Trường ĐHCN Hà Nôi - 1 - Báo cáo thực hành
xưởng
BỘ CÔNG THƯƠNG
Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Ôtô
BÀI BÁO CÁO THỰC HÀNH XƯỞNG
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Văn Hải
Sinh viên thực hiện :
1. Đỗ Duy Bảo : Nhóm trưởng
2. Trần Duy Bắc
3.TRần Văn Đồng
4.Nguyễn Ninh Đồng
5.Đỗ Mạnh Cường
6.Trần Cao Cường
7.Bùi Khương Duy
8.Trần Công Duy
9.Nguyễn Trọng Hoan
10.Đặng Văn Mạnh
11.Đặng Văn Nam
12.Nguyễn Văn Hoàn
13.Phạm Tiến Dương
Hà Nội – Năm 2011
Trường ĐHCN Hà Nôi - 2 - Báo cáo thực hành
xưởng
LỜI NÓI ĐẦU
Trong xu thế phát triển của thế giới ngày nay nói chung, và của VIỆT NAM nói
riêng thì ngành công nghiệp ô tô là một ngành không thể thiếu và đóng vai trò hết sức quan
trọng. Nó giúp nền công nghiệp chung của cả thế giới phát triển, đồng thời nó là phương
tiện chuyên chở đáp ứng nhu cầu vận tải và đi lại của con người, nó đóng vai trò quan trọng
và thúc đẩy tất cả các ngành nghề và dịch vụ khác cùng phát triển theo.
Nắm rõ được tầm quan trọng của ngành nghề và sự đam mê của bản thân, khi sắp tốt
nghiệp đại học để trở thành một kỹ sư của ngành ôtô, thì việc củng cố và bồi bổ thêm kiến
thức chuyên ngành là hết sức quan trọng . Trong thời gian đi xưởng vừa qua em có cơ hội
được tìm hiểu về cấu tạo và sự hoạt động của hộp số tự động.
Do kiến thức của bản thân còn hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều và thời gian có hạn
nên bài làm này của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong thầy giáo hướng dẫn
và các thầy cô trong bộ môn tận tình chỉ bảo thêm để bài làm của em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn,cùng các thầy cô giáo trong bộ
môn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, ngày 22 tháng 4 năm 2011
Sinh viên thực hiện.
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG
Trường ĐHCN Hà Nôi - 3 - Báo cáo thực hành
xưởng
1.1.Sơ lược về hộp số tự động
Đối với xe sử dụng 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 không đủ lực để leo dốc
tại số đang chạy, hộp số được chuyển về số thấp. Vì lý do trên nên điều kiện cần thiết đối
với lái xe là phải thường xuyên nhận biết tải động cơ và tốc độ xe để chuyển số một cách
phù hợp.
ở hộp số tự động, 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. Việc điều khiển xe đối với xe có hộp số tự động đã được đơn giản hóa,
người lái xe không còn phải thường xuyên đạp ly hợp và chuyển cần sang số như ở hộp số
thường vì xe sử dụng hộp số tự động không có bàn đạp ly hợp nhờ việc dùng biến mô thủy
lực.
Theo cách điều khiển có thể chia hộp số tự động thành hai loại, chúng khác nhau về hệ
thống sử dụng để điều khiển chuyển số và thời điểm khóa biến mô. Một loại là điều khiển
hoàn toàn bằng thủy lực, loại kia là loại điều khiển điện tử (ECT), nó cũng sử dụng số liệu
trong ECU để điều khiển nhưng có thêm chức năng chẩn đoán và dự phòng. Hộp số điều
khiển hoàn toàn bằng thủy lực hoạt động bởi sự biến đổi một cách cơ khí tốc độ của xe
thành áp suất ly tâm và độ mở bướm ga thành áp suất bướm ga rồi dùng các áp suất thủy
lực này để điều khiển hoạt động của các ly hợp và phanh trong cụm bánh răng hành tinh, do
đó điều khiển thời điểm lên xuống số. Nó được gọi là phương pháp điều khiển thủy lực.
