Xây dựng quy trình thiết kế và đánh giá hệ thống truyền lự vô ấp sử dụng bộ truyền đai kiểu cvt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

BẠCH THẢO NGUYÊN

XÂY DỰNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC VÔ CẤP SỬ DỤNG BỘ TRUYỀN ĐAI
KIỂU CVT

Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí động lực

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô và xe chuyên dụng

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. NGUYỄN TRỌNG HOAN

Hà Nội – Năm 2013

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131836381000000


MỤC LỤC
Trang
TRANG BÌA PHỤ

1

MỤC LỤC

2

LỜI CAM ĐOAN

4

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

5

DANH MỤC CÁC BẢNG

6

DANH MỤC HÌNH VẼ

7

LỜI NĨI ĐẦU

9

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

11

1.1. Giới thiệu chung về sự phát triển của ô tô và hệ thống truyền lực

11

1.2. Giới thiệu về hệ thống truyền lực cơ khí nói chung

15

1.2.1. Ly hợp

16

1.2.2. Hộp số

16

1.2.3. Trục các đăng

17

1.2.4. Cầu chủ động

17

1.3. Tổng quan về hệ thống truyền lực vô cấp kiểu CVT

18

1.3.1. Nguyên lý hoạt động của CVT

19

1.3.2. Các dạng HTTL vô cấp kiểu CVT

20

1.3.3. Các đặc điểm cơ bản của HTTL vô cấp kiểu CVT

25

1.4. Ưu nhược điểm của HTTL vô cấp kiểu CVT

28

1.4.1. Ưu điểm của CVT

28

1.4.2. Nhược điểm

29

1.5. Mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu của luận văn

30

1.5.1. Mục tiêu của luận văn

30

1.5.2. Nội dung của luận văn

30

1.5.3. Phương pháp nghiên cứu

31

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHỐI HỢP ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
2

32


2.1. Đặc tính của động cơ đốt trong

32

2.1.1. Đường đặc ngồi của động cơ

33

2.1.2. Đường đặc tính tốc độ cục bộ hay đường đặc tính bộ phận

36

2.1.3. Tính kinh tế nhiên liệu

37

2.2. Hệ thống truyền lực trên ô tô

39

2.2.1. HTTL cơ khí có cấp

39

2.2.2. Đặc tính của HTTL có bộ biến mơ men

50

2.2.3. Đặc tính của HTTL vơ cấp sử dụng bộ truyền đai CVT

56

Chương 3. TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC PHỐI HỢP GIỮA ĐỘNG CƠ VÀ
HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC VƠ CẤP KIỂU CVT

60

3.1. Tính tốn kéo chuyển động thẳng ơ tơ có HTTL cơ khí

60

3.1.1. Các số liệu ban đầu

60

3.1.2. Xây dựng đặc tính ngồi của động cơ

61

3.1.3. Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo

63

3.1.4. Đồ thị nhân tố động lực học

66

3.1.5. Gia tốc của ơtơ

70

3.2. Tính tốn HTTL vơ cấp kiểu CVT

72

3.2.1. Nhiệm vụ của tính tốn kéo thiết kế HTTL vơ cấp

72

3.2.2. Xác định tỷ số truyền cho các cụm chi tiết trong HTTL vô cấp CVT

72

3.2.3. Xây dựng đặc tính kéo cho HTTL kiểu CVT đã thiết kế

74

3.3. So sánh đặc tính kéo của ô tô khi lắp HTTL cơ khí thường và khi có
HTTL vơ cấp sử dụng bộ truyền đai kiểu CVT

79

3.4. Xác định vùng làm việc hiệu quả của động cơ khi có CVT

79

KẾT LUẬN

83

TÀI LIỆU THAM KHẢO

84

PHỤ LỤC

85

3


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Những nội dung trình
bày trong luận văn này do chính tơi thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của
PGS.TS.Nguyễn Trọng Hoan, các thầy giáo, cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà
Nội cùng với sự giúp đỡ của các bạn bè, đồng nghiệp. Nội dung của Luận văn hoàn
toàn phù hợp với tên Đề tài đã được đăng ký và phê duyệt của Hiệu trưởng Trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Bạch Thảo Nguyên

4


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CVT

continuously variable transmission

HTTL

Hệ thống truyền lực

HTTLCKĐG

Hệ thống truyền lực cơ khí đơn giản

HS

Hộp số

ĐCĐT

Động cơ đốt trong

ĐTN

Đặc tính ngồi

BBMM

Bộ biến mơ men

CĐT

Chuyển động thẳng

5


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Tỷ số truyền khi thiết kế truyền động ô tô con.

