điển hình của HTTL cơ khí có cấp. Trong đó, sơ đồ a)
thường dùng cho tơ tài ơtơ khách cỡ nhị. Trên các ơtơ con loại nhỏ và trung bình thưởng
sứ dụng sơ đả b) cố cầu trước chủ động, động ca đặt ngang cùng với cụm hộp số, truyền
lực chính và vi sai được chế tạo liền khối.
Ưu điểm nổi trội của HTTL cơ khí có cấp là-két cấu đơn giản, hiện suất cao nên-được
sứ dụng một cách rộng rãi, đặc biệt là ưên các ôtô thương mại. Nhuợc điểm của loại HTTL
này là hiện tượng ngắt dờng công suất khi chuyển sả và ’Số cấp có hạir nên khơng Thể đáp
ứng một cách dầy đủ các điều kiện chuyển động.
HTTL cơ khí có cấp ra đời cùng với những chiếc ơtơ đầu tiên, nên được coi là kinh
điển và sẽ không được trình bày chi tiết hơn ữong tài liệu này.
b) Hệ ĩhổng truyền lực cơ khí với ly hợp kép
Trong loại HTTL này, hộp số được thiết kế đặc biệt và gắn với bộ ly hợp kép nhàm
khác phục nhươc điểm cố hữu cùa HTTL cơ khí truyền thống là hiện tuợng ngắt dịng cơng
suất trong q irình chuyến số.


v ề nguyên lý cấu tạo, hộp số với ly hợp kép được thiết kế từ ý tướng ghép 2 hộp số
với 2 ly hợp C| và C 2 hoàn tồn độc lập với nhau
n
như trên hình 1.4a. Một hộp so có các
cấp số lè
lẻ 1,3,5, ...... hộp số cịn lại có các số chẵn

chí 2,4, 6, ...
C1. 1sr 3rd

ĩl

■ u *

1.

5th

f

<.

Hộp sơ I

3 5
Ly hợp I Ly hựp 2

tẳ

:

í

T T V

T

II
H r " ĩ

ĩ

i

Ả

C2 2nd 4th _ 6th

Trục rồng

Ắ

2 4 6

p

a) Nguyên lý

b) Sơ đồ cấu tạo

Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý cùa hộp số vói ly hợp kép
Tuy nhiên, nếu thiết kế hộp số theo nguyên tấc trên thì kết cấu sẽ cồng kềnh, hộp số
chiếm nhiều khơng gian, nên ưong thực tế người ta ghép 2 hộp số trong một khối chung
bằng cách sừ dụng 2 trục lồng vào nhau như ưên hình 1.4b.

