Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu và thi công mô hình hộp số tự động A140E

Đồ án tốt nghiệp phân tích chi tiết cấu tạo, nguyên lý hoạt động hộp số tự động A140E, kèm theo mô hình cắt và sơ đồ điều khiển thủy lực trực quan.

• Tác giả: Cao Anh Việt
• Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Toàn
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ khí Động lực
• Đề tài: Nghiên cứu và thi công mô hình hộp số tự động A140E
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung về Hộp số tự động A140E

Hộp số tự động A140E là một trong những hộp số tự động 4 cấp phổ biến nhất được sử dụng trong các phương tiện vận tải hiện đại. Đồ án này tập trung nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và hệ thống điều khiển thủy lực của hộp số A140E. Thông qua việc thi công mô hình cắt hộp số tự động, sinh viên có cơ hội quan sát trực tiếp các bộ phận bên trong và hiểu rõ cơ chế vận hành. Mục đích chính của đồ án là cung cấp công cụ học tập thực hành, giúp sinh viên nắm vững kiến thức lý thuyết kết hợp với thực tế. Đồ án bao gồm hai mô hình chính: mô hình cắt hộp số 3 cấp (A130L) để minh họa cấu trúc nội bộ và mô hình dàn trải mạch dầu A140E để nghiên cứu hệ thống điều khiển thủy lực. Sự kết hợp này tạo nên một tài liệu giáo dục toàn diện về công nghệ truyền động tự động.

1.1. Bối cảnh và lý do chọn đề tài

Lựa chọn hộp số tự động A140E dựa trên tính ứng dụng cao trong ngành công nghiệp ô tô. Nguyên lý hoạt động của bộ bánh răng hành tinh ở hộp số 3 cấp tương tự với hộp số 4 cấp, cho phép mô phỏng hiệu quả. Đề tài được chọn nhằm phục vụ công tác giảng dạy thực tập về hộp số tự động, cung cấp tài liệu học tập trực quan cho sinh viên Khoa Cơ Khí Động Lực.

1.2. Mục đích và đối tượng nghiên cứu

Mục đích chính là hiểu sâu sắc cấu tạo hộp số A140E và nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển thủy lực. Đối tượng nghiên cứu bao gồm bộ biến mô, bộ bánh răng hành tinh, các clutch và brake, kèm theo sơ đồ mạch dầu chi tiết. Mô hình được thiết kế để giúp học viên trực quan hóa các quá trình truyền công suất ở từng tay số.

II. Cấu tạo chi tiết Hộp số tự động A140E

Hộp số tự động A140E được cấu thành bởi các thành phần chính sau: bộ biến mô (torque converter) đảm nhận chức năng truyền và khuếch đại mômen từ động cơ, bộ bánh răng hành tinh (planetary gear) tạo ra các tỉ số truyền khác nhau, và hệ thống điều khiển thủy lực bằng các van điều khiển áp suất. Mô hình cắt hộp số cho phép quan sát rõ ràng vị trí và chức năng của từng thành phần. Bộ tích năng (accumulator) tích trữ năng lượng dầu, phanh dải số 2 kiểm soát chuyển động ở các tay số khác nhau. Bơm dầu cung cấp áp suất cần thiết để vận hành các clutch và brake. Cấu trúc này đảm bảo chuyển tay số mượt mà, an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành phương tiện.

2.1. Bộ biến mô và chức năng

Bộ biến mô bao gồm ba thành phần chính: bánh lái động cơ (impeller), bánh lái tua-bin (turbine) và bánh lái dẫn hướng (stator). Nó thực hiện hai chức năng quan trọng: truyền mômen không tiếp xúc từ động cơ đến hộp số nhờ chất lỏng, và khuếch đại mômen khi tua số động cơ cao. Thiết kế này giúp bắt đầu chuyển động mượt mà và bảo vệ động cơ khỏi quá tải.

