Khảo sát động lực học hệ thống truyền lực có truyền động thủy lực

MỞ ĐẦU
Trên thế giới hiện nay, với sự phát triển không ngừng nền khoa học kỹ thuật,
ngành công nghiệp chế tạo ô tô đang trên đà phát triển mạnh mẽ, đặc biệt cùng với việc
ứng dụng khoa học kỹ thuật công nghệ đã đưa ngành công nghiệp chế tạo ô tô phát
triển vượt bậc. Hiện nay trên ô tô tự động hóa cũng đã được tích hợp trong nhiều bộ
phận và ngày càng hoàn thiện nhằm nâng cao các tính năng của ô tô cho mục đích sử
dụng của con người.
Mục đích của sự biến đ i hoàn thiện là nhằm: Gi m tiêu hao nhiên liệu, tăng
công su t, gi m độ n, tăng t c độ lớn nh t của động c , sử dụng t t nh t công su t
động c sinh ra và tạo sự thuận lợi, đ n gi n cho người lái. Với hệ th ng truyền lực mà
đặc biệt là phần hộp s , tuy với kết c u phức tạp nhưng lại giúp người điều khiển đ n
gi n hóa việc điều khiển, đ m b o cho người điều khiển có trình độ không cao có thể
điều khiển dễ dàng. Mặt khác nó còn gi m bớt lao động lái cho người điều khiển. Hệ
th ng truyền lực có truyền động thủy lực mà điển hình là sự kết hợp giữa động c , biến
mô thủy lực và hộp s tự động đáp ứng được những yêu cầu nói trên. Hệ th ng truyền
động thủy lực có kết c u khá phức tạp so với hệ th ng truyền lực c khí thông thường.
Do vậy việc nghiên cứu và nắm vững nguyên lý hoạt động của nó trang bị cho cán bộ
kỹ thuật những kiến thức nhằm nâng cao hiệu qu trong quá trình sử dụng, khai thác và
sửa chữa được hiệu qu t t. Xu t phát từ yêu cầu thực tế và sự hiểu biết của b n thân,
có sự ch p thuận của giáo viên hướng dẫn em đã chọn đề tài “Kh o sát động lực học hệ
th ng truyền lực có truyền động thủy lực” để làm đề tài luận văn.
Nội dung của đề tài là tìm hiểu về kết c u của hệ th ng truyền động thủy lực có
truyền động thủy lực bao g m: Biến mô thủy lực, bộ truyền bánh răng hành tinh,
đường đặc tính hệ th ng động c – biến mô thủy lực và kh o sát đặc tính động lực học
của xe có truyền động thủy lực.

1


Mục tiêu của luận văn là xây dựng đường đặc tính t i trọng và đường đặc tính ra
của hệ th ng động c đ t trong và biến mô thủy lực từ đó xây dựng các đường đặc tính

động lực học của hệ th ng truyền lực.
Phư ng pháp nghiên cứu là nghiên cứu đường đặc tính của động c , đường đặc
tính của biến mô, áp dụng lý thuyết để xây dựng đường đặc tính ra của hệ th ng động
c - biến mô thủy lực.
Trong quá trình thực hiện đề tài chắc chắn khó tránh khỏi những sai sót. Vì vậy
em r t mong có được sự chỉ b o thêm của thầy và sự góp ý kiến của các bạn để đề tài
thêm hoàn chỉnh.

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CÓ TRUYỀN
ĐỘNG THỦY LỰC
1.1. Nhiệm vụ của hệ thống truyền lực trên ôtô:
Hệ th ng truyền lực của ôtô là tập hợp t t c các c c u n i từ động c tới bánh
xe chủ động, bao g m các c c u : truyền, cắt, đ i chiều quay, biến đ i giá trị mômen.
Nhiệm vụ c b n của hệ th ng truyền lực là:
Truyền, biến đ i mômen quay và s vòng quay từ động c tới bánh xe chủ động
sao cho phù hợp giữa chế độ làm việc của động c và mômen c n sinh ra trong quá
trình ôtô chuyển động.
Cắt dòng truyền mômen trong thời gian ngắn hoặc dài.
Thực hiện đ i chiều chuyển động nhằm tạo nên chuyển động lùi cho ôtô.
Tạo kh năng chuyển động mềm mại và tính năng việt dã cần thiết trên đường.
Hệ th ng truyền lực của ô tô có thể sử dụng truyền động c khí hoặc truyền
động c khí kết hợp truyền động thủy lực. Truyền động thuỷ lực g m hai loại là truyền
động thuỷ lực thuỷ động và truyền động thuỷ lực thủy tĩnh. Truyền động thủy lực thủy
tĩnh là dùng áp năng của ch t lỏng để truyền c năng. Truyền động thủy động là dùng
động năng chuyển động của ch t lỏng để truyền c năng Trong hệ th ng truyền lực có
truyền động thủy lực của ô tô chủ yếu là dùng động năng của dòng ch t lỏng chuyển
động.

