Thiết kế, tính toán phần cơ khí hộp số tự động cho ôtô 12 chỗ (word + bản vẽ)

LỜI NÓI ĐẦU...............................................................................................................
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ VÀ HỘP SỐ TỰ
ĐỘNG.............................................................................................................................1
1.1. Nhiệm vụ của hệ thống truyền lực trên ôtô........................................................1
1.2. Hộp số thường và hộp số tự động.......................................................................2
1.3. Giới thiệu chung về hộp số tự động trên ô tô.....................................................2
1.4. Ưu nhược điểm của hộp số hành tinh.................................................................2
1.5. Phân loại hộp số tự động.....................................................................................4
1.6. Yêu cầu chung khi thiết kế hộp số cho xe 12 chỗ..............................................4
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ..............................................................................6

2.1. Các bộ truyền hành tinh cơ bản..........................................................................6
2.2. Các phương án thiết kế bộ truyền hành tinh.......................................................11
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC.........................................................21
3.1. Các thơng số của xe được chọn..........................................................................21
3.2. Đồ thị đặc tính tốc độ ngồi của động cơ...........................................................23
3.3. Tính chọn biến mơ..............................................................................................25
3.4. Xác định tỉ số truyền của hệ thống truyền lực....................................................33
3.5. Đồ thị đặc tính kéo..............................................................................................36
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC HỘP SỐ HÀNH TINH.........................40
4.1. Thành lập phương trình động học của hộp số....................................................40
4.2. Tính tốn tỉ số truyền cho từng số truyền riêng biệt..........................................42
4.3. Tính tốn tỉ số răng giữa các cặp bánh răng trong các bộ truyền cơ sở.............50
4.4. Tính tốn kích thước của các bánh răng trong các bộ truyền............................51
4.5. Tính tốn lại đặc tính kéo...................................................................................62
4.6. Tính bền cho các chi tiết trong hộp số................................................................64
4.7. Tính chọn các phần tử điều khiển.......................................................................71
4.8. Tóm tắt về hệ thống điều khiển thủy lực điện từ................................................73

1

CHƯƠNG 5: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ GIA CƠNG CHI TIẾT BÁNH RĂNG
........................................................................................................................................78
5.1. Điều kiện làm việc và yêu cầu đối với bánh răng hành tinh..............................78
5.2. Tính cơng nghệ trong kết cấu của chi tiết bánh răng hành tinh.........................78
5.3. Chọn phương pháp chế tạo phôi.........................................................................79
5.4. Các nguyên công trong gia công bánh răng.......................................................79
KẾT LUẬN....................................................................................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................89

2


Chương 1 :
TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ VÀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG
1.1. Nhiệm vụ của hệ thống truyền lực trên ôtô:
Hệ thống truyền lực của ôtô là tập hợp tất cả các cơ cấu nối từ động cơ tới bánh
xe chủ động, bao gồm các cơ cấu : truyền, cắt, đổi chiều quay, biến đổi giá trị mômen.
 Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống truyền lực.
 Truyền, biến đổi mômen quay và số vòng quay từ động cơ tới bánh xe chủ động
sao cho phù hợp giữa chế độ làm việc của động cơ và mômen cản sinh ra trong q
trình ơtơ chuyển động.
 Cắt dòng truyền mômen trong thời gian ngắn hoặc dài.
 Thực hiện đổi chiều chuyển động nhằm tạo nên chuyển động lùi cho ôtô.
 Tạo khả năng chuyển động mềm mại và tính năng việt dã cần thiết trên đường.
Trong sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô thế giới, các hệ thống trên ơtơ đã
khơng ngừng được hồn thiện. Hệ thống truyền lực cũng khơng nằm ngồi quy luật đó.
Mục đích của sự biến đổi hoàn thiện là nhằm : Giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng công
suất, giảm độ ồn, tăng tốc độ lớn nhất của động cơ, sử dụng tốt nhất công suất động cơ
sinh ra và tạo sự thuận lợi, đơn giản cho người lái.

Một phần của hệ thống truyền lực trên ô tô hiện nay là hộp số, dùng để thay đổi
tỉ số truyền của hệ thống truyền lực nhằm tạo lực kéo tại các bánh xe chủ động phù hợp
với điều kiện chuyển động. Hộp số ngày nay gồm 3 dạng cơ bản là hộp số thường, hộp
số tự động, hộp số vô cấp. Xu thế của công nghiệp ôtô hiện nay là tạo ra những hộp số
ơ tơ có khả năng chuyển số một cách tự động hoặc tỉ số truyền biến đổi vô cấp. Tuy
nhiên, hộp số vơ cấp có độ bền và hiệu suất thấp nên còn ít phổ biến. Do đó, đề tài lựa
chọn hộp số tự động để thiết kế cho xe yêu cầu.