2.2. Bộ bánh răng hành tinh và hệ thống điều khiển

Bộ bánh răng hành tinh bao gồm bánh mặt trời (sun gear), bánh hành tinh (planetary gear), giá nắm (carrier) và bánh khoan (ring gear). Bằng cách kết hợp các clutch (C1, C2, C3) và brake (B1, B2, B3) ở các vị trí khác nhau, hộp số tạo ra bốn tay số tiến và một tay số lùi. Hệ thống điều khiển thủy lực quyết định kích hoạt các clutch và brake dựa trên tín hiệu từ vi xử lý.

III. Nguyên lý hoạt động Hộp số A140E

Nguyên lý hoạt động của hộp số tự động A140E dựa trên sự phối hợp giữa bộ biến mô và bộ bánh răng hành tinh. Khi động cơ chạy, bộ biến mô nhận động lực và truyền đến bánh lái tua-bin, qua đó lực được tuyền đến bộ bánh răng hành tinh. Hệ thống điều khiển thủy lực kích hoạt các clutch và brake tương ứng với từng tay số, tạo ra các đường truyền công suất khác nhau. Ở tay số D (Drive), công suất truyền qua một chuỗi bánh răng để tối ưu hóa sức kéo và tốc độ. Tay số R (Reverse) đảo chiều quay bằng cách kích hoạt các bộ phận khác nhau. Tay số 2 và tay số L cung cấp sức kéo lớn hơn cho những điều kiện khó khăn hoặc phanh động cơ mạnh khi xuống dốc. Cơ chế này đảm bảo lái xe an toàn, hiệu quả nhiên liệu và bảo vệ động cơ.

3.1. Đường truyền công suất ở các tay số

Tay số 1 dãy D sử dụng tỉ số truyền cao nhất để tăng sức kéo khi khởi động. Tay số 2, 3 dãy D giảm dần tỉ số truyền khi tốc độ tăng. Tay số 4 (Over Drive) có tỉ số truyền nhỏ hơn 1 để tiết kiệm nhiên liệu ở tốc độ cao. Tay số R đảo ngược bộ bánh răng hành tinh để xe chuyển động lùi. Mỗi đường truyền công suất được điều khiển bởi hệ thống thủy lực chuyên dụng.

3.2. Hệ thống điều khiển thủy lực

Hệ thống thủy lực bao gồm bơm dầu, các van điều khiển áp suất, van mạch chính và van sơ cấp. Bơm dầu (chạy bởi động cơ) tạo áp suất dầu liên tục. Các van điều khiển phân phối áp suất dầu tới các clutch và brake theo từng tay số. Khi chọn tay số khác, sơ đồ mạch dầu tự động chuyển đổi áp suất, thực hiện chuyển tay số tự động mà không cần can thiệp thủ công.

IV. Ứng dụng Mô hình trong Giáo dục và Thực tập

Mô hình cắt hộp số và mô hình dàn trải mạch dầu của hộp số A140E là công cụ giáo dục vô cùng quý báu. Mô hình cắt hộp số cho phép giáo viên và sinh viên quan sát trực tiếp các bộ phận nội bộ, hiểu rõ cấu tạo chi tiết của bộ biến mô, bộ bánh răng hành tinh, các clutch và brake. Điều này giúp học viên liên hệ kiến thức lý thuyết với thực tế. Mô hình dàn trải mạch dầu minh họa hệ thống điều khiển thủy lực, cho thấy vị trí các van điều khiển trên thân van và sơ đồ mạch dầu chi tiết. Sinh viên có thể theo dõi đường truyền công suất ở từng tay số và nguyên lý hoạt động của các van. Những mô hình này nâng cao hiệu quả giảng dạy, giúp sinh viên nắm vững kiến thức về công nghệ hộp số tự động, chuẩn bị tốt cho công việc kỹ sư ô tô trong tương lai.

4.1. Lợi ích trong giảng dạy lý thuyết

Mô hình cắt hộp số cung cấp hình ảnh sinh động về cấu tạo nội bộ hộp số tự động, giúp sinh viên dễ dàng hiểu các khái niệm phức tạp. Sơ đồ điều khiển thủy lực và mạch dầu chi tiết trên mô hình dàn trải giải thích nguyên lý hoạt động của từng thành phần. Việc kết hợp lý thuyết với hình ảnh trực quan giúp tăng cường khả năng ghi nhớ và hiểu biết sâu sắc.