Nhược điểm lớn nh t của truyền động thủy lực là kh năng khuếch đại mômen
chỉ kho ng 2-3 lần nếu tăng lên nữa thì hiệu su t sẽ gi m th p. Do đó để tăng mômen
động c lên đáng kể và mở rộng phạm vi vận t c làm việc đ ng thời để tăng hiệu su t
chung, người ta dùng truyền động thủy c . Truyền động thủy c là sự kết hợp giữa
truyền động c khí và truyền động thủy lực. Nó g m động c kết hợp với biến mô thủy
lực và hộp s c khí, hộp s c khí dùng trong truyền động thủy lực là hộp s g m các
c c u bánh răng hành tinh để tạo ra hộp s tự động, có kh năng tự động thay đ i tỉ s
truyền dựa theo mô men c n bánh xe chủ động. Mômen xoắn được truyền đến các bánh

3


xe chủ động êm dịu và liên tục, tư ng ứng với t i của động c và t c độ chuyển động ô
tô, gi m được t i trọng động tác dụng lên các chi tiết của hệ th ng truyền lực và hoàn
thiện được kh năng động lực học.
Truyền động thủy lực phù hợp với việc truyền công su t lớn và đặc điểm êm dịu
n định và dễ tự động hóa mà các truyền động khác không có.
1.2. Hộp số sử dụng trong hệ thống truyền lực có truyền động thủy lực
Đ i với xe ôtô có hộp s thường, cần sang s được sử dụng để chuyển s nhằm
thay đ i lực kéo tại bánh xe cho phù hợp với điều kiện chuyển động. Khi lái xe lên d c
hay khi động c không có đủ lực để leo d c tại s đang chạy, hộp s được chuyển về
s th p.
Vì các lý do trên, nên điều cần thiết đ i với các lái xe là ph i thường xuyên nhận
biết t i và t c độ động c để chuyển s một cách phù hợp. Điều đó sẽ gây nên sự m t
mát công su t động c một cách không cần thiết, ngoài ra nó còn gây nên sự khó khăn
khi điều khiển và sự tập trung quá mức đ i với người lái.
Ở hộp s tự động, những nhận biết như vậy của lái xe là không cần thiết, lái xe
không cần ph i chuyển s mà việc chuyển lên hay xu ng đến s thích hợp nh t được
thực hiện một cách tự động tại thời điểm thích hợp nh t theo t i động c và t c độ xe.
Cụm hộp s tự động trên ô tô hiện nay bao g m biến mômen và c c u hành

tinh, là một cụm có chung một vỏ được lắp liền sau động c . Trong hệ th ng truyền
lực, chức năng của cụm hộp s tự động có hệ th ng 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 đ i
các s truyền bên trong hộp s chính.
Biến mômen dùng trên ô tô thông thường có kh năng biến đ i mômen trong
kho ng từ 1,6 đến 2,5 lần mômen của động c . 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
s c khí vô c p hoặc có c p.
1.2.1. Ưu nhược điểm của hộp s trong truyền động thủy lực

4


a. Ưu điểm:
Nhờ kết c u của bộ truyền hành tinh mà hộp s tự động khi được tự động hóa
quá trình chuyển s có được r t nhiều ưu điểm.
Quá trình chuyển s được thực hiện tự động nên gi m được thao tác điều khiển
ly hợp và hộp s , gi m cường độ lao động cho người lái tạo điều kiện cho người lái xử
lý các tình hu ng 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, tư ng
ứng với t i của động c và t c độ chuyển động ô tô, gi m được t i trọng động tác dụng
lên các chi tiết của hệ th ng truyền lực và hoàn thiện được kh năng động lực học.
Khi sử dụng biến mô thủy lực, hay bộ truyền đai có thể hạn chế được t i trọng
động, nâng cao tu i thọ và độ bền cho động c và hệ th ng truyền lực.
Chuyển s liên tục mà không cắt dòng lực từ động c .
Thời hạn phục vụ dài h n, lực truyền đ ng thời qua một s cặp bánh răng ăn
khớp, ứng su t trên răng nhỏ. Ăn khớp trong nên đường kính vòng tròn ăn khớp lớn.
Có kh năng tự triệt tiêu lực hướng trục.
Gi m độ n khi làm việc.

Hiệu su t làm việc cao vì các dòng năng lượng có thể là song song
Cho tỉ s truyền phù hợp nhưng kích thước không lớn.
b. Nhược điểm:
Bên cạnh đó hộp s tự động cũng không tránh khỏi những nhược điểm:
Sự thay đ i t c độ còn kèm theo sự trượt của các phần tử truyền lực, dẫn tới sự
t n hao một phần nhỏ công su t động c .
Kh năng chuyển động của ô tô không hoàn toàn phụ thuộc vào thao tác người
lái mà còn phụ thuộc vào tình trạng mặt đường, đôi khi có thể x y ra tình hu ng khó
làm chủ chuyển động của ô tô trên đường.