C1
C2

Ịỉlỉil
H
Bi

A

T

1r^TL1 1
4 ỉr
n

1
í ir
n
n

=D u

L ỉJ
_ J L

m-

piL
1 J
Số 1
Sổ 2
Số 3

sổ 4
Số 5
Số 6

Số 7
SỔlùi
Hình 1.5. Hập sổ 7 cắp với lỵ hợp kép
12

-3 3


Hộp sổ Irên hình 1,4b gồm có 6 cấp: 3 số lè ( 1, 3, 5) được điều khiến bời ly hợp 1, còn
các số chằn 2, 4, 6 được điều khiền bời ly hợp 2. Hộp sổ ly hợp kép khắc phục được hiện
tượng ngất dịng cơng suất trong q trình chuyển so. Chẳng hạn, trong khi ơtơ đang
chun động ớ số 2 (ly hợp 2 đang đóng) với xu hướng tăng tốc thì hệ thống điều khiển gài
so 3. Lúc này do ly hợp 2 đang đóng và ly hợp I đang mớ nên dịng cơng suất chi truyền
qua số 2. Tới thời điểm chuyển số, hệ thống điều khiến thực hiện việc mờ ly hợp 2 và đóng
ly hợp I, khi đó đường truyền qua số 2 bị ngắt và công suất được truyền qua số 3. Quá
trình chuyên so theo chiều ngược lại được thực hiện bàng quy trình tương tự. Như vậy, quá
trình chuyền số xảy ra liên tục, khơng gây ngắt dịng cơng suất như ưong các hộp số cơ khí
thường (chi có một ly hợp).
Trên hình 1.5 thề hiện một sơ đồ hộp sổ ly hợp kép có 7 cấp số. Hộp số được thiết kế
theo sơ đồ 3 trục, gồm có 2 trục sơ cấp, 2 trục trung gian và 1 trục thứ cấp.
Bộ ly hợp kép có 2 trục ra (chính là các trục sơ cấp của hộp số), trong đó trục ống có
chức năng nối ly hợp C2 với cặp bánh răng A] để tniyền công suất tới trục trung gian của
các số chẵn 2, 4, 6 và số 1. Trục ra thứ hai nối ly hợp C1 với cặp bánh răng A ĩ làm nhiệm
vụ truyền công suất tới trục trung gian của các sổ lẻ 1, 3, 5 và 7. Đường truyền công suất
qua các cấp số được thề hiện cụ thế trên hình vỉ.
Bộ phận chính trong hộp số ly hợp kép chính là bộ ly hợp kép. Các ly hợp này có thể

là loại ma sát khô hoặc ma sát irớt. Ly hợp ma sát ướt thường sử dụng hệ thống thủy lực đề
điều khiển đóng mở và đồng thời làm mát các đĩa ma sát. Nhờ có cơ chế làm mát nên ly
hợp ma sát ựớt có khả năng truyền mơmen lớn hơn so với lỵ hợp mạ sát khộ. Vì vậy, người
ta thưịng sử dụng ly hợp ma sát khô cho các ôtô loại nhỏ, cịn đối với các loại ơtơ lón thì
phái sú dụng 1} hợp ma sát ướt.
1.2.2. Hệ thắng truyền lực cơ khí vó cấp
a) Ngun lý cấu tạo
v ề bản chất, các dạng HTTL cơ khí vơ cấp đều thực hiện truyền công suất nhờ ma sát
giũa Gác bẻ mặt tiếp xúc. Sơ đồ nguyên lý cùa một số dạng truyền lực cơ khí vơ cấp được
thể hiện trên hình 1.6.
Ngun lý chung của truyền lực vơ cấp cơ khí được thể hiện trên hình 1.6a: mơmen
đươc truyền từ đĩa chù động 1 sang đĩa bị động 2 nhờ lực ma sát tại điểm tiếp xúc giữa hai
đĩa Như vậy. tỷ số truyền của truyền động này là:
i= ^

(1.3)

r,

13


Đề thay đối tỷ số truyền, người ta thay đồi bán kính làm việc rj bằng cách bố tn' cho
đĩa chủ động có thể trượt được dọc ưên trục 3 của nó. Nhờ đó, tỷ số truyền có thể đưộrc
thay đồi một cách liên tục trong vùng im,„ - imax.

^

'4

Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý các hệ thống truyền lực cơ khí vơ cấp
a) Sơ đồ ngun lý truyền lực ma sát; b) Truyền lực tiếp xúc nhiều điềm; c) Truyền tục đai;
d) Truyền lực bằng các đĩa lăn.
Truyền lực cơ khí vơ cấp có thể phân thành ba nhóm như sau: truyền lực đai. truyền
lực tiếp xúc nhiều điểm; truyền lực bằng các đĩa lăn. Có thể thấy rằng, về bản chấl các bộ
truyền cơ khí vơ cấp đều sử dụng nguyên lý truyền bằng ma sát.
Do công suất đuợc truyền nhờ ma sát, nên sơ đồ như trên hình 1.6a chi có thé truyền
được cơng suất nhị do lực ma sát tại vết tiếp xúc không lớn. Để có thể sử dụng đuọc trong
hệ thống tniyền lực ơtơ, cần phải có các hệ thống có khả năng truyền cơng suất lịm hơn.
Trên hình 1.6b, c, d thể hiện một số dạng truyền lực ma sát vô cấp: truyền lực tiếp xúc
nhiều điềm (hình b), truyền lực đai (hình c) và truyền lực bằng các con lăn (hĩnh d). Trong
đó chi có hai sơ đồ cuối là được sử dụng trên một số loại ơtơ.
Bộ truyền đai (hình 1.6c) sử dụng dây đai có tiểt diện hình thang với các puli điợc chế
tạo thành 2 nứa: một nừa được lấp cổ định trên trục, nứa cịn lại có thề di trượt dK trục.
Neu coi phu li số 1 là chu động, puli số 2 là bị động thi tý số truyền được tính theo cõng
thức (1.3).