49

Bảng 3.1. Các thông số của xe Corolla Altis 1.6

60

Bảng 3.2. Kết quả tính tốn đặc tính ngồi động cơ xe Altis 1.6

62

Bảng 3.3. Kết quả tính tốn lực kéo xe Toyota Altis 1.6

65

Bảng 3.4. Kết quả tính tốn nhân tố động lực học

67

Bảng 3.5. Kết quả tính tốn gia tốc của xe Toyota Altis 1.6

70

Bảng 3.6. Kết quả tính tốn lực kéo ơ tơ có HTTL vơ cấp

75

Bảng 3.7. Kết quả tính tốn nhân tố động lực học và gia tốc

77

Bảng 3.8. Bảng so sánh chất lượng động lực học HTTL cơ khí và HTTL vô cấp

79

Bảng 3.9. Giá trị công suất, mô men động cơ theo số vòng quay trục khuỷu
80

trên đường đặc tính tiết kiệm nhiên liệu

6


DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang

Hình 1.1. Chiếc xe do George Selden thiết kế vào năm 1877

11

Hình 1.2. Hệ thống truyền lực trên ơ tơ

15

Hình 1.3. Các cụm chi tiết chính của HTTL vơ cấp

18

Hình 1.4. Sơ đồ ngun lý của truyền động đai

19

Hình 1.5. Sơ đồ cấu tạo hộp số vơ cấp kiểu VaRiomatic

20

Hình 1.6. Cơ cấu đảo chiều quay của Variomatic

21

Hình 1.7. Sơ đồ cấu tạo hộp số vơ cấp kiểu Continusly variable transaxle

22

Hình 1.8. Các trạng thái làm việc hộp số Continusly variable transaxle

23

Hình 1.9. Hệ thống truyền lực ECVT trên ơ tơ LANCIA Y 10 Selectronic

24

Hình 1.10. Phối hợp hoạt động của động cơ và HTTL

25

Hình 1.11. Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên liệu của
động cơ xăng

26

Hình 2.1. Đường đặc tính tự điều chỉnh của động cơ điêzen

33

Hình 2.2. Đường đặc tính tốc độ ngồi của động cơ xăng

34

Hình 2.3: Đường đặc tính cục bộ

36

Hình 2.4. Biều đồ tiêu thụ của động cơ xăng

38

Hình 2.5. Biểu đồ động cơ (sơ đồ hình củ hành), lượng tiêu hao nhiên liệu
riêng của động cơ xăng

39

Hình 2.6. Biểu đồ vận tốc/tốc độ động cơ, tỷ số truyền hộp số

40

Hình 2.7. Giá trị tham khảo tỷ số truyền hộp số với những dạng xe khác nhau 41
Hình 2.8. Những tốc độ thiết kế xác định i A, min cho hệ thống truyền lực

43

Hình 2.9. Lựa chọn tỷ số truyền cao nhất của ơ tơ con

44

Hình 2.10. Lựa chọn các tỷ số truyền của hệ thống truyền lực dưới số vịng
quay để tăng tính kinh tế nhiên liệu