Mặt khác, đối với hộp số điều khiển điện tử ECT, các cảm biến phát hiện tốc độ xe và độ
mở bướm ga biến chúng thành tín hiệu điện và gửi về bộ điều khiển điện tử (ECU). ECU
sau đó điều khiển hoạt động các ly hợp, phanh trên cơ sở những tín hiệu này. Vì vậy điều
khiển thời điểm chuyển số.s
1.2.Chức năng của hộp số tự động
Về cơ bản, hộp số tự động có chức năng như một hộp số thường. Tuy nhiên, hộp số tự
động cho phép đơn giản hóa việc điều khiển hộp số, quá trình chuyển số êm dịu, không cần
ngắt đường truyền công suất từ động cơ xuống khi sang số. Hộp số tự động tự chọn tỉ số
truyền phù hợp với điều kiện hoạt động của ôtô, do đó tạo điều kiện sử dụng gần như tối ưu
Trường ĐHCN Hà Nôi - 4 - Báo cáo thực hành
xưởng
công suất động cơ. Hộp số tự động có những chức năng cơ bản sau:
- Tạo ra các cấp tỉ số truyền phù hợp nhằm thay đổi mômen xoắn từ động cơ đến các bánh
xe chủ động phù hợp với mômen cản luôn thay đổi và nhằm tận dụng tối đa công suất của
động cơ.
- Giúp cho xe thay đổi chiều chuyển động.
- Đảm bảo cho xe dừng tại chỗ mà không cần tắt máy hoặc tách ly hợp.
Ngoài ra, ở hộp số tự động điều khiển điện tử (ECT) còn có các chức năng an toàn. Nếu có
hư hỏng xảy ra trong hệ thống khi đang lái xe ECT sẽ hoạt động ở chế độ dự phòng, cho
phép xe tiếp tục hoạt động ở chế độ đã được định trước.
1.3.Lịch sử phát triển của hộp số tự động
Ngay từ những năm 1900, ý tưởng về một loại hộp số tự động chuyển số đã được các kĩ sư
hàng hải của Đức nghiên cứu chế tạo. Sau mấy thập kỉ nghiên cứu và thử nghiệm, đến năm
1938, hộp số tự động đầu tiên ra đời khi hãng GM giới thiệu chiếc Oldsmobile được trang
bị hộp số tự động. Việc điều khiển ôtô được đơn giản hóa bởi vì không còn bàn đạp ly hợp.
Tuy nhiên, hộp số thường vẫn được sử dụng phổ biến nhờ kết cấu đơn giản, dễ sửa chữa và
giá thành thấp.
Đến những năm 70, hộp số tự động đã thực sự hồi sinh khi hàng loạt các hãng ôtô cho ra
các loại xe mới với hộp số tự động đi kèm. Từ đó đến nay hộp số tự động đã phát triển
không ngừng và dần thay thế cho hộp số thường. Khi mới ra đời, hộp số tự động là loại có
cấp được điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực. Để chính xác hóa thời điểm chuyển số và để
tăng cường tính an toàn trong sử dụng các nhà sản xuất ôtô đã cho ra đời hộp số tự động có
cấp điều khiển bằng điện tử (ECT). Vẫn chưa hài lòng với các cấp tỉ số truyền của ECT,
các nhà sản xuất ôtô đã nghiên cứu – chế tạo thành công một loại hộp số tự động có vô số
cấp tỉ số truyền (hộp số vô cấp) vào những năm cuối của thế kỉ XX. Hiện nay, để đáp ứng
nhu cầu sử dụng của khách hàng và để tăng tính an toàn trong quá trình sử dụng, các nhà
chế tạo đã cho ra đời loại hộp số điều khiển điện tử có thêm chức năng sang số bằng cần
sang số như là ở hộp số thường.