Đé thay đồi tý số truyền, người ta thay đổi cà 2 bán kính trên. Neu ép 2 nửa cùa puli I
lại gần nhau thì dây đai sè trượt trên các mặt vát giữa hai nửa này làm ri tăng lên. Do chiều
dài cùa dâ> đai và khoảng cách giữa 2 trục là cố định, khi

tăng lên thì r2 buộc phải giảm

xuống, nghĩa là dây đai sẽ đẩy 2 nửa cùa puli bị động ra xa nhau để trượt vào trong.
Bộ truyền con lăn (hình 1.6d) sừ dụng đồng thời nhiều con lăn đe tăng ma sát nhăm
tăng công suất truyền. Bán kính làm việc được tính từ tâm các vết tiếp xúc tới tâm các trục
quay. Neu coi trục 1 là chù động thì tý số truyền cũng được tính theo cơng thức (1.3).
Các bán kính ri và Ĩ2 thay đồi theo góc nghiêng cùa các con lăn, nhờ đó tý số truyền có
thể thav dổi một cách liên tục.

Nhược điểm của dạng truyền lực bàng ma sát là hiện tượng trượt giữa các bề mặt ma
sát dẫn đến mài mịn làm giảm cơng suất truyền và gây mài mòn các chi tiết. Điều này đã
giới hạn phạm vi sừ dụng của các bộ truyền vơ cấp cơ khí. Trong bảng 1.1 liệt kê các dạng
truyền CVT cơ khí với giới hạn truyền của chúng [3],
Bing 1.1. Giới hạn k h i n ỉn g truyền mômen cùa các dạng truyền lực CVT cơ khí
Thơng số

Bộ trun đai và xích

Bộ truyền con lăn

Đai thếp

Đai cao su

Xích

Bán xuyến

Xuyến

Mơmen giói hạn, Nm

200 - 250

£100

300

380

600

Giới hạn dung tích động co, lít

2,5

1,0

2,0

3,5

5,5

Dáy đai cao su đã được đua vào sử dụng trên ôtô từ năm 1958 bởi hãng sản xuất ôtô
Hà Lan D a F. Tuy nhiên, loại dây đai này đã khỗng phát triển rộng rãi dược do khả năng
truyền công suất bị giới hạn. Truyền lực đai chỉ thực sự chiếm được thị phần trong ngành
công nghiệp ôtồ sau sự ra đời của dây đai bằng thép kiểu Van Doome. Hiện nay, Quyền lực
dai chiếm khoảng hcm 10% trong số các hệ thống truyền lực tự động và đang cố xu hướng
, tăng d ầ n . ........................................................................................................................................
Một ding truyền dây khác là bộ truyền xích lần đầu tiên xuất hiện trên xe Audi A4.
Túy rihiêri phậirt Vi 'sừ dụhg cììả lịặi tnlyền' lực' này khơng rộng rihtr dãy đái thép kiểu Vàn'
Doome.
Các sé liệu về giới hạn mômen truyền cho trong bảng 1.1 chi mang tính tương đối.
Chăng hạn.