45

Hình 2.11. Đồ thị tốc độ động cơ của xe buýt 8 số 2 dải truyền lực

47

Hình 2.12. Các bước số. Ảnh hưởng của đồ thị lực kéo và đồ thị vận tốc/tốc
49

độ động cơ (đồ thị răng cưa)
7


Hình 2.13. Sơ đồ biến mơ thủy lực

50

Hình 2.14. Đồ thị đặc tính khơng thứ ngun của biến mơ thủy lực

53

Hình 2.15. Đặc tính tải trọng của hệ thống động cơ- biến mơ thủy lực

54

Hình 2.16. Đường đặc tính ra của hệ thống động cơ- biến mơ thủy lực

55

Hình 2.17. Sơ đồ nguyên lý của truyền động đai

56

Hình 2.18. Đồ thị lực kéo của ơ tơ có HTTL vơ cấp

58

Hình 2.19. Đồ thị đặc tính động lực học của ơ tơ có HTTL vơ cấp

59

Hình 3.1. Đường đặc tính ngồi động cơ xe Toyota Altis 1.6

63

Hình 3.2. Đồ thị lực kéo chuyển động thẳng xe Toyota Altis 1.6

66

Hình 3.3. Đồ thị nhân tố động lực học ô tô corolla Altis 1.6

67

Hình 3.4. Đồ thị gia tốc của ơtơ corolla Altis 1.6

71

Hình 3.5. Đồ thị lực kéo chuyển động thẳng ơ tơ có HTTL vơ cấp

76

Hình 3.6. Đồ thị nhân tố động lực học ơ tơ có HTTL vơ cấp

78

Hình 3.7. Đồ thị gia tốc của ơtơ khi có HTTL vơ cấp

78

Hình 3.8. Đồ thị lực kéo của ơtơ khi lắp CVT ở chế độ tiết kiệm nhiên liệu nhất

81

Hình 3.9. Vùng lực kéo của ô tô ứng với đường đặc tính tiết kiệm nhiên liệu

82

8


LỜI NĨI ĐẦU
Truyền lực vơ cấp sử dụng bộ truyền đai kiểu CVT (continuously variable
transmission), một khái niệm do Leonardo da Vinci đưa ra từ hơn 500 năm trước.
Tuy nhiên phải đến năm 1989 thì mới xuất hiện chiếc xe đầu sử dụng hộp số vô cấp
CVT. Ngày nay hộp số vô cấp CVT đang dần thay thế cho hộp số cơ khí có cấp và
hộp số tự động sử dụng bánh răng hành tinh ở một số loại xe. Có rất nhiều hãng ơ
tơ, bao gồm: General Motors, Audi, Honda và Nissan... đang sử dụng hệ thống
truyền động CVT cho các dịng xe của mình.
Loại hộp số CVT có điểm chung là vận hành trên một hệ thống bánh đai
rịng rọc (pulley) thơng minh, cho phép thay đổi tỉ số truyền một cách liên tục trong
giới hạn nhất định mà khơng khơng có sự ngắt qng giữa các bước số. So với số
sàn (HTTL cơ khí có cấp) thì thấy số tự động có những ưu điểm nổi bật như: tự
động đổi số, mô-men được truyền liên tục, động lực khơng bị ngắt qng. Thích
nghi với mọi loại đường, điều khiển dễ dàng, an toàn thoải mái cho người sử dụng;
tải trọng động nhỏ, tuổi thọ chi tiết cao. Kết cấu gọn nhẹ, vận hành êm dịu khơng có
hiện tượng “giật” khi sang số, khả năng đáp ứng tốt với các loại tải trọng cũng như
điều kiện đường xá.
Tuy vậy CVT cũng có rất nhiều nhược điểm đó là kết cấu phức tạp, giá thành

cao, khó sửa chữa và nhược điểm lớn nhất của loại hộp số này là phạm vi công suất
bị giới hạn bởi khả năng tải của dây đai, độ bền và tuổi thọ của dây đai. Kiểu hộp số
CVT về cấu tạo có vẻ đơn giản nhưng thực tế việc tính tốn thiết kế và công nghệ
chế tạo lại hết sức phức tạp. Các chi tiết phải được tính tốn thiết kế rất chính xác,
đặc biệt là phải lựa chọn được chế độ phối hợp làm việc tốt giữa động cơ với HTTL
vô cấp CVT.
Trong thiết kế HTTL thì giữa động cơ- HTTL- ơ tơ có mối liên hệ chặt chẽ
và kết quả cuối cùng của quá trình thiết kế HTTL được đánh giá bằng vận tốc của ơ
tơ. Do đó vấn đề đặt ra khi thiết kế HTTL là trong quá trình làm việc của ơ tơ thì
động cơ hoạt động ở chế độ tốt nhất (mô men lớn nhất để tạo lực kéo lớn và tăng
9


tốc nhanh, lượng tiêu hao nhiên liệu nhỏ, độ hao mịn thấp). Đây là vấn đề tương
đối khó khăn, nhất là đối với xe sử dụng HTTL vô cấp CVT vì trong hệ thống này
thường bao gồm các cụm chi tiết phức tạp như bộ biến mô men và hộp số sử dụng
dây đai. Việc tính tốn, thiết kế và ghép nối phối hợp làm việc giữa chúng với động
cơ để đạt được chất lượng động lực học tốt nhất cho xe là vấn đề đặc biệt khó khăn,
cần phải có những nghiên cứu sâu rộng để giải quyết điều này.
Xuất phát từ thực tế trên, tôi chọn đề tài: “Xây dựng quy trình thiết kế và
đánh giá hệ thống truyền lực vô cấp sử dụng bộ truyền đai kiểu CVT”. Với mục
đích là “trên cơ sở lý thuyết chung về HTTL ô tô và hiểu biết của bản thân về HTTL
vơ cấp từ đó phân tích đưa ra một quy trình thiết kế HTTL vơ cấp kiểu CVT hợp lý
nhất và đánh giá những ưu nhược điểm của HTTL này”. Đây là một lĩnh vực nghiên
cứu khá mới mẻ và tương đối phức tạp, hy vọng kết quả của đề tài sẽ góp phần đáng
kể trong khai thác, sử dụng các loại xe ơ tơ có HTTL kiểu CVT.
Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS.Nguyễn Trọng Hoan, các
thầy giáo, cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cùng với sự giúp đỡ của các
bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này!
Hà nội, ngày 01 tháng 01 năm 2013