4.2. Ứng dụng trong thực hành và thực tập

Sinh viên có thể thực hành phân tích đường truyền công suất trên mô hình thực tế, học cách sử dụng sơ đồ mạch dầu để chẩn đoán và sửa chữa hộp số. Mô hình hoạt động giúp học viên quen thuộc với cấu tạo A140E, từ đó dễ dàng tiếp cận các hộp số khác. Đây là nền tảng vững chắc cho kỹ năng bảo dưỡng và sửa chữa hộp số tự động trong thực tiễn công việc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài Khoa học và kỹ thuật công nghệ ngày nay đã và đang phát triển một cách nhanh chóng trên mọi lĩnh vực và nó liên tục được ứng dụng trong lĩnh vực ôtô. Ở các nước phát triển và đang phát triển đều chú trọng việc phát triển nghành công nghiệp ôtô vì sự phát triển của nó kéo theo sự phát triển cũng như tạo ra diện mạo mới cho nhiều ngành nghề, lĩnh vực khác như: cơ khí chế tạo, điện tử, điện, trang trí nội thất, cơ điện tử, điều khiển tự động, điện lạnh… Nhận thấy tầm quan trọng của việc phát triển ngành công nghiệp ôtô đối với nền kinh tế nước nhà nên việc đào tạo ngành cơ khí ôtô ở nước ta rất được chú trọng, đặt biệt là tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã có từ cách đây hơn 50 năm. Thị trường ô tô Việt Nam chuẩn bị mở cửa một cách mạnh mẽ, với việc giảm thuế suất nhập khẩu ô tô đối với các quốc gia trong khu vực ASEAN xuống 0% vào năm 2018 cùng với điều kiện về kinh tế của người dân và cơ sở hạ tầng cho giao thông đang được cải thiện thì khả năng trong thời gian ngắn nữa, số lượng ô tô trong nước sẽ tăng mạnh.Vì vậy, đòi hỏi một lực lượng lớn lao động có tay nghề trong ngành ô tô. Nhận thấy những điều này, khoa cơ khí động lực Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM đào tạo theo hướng công nghệ chính vì vậy phương pháp giảng dạy cũng thay đổi theo, chương trình đào tạo liên tục được đổi mới nhằm phù hợp với thực tế đồng thời chú trọng đến thực hành nhiều hơn, vì vậy việc tạo ra các mô hình nhằm phục vụ cho học thực hành là cần thiết.

Chính vì lẽ đó, người nghiên cứu như chúng em quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là “NGHIÊN CỨU VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH CẮT HỘP SỐ TỰ ĐỘNG A140E” với mong muốn củng cố kiến thức đã được học và tạo ra phương tiện hỗ trợ cho việc giảng dạy thực hành đồng thời giúp các bạn sinh viên có thể tiếp thu bài tốt hơn.2 Mục đích và đối tượng nghiên cứu  Mục đích  Củng cố kiến thức đã học, có kĩ năng thực hành nhằm định hướng nghề nghiệp trong tương lai  Tạo công cụ phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên hướng dẫn sinh viên trong quá trình thực tập.  Hiểu rõ bản chất hoạt động của hộp số A140E, hình thành phương pháp nghiên cứu một hộp số tạo tiền đề nghiên cứu các loại hộp số khác trong tương lai.  Góp phần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong quá trình đào tạo.  Đối tượng  Nghiên cứu kết cấu, nguyên lí hoạt động và điều khiển của hộp số A140E.