Ngày nay, hộp số tự động đã được sử dụng khá phổ biến trên các loại xe du lịch, thậm chí
trên xe 4WD và xe tải nhỏ. ở nước ta, hộp số tự động đã xuất hiện từ những năm 1990 trên
Trường ĐHCN Hà Nôi - 5 - Báo cáo thực hành
xưởng
các xe nhập về từ Mỹ và Châu âu. Tuy nhiên, do khả năng công nghệ của nước ta lúc đó
còn hạn chế, việc sửa chữa – bảo dưỡng rất khó khăn cùng với việc người lái xe chưa thấy
được ưu điểm của hộp số tự động nên ít trang bị hộp số tự động trên xe. Hiện nay, cùng với
những tiến bộ của khoa học kĩ thuật, công nghệ chế tạo hộp số cũng được hoàn chỉnh. Hộp
số tự động đã khẳng định được khả năng ưu việt của nó so với hộp số thường và ngày càng
được người lái xe ưa chuộng.
1.4.Ưu điểm của hộp số tự động
So với hộp số thường, hộp số tự động có các ưu điểm sau:
- Nó làm giảm mệt mỏi cho lái xe bằng cách loại bỏ các thao tác cắt ly
hợp và thường xuyên phải chuyển số.
- Chuyển số một cách tự động và êm dịu tại các tốc độ thích hợp với chế
độ lái xe do vậy giảm bớt cho lái xe sự cần thiết phải thành thạo các kỹ thuật lái
xe khó khăn và phức tạp như vận hành ly hợp.
- Nó tránh cho động cơ và dịng dẫn động khỏi bị quá tải, do nó nối chúng
bằng thủy lực (qua biến mô) tốt hơn so với bằng cơ khí.
- Hấp thu va đập trên hệ thống truyền lực nhờ chứa dầu bên trong.
Tuy nhiên, hộp số tự động có giá thành cao, khó bảo dưỡng - sửa chữa hơn
hộp số thường.
1.5.Phân loại hộp số tự động
Hiện nay, sử dụng trên xe có hai loại hộp số tự động:
- Hộp số tự động có cấp.
- Hộp số tự động vô cấp.
Hộp số tự động vô cấp ít được sử dụng hơn do công nghệ chế tạo phức tạp,
giá thành cao.
Theo cách bố trí trên xe hộp số tự động được chia làm loại:
Hộp số sử dụng trên xe FF ( động cơ đặt trước – cầu trước chủ động): loại này
bao gồm cả bộ truyền lực cuối cùng (vi sai) ở trong hộp số.
Trường ĐHCN Hà Nôi - 6 - Báo cáo thực hành
xưởng
- Hộp số sử dụng trên xe FR ( động cơ đặt trước – cầu sau chủ động) :
loại này có bộ truyền lực cuối cùng ở ngoài hộp số.
Trường ĐHCN Hà Nôi - 7 - Báo cáo thực hành
xưởng
Theo cách điều khiển, hộp số tự động chia thành 2 loại:
- Loại điều khiển hoàn toàn bằng thủy lực.
Trường ĐHCN Hà Nôi - 8 - Báo cáo thực hành
xưởng
- Loại điều khiển điện tử kết hợp thủy lực
Trường ĐHCN Hà Nôi - 9 - Báo cáo thực hành
xưởng
CHƯƠNG 2 : TÌM HIỂU KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỘP SỐ
TỰ ĐỘNG
2.1.Cấu tạo chung của hộp số tự động
Hiện nay, hộp sô tự động trên xe có 3 cụm bộ phận chính:
- Bộ biến mô.
- Bộ truyền động bánh răng hành tinh
- Bộ điều khiển thủy lực (đối với hộp số điều khiển hoàn toàn bằng thủy
lực) hoặc bộ điều khiển điện tử kết hợp thủy lực (đối với hộp số điều khiển bằng
điện tử). Ngoài ra, trên hộp số tự động còn có các cơ cấu và các hệ thống điều
khiển khác như: Cơ cấu chuyển số cơ khí, hệ thống làm mát dầu hộp số, hệ
thống khóa cần số (shift-lock system), hệ thống khóa công tắc máy (key
interlock system)…
2.2.Cấu tạo các bộ phận trong hộp số tự động
2.2.1.Bộ biến mô
a.Khái quát chung và cấu tạo
Trường ĐHCN Hà Nôi - 10 - Báo cáo thực hành
xưởng
- Bộ biến mô vừa truyền vừa khuếch đại momen từ động cơ vào hộp số( bộ truyền bánh
răng hành tinh) bằng việc sử dụng dầu hộp số tự động(ATF) như một môi chất.