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Bạch Thảo Nguyên

10


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu chung về sự phát triển của ô tô và hệ thống truyền lực
Chiếc xe ô tô đầu tiên chạy bằng động cơ xăng (động cơ Otto) được Karl
Benz phát minh ra ở Đức năm 1885. Đây là “chiếc ô tô đầu tiên được thiết kế và chế
tạo theo đúng nghĩa”. Mặc dù Karl Benz được công nhận là người sáng tạo ra chiếc
ô tô hiện đại, nhưng nhiều kỹ sư người Đức khác cũng đã làm việc để chế tạo ra
những chiếc ô tô khác trong cùng thời gian như: Gottlieb Daimler và Wilhelm
Maybach ở Stuttgart năm 1886. Trong số những thiết bị mà Karl Benz phát minh
cho xe hơi có chế hồ khí, hệ thống điều chỉnh tốc độ cũng được gọi là chân ga,
đánh lửa sử dụng các tia lửa điện từ một ắc quy, bugi, khớp ly hợp, sang số, và làm
mát bằng nước. Ông đã chế tạo thêm các phiên bản cải tiến năm 1886 và 1887, đưa
vào sản xuất năm 1888 chiếc xe hơi đầu tiên trên thế giới. Chúng được lắp các động
cơ bốn thì theo thiết kế của riêng ơng.
Chiếc ơ tơ Hoa Kỳ đầu tiên bằng động cơ đốt trong chạy nhiên liệu gas đã
được thiết kế năm 1877 bởi George Selden ở Rochester- New York. Ông đã xin cấp
bằng sáng chế cho một chiếc ơ tơ năm 1879.

Hình 1.1. Chiếc xe do George Selden thiết kế vào năm 1877
11


Ngày 5 tháng 11 năm 1895, George B. Selden được trao bằng sáng chế của

Hoa Kỳ cho một động cơ ô tô hai thì. Bằng sáng chế này gây trở ngại nhiều hơn là
góp phần phát triển ơtơ ở Mỹ. Các ôtô dùng động cơ hơi nước, điện và xăng đã cạnh
tranh với nhau trong nhiều thập kỷ, cuối cùng động cơ xăng đốt trong đã giành ưu
thế áp đảo trong thập niên 1910.
Ransom E. Oldsmobile, người sáng tạo ra dây chuyền lắp ráp và sản xuất ô
tô lớn đầu tiên năm 1902, sau này được Henry Ford phát triển thêm trong thập kỷ
1910. Kỹ thuật ô tô phát triển nhanh chóng, một phần nhờ sự cạnh tranh lẫn nhau
giữa hàng trăm nhà sản xuất. Những phát triển quan trọng gồm hệ thống đánh lửa
và tự khởi động điện, bộ treo độc lập và phanh bốn bánh. Các loại xe ngày càng
được cải tiến và thay đổi về thiết kế. Xe hơi không chỉ đơn thuần là một công cụ cơ
khí được hồn thiện mà kể từ những năm 1920 gần như tất cả đã được sản xuất
hàng loạt để đáp ứng nhu cầu thị trường và yêu cầu của người dùng. Alfred P. Sloan
là người thiết lập ý tưởng nhiều kiểu xe được sản xuất bởi một hãng. Những kiểu
khác nhau này dùng chung một số linh kiện do vậy số lượng sản xuất nhiều sẽ làm
giảm giá thành cho từng mệnh giá khác nhau.
Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô luôn gắn liền với sự ra đời và phát
triển của các loại HTTL nói chung và hộp số nói riêng. Được ví như trái tim của hệ
thống truyền lực, hộp số biến đổi mô-men, tốc độ làm việc của động cơ sao cho phù
hợp với điều kiện làm việc của bánh xe trên đường. Kể từ khi phát minh nổi tiếng
của George Selden về bộ truyền động cầu trước kết hợp với động cơ 3 xi lanh đặt
nằm ngang trở thành thiết kế trên xe hơi, có rất ít ý tưởng mới phù hợp. Bản phác
thảo đầu tiên của hộp số cận đại do hai kỹ sư người Pháp, Louis-Rene Panhard và
Emile Levassor đưa ra vào năm 1894. Thời kì đó, kết cấu truyền động khá đơn giản
bằng bộ truyền đai hoặc bộ truyền bánh răng cơn. Xe chỉ có thể chạy với tốc độ đa
32 km/h. Khi gặp vật cản trên đường, tài xế phải dừng lại gài số thấp. Panhard and
Levassor nổi danh không những chỉ với riêng hộp số mà cịn tồn bộ hệ thống
truyền lực. Lần này, họ đã có chiếc xe đầu tiên sẵn sàng chạy khi đạp ga. Bên cạnh
đó họ cũng đã có rất nhiều thay đổi về ý tưởng. Thực tế, nó là một mẫu đã đáp ứng
12

