CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ TRÊN ÔTÔ Hộp số ô tô đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tỷ số giữa động cơ và cầu chủ động. Nếu không có hộp số, xe chỉ có thể hoạt động ở một tốc độ cố định với mức tối đa nhất định, điều này sẽ hạn chế khả năng tăng tốc và leo dốc. Hộp số sử dụng một hệ thống bánh răng đa dạng, cho phép điều chỉnh momen xoắn của động cơ sao cho phù hợp với từng điều kiện vận hành như khởi động, tăng tốc hay vượt dốc. Người lái có thể chọn chế độ chuyển số theo cách thủ công hoặc tự động, tùy thuộc vào nhu cầu và điều kiện lái xe.
Hiện nay, có nhiều loại hộp số đang được sử dụng phổ biến, bao gồm: 1. Hộp số thường (MT) 1.1 Phân loại hộp số thường được phân loại theo số trục của hộp số - Hộp số 2 trục. - Hộp số 3 trục.2 Cấu tạo của hộp số thường (loại 3 trục) Hình 1.1 Hộp số thường 6 z' 1 z' z ' III 2 V 3 IV 3 2 II z' 4 I 1 L za z L1 z L2 z 1 z 2 z 3 z 4 z' a z ' L1 Hình 1.2 Sơ đồ hộp số thường loại 3 trục Trục sơ cấp và trục thứ cấp được bố trí đồng trục với nhau, trục trung gian. Các bánh răng , , , , , , , , , , , , bánh răng được chế tạo liền với trục sơ cấp.
Các bánh răng trên trục thứ cấp , , , được quay trơn trên trục. Còn các bánh răng , , , , trên trục trung gian được cố định trên trục. Các ống gài liên kết then hoa với trục và có các vấu răng ở 2 phía để ăn khớp với các bánh răng cần gài.3 Nguyên lý hoạt động -Vị trí tay số 1: Khi gạt cần 1 sang bên trái, lúc này, momen truyền từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng luôn ăn khớp z a-za’, trục trung gian, cặp bánh răng số 1 rồi đi ra trục thứ cấp. -Vị trí tay số 2: Gạt cần 2 sang bên phải, momen truyền từ trục sơ cấp qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng sô 2 rồi đến trục thứ cấp.
-Vị trí tay số 3: Gạt cần 2 sang bên trái, momen từ trục sơ cấp truyền qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, đến trục trung gian, và qua cặp bánh răng số 3 rồi tới trục thứ cấp. 7 -Vị trí tay số 4: Khi gạt cần 3 sang bên phải, momen được truyền từ trục sơ cấp, qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, tới trục trung gian, rồi qua cặp bánh răng số 4 ra trục thứ cấp. -Vị trí tay số 5: Khi gạt cần 3 sang bên trái, lúc này, trục sơ cấp và thứ cấp được nối với nhau, momen được truyền thẳng từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp. -Vị trí tay số lùi: Gạt cần 1 sang bên phải, momen được truyền từ trục sơ cấp, qua cặp bánh răng luôn ăn khớp, tới trục trung gian, qua 2 cặp bánh răng Z L1-ZL1’, ZL2- Z1’, rồi tới trục thứ cấp Ưu điểm: - Kết cấu đơn giản, giá thành thấp, bền.
- Hiệu suất cao. Nhược điểm: - Người lái phải phối hợp điều khiển hệ thống ly hợp, sang số nên giảm tính êm dịu, người lái phải thao tác nhiều khi chuyển số. Hộp số tự động (AT) Hình 1.3 Hộp số tự động Hiện nay có rất nhiều hộp số tự động, chúng được cấu tạo theo một vài cách khác nhau nhưng các chức năng cơ bản và nguyên lý hoạt động của chúng là giống nhau. - Hộp số cơ cấu hành tinh Wilson (nối tiếp, song song).