5


Công nghệ chế tạo đòi hỏi độ chính xác cao do các trục được sử dụng nhiều là
trục l ng, nhiều bánh răng cùng ăn khớp với 1 bánh răng, các c c u điều khiển đòi hỏi
sự chính xác cao độ.
Kết c u phức tạp, nhiều cụm l ng, trục l ng, phanh, ly hợp khóa.
Lực ly tâm trên các bánh răng hành tinh là lớn do t c độ góc lớn.
Nếu sử dụng nhiều ly hợp và phanh thì có thể nâng cao t n hao công su t khi
chuyển s , hiệu su t sẽ gi m xu ng.
Tuy nhiên, với công nghệ chế tạo máy hiện nay thì những nhược điểm của hộp
s hành tinh sẽ dần dần được khắc phục khi chọn t i ưu s đ hoạt động.
1.2.2.Phân loại hộp s trong truyền động thủy lực
a. Theo cách bố trí có:
Loại hộp s sử dụng trên ôtô FF : Động c đặt trước, cầu trước chủ động.
Loại hộp s sử dụng trên ôtô FR : Động c đặt trước, cầu sau chủ động.
Các hộp s sử dụng trên ôtô FF được thiết kế gọn nh h n so với loại sử dụng
trên ôtô FR do chúng được lắp đặt cùng một khoang với động c .
Các hộp s sử dụng cho ôtô FR có bộ truyền động bánh răng cu i cùng với vi
sai lắp bên ngoài. Còn các hộp s sử dụng trên ôtô FF có bộ truyền bánh răng cu i

cùng với vi sai lắp ở bên trong, vì vậy loại hộp s tự động sử dụng trên ôtô FF còn gọi
là hộp s có vi sai.
b.Theo bộ truyền bánh răng.
Hộp s tự động sử dụng bộ truyền hành tinh.
Hộp s tự động sử dụng các cặp bánh răng luôn ăn khớp với nhiều trục.
c.Theo cách điều khiển.
Hộp s tự động thường.
Hộp s tự động điện tử ( gọi là EAT ).
1.2.3. Yêu cầu chung của hộp s trong truyền động thủy lực.
Chuyển s nhanh chóng êm dịu và chính xác, không gây giật hoặc gây n.

6


D i tỉ s truyền hợp lý nhằm tận dụng hết công su t động c và nâng cao kh
năng tăng t c cho xe.
Tiết kiệm nhiên liệu một cách t i đa có thể.
Kết c u thuận lợi nh t có thể cho sửa chữa, b o dưỡng, chẩn đoán sự c trên xe.
Độ bền cao, tính tin cậy lớn.
Kích thước nhỏ gọn, kh i lượng không quá lớn nhằm tăng kho ng sáng gầm xe,
nâng cao kh năng thông qua cho xe ở đường g ghề và gi m bớt trọng lượng của xe.
Điều khiển dễ dàng.
Giá thành hợp lý.
Hiệu su t cao.
Ngoài những yêu cầu trên hộp s được thiết kế cho xe trong đ án này là hộp s
tự động nên có những yêu cầu riêng sau:
Có s lượng s truyền phù hợp để tận dụng t i đa công su t động c .
S lượng các phần tử điều khiển (PTĐK) thích hợp được b trí phù hợp đ i với
dạng xe cầu trước hoặc sau chủ động. Các chế độ làm việc của các phần tử điều khiển
ph i hợp lý gi m t n th t trong quá trình hoạt động n định của xe.

Quá trình chuyển s nhanh chóng và chính xác thông qua các c c u điều khiển
thủy lực và điện tử.
Có kh năng lựa chọn các chế độ sang s phù hợp với sở thích của người lái và
hành khách.
Trong t t c các yêu cầu trên thì đ i với một xe đa dụng để chở hành khách, độ
êm dịu trong hoạt động là v n đề quan trọng hàng đầu.
1.3. Cơ cấu hành tinh.
1.3.1: Giới thiệu c c u hành tinh.
C c u hành tinh là một c c u truyền động bằng bánh răng trong đó có t i thiểu
một trục hình học của một bánh răng nào đó không c định.Bánh răng có trục hình học
chuyển động gọi là bánh răng hành tinh. Bánh răng hành tinh có thể có một hay một s