3


1.2. Hộp số thường và hộp số tự động.
Đối với xe ơtơ có hộp số thường, cần sang số được sử dụng để chuyển số nhằm
thay đổi lực kéo tại bánh xe cho phù hợp với điều kiện chuyển động. 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 đối với các lái xe là phải thường xuyên nhận
biết tải và tốc độ động cơ để chuyển số một cách phù hợp. Điều đó sẽ gây nên sự mất
mát công suất động cơ một cách không cần thiết, ngồi ra nó còn gây nên sự khó khăn
khi điều khiển và sự tập trung quá mức đối với người lái.
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 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.
1.3. Giới thiệu chung về hộp số tự động trên ô tô.
Cụm hộp số tự động trên ô tô hiện nay bao gồm biến mômen và hộp số hành
tinh, là một cụm có chung một vỏ được lắp liền sau động cơ. Trong hệ thống truyền
lực, chức năng của cụm hộp số tự động có hệ thống điều khiển điện từ thủy lực phức
tạp làm việc cùng với máy tính điện tử cỡ nhỏ, thực hiện tự động đóng ngắt thay đổi
các số truyền bên trong hộp số chính.
Biến mơmen dùng trên ơ tơ thơng thường có khả năng biến đổi mơmen trong

khoảng từ 1,6 đến 2,5 lần mơmen của động cơ. Do đó, biến mômen không thể đáp ứng
các điều kiện chuyển động của ô tô nên thường sử dụng biến mômen cùng với một hộp
số cơ khí vơ cấp hoặc có cấp.
1.4. Ưu nhược điểm của hộp số hành tinh.
 Ưu điểm:
Nhờ kết cấu của bộ truyền hành tinh mà hộp số hành tinh khi được tự động hóa
q trình chuyển số có được rất nhiều ưu điểm.

4


Quá trình chuyển số được thực hiện tự động nên giảm được thao tác điều khiển
ly hợp và hộp số, giảm cường độ lao động cho người lái tạo điều kiện cho người lái xử
lý các tình huống khác trên đường. Điều này làm cho tính tiện nghi trong sử dụng của ô
tô tăng rõ rệt.
Mômen xoắn được truyền đến các bánh xe chủ động êm dịu và liên tục, tương
ứng với tải của động cơ và tốc độ chuyển động ô tô, giảm được tải trọng động tác dụng
lên các chi tiết của hệ thống truyền lực và hoàn thiện được khả năng động lực học.
Khi sử dụng biến mơ thủy lực, hay bộ truyền đai có thể hạn chế được tải trọng
động, nâng cao tuổi thọ và độ bền cho động cơ và hệ thống truyền lực.
Chuyển số liên tục mà không cắt dòng lực từ động cơ.
Thời hạn phục vụ dài hơn, lực truyền đồng thời qua một số cặp bánh răng ăn
khớp, ứng suất trên răng nhỏ. Ăn khớp trong nên đường kính vòng tròn ăn khớp lớn.
Có khả năng tự triệt tiêu lực hướng trục.
Giảm độ ồn khi làm việc.
Hiệu suất làm việc cao vì các dòng năng lượng có thể là song song
Cho tỉ số truyền phù hợp nhưng kích thước khơng lớn.
 Nhược điểm:
Bên cạnh đó hộp số tự động cũng khơng tránh khỏi những nhược điểm:
Sự thay đổi tốc độ còn kèm theo sự trượt của các phần tử truyền lực, dẫn tới sự

tổn hao một phần nhỏ công suất động cơ.
Khả năng chuyển động của ơ tơ khơng hồn tồn phụ thuộc vào thao tác người
lái mà còn phụ thuộc vào tình trạng mặt đường, đơi khi có thể xảy ra tình huống khó
làm chủ chuyển động của ơ tơ trên đường.
Cơng nghệ chế tạo đòi hỏi độ chính xác cao do các trục được sử dụng nhiều là
trục lồng, nhiều bánh răng cùng ăn khớp với 1 bánh răng, các cơ cấu điều khiển đòi hỏi
sự chính xác cao độ.
Kết cấu phức tạp, nhiều cụm lồng, trục lồng, phanh, ly hợp khóa.

5


Lực ly tâm trên các bánh răng hành tinh là lớn do tốc độ góc lớn.
Nếu sử dụng nhiều ly hợp và phanh thì có thể nâng cao tổn hao công suất khi
chuyển số, hiệu suất sẽ giảm xuống.
Tuy nhiên, với cơng nghệ chế tạo máy hiện nay thì những nhược điểm của hộp
số hành tinh sẽ dần dần được khắc phục khi chọn tối ưu sơ đồ hoạt động.
1.5.Phân loại hộp số tự động.
1.5.1.Theo cách bố trí có.
Loại hộp số sử dụng trên ôtô FF : Động cơ đặt trước, cầu trước chủ động.
Loại hộp số sử dụng trên ôtô FR : Động cơ đặt trước, cầu sau chủ động.
Các hộp số sử dụng trên ôtô FF được thiết kế gọn nhẹ hơn so với loại sử dụng
trên ôtô FR do chúng được lắp đặt cùng một khoang với động cơ.
Các hộp số sử dụng cho ơtơ FR có bộ truyền động bánh răng cuối cùng với vi
sai lắp bên ngồi. Còn các hộp số sử dụng trên ơtơ FF có bộ truyền bánh răng cuối
cùng với vi sai lắp ở bên trong, vì vậy loại hộp số tự động sử dụng trên ôtô FF còn gọi
là hộp số có vi sai.
1.5.2.Theo bộ truyền bánh răng.
Hộp số tự động sử dụng bộ truyền hành tinh.
Hộp số tự động sử dụng các cặp bánh răng luôn ăn khớp với nhiều trục.