- Bộ biến mô gồm bánh bơm, bánh tua bin,khớp một chiều,stato và vỏ biến mô chứa tất cả
các bộ phận đó.
- Bộ phận biến đổi được đổ đầy ATF do bơm dầu cung cấp.Động cơ quay và bánh bơm
quay,và dầu bị đẩy ra từ bánh bơm thành một dòng mạnh làm quay bánh tua bin.
Bánh bơm
Bánh bơm được bố trí trong vỏ bộ biến mô và được nối với truc khuỷu qua đĩa dẫn
động. Nhiều cánh hình cong được lắp bên trong bánh bơm. Một vòng dẫn hướng được lắp
trên mép trong của các cánh để đường dẫn dầu được êm.
Trường ĐHCN Hà Nôi - 11 - Báo cáo thực hành
xưởng
Bánh tua bin
Rất nhiều cánh được lắp trên bánh tua bin giống như trường hợp bánh bơm. Hướng cong
của các bánh này ngược chiều với hướng của các bánh bơm,bánh tua bin được lắp trên trục
sơ cấp của hộp số sao cho các cánh bên trong nó nằm đối diện với các cánh của bánh bơm
với khe hở rất nhỏ ở giữa.
Stato
Stato nằm giữa bánh bơm và bánh tuabin, qua khớp 1 chiều nó được lắp trên truc
stato trục này được cố định trên vỏ hộp số.
Hoạt động của stato
Dòng bơm dầu trở về từ bánh tua bin vào bánh bơm theo hướng cản sự quay của bánh
bơm.Do đó,stato đổi chiều của dòng dầu sao cho nó tác động lên phía sau của các cánh trên
bánh bơm và bổ xung thêm lực đẩy cho bánh bơm do đó làm tăng thêm mômen.
Hoạt động của khớp một chiều
Trường ĐHCN Hà Nôi - 12 - Báo cáo thực hành
xưởng
Khớp một chiều cho phép stato quay theo chiều quay của trục khuỷu của động cơ. Tuy
nhiên nếu stato định bắt đầu quay theo chiều ngược lại thì khớp ngược chiều sẽ khóa stato
để ngăn không cho nó quay.
Cơ cấu li hợp khoá biến mô
Mô tả
Cơ cấu li hợp khoá biến mô truyền công suất từ động cơ tới hộp số tự động một cách trực
tiếp và cơ học. Do bộ biến mô sử dòng thuỷ lực để gián tiếp truyền công suất nên có sự tổn
Trường ĐHCN Hà Nôi - 13 - Báo cáo thực hành
xưởng
hao công suất.Vì vậy li hợp được lắp trong bộ biến mô để nối trực tiếp động cơ tới hộp số
để giảm tổn thất công suất.
Khi xe đạt được một tốc độ nhất định, thì cơ cấu li hợp khoá biến mô sẽ được sử dụng để
nâng cao công suất và sử dụng nhiên liệu.
Li hợp khoá biến mô sẽ được lắp trong moay ơ của bánh tuabin, phía trước bánh tuabin.
Lò xo giảm chấn sẽ hấp thụ lực xoắn khi ăn khớp li hợp để ngăn không cho sinh ra va đập.
Một vật liệu ma sát (cùng dạng vật liệu sử dụng trong phanh đĩa và đĩa li hợp) được gắn
lên vỏ biến mô hoạc piston khoá của bộ biến mô để ngăn sự trượt ở thời điểm ăn khớp li
hợp.
Vận hành
Khi li hợp khoá biến mô được kích hoạt thì nó sẽ quay cùng vơi bánh bơm và bánh
tuabin.Việc ăn khớp và nhả li hợp khoá biến mô được xác định từ những thay đổi về hướng
của dòng thuỷ lực trong biến mô khi xe đạt được một tốc độ nhất định.
Trường ĐHCN Hà Nôi - 14 - Báo cáo thực hành
xưởng
Nhả khớp
Khi xe chạy ở tốc độ thấp thì dầu bị nén ( áp suất của bộ biến mô) sẽ chảy vào phía trước
của bộ li hợp khoá biến mô. Do đó, áp suất trên mặt trước và mặt sau của li hợp khoá biến
mô trở nên cân bằng và do đó li hợp khoá biến mô được nhả khớp.