7


vành răng hoặc là một s bánh răng ăn khớp với nhau.Khâu mà trên đó b trí trục của
các bánh răng hành tinh gọi là cần dẫn.Bánh răng mà trục hình học của nó trùng với
trục chính gọi là bánh răng trung tâm.Khâu tiếp nhận mô men ngoại lực hay truyền t i
trọng và là khâu trung tâm được gọi là khâu chính của c c u hành tinh.C c u hành
tinh mà trong đó t t c ba khâu chính đều quay được gọi là c c u vi sai. Bộ truyền
hành tinh có thể là một dãy hay một s dãy hành tinh kết n i với nhau. C sở của bộ
truyền hành tinh là các dãy hành tinh bao g m các bánh răng ăn khớp ngoài hay ăn
khớp dạng hỗn hợp (c c u hành tinh mà khâu chính là bánh răng trung tâm và một cần
dẫn). Ph biến nh t là các dãy hành tinh với các bánh răng ăn khớp hỗn hợp. Vì chúng
tạo được tỷ s truyền lớn và kích thước nhỏ gọn.
Hộp s hành tinh đặt sau biến mô men của hệ th ng truyền lực. Khác với truyền
động bánh răng thông thường trong truyền động hành tinh. Các trục và bánh răng trong
su t thời gian làm việc có thể thay đ i vị trí của mình trong không gian. Ngoài chuyển
động quay quanh trục của mình các bánh răng thực đ ng thời chuyển động lăn xung
quanh bánh răng trung tâm .Việc chuyển s trong các bộ truyền này nhờ các ly hợp,

phanh đĩa.
Trong hộp s tự động không có cần chuyển s mà chỉ có cần chọn s . Cần chọn
s nhằm xác định giới hạn kh năng tự động chuyển s trong một kho ng thời gian
nh t định.
1.3.2. Ưu, nhược điểm của c c u hành tinh
a. Ưu điểm :
-

Có thể chuyển s liên tục mà không làm gián đoạn dòng lực truyền từ động c
đến các bánh xe chủ động.

-

Thời gian phục vụ dài h n

8


-

Lực truyền đ ng thời qua một s cặp bánh răng ăn khớp, ứng su t trên răng nhỏ.
Ăn khớp trong nên đường kính vòng tròn ăn khớp lớn.

-

Kích thước nhỏ gọn.

-

Có tỷ s truyền cao.

-

Hiệu su t làm việc cao, vì các dòng lực có thể là song song, ma sát sinh ra tiêu
hao năng lượng nhỏ do chỉ có sự chuyển động tư ng đ i.

b. Nhược điểm :
-

Công nghệ chế tạo đòi hỏi ph i chính xác cao: Trục l ng, bánh răng ăn khớp
nhiều vị trí.

-

Kết c u phức tạp: Nhiều cụm chi tiết l ng nhau, trục l ng, phanh, ly hợp khóa.

-

Lực ly tâm trên các bánh răng hành tinh lớn do chúng quay với t c độ lớn.

-

Khi dùng nhiều ly hợp và phanh trong c c u sẽ làm tăng t n hao công su t khi
chuyển s , do đó hiệu su t gi m.

1.3.3. Phân loại c c u hành tinh.
a. Phân loại theo số bậc tự do.
- Để nhận được một tỷ s truyền hoàn toàn xác định, trong hộp s hành tinh chỉ có một
bậc tự do, các bậc tự do khác ph i được loại trừ bằng liên kết cứng. Do vậy, s bậc tự
do trong c c u bằng s liên kết cứng cộng với 1.

- Nếu c c u gài một s truyền cần ph i đóng một phanh d i hoặc ly hợp khóa, tức ph i
tạo ra một liên kết cứng. Như vậy s bậc tự do trong c c u là hai bậc tự do.
- Trong hộp s hành tinh 4, 5 bậc tự do và để gài được một s truyền cần ph i có 3, 4
liên kết đ ng thời.
B ng 1-1 Kiểu CCHT và s lượng s truyền, s lượng phần tử ma sát.

9


S lượng tỷ s truyền m
Kiểu HSHT

3

4

5

6

7

8

9

10 11

S lượng phần tử ma sát cần thiết
CCHT hai bậc tự do

3

4

5

6

7

8

9

10 11

CCHT ba bậc tự do

3

4

4

4

5

5

5

5

6

CCHT b n bậc tự do

-

4

5

5

5

5

5

6

6

- S lượng bậc tự do của HSHT m phụ thuộc vào s lượng s truyền và s lượng dãy
CCHT c b n. Khi m lớn thì s lượng m i liên kết lớn nên kết c u sẽ phức tạp. M i
liên quan ghi trong b ng 2.

B ng 1-2 Kiểu CCHT và dãy s CCHT, s lượng phần tử ma sát.
Loại HSHT

Dãy CCHT hai bậc tự do

Dãy CCHT ba bậc tự do

S phần tử ma sát

6

4

S dãy CCHT

5

3

b. Phân loại theo đặc tính ăn khớp.
Theo đặc tính ăn khớp c c u hành tinh phân ra :
-

Dãy hành tinh ăn khớp trong, ngoài và hỗn hợp. Loại này thường có kết c u nhỏ
gọn, độ cao và thường hay được dùng trên ô tô (hình 1.4a).