1.5.3.Theo cách điều khiển.
Hộp số tự động thường.
Hộp số tự động điện tử ( gọi là EAT ).
1.6. Yêu cầu chung khi thiết kế hộp số cho xe 12 chỗ.
Vì xe 12 chỗ là loại xe minibus nên tải trọng thay đổi trong một khoảng rộng,
hoạt động ở nhiều địa hình khác nhau. Loại xe này chủ yếu hoạt động trên những mặt
đường có chất lượng tương đối tốt như bê tơng, nhựa đường. Kích cỡ xe nhỏ nên thích
hợp cho các cơng ty sử dụng làm xe đưa đón nhân viên hoặc với một số hãng lữ hành

6


cũng thích hợp để đưa những đồn khách nhỏ đi tham quan. Do đó yêu cầu đối với hộp
số khi thiết kế cho xe:
Chuyển số nhanh chóng êm dịu và chính xác, khơng gây giật hoặc gây ồn.
Dải tỉ số truyền hợp lý nhằm tận dụng hết công suất động cơ và nâng cao khả
năng tăng tốc cho xe.
Tiết kiệm nhiên liệu một cách tối đa có thể.
Kết cấu thuận lợi nhất có thể cho sửa chữa, bảo dưỡng, chẩn đốn sự cố trên xe.
Độ bền cao, tính tin cậy lớn.
Kích thước nhỏ gọn, khối lượng khơng q lớn nhằm tăng khoảng sáng gầm xe,
nâng cao khả năng thông qua cho xe ở đường gồ ghề và giảm bớt trọng lượng của xe.
Điều khiển dễ dàng.
Giá thành hợp lý.
Hiệu suất cao.
Ngoài những yêu cầu trên hộp số được thiết kế cho xe trong đồ án này là hộp số
tự động nên có những yêu cầu riêng sau:
Có số lượng số truyền phù hợp để tận dụng tối đa công suất động cơ.
Số lượng các phần tử điều khiển (PTĐK) thích hợp được bố trí phù hợp đối với
dạng xe cầu trước hoặc sau chủ động. Các chế độ làm việc của các phần tử điều khiển

phải hợp lý giảm tổn thất trong quá trình hoạt động ổn định của xe.
Quá trình chuyển số nhanh chóng và chính xác thơng qua các cơ cấu điều khiển
thủy lực và điện tử.
Có khả năng lựa chọn các chế độ sang số phù hợp với sở thích của người lái và
hành khách.
Trong tất cả các yêu cầu trên thì đối với một xe minibus để chở hành khách, độ
êm dịu trong hoạt động là vấn đề quan trọng hàng đầu.

7


Chương 2 :
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Để đáp ứng những yêu cầu trên, sử dụng hộp số tự động có 5 số tiến để làm
phương án tính tốn cho hộp số tự động của xe minibus 12 chỗ là phù hợp. Tuy nhiên,
các cơ cấu hành tinh (CCHT) đơn lẻ chỉ có khả năng tạo ra một số lượng số truyền nhất
định có thể sử dụng được cho hộp số ơ tô, không thể tạo ra được đến 5 số tiến. Vì lí do
đó cần tiến hành tổ hợp các. CCHT đơn lẻ để tạo ra được hộp số hành tinh với số lượng
số truyền mong muốn.
Để xác lập một tỉ số truyền cho hộp số hành tinh hay một CCHT thành phần cần
phải xác định được quy luật chuyển động của các phần tử trong đó tức là xác định được
số bậc tự do của hộp số hoặc CCHT thành phần.
Dựa trên cơ sở xác định quy luật chuyển động của các phần tử trong các CCHT
thành phần cần thiết phải sử dụng các PTĐK trong hộp số dưới dạng các ly hợp khóa
và phanh dải. Số lượng các PTĐK cần có tham gia vào một tỉ số truyền tạo bởi một
CCHT phụ thuộc vào số phần tử của CCHT cần biết trước vận tốc để xác định được
chuyển động của cả cơ cấu. Hiện nay, các CCHT được sử dụng để xây dựng nên hộp
số hành tinh chủ yếu gồm 3 dạng cơ cấu cơ bản là Wilson, Simpson, Ravigneaux.
2.1. Các bộ truyền hành tinh cơ bản.
2.1.1. Bộ truyền hành tinh Wilson.

Được cấu tạo từ ba phần tử cơ bản có cùng trục quay gồm một bánh răng mặt
trời, một bánh răng bao và một cần dẫn. Các bánh răng hành tinh quay trơn trên cần
dẫn ăn khớp đồng thời với bánh răng mặt trời và bánh răng bao, đóng vai trò như phần
tử trung gian nối giữa ba phần tử cơ bản.

8


Bánh răng bao (R)
Bánh răng hành
tinh (P)
Bánh răng mặt trời
(S)
Cần dẫn (C)

Hình 2.1: Cơ cấu hành tinh Wilson.
Các phần tử của CCHT Wilson có 2 ràng buộc về hình học và 2 ràng buộc về
động học:
rCωC = rSωS+ rPωP , rC = rS + rP
rRωR = rCωC+ rPωP , rR = rC + rP
Gọi Z = rR/rS là đặc tính của CCHT Wilson, ta rút ra được phương trình liên kết
3 phần tử cơ bản của cơ cấu:
(1 + Z).ωC = ωS + Z.ωR
Từ phương trình liên kết, nhận thấy chỉ cần xác định được chuyển động của 2
phần tử là xác định được chuyển động của cả cơ cấu. Bởi vậy, CCHT Wilson có 2 bậc
tự do.
2.1.2. Bộ truyền hành tinh Simpson.
CCHT Simpson gồm hai CCHT cơ bản Wilson. Các phần tử M1, N1, H1, G1
(S1, R1, P1, C1) thuộc dãy hành tinh thứ nhất; M2, N2, H2, G2 (S2, R2, P2, C2) thuộc
dãy hành tinh thứ hai. Chúng được ghép nối với nhau như hình vẽ:

Rút ra được các ràng buộc về động học và hình học của các phần tử trong
CCHT Simpson:

9


Hình 2.2: Cơ cấu hành tinh Simpson.
rC1ωC1 = rSωS+ rP1ωP1 , rC1 = rS1 + rP1
rR1ωR1 = rC1ωC1+ rP1ωP1 , rR1 = rC1 + rP1
rC2ωR1 = rS2ωS + rP2ωP2 , rC2 = rS2 + rP2
rR2ωR2 = rC2ωR1+ rP2ωP2 , rR2 = rC2 + rP2
Từ đặc tính của 2 dãy hành tinh Wilson trong CCHT Simpson là Z1= r R1/rS1 và
Z2 = rR2/rS2 có thể rút ra được phương trình liên kết các phần tử cơ bản của bộ truyền
Simpson:

ω S + Z 1 .ω R1 = ( Z 1 + 1).ω C1

ω S + Z 2 .ω R 2 = ( Z 2 + 1).ω R1
Từ hệ phương trình liên kết trên, chỉ cần xác định được chuyển động của 2 phần
tử trong cả CCHT là có thể xác định được chuyển động của cả cơ cấu. Do đó, CCHT
Wilson gồm 2 bậc tự do.

10


2.1.3.Bộ truyền hành tinh Ravigneaux
Cấu tạo của CCHT kiểu ravigneaux gồm 2 bánh răng mặt trời M 1 (S1), M2 (S2)
nối với 2 trục khác nhau. Hai nhóm bánh răng hành tinh H 1 (P1), H2 (P2) ăn khớp với
nhau và nằm trên một giá hành tinh G (C), một bánh răng bao N (R) ăn khớp với H 2
còn H1 ăn khớp với M2. Sơ đồ cấu tạo như hình vẽ.

Hình 2.3: Cơ cấu hành tinh Ravigneaux.
CCHT Ravigneaux có 4 ràng buộc động học và 4 ràng buộc hình học:
rC1ωC = rS1ωS1 + rP1ωP1 , rC1 = rS1 + rP1
rC2ωC = rS2ωS2 + rP2ωP2 , rC2 = rS2 + rP2
(rC2 – rC1)ωC = rP1ωP1 + rP2ωP2 , rC2 – rC1= rP2 + rP1
rRωR = rC2ωC + rP2ωP2 , rR = rC2 + rP2
Từ các ràng buộc trên và đặc tính của dãy hành tinh cơ bản Wilson Z 1 = rR/rS1 và
dãy hành tinh bánh răng hành tinh kép Z 2 = rR/rS2, có được hệ phương trình liên kết các
phần tử cơ bản của CCHT Ravigneaux như sau:

ω S1 + Z 1 .ω R − ( Z 1 + 1).ω C = 0

− ω S 2 + Z 2 .ω R − ( Z 2 − 1).ω C = 0

11


Từ hệ phương trình liên kết trên, nhận thấy chỉ cần xác định được chuyển động
của 2 phần tử trong đó là xác định được chuyển động của tồn bộ CCHT Ravigneaux.
Do đó, CCHT Ravigneaux có 2 bậc tự do.
Khi đã xác định được số bậc tự do của các CCHT, nhận thấy số bậc tự do của
CCHT nhỏ hơn so với số phần tử cơ bản của từng CCHT riêng biệt nên ln ln có
thể tạo ra được nhiều số truyền bằng cách thay đổi lần lượt các phần tử điều khiển
được trong CCHT đang xét, tức là thay đổi đầu ra, đầu vào của hộp số. Tuy nhiên, khi
thực hiện sẽ khiến kết cấu của hộp số phức tạp. Do đó, với những CCHT đặt ở cuối
hộp số thì đầu ra thường cố định, khơng thay đổi, trong khi đó, đầu vào hộp số có thể
thay đổi bằng các ly hợp khóa. Như vậy, khả năng tạo tỉ số truyền tối đa của các CCHT
đã giảm xuống. Để có được số lượng số truyền mong muốn cần sử dụng nhiều CCHT
khác nhau trong hộp số.

Hộp số chính dùng trên ơ tơ có thể chia ra: một hoặc nhiều nhóm tỉ số truyền.
Hộp số có một nhóm tỉ số truyền gồm các CCHT đơn lẻ kiểu Simpson, Ravigneaux
hay được tổ hợp từ các CCHT kiểu Wilson. Hộp số có hai hay nhiều nhóm tỉ số truyền
gồm các CCHT đã được tổ hợp như trên cùng với CCHT đơn giản. Các ơ tơ con hiện
đại thường bố trí các loại động cơ có số vòng quay lớn, hộp số cần có nhiều số truyền
và tỉ số truyền thay đổi trong giới hạn rộng, trong khi đó khơng gian chỉ cho phép trong
giới hạn nhất định, vì vậy hộp số đã được cấu tạo thành hai phần nhằm giảm bớt tỉ số
truyền cho các bộ truyền, thu gọn kích thước chung. Đối với loại hộp số được cấu tạo
từ nhiều phần, hộp số được chia ra: phần chính hộp số, phần phụ hộp số. Phần phụ hộp
số có thể đặt trước hoặc đặt sau phần chính.
Để tạo nên nhiều tỉ số truyền cho hộp số, giữa các phần của hộp số cần có mối
liên hệ nhất định với nhau. Sự liên hệ này tạo ra khả năng tổ hợp giữa các CCHT riêng
biệt với nhau. Có hai cách tổ hợp các CCHT liên tiếp là nối tiếp và song song. Với
dạng nối tiếp, đầu ra của cơ cấu này có thể là đầu vào của cơ cấu tiếp theo, vì thế tỉ số
truyền của cả tổ hợp là tích các tỉ số truyền thành phần. Với dạng song song, dòng