VỚI

các giài pháp kỹ thuặt tiên tiến, hiện nay bộ truyền với dây đai kiểu Van

Doome có :he nâng mơmen truyền lên tới 350Nm.
Hiện nay, CVT được sừ dụng trên ôtô chù yếu dưới dạng bộ truyền dây đai kim loại
kiểu Van Doome. Một số loại ôtô sứ dụng bộ truyền kiểu con lăn, riêng hãng Audi sử dụng
các bộ truyền bằng dây xích.
15


b) Truyền lực kiểu dă y đai thang
Sơ đồ nguyên lý hoạt động cùa bộ truyền đai được thề hiện trên hình 1.7. Bộ truyền sứ
dụng dây đai có tiết diện hình thang với các pulí được ché tạo rời thành 2 nứa: một nứa cổ
định trên trục (số 2 và 5 trên hình 1.7), cịn nửa thứ hai có khả năng di trượt dọc trục (số 3
và 6 trên hình 1.7).

a) Nguyên lý điều khiển

b) Điểu khiến báng thúy lực

Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý cùa bộ truyền đai
1- Trục chú động; 2- Nứa cổ định cùa pu li chú động; 3- Nửa động cúa pu li chù động;
4- Dây đai; 5- Nứa cổ định cùa pu li bị động; 6- Nứa động cùa pu li bị động; 7- Trục bị
động; 8- Lò xo; 9- Xilanh thúy lực trên puli chú động; 10- Xilanh thúy lực trên puli bị
động; P i, P ỉ - Các áp suất điều khiển.
Bộ truyền đai hoạt động dựa trên nguyên lý truyền bằng ma sát: công suất được truyền
từ trục chủ động 1 sang trục bị động 7 nhờ ma sát tại các diện tích tiếp xúc giữa dây đai và
puli. Để tạo đuợc lực ma sát tại các diện tích tiếp xúc người ta phái tạo độ cỉng ban đầu
cho dây đai. Muốn có được lực ma sát lớn để truyền được cơng suất lớn thì cần phái có lực
tỳ lớn, nghĩa là lực căng ban đầu cùa dây đai cũng phái lớn. Tuy nhiên, điều này cũng đong
nghĩa với tải trọng lên dây đai lớn và tuồi thọ cùa dây đai thấp. Nhược điếm lơn nhất cùa
bộ truyền đai chính là sự trượt của dây đai trên puli, gây mài mòn. giảm tuổi thọ cùa các bộ

phận ma sát và giám hiệu suất truyền.
Cơ chế thay đoi tỳ số truyền được thực hiện bằng cách thay đoi vị trí tiếp xúc giữa dây
đai và puli. Vị trí tiếp xúc này được quyết định bời lực ép lên các nửa puli động. Chăng
hạn. như irên hình 1.7, lực F tác động lên nưa động cua puli chu động (3) đề duy trì bán
kính làm việc n , cịn bán kính trên pulí bị động được duy trì nhờ lực ép cua lị xo so 8.


Như vậy, tương ứng với một giá trị bất kỳ cua lực ép F, ta có tỹ số truyền là i¡:
i, = —
(1.3’)
ru
với ru và rỵ là các bán kính làm việc tương ứng của puli chù động và puli bị động.
Để tạo lực điều khiến thay đối tỷ số truyền, người ta có thề sứ dụng nhiều phương
pháp khác nhau. Đcm giản hơn cà là phương pháp dùng lực ly tâm đề tạo lực ép trên puli chủ
động và dùng lò xo tạo lực ép trên puli bị động. Phương pháp này được sừ dụng rộng rãi trên
các xe máy có trang bị hệ thống truyền lực kiều dây đai (thường được gọi là "xe ga”).
Trong hệ thống truyền lực CVT của ôtô người ta thường sừ dụng phương pháp tạo lực
ép lên các nửa động của các puli bàng áp suất thùy lực. Với phương pháp này, tỷ số truyền
của CVT được điều khiến bằng cách thay đổi áp suất thủy lực. Nghĩa là, tương ứng với
một giá trị áp suất điều khiển ta sẽ có một tỷ số truyền. Trên hình 1.7b thể hiện sơ đồ
nguyên lý điều khiển CVT bàng áp suất thủy lực tác động lên các nửa puli động. Áp suất
được hình thành trong các xilanh thủy lực (số 9 và 10 trên hình 1.7b), ữong đó các nữa puli
động được sử dụng làm pit tơng.
r a-Tấmthép

b - L i thép mỏng

H

\

Hình 1.8. Cấu tạo cùa dây đai thép
kiểu Van Doome

m w i u a j d ai

.