 Thiết kế, thi công mô hình cắt hộp số tự động A140E và dàn trãi mạch dầu.3 Phương pháp nghiên cứu Để đề tài được hoàn thành chúng em đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu. Trong đó đặc biệt là phương pháp tham khảo tài liệu, thu thập các thông tin liên quan đến hộp số tự độn. Học hỏi kinh nghiệm của thầy cô, nghiên cứu các mô hình giảng dạy cũ về cách chế tạo một mô hình dạy học… Từ đó tìm ra những ý tưởng mới. Song song với nó, chúng em còn kết hợp cả phương pháp quan sát và thực nghiệm để có thể chế tạo được mô hình và biên soạn tài liệu hướng dẫn một cách dễ hiểu nhất.4 Phạm vi nghiên cứu Việc thiết kế, thi công, sưu tầm tài liệu thích hợp, thu thập thông tin, soạn thuyết minh, kiểm tra đòi hỏi phải có rất nhiều thời gian, kinh phí cũng như kiến thức.

Do đó đề tài chỉ tập trung giải quyết một số vấn đề sau:  Thiết kế, thi công mô hình.  Biên soạn tài liệu thuyết minh trên mô hình. 2 CHƯƠNG 2 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ, THI CÔNG MÔ HÌNH CẮT HỘP SỐ VÀ DÀN TRẢI MẠCH DẦU 2.1 MÔ HÌNH CẮT HỘP SỐ 2.1 Thiết kế và thi công mô hình Hộp số có cấu tạo bên trong rất phức tạp, nên sẽ khó khăn cho người học trong việc hình dung cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của hộp số. Vì vậy, việc thi công mô hình cắp hộp số sẽ giúp cho người học có thể thấy được rõ cấu tạo bên trong của hộp số, từ đó giúp cho họ hiểu rõ được nguyên lý hoạt động của hộp số.

 Cắt vỏ của hộp số:  Để thấy được các chi tiết bên trong bộ biến mô, các cơ cấu chấp hành: C1, C2, B1, B2, B3 F1, F2, các bộ truyền bánh răng hành tinh, đồng thời đảm bảo độ cứng, vững và lâu bền cho hộp số sau khi cắt. Thực hiện cắt ¼ hộp số, từ đó ta có thể thấy rõ được cấu tạo của các bộ phận trên.1 : Cắt ¼ hộp số 3  Cắt nắp sau của hộp số để thấy được sự ăn khớp của bánh răng chủ động trung gian và bánh răng bị động trung gian.Từ đó thấy thấy được sự truyền công suất từ trục chủ động sang trục bị động.2 : Cắt ¼ nắp sau hộp số  Cắt thân của hộp số tại vị trí van ly tâm để thấy cấu tạo của van ly tâm và cách thức hoạt động của van ly tâm thông qua trục bị động.3 : Cắt thân hộp số tại vị trí van ly tâm  Cắt thân của hộp số tại vị trí píttông van quán tính số 2 để thấy cấu tạo của piston van quán tính số 2 (lò xo, nắp , phe hãm).4 : Cắt thân hộp số tại vị trí phanh dải số 2  Cắt vỏ hộp số để thấy được píttông bộ tích năng B2, piston bộ tích năng C2 , piston bộ tích năng C1.5 : Cắt thân hộp số tại vị trí bộ tích năng  Cắt vỏ hộp số tại vị trí truyền lực cuối cùng để thấy cấu tạo của bộ truyền lực cuối cùng.6 : Cắt thân hộp số tại vị trí truyền lực cuối cùng  Cắt các bộ phận bên trong của hộp số  Cắt ¼ bộ biến mô để thể hiện được cấu tạo của bộ biến mô các chi tiết bên trong bộ biến mô.7 : Căt ¼ bộ biến mô 6  Cắt ¼ trống phanh, C1, C2, B1, B2, B3 và bơm dầu để thể hiện được cấu tạo, mối quan hệ lắp ghép giữa các chi tiết và số lượng các đĩa ép, đĩa ma sát.8 : Cắt ¼ C1, C2, B1, B2, B3 và bơm dầu 2.2 Ứng dụng mô hình cắt hộp số  Phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên hướng dẫn sinh viên trong quá trình thực tập.  Giúp sinh viên có điều kiện quan sát mô hình một cách trực quan, việc cắt bổ hộp số một cách hợp lý sẽ giúp sinh viên thấy được hình dạng và vị trí các chi tiết lắp đặt trên hộp số.  Từ việc nắm bắt được cấu tạo, vị trí của các chi tiết bên trong hộp số một cách trực quan giúp cho người học nghiên cứu nguyên hoạt động và dòng truyền công suất của hộp số một cách dễ dàng.