8 - Hộp số cơ cấu hành tinh Simpson. - Hộp số cơ cấu hành tinh ravigneaux. Hộp số tự động bao gồm các bộ phận chính sau: - Bộ biến mô - Hộp số hành tinh và cơ cấu chuyển số (ly hợp và phanh đai). - Hệ thống điều khiển chuyển số (thường là hệ thống thủy lực hoặc hệ thống thủy lực điện từ) để điều khiển các ly hợp và phanh đai.
Sơ đồ cấu tạo (cơ cấu hành tinh Wilson): Hình 1.4 Sơ đồ cơ cấu hành tinh Wilson Nguyên lý hoạt động chung của hộp số tự động là sử dụng các phanh để hạn chế một bậc tự do của cơ cấu hành tinh. Ưu điểm: - Giảm mệt mỏi cho lái xe: Loại bỏ các thao tác cắt ly hợp và việc chuyển số thường xuyên. 9 - Chuyển số êm dịu: Tự động điều chỉnh theo chế độ hoạt động của động cơ và sức cản từ mặt đường. - Biến mô liên tục: Thay đổi mô-men xoắn do động cơ phát ra một cách mượt mà trong khoảng nhỏ.
- Giảm độ ồn: Hoạt động êm ái, giảm tiếng ồn khi vận hành. - Kích thước nhỏ gọn: Thiết kế tiết kiệm không gian. - Chuyển số liên tục: Không làm gián đoạn dòng lực từ động cơ, giúp cải thiện hiệu suất vận hành. Nhược điểm: - Kết cấu phức tạp: Thiết kế phức tạp hơn so với hộp số truyền thống.
- Hiệu suất thấp: Hiệu suất truyền động có thể không cao bằng hộp số thường. - Yêu cầu độ chính xác cao: Công nghệ chế tạo đòi hỏi kỹ thuật và độ chính xác cao. - Khả năng tăng tốc kém: Thường có tốc độ tăng tốc chậm hơn so với hộp số cơ khí. - Khó sửa chữa: Việc sửa chữa và bảo trì hộp số tự động thường phức tạp và tốn kém.
Hộp số vô cấp (CVT) 11 1: puli đầu vào 2: puli đầu ra 3: đai Hình 1.5 Hộp số CVT Hộp số vô cấp CVT (Continuously Variable Transmission) là một loại hộp số tự động không sử dụng các cặp bánh răng ăn khớp để tạo tỷ số truyền, mà thay vào đó sử dụng hệ thống puli và dây đai để cho phép thay đổi tỷ số truyền một cách liên tục.Cấu tạo của hộp số vô cấp gồm: - Đai truyền: Được làm từ kim loại hoặc cao su có độ bền cao. - Hệ puli đầu vào: Gắn với trục quay của động cơ, có khả năng thay đổi kích thước. - Hệ puli đầu ra: Dẫn động đến bánh xe. - Bộ vi xử lý và cảm biến: Theo dõi và điều khiển hoạt động của hộp số.
Mỗi puli gồm hai khối hình nón có góc nghiêng 20 độ, đặt đối diện nhau. Dây đai hình chữ V chạy trong rãnh giữa hai khối hình nón này, giúp tăng cường ma sát và hạn chế trượt. Khoảng cách giữa hai khối hình nón có thể thay đổi, khiến dây đai ngập sâu vào rãnh hoặc giảm bán kính quấn quanh puli. 12 - Hệ thống puli và dây đai này thường đi kèm thành một cặp: puli chủ động (đầu vào) nhận năng lượng từ động cơ và puli bị động (đầu ra) truyền momen đến trục dẫn động.
- Khi một puli tăng bán kính và puli kia giảm, dây đai luôn bám chặt và tạo ra vô số tỷ số truyền từ thấp đến cao, cho phép xe hoạt động hiệu quả ở nhiều tốc độ khác nhau. - CVT cũng có chế độ sang số bằng tay, nhưng chế độ tự động thường được khuyến nghị để tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn. Ưu điểm - Điều khiển êm ái: Tạo cảm giác lái mượt mà. - Tiết kiệm nhiên liệu: Giúp giảm khí thải, thân thiện với môi trường.