Áp suất điều khiển được lựa chọn sao cho có được tý số truyền hợp lý nhất đối với
từni chế đọ chuyển động cụ thể dựa trên yêu cầu về công suất cần thiết và vùng làm việc
tối iru cúa dộng cơ. Người lái không thề đáp ứng đuợc các yêu cầu trên, vì vậy phương
pháp điêu khiên này phái được thực hiện với một hệ thống điện từ phức tạp.
17


ư u điềm của phương pháp điều khiển thủy lực là hệ thống điều khiển có thể lựa chọn
tý số truyền sao cho vừa đáp ứng được điều kiện chuyển động, vừa tạo cho động cơ chế độ
làm việc hợp lý nhất nhàm tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm mơi trường.
Phần từ chính trong bộ truyền đai là dây đai. Loại dây đai được sù dụng phồ biến nhất
hiện nay là dây đai thép cố tiết diện hình thang kiều Van Doome (hình 1.8).
Dây đai kiểu Van Doome được chế tạo hoàn toàn từ những chi tiết bằng thép nhu mơ
tà trên hình 1.8. Bề mặt ma sát được tạo bời nhiều tấm thép có biên dạng như hình 1.8a
ghép lại với nhau. Đe hình thành sợi dây có độ dài nhất định và có khá năng uốn quanh
puli, người ta sứ dụng các lá thép mòng ghép lại với nhau như ưên hình 1.8b. Tồn bộ dây
đai được lắp ghép từ các chi tiết kim loại có độ bền cao, cho phép truyền được mơmen lớn
và có tuổi thọ cao. Chính nhờ những ưu điểm này mà CVT với dây đai kim loại được sử
dụng ngày càng rộng rãi hơn trong hệ thống truyền lực cùa các loại ôtô con.
Loại dây thứ hai sử dụng trong bộ truyền CVT của ơtơ là dài xích trong bộ truyền
CVT cùa hãng Audi (hình 1.9). Nó cũng được làm hồn tồn bằng thép và có hinh dáng bề
ngồi gần giống như dây xích bình thường. Tuy nhiên, dẫn động dây xích này khơng phái là
các đĩa có răng mà là các puli tương tự như trong các dạng CVT đã trình bày ưên đây.

Các chốt xích có 2 đầu được vát nghiêng tạo thành bề mặt tiếp xúc vói các mặt cơn
của các nửa puli (hình 1.9a). Nhờ vậy mà bộ truyền này hoạt động theo nguyên lý cùa bộ
truyền dây đai cố tiết diện hình thang: nó truyền mơmen nhờ ma sát (gifla đầu cùa chốt
xích với mặt cơng của nửa puli) và thay đổi bán kính làm việc bằng cách trượt ra hoặc vào
ttên các bề mặt côn cửa các nửa puli. Hiện nay, loại truyền động này được sử dụng trên
một số dòng xe của häng Audi. So vói bộ truyền bằng dây đai kim loại thì bộ truyền xích
cùa Audi có khả ning truyền được mơmen lán hơn.