-

Dãy hành tinh ăn khớp ngoài, loại này thường dùng cho hộp s c khí có t c độ
th p, thông thường ít dùng trên ô tô vì có hiệu su t th p (hình 1.4c).

10


Hình 1.4 Các dãy c c u hành tinh c b n.
H- Bánh răng hành tinh, M- Bánh răng mặt trời, N – Bánh răng bao,
G – Cần dẫn, 1, 2 – Cặp bánh răng côn.
c. Phân loại theo kết cấu .
Theo theo kết c u chia c c u hành tinh ra các loại sau.
- Loại dùng bánh răng trụ, răng thẳng hoặc răng nghiêng (hình1.4a và 1.4c). Loại
này dùng chủ yếu trong hộp s hay truyền lực bánh xe.
- Loại dùng bánh răng côn (hình 1.4b và 1.4d). Dãy hành tinh dùng bánh răng côn
thường sữ dụng trong cụm vi sai giữa các bánh xe (hình 1.4b) hay giữa các cầu
(hình 1.4d).
d. Phân loại theo số khâu.
- Nếu coi bánh răng hành tinh chỉ là khâu liên kết thì c c u hành tinh chia ra: Ba khâu,
b n khâu và năm khâu.
- Bộ truyền hành tinh một dãy có ba khâu c b n: N (Vành răng bao), M (bánh răng
trung tâm), G (cần dẫn) là bộ truyền đ n gi n nh t.
- Bộ truyền ba khâu : Hình 1-5a và 1-5b
- Bộ truyền b n khâu: Hình 1-5c

11


- Loại năm khâu ít dùng, vì khi tăng s khâu thì s bậc tự do của c c u cũng tăng lên,
đ ng thời để đáp ứng các tỷ s truyền xác định đòi hỏi gi i pháp công nghệ phức tạp,
tăng giá thành.

Hình 1-5 Dãy c c u hành tinh ba khâu (a, b) và b n khâu (c).

H- Bánh răng hành tinh, M- Bánh răng mặt trời,
N – Bánh răng bao, G – Cần dẫn,
a), b) -Bộ truyềnhành tinh 3 khâu, b)- Bộ truyền hành tinh 4 khâu.
1.3.4. Quan hệ động học và động lực học của các dãy hành tinh.
a. Động học:

12


Hình 1-6 Mô t c u trúc và các quan hệ động học, động lực học của c
c u hành tinh c b n.
Bánh răng mặt trời M, Giá bánh răng hành tinh G,

Vành răng N.

rM, rN - Bán kính vòng lăn của các bánh răng M, N;
rG - Bán kính vòng quay của cần dẫn G;
MN, MM , MG - Mô men tác động lên các cơ cấu N, M, G;
FM, FN, FG -

Nội lực do cơ cấu M, N, G sinh ra;

- Quan hệ động học giữa các phần tử của một dãy hành tinh có thể xác định bằng
phư ng pháp đ thị hay gi i tích sau.
+ Phư ng pháp gi i tích có thể dựa trên việc xây dựng họa đ vận t c của các khâu,
thuận tiện để nghiên cứu s đ c u trúc của bộ truyền, nhưng chỉ cho giá trị gần đúng
khi xác định các tỷ s truyền .
Khi dùng phư ng pháp gi i tích, ta coi cần dẫn đứng yên và xác định tỷ s truyền
giữa các bánh răng trung tâm theo công thức:
G

i MN


n M  nG  M   G

 K
n N  nG  N   G

13


Trong đó:
nM, nN, nG – s vòng quay của các bánh răng M, N và cần G.
 N ,  G – t c độ góc các bánh răng N và cần G.

K – được gọi là thông s động học của dãy hành tinh.
D u '' – '' ở đây thể hiện chiều quay của các bánh răng trung tâm và bao là ngược chiều
nhau.
Chỉ s trên trong các kí hiệu là chỉ s của khâu c định.
Giá trị K được xác định qua bán kính vòng lăn r hoặc s răng Z:
K 

rN
Z
 N
rM
ZM

Trong đó:
rM, rN, - bán kính vòng lăn của các vòng răng M, N

ZM, ZN – S răng của các bánh răng M, N.
Phư ng trình động học của dãy hành tinh như trên là:
 M  K N  1  K  G

Ta có thể xác định t c độ góc của M, N, G khi đã biết khâu nào là chủ động, khâu
bị động và các liên kết trong các phần tử của dãy.
Giá trị K của dãy bị hạn chế bởi kích thước của các bánh răng hành tinh và của kích
thước chung. Giá trị K thường nhận được nhận từ 1,5 – 4.