- Tăng tốc tốt hơn: Hiệu suất tăng tốc cao. Nhược điểm - Công nghệ phức tạp: Cần tính toán và chế tạo chính xác. - Hạn chế công suất: Công suất động cơ không được lớn quá để tránh trượt. - Mòn dây đai: Dây đai có thể bị mòn theo thời gian.
- Kích thước và trọng lượng lớn: Thiết kế có thể nặng nề hơn so với hộp số truyền thống. Hộp số ly hợp kép (DCT) Hệ thống ly hợp kép (Dual Clutch Transmission - DCT) được phát triển bởi kỹ sư ôtô người Pháp, Adolphe Kegresse. Ông nổi tiếng với việc phát triển xe half-track, giúp xe có khả năng vượt qua các địa hình khó khăn. Năm 1939, Kegresse đã có những ý tưởng đầu tiên về hộp số ly hợp kép, nhưng tình hình tài chính không thuận lợi đã ngăn cản sự phát triển của dự án này.
Đến đầu những năm 80, với sự phát triển của công nghệ điều khiển điện tử, máy tính đã tham gia vào quá trình chuyển số, tạo điều kiện cho DCT phát triển. Porsche là một trong những hãng đầu tiên nghiên cứu và phát triển hệ thống này. Năm 1982, các mẫu xe đua của Porsche trang bị DCT đã đạt nhiều thành công trong các giải đua thế giới. 13 Mặc dù ban đầu chỉ được sử dụng trên xe đua, DCT chỉ được thương mại hóa khi Volkswagen bắt đầu sản xuất đại trà.
Hiện nay, các xe trang bị công nghệ DCT chủ yếu được bán ở thị trường Châu Âu, với nhiều hãng lớn như Volkswagen, Audi, và Porsche. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Điểm khác biệt chính của hộp số DCT so với các loại hộp số khác là việc sử dụng bộ đôi ly hợp ma sát ướt. Cụ thể: Bộ đôi ly hợp: Bao gồm một ly hợp nằm trong và một ly hợp nằm ngoài, hoạt động độc lập với nhau. Ly hợp ma sát ướt: Các đĩa ma sát được ngâm trong dầu, giúp làm mát và giảm ma sát, cải thiện hiệu suất hoạt động.
Điều khiển bằng cơ cấu chấp hành: Sự kết nối và tách rời giữa các ly hợp được điều khiển bằng hệ thống thủy lực hoặc điện từ.6 Hộp số DCT 14 1. Sự khác biệt thứ hai của DCT đó chính là Ly hợp (Clutch 1 và Clutch 2): o Ly hợp 1 (màu đỏ): Kết nối với trục sơ cấp số 1, chịu trách nhiệm cho các cấp số 1, 3 và 5. o Ly hợp 2 (màu xanh): Kết nối với trục sơ cấp số 2, đảm nhận các cấp số 2, 4, 6 và số lùi. o Cả hai ly hợp hoạt động độc lập, cho phép chuyển số mượt mà và nhanh chóng.
Trục sơ cấp (Inner và Outer Transmission Shaft): o Trục sơ cấp số 1 (màu đỏ): Có ba bánh răng ăn khớp với các bánh răng trên trục thứ cấp, cho phép truyền động đến bánh răng số 1, 3, và 5. o Trục sơ cấp số 2 (màu xanh): Rỗng, bao quanh trục sơ cấp số 1 và kết nối với ly hợp 2, với hai bánh răng cho cấp số 2, 4, 6 và số lùi. Bánh răng (Gear Selector): o Các bánh răng này kết nối với bộ đồng tốc, điều chỉnh tốc độ và mô- men xoắn giữa các bánh răng. o Hệ thống bánh răng cho phép lựa chọn cấp số một cách nhanh chóng mà không làm gián đoạn dòng công suất.