Trường ĐHCN Hà Nôi - 15 - Báo cáo thực hành
xưởng
Ăn khớp
Trường ĐHCN Hà Nôi - 16 - Báo cáo thực hành
xưởng
Khi xe chạy ở tốc độ trung bình hoạc cao thì dầu bị nén sẽ chảy vào phía sau của li hợp
khoá biến mô. Do đó, vỏ bộ biến mô và li hợp khoá biến mô sẽ trực tiếp nối với nhau. Do
đó li hợp khoá biến mô và vỏ biến mô sẽ quay cùng nhau.
b. Nguyên lý và hoạt động của bộ biến mô
Sự truyền mômen
Trường ĐHCN Hà Nôi - 17 - Báo cáo thực hành
xưởng
Khi tốc độ của bánh bơm tăng thì lực ly tâm bắt đầu làm cho dầu chảy từ tâm bánh bơm
ra ngoài. Khi tốc độ bánh bơm tăng lên nữa thì dầu bị ép văng ra khỏi bánh bơm.Dầu va
vào cánh của bánh tuabin làm cho bánh tuabin bắt đầu quay cùng chiều với bánh bơm. Dầu
chảy vào trong dọc theo các cánh của bánh tuabin.Khi nó chui được vào trong bánh tuabin
thì mặt cong trong của bánh sẽ đổi hướng dầu ngược lại về phía bánh bơm, và chu kỳ lại
bắt đầu lại từ đầu.Việc truyền moomen được thực hiện nhờ sự tuần hoàn dầu qua bánh
bơm và bánh tua bin.
Khuếch đại mô men
Việc khuếch đại momen do biến mô thực hiện bằng cách dẫn dầu khi nó vẫn còn năng
lượng sau khi đã đi qua bánh tuabin trở về bánh bơm qua các cánh của stato.
Trường ĐHCN Hà Nôi - 18 - Báo cáo thực hành
xưởng
Nói cách khác bánh bơm được quay do mô men từ động cơ mà mô men này lại được bổ
xung dầu quay về từ bánh tuabin. Có thể nói rằng bánh bơm đã khuếch đại mô men ban đầu
để dẫn động bánh tuabin.
Hoạt động của biến mô
Trường ĐHCN Hà Nôi - 19 - Báo cáo thực hành
xưởng
Dưới đây là mô tả chung của hoạt động của bộ biến mô khi cần số di chuyển vào “D”,
“2”, “L” hoạc “R”.
Khi động cơ chạy không tải hoặc xe dừng
Khi động cơ chạy không tải thì momen sinh ra do động cơ là rất nhỏ. Nếu gài phanh
( phanh tay hoạc phanh chân) thì tải trên bánh tuabin rất lớn vì nó không thể quay được.
Tuy nhiên, do nó bị dừng nên tỷ số truyền tốc độ của bánh tuabin so với bánh bơm bằng
không trong khi tỷ số truyền momen ở trị số lớn nhất. Do đó , bánh tuabin luôn sẵn sang
quay với một momen lớn hơn momen do động cơ sinh ra.
Xe bắt đầu chuyển động
Trường ĐHCN Hà Nôi - 20 - Báo cáo thực hành
xưởng
Khi nhả phanh thì bánh tuabin có thể quay cùng với trục sơ cấp của hộp số. Do đó, bánh
tuabin quay với momen lớn hơn momen do động cơ sinh ra khi đạp bàn đạp ga. Như vậy
xe bắt đầu chuyển động .
Xe chạy với tốc độ thấp
Trường ĐHCN Hà Nôi - 21 - Báo cáo thực hành
xưởng
Khi tốc độ xe tăng lên, thì tốc độ quay của bánh tuabin sẽ nhanh tróng tiến gần tới tốc độ
quay của bánh bơm. Vì vậy, tỷ số truyền của momen nhanh tróng tiến gần tới 1.0. Khi tỷ số
truyền tốc độ của bánh tuabin và bánh bơm đạt tới điểm ly hợp thì stato bắt đầu quay, và sự
khuếch đại momen giảm xuống. Nói cách khác, bộ biến mô bắt đầu hoạt động như một
khớp nối thuỷ lực. Do đó, tốc độ xe tăng gần như tỷ lệ thuận với tốc độ quay của động cơ.