12


truyền cơng suất có thể được chia nhỏ, do vậy, hiệu suất truyền sẽ được tăng lên đồng
thời tạo điều kiện để điều khiển các dòng công suất riêng biệt.
Một hộp số được tổ hợp từ CCHT Wilson và CCHT Simpson hoặc Ravigneaux
sẽ có 4 bậc tự do. Sau khi liên kết các phần tử trong đó theo ý đồ có sẵn thì số bậc tự
do này giảm xuống, đồng thời số PTĐK tham gia trong một số truyền cũng giảm
xuống, tạo điều kiện để có thể giảm tối đa số lượng các PTĐK.
Dựa trên những hiểu biết trên, đề tài đưa ra một số dạng sơ đồ động học đã được
tổ hợp của hộp số hành tinh 5 số tiến dưới đây để tiến hành so sánh ưu nhược của các
dạng sơ đồ đó nhằm lựa chọn một sơ đồ tối ưu cho tính tốn thiết kế.
2.2. Các phương án thiết kế bộ truyền hành tinh.
2.2.1. Phương án 1.

Hộp số hành tinh cơ cấu hành tinh Simpson.
Cấu tạo của cơ cấu hành tinh này là cơ cấu hành tinh Wilson có 2 bộ bánh răng
hành tinh. Để thay đổi tỷ số truyền của hộp số ta có bố trí thêm các ly hợp, phanh và
các khớp một chiều.

Hình 2.4: Sơ đồ động học cơ cấu hành tinh Simpson.

13


Chức năng hoạt động của các phanh và ly hợp trên sơ đồ như sau :
Bộ phận

Chức năng

Ly hợp số tiến (C1)

Nối trục sơ cấp và bánh răng bao bộ truyền trước.

Ly hợp số truyền thẳng
(C2)

Nối trục sơ cấp và bánh răng mặt trời phía trước và
phía sau.
Khố bánh răng mặt trời trước và sau ngăn không
cho chúng quay cả ngược và thuận chiều kim đồng
hồ.
Khoá bánh răng mặt trời trước và sau ngăn không
cho chúng quay ngược chiều kim đồng hồ khi F1 hoạt
động.

Khoá cần dẫn bộ truyền hành tinh sau ngăn không
cho chúng quay cả ngược và thuận chiều kim đồng
hồ.
Khi B2 hoạt động, nó khố bánh răng mặt trời phía
trước và sau găn khơng cho chúng quay ngược chiều
kim đồng hồ.

Phanh dải số (B1)
Phanh số (B2)
Phanh số lùi và số (B3)

Khớp một chiều (F1)

Khoá cần dẫn bộ truyền hành tinh sau ngăn khơng
cho nó quay ngược chiều kim đồng hồ

Khớp một chiều (F2)
 Nguyên lý hoạt động :

Bảng 2.1: Sơ đồ điều khiển ở từng tay số.
Tay Số

Cơ cấu điều khiển
C0

C1

1

X

2

X

3

X

Lùi

X

C2

B1

B2

B3

F1

F2
X

X
X
X

X

a) Dãy “2” số 2.
Khi xe đang chạy ở số 2 với cần chọn số ở vị trí “2”, khi đó ly hợp C 1 đóng,
phanh B2 đóng và F1 cũng tham gia hoạt động.
Dòng cơng suất được truyền như sau :

14


Dòng công suất khi hộp số đang được dẫn động bởi các bánh xe chủ động với
cần chọn số ở vị trí “2” như ở vị trí “D”. Tuy nhiên khi hộp số được dẫn động bởi các
bánh xe chủ động thì xảy ra hiện tượng phanh bằng động cơ : Chuyển động từ trục thứ
cấp hộp số tới cần Cd1 nên các bánh răng hành tinh quay xung quanh các bánh răng
mặt trời Z3, Z4 theo chiều dương. Các bánh răng hành tinh khi đó quay theo chiều
dương, trong khi bánh răng mặt trời có thể quay theo 2 chiều. Nhưng do bánh răng mặt
trời bị khoá bởi phanh B1 và B2, F1 nên các bánh răng hành tinh trước quay theo chiều
dương. Lực quay đó được truyền đến trục sơ cấp hộp số tạo nên phanh bằng động cơ.
b) Dãy “L” số 1 (Phanh bằng động cơ)
Số 1 ở dãy “L” được hoạt động khi người điều khiển gạt cần chọn số về vị trí
“L” xe sẽ chuyển xuống số 1. Khi đó ly hợp C1 đóng, phanh B3 đóng và F2 hoạt động.
Dòng cơng suất được truyền như sau :
Dòng truyền công suất đang bị dẫn động bởi các bánh xe chủ động được truyền
tới trục thứ cấp của hộp số. Từ trục thứ cấp của hộp số được truyền đến bánh răng bao
Z6 của bộ truyền hành tinh sau làm cho các bánh răng hành tinh cố gắng quay theo
chiều dương xung quanh bánh răng mặt trời trước và sau Z 3, Z4. Tuy nhiên cần dẫn Cd2
được giữ lại không cho quay bởi phanh số B 1 và phanh số lùi B3, các bánh răng hành
tinh sau Z5 quay theo chiều dương trong khi các bánh răng mặt trời trước và sau Z 3, Z4
quay theo chiều âm. Kết quả là các bánh răng hành tinh trước quay theo chiều dương
xung quanh bánh răng mặt trời trước và sau Z 3, Z4, trong khi cũng quay xung quanh

trục của nó theo chiều dương. Do vậy truyền chuyển động quay theo chiều dương đến
các bánh răng bao trước Z1 qua C1 đến trục sơ cấp của hộp số.