14


b. Động lực học.
Các lực và mô men tác dụng lên các phần tử của dãy hành tinh được xác định từ
điều kiện cân bằng các mômen ngoại lực. Nếu bộ truyền có 3 khâu chính và bỏ qua ma
sát, thì khi chuyển động n định (quay đều) có thể viết:
M M  M N  MG  0

Với: MM, MN, MG – mômen tác động lên các c c u M, N, G.
- Các mômen ngoại lực có hướng ngược với hướng của các nội lực FM , FN vaìFG tác
dụng lên các khâu tư ng ứng. Giá trị lực FG trong c c u một dãy được xác định bằng
phư ng pháp hợp lực tác dụng tại điểm tiếp xúc.
- Giá trị MG tạo nên lực đặt tại tâm của bánh răng hành tinh.
FG 

MG
rG

- Tại các điểm ăn khớp của bánh răng M, N bánh răng hành tinh chịu các lực FM, FN.
FM = FN

Như vậy: FG = FM + FN
- Khi có p bánh răng trong một dãy thì:
FG =

MG
rG . p

- Từ điều kiện cân bằng của bánh răng hành tinh.
MN = - K MM.
MG = (1-K ) MM.
MG=

K 1
MN .
K

15


- Trong bộ truyền hành tinh,

đỡ của các bánh răng hành tinh còn chịu tác dụng của

lực ly tâm:
Flt  mlt G2 rG

Ở đây:
mlt - Kh i lượng bánh răng hành tinh quay tư ng đ i đ i với cần dẫn.

- Lực ly tâm này khi G lớn, có thể lớn h n nhiều lần so với lực tác dụng tại điểm ăn

khớp của các bánh răng. Do vậy, bánh răng, trục và

của nó ph i có độ cứng vững cao,

kích thước và trọng lượng càng nhỏ càng t t. Cần dẫn là bộ phận quyết định đến tính
ch t chịu t i của các bánh răng hành tinh, nó thường được chế tạo dạng kh i liền hay là
có hai mặt bích lớn để tránh đặt công xôn cho trục bánh răng hành tinh.
1.3.5. Các c c u hành tinh thường dùng trên ô tô.
C u tạo của hộp s hành tinh dùng trên ô tô và các phư ng tiện giao thông khá
phức tạp. Nó được tạo thành từ các c c u hành tinh c b n hoặc từ các c c u hành
tinh t hợp. Trên ô tô và hay sữ dụng nh t là trên ô tô du lịch ba dạng c c u hành tinh
điển hình sau:
a) Cơ cấu hành tinh kiểu wilson.
- C c u hành tinh kiểu wilson đ n gi n.
Sơ đồ cấu tạo:
C c u hành tinh kiểu wilson là bộ truyền hành tinh một dãy đ n g m các bánh răng
ăn khớp hỗn hợp (ăn khớp trong và ngoài) và có ba trục.
Các chi tiết bao g m:
Một bánh răng trung tâm M có răng ngoài đặt trên một trục quay, một vành răng bao
N có răng trong đặt trên một trục quay khác đ ng tâm với trục quay của M, các bánh

16


răng hành tinh đặt giữa M, N và ăn khớp đ ng thời, ăn khớp ngoài với M và ăn khớp
trong với N, trục các bánh răng hành tinh n i cứng với nhau trên cần dẫn G và chuyển
động quay xung quanh đường tâm M, N. Trục của cần dẫn G là trục thứ ba của c c u
hành tinh.
Như vậy ba trục của c c u hành tinh có cùng đường tâm quay và ở dạng trục l ng
hay được gọi là đường tâm trục của c c u hành tinh. Các trục đều có thể quay tư ng

đ i với nhau. S lượng bánh răng hành tinh tùy thuộc vào từng kết c u cụ thể mà có 1,
2, 3, 4 bánh răng hành tinh. Các bánh răng hành tinh vừa có kh năng quay xung quanh
trục của nó vừa có kh năng quay xung quanh trục của c c u hành tinh.
C c u hành tinh wilson có ba phần tử: Bánh răng trung tâm, bánh răng hành tinh và
vành răng bao.
Bánh răng hành tinh được coi là khâu liên kết giữa hai khâu còn lại M và N. Theo
phân tích động học của hộp s chúng cần có một phần tử chủ động và một phần tử bị
động. Do vậy, để nhận được một tỷ s truyền xác định khi đó c c u có hai kh năng
x y ra như sau:
+ Khóa một phần tử với vỏ hộp s .
+ Khóa hai phần tử với nhau.
C hai kh năng đều cho phép nếu trục vào quay với t c độ n định thì t c độ góc
của trục ra cũng sẽ n định.

17


Hình 1-7 C c u hành tinh kiểu wilson.
N - Vành răng bao; G - Cần dẫn; M - Bánh răng trung tâm; H - Bánh răng hành tinh..
Tỷ s truyền của c u hành tinh wilson được xác định theo quan hệ sau:
i

Với :

ncd M bd

nbd M cd

ncd, nbd – s vòng quay của bánh chủ động và bánh bị động.
Mcd, Mbd – mô men bánh chủ động và mô men bánh bị động.