18


The he CVT moi cua Audi sir dung day xich vcri ten gpi “multitronic” dupe cho la co
nhurng tinh nang vuot troi so vai hpp so tu dong va hpp so ca khi c6 cap. Theo cac cong bo
cua nha san xuat thi oto dupe trang bj hf thong truyen lye loai nay tieu thu it nhien lieu
horn so vcrj old co hop so tv dpng, dong thcri co kha nang tang toe nhanh hctn so voi hpp so
ca khi co cap. Tuy nhien, gia thanh cao cua multitronic khien no khong dupe sur dung rpng
rai tren cac loai oto hi?n nay.
Ban thin bp truyen dai khong the dam nhan het dupe cac chuc n&ng cua h? thong
truyen l\rc, nen no phai dupe ket hpp voi mpt so bp phan khac de t^io thanh mpt h? thong
truyen luc hoan chinh, d£p ung mpi yeu cau hoat dpng cua oto.
He thong gom nhirng bp phan chuc nang sau:
- Bp ph|n tSng momen (bien mo thuy lye, bp giam toe, bp truyen dai);
- Bp ph£n bien doi momen (bien mo thuy lye, bp truyen dai);
- Bp ph^n ngjt, noi duomg truyen (ly hpp, co cau h&nh tinh);
- Bp ph$n dao chieu tao so lili;
- Bp ph£n khcn hknh xe (ly hpp, bien mo thuy lyre).
Bp truyen dai dam nh£n chuc nang bien doi m6men, nhung n6 chi c6 thS t?o dupe ty
so truyen toi da khoang 6 - 6,5 nen khong the
d ip tingdupe y6uciu chung doi v<5i hf
thong tiuyen lye. Th6ng thuimg, bp truyen lye

chfnh trongciu chu dpng bo sung them
ph£n ty s6 truyin c6n thi6u cho hf thong truyen lye.
ly hap khoa bien md

biin mo

ly hpp khoa CCHT

pu li chu
dpng

H'mh 1.10. So do nguyen ly he
thong truyen lire vo cap oto con


Sơ đồ nguyên lý hoạt động cùa một hệ thống truyền lực đai vô cấp với đầy đù các bộ
phận chức năng được mơ tà trên hình 1.10. Cơng suất từ động cơ đốt trong được truyền
vào trục bánh bơm của biến mô thủy lực. Trục ra của biến mô được nối với bánh răng bao
cùa cơ cấu hành tinh (CCHT).
Bộ phận cắt, nối đường truyền cơng suất có thể là một ly hợp ma sát khô truyền thống.
Tuy nhiên, để thuận tiện cho việc tự động hóa q trình điều khiển, giải pháp hiệu quả hơn
là sứ dụng một bộ truyền hành tinh như thề hiện trên sơ đồ nguyên lý hình 1.10 và 1.11.
Cơ cấu đảo chiều chuyển động trong hệ thống truyền lực đai vô cấp thường là cơ cấu
hành tinh.
Để điều khiển dịng cơng suất, trong sơ đồ sứ dụng cơ cấu hành tinh đơn giàn 3 khâu
với một ly hợp khóa cơ cấu và một phanh dừng càn dẫn.
Cơ cấu hành tinh có 3 trạng thái làm việc như mơ tà trên hình 1.11:
- Trạng thái ngắt đường truyền cơng suất: ly hợp khóa CCHT và phanh tạo số lùi
đều mớ, các trục của cơ cấu hành tinh quay tự do (hình 1.1 la). Trạng thái này tưong ứng
vói vị trí cùa cần số ờ các số N, mômen ớ trục ra của CCHT bằng 0.

- Trạng thái truyền mômen theo chiều thuận: ly hợp khóa CCHT đóng, phanh tạo số
lùi mị (hình 1.1 lb). Lúc này, cơ cấu hành tinh bi khóa cứng, trục vào vì trục ra của nó
quay cùng một tốc độ và cùng chiều quay. Mômen được truyền qua CCHT với tỳ số truyền
bằng 1. Trạng thái này tương ứng với vị trí D của cần số.
a)

Phanh (mớ)

¿Ũ

Ly hợp (mớ)
ỳ)

y

V*

b)

Phanh (mớ)

V ịlríP , N

Sol

Ly hợp (đóng)
X

r

Phanh (mớ)
Ly hợp (đóng)
đóng)