được hầu hết các yêu cầu của xe được xây dựng vào những năm 90 và cả những
năm sau đó. Không giống như mẫu xe hiện thời, thiết kế mới có động cơ đặt dọc
phía trước, truyền cơng suất ra cầu sau thông qua ly hợp và hộp số trượt 3 cấp và cầu
chuyển động bằng xích. Nó gần giống như hệ thống truyền lực trên các xe hiện đại,
nhưng chưa có vi sai và bán trục chủ động.
Vào năm 1898, Louis Renault kết nối công suất thành công từ động cơ đặt
dọc, qua hộp số tới cầu sau “sống” bằng trục kim loại. Cầu sau “sống” hay còn gọi
là vi sai cầu sau. Vì đã khắc phục vấn đề mòn lốp, nên phát minh này được hầu hết
các nhà sản xuất ôtô áp dụng. Vi sai bao gồm một cụm bánh răng ăn khớp làm
nhiệm vụ phân chia công suất cho hai bánh của cầu sau. Nó cho phép bánh phía
ngồi quay nhanh hơn bánh trong khi xe quay vòng.
Năm 1904, hộp số sàn sang số trượt của Panhard-Levassor đã được hiện thực
hóa bởi hầu hết các nhà sản xuất ôtô. Dù tồn tại dưới dạng này hay dạng khác thì
chúng vẫn cịn được sử dụng cho đến thời gian gần đây và đã có những cải tiến,
thay đổi quan trọng nhất là trang bị bộ đồng tốc cho phép quá trình ăn khớp giữa
cách bánh răng diễn ra một cách dễ dàng, không phát sinh va đập. Khoảng thời gian
kể từ khi hộp số sàn xuất hiện cho đến thời điểm phát minh ra bộ đồng tốc, có một
phát minh khác cũng nhằm đơn giản quá trình sang số. Đó chính là hộp số có cấu
tạo từ bộ truyền bánh răng hành tinh, xuất hiện lần đầu tiên trên mẫu Ford Model T
1908. Ngày nay, bộ truyền hành tinh được sử dụng trên hộp số tự động là chủ yếu.
Kể từ khi hộp số Panhard-Levassor ra đời, tất cả các phát minh hay cải tiến
khác đều nhằm mục đích làm cho q trình sang số dễ dàng hơn. Tất nhiên dễ nhất
là quá trình chuyển số được thực hiện một cách tự động. Sturtevant, giới thiệu hộp
số tự động đầu tiên vào năm 1904. Quả văng ly tâm điều khiển sự ăn khớp của các
bánh răng theo tốc độ. Q trình sang số khơng cần đến sự đóng mở của ly hợp.
Tuy nhiên bộ truyền này gặp lỗi, trọng lượng thường lệch bề một bên.
Reo đã có một sự cố gắng đầy ý nghĩa vào năm 1934 khi cho ra đời hộp số
Reo Self-Shifter gồm hai bộ truyền mắc nối tiếp. Bộ truyền thứ nhất tự động chuyển
số bằng cách điều khiển q trình đóng mở ly hợp ma sát nhiều đĩa theo tốc độ xe.