Khả năng sủ dụng.
Kh năng sử dụng của c c u hành tinh wilson được trình bày dưới dạng s đ trạng
thái (b ng 2-3). Trong b ng cho th y c c u wilson có thể có 7 trạng thái và phần tử
liên kết được hiểu là phần tử n i với vỏ hoặc liên kết giữa hai phần tử với nhau.

18


B ng 2-3 S đ các kh năng làm việc và ứng dụng của c c u hành tinh kiểu wilson.

Trạng thái khâu

Công thức tính tỷ s truyền

Vào

Ra

Khoá

i

1

M

G

2

G

3

S

S

đ

PA b trí

nvao M ra

nra M vao

Kho ng

N

M
r
nM
 G  1 N
nG M M
rM

2,5

M

N

nG M M
1


nM M G 1 rN
rM

0,2
M

N

G

r
nM M N

 N
nN M M
rM

-4
4

N

M

G

5

G

N

M

nN M M
r

 1 M
nM M N
rN

nG M N
1


nN M G 1 rM
rN

19

Sử dụng
i

cho phép

-0,7
0,60,8

S

truyền

chậm

S

truyền

nhanh

S lùi

S

lùi

nhanh

S

truyền

nhanh OD


6

N

G

M

7

Khoá hai khâu với 1

nN M G
r

 1 M
nG M N
rN

1
1

S

truyền

chậm

S

truyền

thẳng

nhau
Khả năng sử dụng trong hộp số ô tô:
Kh năng sữ dụng tỷ s truyền của c c u hành tinh với chức năng là hộp s trên ô
tô phụ thuộc vào kết c u và giới hạn làm việc của động c . Trong hộp s ô tô mặc dù
đã sữ dụng kết c u trục l ng nhưng cũng không thể thường xuyên thay đ i trục chủ
động và trục bị động.
Thực tế trong hộp s hành tinh mỗi c c u hành tinh chỉ đ m nhận có hai tỷ s
truyền (nằm trong 5 trạng thái, trừ trang thái ở s Mo). Các hộp s hành tinh thường t
hợp hai hay nhiều c c u hành tinh kiểu wilson.
b) Cơ cấu hành tinh kiểu wilson tổ hợp.
Tổ hợp bộ truyền cơ bản.
Để đáp ứng s lượng tỷ s truyền cần thiết (ba đến năm s tiến), trong hộp s hành
tinh của ô tô thường dùng từ hai đến ba c c u hành tinh kiểu wilson với hai dạng ghép
n i c b n sau: ghép n i tiếp và ghép n i song song.
+ Ghép n i tiếp hai c c u hành tinh wilson (Hình 1-7a): Tỷ s truyền được tính
bằng tích giữa hai tỷ s truyền của các c c u hành tinh kiểu wilson và s lượng s
truyền được nhân lên g p đôi.
+ Ghép n i song song hai c c u hành tinh wilson (Hình 1-7b):

20


Hình 1-7 S đ ghép hai dãy c c u hành tinh Wilson.
M1, M2 – Bánh răng trung tâm dãy 1 và 2; N1, N2 - Vành răng bao dãy 1 và 2;
H1, H2 – Bánh răng hành tinh dãy 1 và 2, G1, G2 - Cần dẫn dãy 1 và 2.
a) Ghép nối tiếp hai dãy cơ cấu hành tinh; b) Ghép song song hai dãy cơ cấu
hành tinh.; Dãy 1 (W1 ), dãy 2 (W2)
Tổ hợp các loại bộ truyền theo nhóm:
Hộp s chính có thể chia ra : một hoặc nhiều nhóm tỷ s truyền.
+ Hộp s

có một nhóm tỷ s

truyền g m c

c u hành tinh kiểu SIMPSON,

RAVIGNEAUX hay t hợp các kiểu từ c c u hành tinh kiểu WILSON .
+ Hộp s có hai hay nhiều tỷ s truyền g m các c c u hành tinh đã được t hợp
như trên cùng với c c u hành tinh kiểu WILSON đ n gi n .
Trên các ô tô con hiện đại thường b trí các loại động c có s vòng quay lớn (từ
1000- 6000 vòng/phút) hộp s cần có nhiều s truyền và tỷ s truyền thay đ i trong
giới hạn rộng trong khi đó không gian b trí chỉ cho phép trong giới hạn nh t định, vì
thế hộp s đã được thiết kế có c u tạo thành hai phần (tức tạo ra hai nhóm tỷ s truyền)
nhằm gi m bớt tỷ s truyền cho các bộ truyền, làm gọn bớt kích thước chung.