\™

ỳ
Vị trí D

Vị tríR

Hình I.II. Các ché độ làm việc cùa cơ cấu hànlt tinh
-

Trạng thái truyền mômen, đào chiều quay: ly hợp khóa CCHT mờ, phanh ụo số lùi

đóng (hình 1.1 lc). Lúc này, mômen truyền từ bánh răng bao của CCHT qua cỉc bính răng
hành tinh tới bánh răng mặt trời và đi sang puli chú động. Do cần dẫn bị phanli lại nên

^0


bánh răng mặt trời sè quay ngược chiều với bánh răng bao làm cho ôtô chuyển động lùi.
Trạng thái này tương ứng với vị tri R của cần số.
Trên hình vẽ, đường truyền công suất được mô tà bàng nét đậm đi theo chiều mũi tên.
Biến mô thúy lực trên sơ đồ hình 1.10 chù yếu đóng vai trị cùa bộ phận khới hành xe,
giúp cho xe khởi hành nhanh chóng và êm dịu. Ngồi ra nó cịn có tác dụng giảm tải trọng
động tác dụng lên HTTL. Tuy nhiên, hiệu suất cùa biến mô tương đối thấp, nên để tăng
hiệu suất chung cùa HTTL, nó bị khóa cứng khi cần thiết.
í ) Truyền lực kiểu con lãn (toroidal CVT)

Sơ đồ nguyên lý của bộ truyền loại này đã được mơ tà trên hình 1.6d. cấu tạo của bộ
truyền con lân gồm có 2 đĩa: đĩa chù động nối với các trục vào và đĩa bị động nối với trục
ra. Bề mặt làm việc của các đĩa được chế tạo theo biên dạng hình xuyến (toroid).
a) Xuyến (full loroid)

b) Bán xuyến (half toroid)

' Mặt xuyến
Hình 1.12. Các dạng bộ truyền toroid
Tùy theo cấu tạo cùa các mặt xuyến mà người ta phân biệt 2 dạng bộ truyền
(hình 1.12): bán xuyến (half toroid) và xuyến (full toroid). Với cấu tạo như ừên, khi trục
vào quay thì ma sát truyền mơmen từ mặt xuyến chủ động sang các con lăn, rồi từ các con
, lăn truyền sang mặt xuyến bị động nằm trên trục ra.
Nguyên lý truyền và biến đồi mômen nhờ các con lăn đã được Charles Hunt đăng ký
sang chế vào nãm 1877 .T uy nhiên, việc ảp dụng nổ vào thực tế đã gập phái một lchó khắn
lớn. đó là áp suất rất cao tại các bề mặt tiếp xúc dẫn đến sự phá hủy nhanh chóng các bề
mặt này.
Vì lv do trên, chi sau khi xuất hiện loại dầu truyền lực đặc biệt thì bộ truyền con lăn
mơi bất đầJ đirợc phát triền ứng dụng trong hệ thống truyền lực ôtô. Khi phải chịu áp suất
cao, loại dáu đặc biệt này có khả năng tạo thành màng dằu siêu mòng (độ dày khoảng vài
micron) và siêu bền nam giữa các be mật ma sát. Màng dầu này chính là môi trường truyền
lực đặc biệt ( elastohydrodynamic) giữa mặt chù động và mật bị động mà khơng có sự tiêp
21


xúc trực tiếp giữa 2 bề mặt kim loại, nhờ đó giám tối đa hiện tượng mài mịn. Cơ chế hình
thành màng dầu được mơ tả trên hình 1.13. Ớ trạng thái khơng có áp suất (hình 1.13, trái),
các phân từ dầu phân bố một cách ngẫu nhiên và giữa chúng là các khoảng ơống. Khi bị
kẹt giữa 2 bề mặt ma sát vói áp suất cao (hình bên phải), các phân từ dầu sắp xếp lại song
song và liền khít với nhau, tạo thành khối liên tục như ớ thề rán.