13


Bộ truyền thứ 2 được điều khiển bằng tay nhưng chỉ sử dụng khi động cơ cần tỷ số
truyền thấp.
Năm 1937, Oldsmobile tung ra hộp số bán tự động 4 cấp được gọi là “ hộp số
an toàn tự động”. Tài xế không cần sử dụng tới bàn đạp ly hợp và cần số khi xe
chuyển từ số 1 sang số 2 hoặc từ 3 lên 4. Áp suất dầu điều khiển bộ truyền hành tinh.
Điểm sang số được thiết lập sẵn theo tốc độ động cơ. Đã có 28.000 chiếc Oldsmobile
1938 trang bị hộp số này. Khía cạnh an toàn mà các nhà sản xuất đưa ra ở đây: lái xe
có thể tập trung trên đường nhiều hơn vì khơng cần thao tác chuyển số. Trên cơ sở đó
hộp số GM Hydra-Matic xuất hiện vào năm 1939. Hydra-Matic gồm 3 bộ truyền
bánh răng hành tinh, điều khiển thủy lực. Bộ kết nối thủy lực làm nhiệm vụ truyền
công suất từ động cơ sang hộp số thay cho ly hợp. Tuy đây khơng phải hộp số tự
động, nhưng nó là hộp số tiêu chuẩn cùng kết nối thủy lực, không có ly hợp.
Ý tưởng đã có từ lâu, nhưng đến năm 1948 hộp số tự động hoàn toàn mới
xuất hiện, sử dụng biến mô thủy lực và bộ truyền bánh răng hành tinh như ngày
nay. Chiếc Buick Roadmaster vinh dự là mẫu xe đầu tiên trang bị Dynaflow, một
trong những mẫu hộp số tự động hiện đại.
Các nhà nghiên cứu về ơ tơ cho rằng phát triển cuối cùng có lẽ là hộp số tự
động vô cấp kiểu CVT. Một điều thú vị là sau hơn 100 năm phát triển, người ta lại
quay trở về với bộ truyền động đai. Q trình hình thành và phát triển của CVT có
thể tóm tắt như sau:
+ Năm 1490- Leonardo da Vinci phác thảo những ý tưởng đầu tiên về CVT
+ Năm 1886 - Hộp số CVT đầu tiên được đăng ký bản quyền.
+ Năm 1935 - Adiel Dodge đã đăng ký bản quyền CVT tại Mỹ.
+ Năm 1939 - Hộp số tự động hoàn toàn đầu tiên dựa trên hệ bánh răng hành
tinh.
+ Năm 1958 - Nhà sản xuất xe hơi Daf (Hà Lan) sản xuất CVT cho xe hơi
hộp số với tên gọi Variomatic .

+ Năm 1989 - Subaru Justy GL là chiếc xe đầu tiên được bán tại Mỹ có trang
bị CVT.
14


+ Năm 2002 - Saturn Vue lắp CVT được giới thiệu.
+ Năm 2004- Ford bắt đầu đưa CVT vào dây truyền sản xuất của mình.
+ Hiện nay Nissan, Toyota là hai hãng đi đầu trong công nghệ CVT khi đưa
thiết bị này lên hầu hết các mẫu sedan và thể thao đa dụng SUV.
Như vậy hệ thống truyền lực vô cấp sử dụng bộ truyền đai kiểu CVT đóng
một vai trò đặc biệt quan trọng trong sự phát triển ngành ô tô. Nó được xem là phát
minh cuối cùng, đỉnh cao nhất trong tương lai cho HTTL trên ô tô. Do đó việc
nghiên cứu, đánh giá HTTL vơ cấp CVT một cách tồn diện có ý nghĩa to lớn đối
với các kỹ sư ngành ô tô.
1.2. Giới thiệu về hệ thống truyền lực nói chung
HTTL bao gồm các cụm nối giữa động cơ và bánh xe chủ động. Hệ thống
truyền lực của ơ tơ có tác dụng truyền chuyển động (tốc độ góc, lực hoặc mơ men
xoắn) từ động cơ đến các bánh xe chủ động. Trị số của lực hay mơ men xoắn này có
thể thay đổi, tùy theo iu kin lm vic ca ụtụ đảm bảo thay đổi lực kéo và tốc
độ của xe trong dải rộng.

Hỡnh 1.2. Hệ thống truyền lực trên ơ tơ
Có rất nhiều loại HTTL khác nhau, đối với các xe ô tô hiện nay thường sử
dụng hai loại chính là HTTL cơ khí có cấp và HTTL vơ cấp.
15


HTTL cơ khí có cấp thơng thường bao gồm: Li hợp, hộp số chính, hộp phân
phối, cầu chủ động, trục các đăng, bánh xe. Cịn HTTL vơ cấp thường bao gồm các
cụm chính là: Bộ biến mơ men, hộp số vơ cấp và có thể có ly hợp