15


2.2.2. Phương án 2.
Hộp số hành tinh tổ hợp của Wilson và Simpson.

Hình 2.5: Sơ đồ động học tổ hợp Wilson và Simpson.
Chức năng hoạt động của các phanh và ly hợp trên sơ đồ như sau :
Bộ phận

Chức năng

Ly hợp số truyền tăng (C0)
Ly hợp số tiến C1
Ly hợp số lùi C2

Nối cần dẫn OD với bánh răng mặt trời.
Nối trục sơ cấp với bánh răng bao trước .
Nối trục sơ cấp với bánh răng mặt trời trước và sau.

Phanh bộ truyền tăng (B0)

Khoá bánh răng mặt trời OD ngăn khơng cho nó quay
theo cả 2 chiều thuận và ngược chiều kim đồng hồ.

Khớp một chiều (F0)

Khoá cần dẫn bộ truyền hành tinh OD ngăn khơng cho
nó quay theo ngược chiều kim đồng hồ.

Khớp một chiều F1

Khi B2 đang hoạt động nó khố bánh răng mặt trời và
ngăn khơng cho nó quay ngược chiều kim đồng hồ.

Khớp một chiều F2

Khố cần dẫn bộ truyền hành tinh sau ngăn khơng cho
nó quay theo ngược chiều kim đồng hồ.

Phanh dải số 1 (B1)
Phanh số 2 (B2)
Phanh số 3 (B3)
 Cấu tạo gồm 2 phần :

Khoá bánh răng mặt trời trước và sau ngăn khơng cho
nó quay theo cả 2 chiều thuận và ngược chiều kim
đồng hồ.
Khoá bánh răng mặt trời trước và sau ngăn khơng cho
nó quay ngược chiều kim đồng hồ khi F1 hoạt động.
Khóa cứng cần dẫn bộ truyền hành tinh sau.

16


Phần trước là bộ truyền tăng với cơ cấu hành tinh Wilson có 2 tỷ số truyền được
điều khiển bằng ly hợp khoá C0, phanh B0, được ghép song song trong mạch truyền lực

của cơ cấu hành tinh.
Phần sau là cơ cấu hành tinh simpson gồm dãy hành tinh phía trước và dãy hành
tinh phía sau. Hai dãy này được điều khiển qua các ly hợp khoá C 1, C2, phanh B1, B 2,
B3 và các khớp một chiều F1,F2.
 Nguyên lý hoạt động :
Bảng 2.2: Sơ đồ điều khiển ở từng tay số.
Cơ cấu điều khiển

Tay
Số

C0

C1

1

X

X

2

X

X

3

X

X

X

X

X

4
Lùi

X

C2

B0

B1

B2

B3

F0

F1

X

X

X

X

X

X

F2
X

X

X

X

X

a) Số “2”.
Khi xe giảm tốc với cần chọn số ở vị trí số “2” khi đó ly hợp C 0, C1, các phanh
B1, B2 đóng, khớp một chiều F0, F1 khố.
Trục thứ cấp quay theo chiều dương, cần dẫn Cd 2(+), bánh răng Z3 bị khoá bởi
phanh B2 và khớp một chiều F1, bánh răng Z4 quay theo chiều dương, các bánh răng Z 0,
Z1và cần dẫn Cd1 quay cùng một khối theo chiều dương dẫn đến bánh tuabin quay theo
chiều dương và kết quả là phanh bằng động cơ được thực hiện.
b) Số 1 số “L”.
Khi xe giảm tốc với cần chọn số ở vị trí số “1” khi đó ly hợp C 0, C1, các phanh

B3 đóng, khớp một chiều F0, F2 khố.
Dòng cơng suất được truyền từ trục thứ cấp đến trục sơ cấp, lúc này xảy ra hiện
tượng phanh bằng động cơ. Đường truyền dòng công suất được chia làm 2 nhánh :

17


Nhánh 1 : Trục thứ cấp quay theo chiều dương, bánh răng Z 8 (+), cần dẫn Cd2
quay theo chiều dương, bánh răng Z 7 quay theo chiều (+) quanh trục của nó bắt chặt
trên cần dẫn, bánh răng Z6 quay theo chiều âm và bánh răng Z 3 cũng quay theo chiều
âm. Bánh răng Z4 quay theo chiều âm, bánh răng Z5 quay theo chiều dương.
Nhánh 2 : Giả thiết bánh răng Z3 được giữ không quay.
Trục thứ cấp quay theo chiều dương, cần dẫn Cd 2 quay theo chiều dương, bánh
răng Z4 quay theo chiều (+), bánh răng Z5 quay theo chiều dương.
Kết hợp cả 2 nhánh cho ta bánh răng Z5 quay theo chiều dương.
Ly hợp C1 dóng nên bánh răng Z2 quay theo chiều dương. Ly hợp Co đóng nên
các bánh răng Z2, Z1, Z0 và cần dẫn Cd1 quay cùng một khối theo chiều dương, dòng
công suất được truyền đến trục sơ cấp kết quả là phanh bằng động cơ xảy ra.
2.2.3. Phương án 3.
Hộp số hành tinh tổ hợp của Wilson và Simpson.
Tổ hợp Wilson – Simpson tạo ra được hộp số tự động 5 số tiến. Tổ hợp có 6 cơ
cấu điều khiển bao gồm các ly hợp C1 đến C4 và phanh B1, B2. Dựa vào việc điều
khiển đóng mở ly hợp và các phanh thông qua hệ thống thủy lực mà hộp số cho ra
những tốc độ khác nhau.