Xe chạy ổn định ở tốc độ trung bình hoạc ở tốc độ cao
Trường ĐHCN Hà Nôi - 22 - Báo cáo thực hành
xưởng
Bộ biến mô chỉ hoạt động nhử một khớp nối thuỷ lực. Bánh tuabin quay gần bằng tốc độ
của bánh bơm.
Chú ý
Trường ĐHCN Hà Nôi - 23 - Báo cáo thực hành
xưởng
Trong điều kiện bình thường thì khi xe bắt đầu chuyển động thì bộ biến mô xẽ đạt được
điểm li hợp trong thời gian từ 2 tới 3 giây. Tuy nhiên nếu tải nặng thì thậm trí cả khi xe
chạy ở tốc độ trung bình hoạc ở tốc độ cao thì bộ biến mô vẫn có thể hoạt động trong dải
biến mô.
Khi nhả các phanh, thậm chí nếu không đạp bàn đạp ga thì xe vẫn từ chuyển động. Hiện
tượng này gọi là hiện tượng trườn.
c.Tính năng của bộ biến mô
Tỷ số truyền momen và hiệu suất truyền
Độ khuếch đại momen do bộ biến mô sẽ tăng theo tỷ lệ dòng xoáy.Có nghĩa là momen
cực đại khi bánh tuabin dừng.
- Dải biến mô, trong đó có sự khuếch đại momen
- Dải khớp nối, chỉ đơn thuần là truyền momen
Điểm li hợp là đường phân chia giữa hai phạm vi đó, hiệu suất truyền động của bộ biến
mô cho thấy năng lượng truyền cho bánh bơm truyền tới bánh tuabin với hiệu quả là ra
sao.Năng lượng ở đây là công suất của bản thân động cơ, tỷ lệ với tốc độ động cơ và
momen động cơ. Do momen được truyền gần 1:1 trong khớp thuỷ lực nên hiệu suất truyền
động trong giải khớp nối sẽ tăng tuyến tính và tỷ lệ so với tỷ số tốc độ.
Tuy nhiên, hiệu suất truyền động của bộ biến mô không đạt được 100% và thường đạt 95%
. Sự tổn hao năng lượng là do nhiệt sinh ra trong dầu và trong ma sát. Khi tuần hoàn dầu nó
được bộ làm mát dầu làm mát
Trường ĐHCN Hà Nôi - 24 - Báo cáo thực hành
xưởng
Điểm dừng và điểm li hợp
-Điểm dừng
Điểm dừng là chỉ tình trạng mà ở đó bánh tuabin không chuyển động. Sự chênh lệch
giữa tốc độ của bánh bơm và bánh tuabin là lớn nhất.
Tỷ số truyền momen của bộ biến mô là lớn nhất tại điểm dừng ( thường trong phạm vi từ
1.7 tới 2.5). Hiệu suất truyền bằng 0.
Trường ĐHCN Hà Nôi - 25 - Báo cáo thực hành
xưởng
- Điểm li hợp
Khi bánh tuabin bắt đầu quay và tỷ số truyền tốc độ tăng lên, sự chênh lệch tốc độ giữa
bánh bơm và bánh tuabin bắt đầu giảm xuống .
Tuy nhiên, ở thời điểm này hiệu suất truyền động tăng. Hiệu suất truyền động lớn nhất
ngay trước điểm li hợp. Khi tỷ số tốc độ đạt tới một trị số nào đó thì tỷ số truyền momen
trở nên gần 1:1.
Nói cách khác, stato bắt đầu quay ở điểm li hợp và bộ biến mô hoạt động như một khớp
nối thuỷ lực ngăn không cho tỷ số truyền momen giảm xuống dưới 1.
Chức năng của khớp 1 chiều của stato
- Mô tả