Cơng dụng chính của hệ thống truyền lực là:
- Truyền và biến đổi mô men xoắn từ động cơ đến bánh xe chủ động sao
cho phù hợp giữa chế độ làm việc của động cơ và mơ men cản sinh ra trong q
trình ô tô chuyển động.
- Cắt dòng công suất trong thời gian ngắn hoặc dài.
- Thực hiện đổi chiều chuyển động giúp ô tô chuyển động lùi.
- Tạo khả năng chuyển động êm dịu và thay đổi tốc độ cần thiết trên đường.
1.2.1. Ly hợp
Ly hợp được đặt giữa động cơ và hộp số. Có nhiệm vụ đóng và ngắt cơng
suất từ động cơ đến hệ thống truyền lực. Cắt truyền động từ động cơ đến hệ thống
truyền lực nhanh và dứt khoát trong những trường hợp cần thiết như khi chuyển số
một cách êm dịu. Nó cũng cho phép động cơ hoạt động khi xe dừng và không cần
chuyển hộp số về số trung gian.
Cơng dụng chính của li hợp:
- Nối động cơ với hệ thống truyền lực một cách êm dịu và ngắt truyền
động đến hộp số một cách nhanh chóng, dứt khốt trong những trường hợp
cần thiết (khi chuyển số, khi phanh).
- Khi chịu tải quá lớn ly hợp đóng vai trị như một cơ cấu an tồn nhằm
tránh quá tải cho hệ thống truyền lực và động cơ.
1.2.2. Hộp số
Mô men sinh ra bởi động cơ hầu như không đổi. Tuy nhiên khi khởi động
hoặc khi lên dốc xe địi hỏi mơ men quay phải lớn hơn, cịn khi xe chạy ở tốc độ
cao mơ men quay lớn lại không cần thiết nữa. Hộp số là cụm đặt trên ô tô để giải
quyết vấn đề này bằng cách thay đổi tỷ số truyền nhằm biến công suất đầu ra của
động cơ thành mô men và tốc độ quay phù hợp với điều kiện xe chạy. Cơng dụng
chính của hộp số là:
16


-

Biến đổi mô men xoắn của động cơ truyền tới các bánh xe sao cho phù
hợp với các chế độ tải

-

Tăng mô men dẫn động bánh xe khi ôtô khởi động và leo dốc

-

Dẫn động các bánh xe đạt được tốc độ cao khi cần thiết

-

Đảo chiều chuyển động của ôtô

-

Cắt chuyển động từ động cơ đến bánh xe chủ động (tay số N).

Hiện nay trên các xe ô tô dùng hai loại hộp số là: Hộp số cơ khí thường và
hộp số tự động. Với hộp số tự động lại được chia làm hai loại là hộp số tự động có
cấp và hộp số tự động vơ cấp. Khi tài xế dang lái xe có hộp số thường, cần sang số
được sử dụng để chuyển số khi đạp chân ga nhằm mục đích tăng tốc độ xe. Khi lái
xe lên dốc hay khi động cơ khơng có đủ lực để leo dốc tại số đang chạy, hộp số được
chuyển về số thấp. Vì các lý do trên, nên điều cần thiết với lái xe là phải thường
xuyên nhận biết tải và tốc độ động cơ để chuyển số một cách phù hợp. Ở hộp số tự
động, những nhận biết như vậy của lái xe là không cần thiết, lái xe không cần phải
chuyển số mà việc chuyển số lên hay xuống đến số thích hợp nhất được thực hiện
một cách tự động tại thời điểm thích hợp nhất theo tải động cơ và tốc độ xe.

1.2.3. Trục các đăng
Truyền động các đăng dùng để truyền mô men xoắn giữa các trục không nằm
trên cùng một đường thẳng, mà cắt nhau dưới một góc α nào đó (trị số góc α thay
đổi), tức là dùng để truyền mô men quay từ trục của hộp số (hộp phân phối) đến các
cầu chủ động và các bánh xe chủ động.
1.2.4. Cầu chủ động
Cầu chủ động nhận công suất từ động cơ truyền tới để phân phối đến các
bánh xe theo phương vuông góc. Cầu xe nâng đỡ các phần gắn lên nó như hệ thống
treo, sắc xi.
Cơng dụng chính của cầu xe:
- Truyền công suất từ trục chủ động đến các bánh xe sau.
- Thay đổi hướng quay của trục chủ động một góc 90 0 để quay trục bánh xe.
- Tạo ra sự giảm tốc cuối cùng giữa trục truyền động và bánh xe thông qua
các bánh răng truyền động cuối cùng.
17


- Chia tổng mô men xoắn tới các bánh xe chủ động.
- Cho phép sai lệch tốc độ giữa các bánh xe khác nhau trong khi xe quay vòng.
- Nâng đỡ trọng lượng cầu sau, toàn bộ hệ thống treo và sắt xi.
- Tác động như một thành phần mô men xoắn khi có gia tốc.
1.3. Tổng quan về hệ thống truyền lực vô cấp kiểu CVT.
Truyền động vô cấp có nhiều loại: truyền động bằng đai, truyền động ma sát,
truyền động thuỷ tĩnh, truyền động hỗn hợp,…Truyền động vô cấp ma sát và một số
dạng truyền động vô cấp khác thì hiệu suất thấp, khơng đáp ứng được các chỉ tiêu
của ngành ơ tơ bên cạnh đó lại có những nhược điểm lớn nên ít được sử dụng.
Truyền động vô cấp CVT loại truyền động đai được ứng dụng nhiều hơn cả trong
ngành ô tô.
HTTL vô cấp kiểu CVT sử dụng trên ô tô thường bao gồm các cụm chính là:
Bộ biến mơ men thủy lực, hộp số vơ cấp và có thể có ly hợp.