Hình 2.6: Sơ đồ động học tổ hợp Wilson – Simpson.

18

Bảng 2.3: Sơ đồ điều khiển từng tay số.

Tay số
I
II
III
IV
V
Lùi

C1

C2

Cơ cấu điều khiển
C3
C4
X
X

B1

X
X
X

B2
X
X
X

X

X
X

X

 Nhận xét:
Từ sơ đồ động học trên, nhận thấy bộ truyền Wilson (1) phía trước đóng vai trò
tạo cơ hội để bộ truyền Simpson (2) phía sau có nhiều đầu vào khác nhau. Do bánh
răng mặt trời của bộ truyền Wilson bị khóa cứng và bánh răng bao được nối với bánh
tua bin của động cơ nên số bậc tự do của bộ truyền Wilson không còn, hộp số lúc này
còn lại 2 bậc tự do của bộ truyền Simpson. Với đầu ra luôn xác định sẵn, số phần tử tự
do còn lại của hộp số là 3 phần tử, với 2 bậc tự do và 3 phần tử chưa biết chuyển động,
thông qua các cơ cấu điều khiển, đầu vào cho bộ truyền Simpson được thay đổi, qua đó
tạo được rất nhiều số truyền khác nhau. Tuy vậy, không thể sử dụng hết số lượng số
truyền có thể tạo ra được mà cần chọn lọc dựa theo tỉ số truyền có thể dùng được trên ơ
tơ và phụ thuộc vào độ phức tạp kết cấu khi tạo ra số truyền đó. Do đó, chỉ có 5 số
truyền có thể sử dụng được trong sơ đồ này.
2.2.4. Hộp số hành tinh tổ hợp của Wilson và Ravigneaux.
Tổ hợp Wilson – Ravigneaux. Với bánh răng mặt trời bị khóa cứng và bánh
răng bao trở thành đầu vào của hộp số, số bậc tự do của bộ truyền Wilson (1) đã được
xác định hết. Do đó, bậc tự do của cả hộp số lúc này là số bậc tự do của bộ truyền

19


Ravigenaux (2) phía sau. Qua các cơ cấu điều khiển, bộ truyền Wilson tạo ra nhiều đầu
vào khác nhau cho bộ truyền Ravigneaux và lập nên những tỉ số truyền khác nhau cho
hộp số. Tương tự như sơ đồ trên, cũng chỉ có 5 số truyền có thể được sử dụng trong sơ

đồ này nhằm giảm bớt sự phức tạp về kết cấu

Hình 2.7: Sơ đồ động học tổ hợp Wilson – Ravigneaux.
Tổ hợp này đem lại 5 số truyền chỉ với 5 cơ cấu điều khiển là 3 ly hợp C1, C2,
C3 cùng với 2 phanh dải B1, B2.
Bảng 2.4: Sơ đồ điều khiển các số truyền.

Tay số
I
II
III
IV
V
Lùi

C1
X
X
X
X

Cơ cấu điều khiển
C2
C3
B1

B2
X

X

X
X
X

X
X

20

X


 Nhận xét
Phương án 1: có kết cấu đơn giản hơn gồm hai bộ bánh răng hành tinh đơn
ghép với nhau, có hai trục sơ cấp và thứ cấp. Do kết cấu có số lượng là ba số truyền
nên số lượng phanh, ly hợp ít và đơn giản nên việc bố trí hệ thống điều khiển dễ dàng
hơn.
Kết cấu của hệ thống điều khiển đơn giản.
Phù hợp với điều kiện công nghệ cũng như công nghệ của nước ta.
Tuy nhiên, phương án này có ba số truyền, khơng có số truyền tăng nên công
suất của động cơ không được tận dụng triệt để.
Phương án 2: Tạo ra hộp số có 4 số truyền trong đó số truyền 4 là số truyền
tăng. Tuy nhiên số lượng phanh và ly hợp sử dụng là khá nhiều, điều này dẫn đến sự
tổn hao về công suất nhiều hơn. Mặt khác số lượng các phần tử điều khiển quá nhiều
sẽ làm tăng kích thước của hộp số.
Sự tổn hao công suất của hộp số tự động chủ yếu nằm ở các phần tử điều khiển
(PTĐK). Do vậy, tổng số lượng PTĐK càng ít thì càng có lợi trong việc giảm tổn hao
cơng suất và nâng cao tính kinh tế nhiên liệu cho ơ tơ. Mặt khác, việc chuyển đổi qua
lại giữa các PTĐK cũng gây ra trượt trên các bề mặt làm việc dẫn tới tổn hao công suất
và giảm thời gian sử dụng của hộp số nên số lượng PTĐK cùng làm việc đồng thời

trong 1 tay số càng nhiều và vận tốc tương đối giữa 2 chi tiết quay trước khi các PTĐK
làm việc càng nhỏ thì càng có lợi trong việc giảm tổn hao công suất.
Từ bảng nguyên công làm việc của 2 hộp số ở phương án 3 và phương án 4 ta
nhận thấy: nếu xe hoạt động trên mặt đường tốt và cần số ở chế độ sử dụng cả 5 số
truyền từ số I đến số V thì khi chuyển số, phương án thứ 2 ln có một phần tử li hợp ở
trạng thái thường đóng. Các phần tử còn lại thay đổi trạng thái một cách tuần tự, tạo
điều kiện để điều khiển dễ dàng hơn. Mặt khác, ở 2 phanh B1, B2, thời gian hoạt động
của chúng trong quá trình hoạt động của hộp số khi vận hành cũng rất ngắn lại thường