21

Đ i với loại hộp s hai nhóm tỷ s truyền này được chia ra hai phần như sau:
phần chính hộp s và phần phụ hộp s .
Phần phụ hộp s có thể đặt trước hoặc đặt sau phần chính hộp s , tỷ s truyền
trong phần phụ có thể có s truyền thẳng và s truyền tăng nhưng cũng có thể là s
truyền thẳng và s truyền gi m.
Trong trường hợp có s truyền gi m thì s D- là s truyền gi m, s OD- là s
truyền thẳng.
Tỷ s truyền chung trong hộp s được tính toán từ tỷ s truyền của các phần
trong hộp s . Hộp s chính có nhiều nhóm tỷ s truyền không sử dụng trên ô tô con.
c) Cơ cấu hành tinh kiểu SIMPSON.
C c u hành tinh kiểu Simpson g m hai c c u hành tinh Wilson. Các phần tử
M1, N1, H1, G1 thuộc dãy hành tinh thứ nh t, M2, N2, H2, G2 thuộc dãy hành tinh thứ
hai. Chúng đã được ghép n i như sau:
+ Hai bánh răng trung tâm M1 và M2 đặt trên cùng một trục quay (liên kết cứng).
+ Giá hành tinh G2 liên kết cứng với vành răng bao N1.

Hình 1-8 S đ c c u hành tinh t hợp SIMPSON.

22


M1, M2 – Bánh răng trung tâm 1 và 2; N – Vành răng bao;
H1, H2 – Bánh răng hành tinh 1 và 2 ; G - Cần dẫn.
B ng 2-4 Nguyên lý làm việc của c c u hành tinh t hợp SIMPSON.
Phần
S

tử

truyền

chủ
động

1

N2

Phần tử
Phần tử
tử bị
chạy
khóa
động
không
Phần

N1

G1

Công
tính

1

..

thức

Kh

ứng dụng

năng chế trong
tạo i

rM 2 rM 2 rN 1

.
rN 2 rM 1 rN 2 1 < i < 

hộp s
S
truyền
r t chậm
S

2
N2

N1

K1

3

R

M1+M2

n i

N2

N1

với K2

M1

N1

G1

H1+G1

r
1 M 2
rN 2

1
truyền
chậm
S

H1 , H 2 ,
M1, M2, 1

1

truyền
thẳng

G1


G1

rN 1
rM 1

-
d) Cơ cấu hành tinh kiểu RAVIGNEAUX.
- Trong c c u hành tinh kiểu Ravigneaux chia ra hai dạng b trí:
+ Phư ng án A : c c u cho ba s tiến 1, 2, 3 và một s lùi R
+ Phư ng án B : c c u cho b n s tiến 1, 2, 3, 4 và một s lùi R.

23

S lùi


C u tạo c c u hành tinh của kiểu Ravigneaux g m hai bánh răng mặt trời M 1,
M2 n i với hai trục khác nhau, hai nhóm bánh răng hành tinh H 1, H2, ăn khớp với nhau
và đặt chung trên một giá hành tinh G, một bánh răng ngoại luân N ăn khớp với H 2,
còn H1 ăn khớp với M1. S đ c u tạo trình bày trên (hình 1-9).

Hình 1-9 S đ c c u hành tinh kiểu Ravigneaux.
M1 – Bánh răng mặt trời 1; N1 - Bánh răng bao 1;
H1 – Bánh răng hành tinh 1;

G1 - Cần dẫn 1.

M2 – Bánh răng mặt trời 2; N2 - Bánh răng bao 2;
H2 – Bánh răng hành tinh 2;

G2 - Cần dẫn 2.

24


B ng 2-5 Nguyên lý làm việc của c c u với hai phư ng án A và B :

S
truyền

Phần tử Phần

Phần

Phần

Công

chủ

tử bị tử

tử chạy tính

động

động

không

khóa

thức Kh
tỷ

truyền i

s

năng

chế tạo tỷ
s truyền i

ứng
dụng
trong
hộp s
S

1

M1

N

G

rN
rM 1

M2

1
truyền
r t
chậm

2

M1

N

M2

rK
r
 K
rM 1 rM 2

r
1 K
rM 2

--

S
1
truyền
chậm
S

3

M1+M2 N

M1, M2 --

1

1

truyền
thẳng

4

R

G

M2

N

N

M2

G

1
r
1 M 2
rN

--

M1, H1



rN
rM 2

S
i<1

truyền

tăng

- < i < -1 S lùi

Từ nguyên lý làm việc của c c u (b ng 2-5) nhận th y trục chủ động có thể liên kết
với M1, M2, trục bị động liên kết với N do vậy kết c u b trí trên hộp s ô tô đ m b o
tính hợp lý cao. Khi M1 và M2 khóa cứng với nhau tạo nên s truyền thẳng .So với c
c u hành tinh kiểu Simpson và kiểu Ravigneaux cho kho ng tỷ s truyền rộng h n, ít

25