 Góp phần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong quá trình đào tạo.2 Ý tưởng thiết kế mô hình mạch dầu dàn trải 2.1 Thiết kế mô hình dàn trải mạch dầu và thi công  Yêu cầu đối với mô hình  Thể hiện một cách đầy đủ và chính xác vị trí các chi tiết trên thân van.  Nhỏ gọn, dễ quan sát, dễ di chuyển và có tính thẩm mĩ.  Có khả năng bảo vệ, chống hang gỉ, mất mát các chi tiết.  Có thời gian sử dụng lâu dài.

 Tiến hành thi công mô hình  Dựa trên các yêu cầu và quá trình quan sát các mô hình có sẵn ở trong xưởng, cùng với sự hướng dẫn của giáo viên. Chúng em đã tiến hành thi công mô hình như sau: - Bước 1: Lên ý tưởng, phác họa mô hình trên giấy. - Bước 2: Tính toán diện tích bề mặt để đặt các chi tiết sao cho phù hợp, chọn chiều cao của khung và diện tích của chân khung. - Bước 3: Tiến hành thi công  Thi công phần khung: - Kích thước : o Chiều cao khung là 1m o Chiều rộng của chân là 0.5 m o Chiều dài của chân khung là 0.95 m o Chiều rộng của bề mặt đặt chi tiết là 0.75 m o Chiều dài của bề mặt đặt chi tiết là 0.95 m - Chọn vật liệu làm khung: o Chọn sắt V2 làm chiều cao của khung, chân khung và bề mặt đặt chi tiết.

o Với việc tận dụng mô hình cũ có sẵn trong xưởng, chúng em cắt ra và hàn thành khung. o Với chân trống thì chúng em chọn sắt ống vuông 2. - Sau khi hàn khung xong, chúng em bắt đầu sơn  Thi công bề mặt đặt chi tiết: 8 - Ta chọn vật liệu làm bề mặt để đặt các chi tiết sao cho phải đảm bảo đủ độ chắc chắn, màu sắc nền sáng, chúng em chọn tấm Alu. - Gá các chi tiết lên bề mặt tấm Alu.

Nhằm dễ quan sát ta chia bề mặt Alu thành 2 phần, phần trên đặt thân van trên và các chi tiết nằm trong nó, còn phần dưới là thân van dưới và các chi tiết bên trong thân van dưới. - Mỡ bò: để bôi lên bề mặt các chi tiết, nhằm bảo vệ các chi tiết :các van, thân van, lò xo, đệm chặn… khỏi bị oxy hóa. - Sử dụng tấm mica đậy kín, để bảo vệ các chi tiết khỏi bị mất mát đồng thời để tăng tính thẩm mĩ. - Sử dụng decal để làm các chữ.

- Kích thước của bề mặt: o Chiều rộng là: 750 mm o Chiều dài là 950 mm o Chiều cao của tấm mica là 40 mm Hình 2.9: Mô hình sau khi hoàn thành 9 2.2 Ứng dụng của mô hình dàn trải mạch dầu  Mô hình dàn trãi mạch dầu giúp ta có thể thấy được cấu tạo bên trong của mạch dầu. Cùng với sơ đồ mạch dầu ứng với từng tay số, mô hình này sẽ tạo được sự thuận tiện cho các thầy trong quá trình giảng dạy, giúp truyền tải những kiến thức dễ hiểu hơn.  Mô hình này còn giúp cho các bạn sinh viên thực hành tốt hơn thông qua việc:  Quan sát một cách trực tiếp hình dạng các van và các chi tiết khác trong thân van.  Thấy được vị trí các chi tiết trong thân van một cách trực quan.

 Khi thực tập, việc quan sát mô hình giúp cho các bạn sinh viên có thể tháo ráp một cách nhanh chóng, chính xác vi trí các chi tiết bên trong thân van.