21


ở vùng tốc độ thấp của động cơ, nên quá trình trượt diễn ra khi phanh 1 phần tử của
hộp số hành tinh cũng nhỏ nhờ vậy giảm được tổn hao cơng suất.
Ngồi ra, trong kết cấu với số cụm trục lồng của phương án 3 có độ phức tạp
hơn nhiều so với phương án 4. Khi sử dụng quá nhiều cụm trục lồng sẽ khiến việc bố
trí trong hộp số rất khó khăn đồng thời chế tạo rất phức tạp.
Với các lý do trên, sơ đồ động học của hộp số hành tinh ở phương án 4 mang
nhiều ưu việt hơn trong tính tốn, chế tạo, bố trí các PTĐK trong hộp số, đồng thời mở
ra khả năng điều khiển các phẩn tử trong hộp số một cách tối ưu nhằm giảm thiểu tổn
thất công suất khi xe hoạt động gây nên bởi sự trượt các bề mặt ma sát ở các PTĐK.
Do đó đề tài lựa chọn sơ đồ động học thứ 4 để tính tốn.

Chương 3 :
TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC
3.1. Các thơng số của xe được chọn.
Xe được lựa chọn để tính tốn hộp số tự động là xe Kia pregio với 12 chỗ ngồi
bao gồm cả người lái.
Hình ảnh về xe được chọn để tham khảo.

22


Hình 3.1: Xe Kia pregio 12 chỗ ngồi.

Bảng 3.1: Thơng số của xe.
Thông số
Số chỗ ngồi ( cả người lái )

Số liệu

Đơn vị

12

Người

Vị trí động cơ

Trước

Khối lượng khơng tải

1765

Kg

Khối lượng toàn bộ

2545

Kg

Dài tổng

4820

mm

23


Rộng tổng

1810

mm

Cao tổng

1970

mm

Tốc độ tối đa Vmax

140

Km/h

Góc vượt dốc lớn nhất

20.9

Độ

Bán kính vòng quay min

5.3

m

Động cơ Diezel

JT

Cơng suất động cơ
Mơmen xoắn
Thùng nhiên liệu
Dung tích động cơ
Số xy lanh ( máy thẳng )

90/4000

Kw/4000

19,5/2200

Kg.m/rpm

65

lít

2957

cc

4

Hệ số cản lăn f

0.018

Cỡ lốp

P215/70R14

Vết bánh trước

1540

mm

Vết bánh sau

1520

mm

3.2. Đồ thị đặc tính tốc độ ngồi của động cơ.
Hộp số trên xe PREGIO 12 chỗ là loại hộp số cơ khí thường :
Đây là loại hộp số có 3 trục. Trục sơ cấp và trục thứ cấp được bố trí đồng trục
với nhau. Hộp số có 5 cấp và một số lùi, trong đó tay số 4 là tay số truyền thẳng, tay số
5 là số truyền tăng. Theo sách giới thiệu về xe PRÊGIÔ ta tra được các tỷ số truyền của
các tay số như sau:
Tay số 1 :

Tỷ số truyền

: 4.011

Tay số 2 :

Tỷ số truyền

: 2.272

24


Tay số 3 :

Tỷ số truyền

: 1.425

Tay số 4 :

Tỷ số truyền

: 1.000

Tay số 5 :

Tỷ số truyền

: 0.831

Tay số lùi :

Tỷ số truyền : 3.958

Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là đường biểu thị mối quan hệ giữa
công suất động cơ Ne, mômen động cơ Me theo số vòng quay trục khuỷu ne .
Để xác định được đường đặc tính ngồi của động cơ ta dựa vào công thức thực
nghiệm của Lây Đecman :
Ne = Nemax. [a.(

ne
ne
ne 3
) + b.( )2 - c.(
) ] (2.3)
nN
nN
nN

Với động cơ diesel và là xe du lịch ta có : λ = nx/nN = 1.1
Nemax= 90 (kW)

Đối với động cơ diesel 4 kỳ có buồng cháy xốy lốc: a = 0,7 b = 1,3 c = 1
nN= 4000 (vg/ph)
Chia khoảng số vòng quay của động cơ từ ne= 400 (vg/ph) đến
nemax.λ=4400(vg/ph) bởi khoảng chia 400 (vg/ph) . Thay tất cả các số liệu vào cơng
thức (2.3) ta có đường Ne .
Mặt khác ta lại có cơng thức :

Me =

10 4.N e
( N.m) (2.4)
1,047.ne

Thay các số liệu vào công thức (2.3) và (2.4) ta có bảng sau:
Bảng 3.2: Bảng tính cơng suất và mômen của động cơ.
λ
ne
Ne
Me

0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1

400
800
1200 1600
2000
2400
2800
3200
3600 4000
7.38
16.56
27
38.16
49.5
60.48 70.56
79.2
85.86
90
176.22 197.71 214.9 227.79 236.39 240.69 240.69 236.39 227.79 214.9

25

1.1
4400
88.9
192.98