Hình 1.3. Các cụm chi tiết chính của HTTL vơ cấp
Điểm khác biệt lớn nhất giữa HTTL cơ khí có cấp và HTTL vơ cấp sử dụng
bộ truyền đai kiểu CVT đó là trong HTTL vơ cấp có sử dụng hộp số vơ cấp CVT.
Hơp số CVT có đầy đủ chức năng của một hp s thụng thng nh: truyền, biến
đổi mô men v số vòng quay từ động cơ đến bánh xe chủ động, ảm bảo khởi
động và quay không tải với thời gian tuỳ ý (cắt dòng công suất từ động cơ đến
bánh chủ động với thời gian tuỳ ý), ảm bảo lùi xe, trích công suất ra các cụm
chuyờn dng. Ngoi ra hộp số CVT cịn có một số tính năng khác như:
18


- Truyền, biến đổi mô men và tốc độ một cách liên lục từ khi xuất phát đến khi
đạt được tốc độ hành trình.
- Giữ cho xe ln trong dải công suất tối đa ở bất cứ tốc độ nào của xe. Do đó
mất mát năng lượng ít hơn so với hộp số tự động thông thường.
- Điều khiển tốt hơn trong dải tốc độ cho phép của động cơ.
1.3.1. Nguyên lý hoạt động của CVT
Nguyên lý hoạt động của CVT dựa trên nguyên lí làm việc chung của bộ
truyền động đai. Sơ đồ nguyên lý chung của bộ truyền đai trong HTTL vơ cấp kiểu
CVT như sau:

Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý của truyền động đai.
Truyền động đai có cấu tạo gồm bánh đai chủ động, bánh đai bị động và đai
truyền có chiều dài khơng đổi. Bánh đai chủ động và bánh đai bị động đều được cấu
tạo từ hai khối hình nón, một khối cố định và một khối có thể dịch chuyển theo dọc
trục và thay đổi khoảng cách giữa hai khối hình nón. Do vậy khi một nửa bánh đai
làm việc tăng bán kính và một bánh đai khác giảm bán kính để cho dây đai ln
ln bám chặt vào giữa hai khối hình nón. Ta có tỷ số truyền là tỷ số của bán kính
quay trên bánh đai chủ động và bán kính quay trên bánh đai bị động:

Tỷ số truyền i:

i = d2/d1
d2: Đường kính của bánh đai bị động.
d 1: Đường kính của bánh đai chủ động

Nguyên lý hoạt động của CVT: Khi động cơ hoạt động thì làm cho bánh đà
quay, li hợp nhận chuyển động từ bánh đà và truyền chuyển động quay tới puli chủ
động, chuyển động quay hay năng lượng được truyền tới puli bị động thông qua đai
19


truyền. Ở đây năng lượng được truyền tới cơ cấu vi sai và qua các bán trục tới bánh
xe chủ động. Kết quả là làm cho xe chuyển động. Việc thay đổi tỷ số truyền được
thực hiện bằng cách thay đổi bán kính làm việc của hệ puli do hệ thống thủy lực hay
bi văng và xi lanh chân không điều khiển. Việc đảo chiều quay của hệ puli được
thực hiện bằng hệ bánh răng hành tinh.
Hộp số CVT loại truyền động đai có bánh đai chủ động 2, có thể dịch chuyển
ra vào nửa bánh đai cố định, quay với vận tốc góc ω1, bánh đai di động 1 cũng có
nửa bánh đai di động thể dịch chuyển ra xa hay lại gần nửa cố định, quay với vận
tốc góc ω2 và thay đổi đường kính làm việc của đai, từ đó thay đổi tỷ số truyền của
hộp số. Tỷ số truyền là tỷ số của bán kính quay trên bánh đai chủ động và bán kính
quay trên bánh đai bị động
1.3.2. Các dạng HTTL vô cấp kiểu CVT
Bộ phận quan trọng nhất trong HTTL vô cấp kiểu CVT là hộp số vô cấp sử
dụng bộ truyền động đai CVT. Do đó khi phân loại HTTL vơ cấp kiểu CVT người
ta căn cứ vào kiểu hộp số CVT. Trên một số xe hiện đại ngày nay thường dùng một
số loại hộp vô cấp CVT sau:
a) Hộp số vô cấp CVT kiểu “VaRiomatic”.

Hình 1.5. Sơ đồ cấu tạo hộp số vô cấp kiểu VaRiomatic
20