Áp suất
■ Mặt chú động

7
Màng
Mật bị động
Trạng thái khóng có áp suất

Trạng thái chịu áp suất cao

Hình 1.13. Cơ chế truyền lực nhờ màng dầu
Để khắc phục yếu điểm của bộ truyền là hiện tượng trượt do quá tải, ngưòi ta thưcmg
sử dụng bộ truyền kép như thể hiện trên hình 1.14.
Ra

Hình 1.14. Sơ đồ nguyên lý của bộ truyền con lân kép
Do đĩa 1 và 2 được nối với nhau bằng một trục, nên mômen được truyền iừ trục vào
tới đĩa 1 và đĩa 2. Từ các đĩa này mômen được truyền sang các đĩa 3 và 4 nhờ các con lăn
tương ứng. Các đĩa 3 và 4 được nối với bánh răng 5 đề truyền mômen ra ngồi.
Với cách làm như ưên, diện tích tiếp xúc tăng lên gấp đơi so với bộ irun đom, ihờ
đó tăng gap đôi khà năng truyền mômen. Trên thực tế. bộ truyền dạng này đã được ,ừ dạng
trong hệ thong truyền lục cùa một số ôtô (Nissan Cedric, Infinity Q35, Torotrak IVT, .. )
22


Trên hình 1.15 là sơ đồ hồn chinh của một hệ thống truyền lực vô cấp kiều con lăn
kép. Hệ thống gồm có biến mơ thủy lực 2 có trang bị ly hợp khóa 1. Biến mơ có nhiệm vụ
chính là khới hành xe, ngồi ra nó truyền và biến đồi mômen từ động cơ đưa vào hệ thống
truyền lực. Đồng thời sự có mặt của biến mơ thủy lực làm giảm tải trọng động truyền vào

hệ thống. Vì vậy, khi biến mơ bị khóa thì phận giảm chấn 8 phải thực hiện chức năng này.
Cơ cau hành tinh 4 cùng với ly hợp 3 và phanh nhiều đĩa 5 thực hiện chức năng nốingắi đường truyền công suất và đào chiều chuyển động. Cơ chế hoạt động của nó đã được
trình bày trên hình 1.11.
Bộ truyền con lăn kép 6 có các đìa chù động đặt ỡ hai đầu, các đĩa bị động được đặt ờ
giữa và nối với một bánh răng để truyền cơng suất ra ngồi. Với 2 cặp bánh răng 7 như thể
hiện trên sơ đồ thì hệ thống truyền lực này có trục vào và trục ra năm trên một đường
thầng, nên nó được thiết kế theo phương án đồng trục.

Hình 1.15. Hệ thống truyền lực vơ cấp kiểu con lăn kép
ì- Ly hợp khóa biến mô; 2- Biến mô thúy lực; 3- Ly hợp số tiến; 4- Cơ cấu hành tinh;
5- Phanh số lùi; 6- Bộ truyền con lăn kép; 7- Các cặp bánh răng; 8- Giám chấn.
t

ờ số D, hệ thống, điều khiển .đóng ly. hợp 3 làm ca cắu bàoh únb bi kbóa cúng. Cơqg
suất được tiuyền qua biến mơ thủy lực 2, qua cơ cấu hành tinh, qua bộ truyền con lăn kép 6
rồi qua các cặp bánh răng" 7' đề đi 'ra ngoài. Khi cần' số được đặt vào vị trf R, hệ thống điều
khiến đóng phanh 5 làm cần dẫn đứng yên, bánh răng mặt ười quay ngược chiều với bánh
răng bao tạo nên chuyển động lùi.
Phàn từ quan trọng nhất trong bộ truyền con lăn chính là các đĩa xuyến và con lăn.
Chúng phải được chế tạo vói độ chính xác hình học rất cao và vật liệu tốt đế có thế chịu
được áp lực rất lớn trên các bề mặt làm việc. Các con lãn và đĩa được chế tạo từ thép
mô-lip-đen. man-gan với độ tinh khiết cao và phái trài qua chế độ nhiệt luyện đặc biệt.
Cơng đoạn cuối cùng trong quy trình cơng nghệ chế tạo các chi tiết này là đánh bóng bề
23