Tóm tắt Luận văn Nghiên cứu thiết kế cơ cấu dẫn động vạn năng điều khiển hộp số cơ khí thông qua bộ truyền vi sai bánh răng

1 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN VĂN CUNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CƠ CẤU DẪN ĐỘNG VẠN NĂNG ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ CƠ KHÍ THÔNG QUA BỘ TRUYỀN VI SAI BÁNH RĂNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Ô tô Máy kéo Mã số: 60.52.35 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2012 2 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS.NGUYỄN HOÀNG VIỆT Phản biện 1: TS. PHAN MINH ĐỨC Phản biện 2: PGS.TS. NGUYỄN VĂN BANG Luận văn được bảo vệ tại hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng 03 năm 2012 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng. 3 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Việc điều khiển ôtô có đòi hỏi người vận hành phải tác dụng các lực cơ học lớn, điều đó làm tăng cường sự tập trung, dẫn đến giảm năng suất làm việc đồng thời giảm tính an toàn chuyển động của ôtô. Vì lẽ đó cần phải đơn giản và giảm nhẹ quá trình điều khiển ôtô là một yêu cầu mà các nhà thiết kế và chế tạo đặt lên ở mức cao. Một trong những hệ thống quan trọng của ôtô là hệ thống truyền lực mà các nhà thiết kế đặc biệt quan tâm. Khi vận hành ôtô cần thiết phải thay đổi tốc độ chuyển động và giá trị lực kéo trên các bánh xe chủ động trong một phạm vi rộng nên tất cả các ôtô đều phải được lắp hộp số. Hiện nay sử dụng phổ biến nhất trên ôtô là các hộp số có cấp, không tự động đổi số mà người lái phải thực hiện tùy thuộc vào điều kiện chuyển động yêu cầu. Những hộp số này có ưu điểm đơn giản, giá thành rẻ, làm việc tin cậy hiệu suất cao. Tuy nhiên đối với một số loại ôtô tải trọng lớn người lái phải thường xuyên tác dụng lực lớn khi chuyển số. Bởi vậy vấn đề chính là đơn giản hóa việc điều khiển hộp số, giảm nhẹ lao động cho người lái. Có nhiều hệ thống khác nhau để giải quyết vấn đề giảm nhẹ việc điều khiển hộp số như: hộp số bán tự động, hộp số tự động hóa, hộp số tự động, hộp số kết hợp giữa tự động hóa và tự động cũng được sử dụng rộng rãi. Hiện nay, hướng chủ yếu để giảm nhẹ và đơn giản quá trình điều khiển ôtô thường là ứng dụng hộp số thuỷ cơ, chúng cho phép giải phóng hoàn toàn hoặc một phần điều khiển trực tiếp của người lái, điều đó cải thiện được một cách đáng kể điều kiện lao động và nâng cao khả năng an toàn chuyển động của ôtô. 4 Tuy nhiên, với điều kiện ở Việt Nam việc chế tạo các hộp số tự động và kết hợp như hộp số thủy cơ, đó là một cơ cấu hoàn toàn mới về kết cấu, đòi hỏi có các thiết bị đặc biệt và công nghệ sản xuất mới, có cấu tạo phức tạp, giá thành cao. Để giảm nhẹ và đơn giản hóa quá trình điều khiển hệ thống truyền lực ôtô mà tránh được những nhược điểm nói trên nên tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế cơ cấu dẫn động vạn năng điều khiển hộp số cơ khí thông qua bộ truyền vi sai bánh răng”. Đặc điểm chính của cơ cấu này là sử dụng năng lượng của các trục quay để tạo ra cơ năng điều khiển hộp số. Với cơ cấu dẫn động vạn năng thông qua bộ truyền vi sai bánh răng, có thể điều khiển bằng các tín hiệu điện từ với công suất rất nhỏ. Điều đó cho phép người lái điều khiển hệ thống truyền lực chỉ nhờ nút bấm hay cần gạt bố trí trên bảng điều khiển, làm khớp nối dịch chuyển trên trục thứ cấp hộp số, để nối trục thứ cấp với các bánh răng tương ứng. Kết quả là sẽ nhận được các tỷ số truyền khác nhau tương ứng với các cặp bánh răng luôn ăn khớp trong hộp số. Ngoài ra cơ cấu có kết cấu nhỏ gọn nên đáp ứng được các yêu cầu về độ bền, độ tin cậy, làm việc chắc chắn nâng cao khả năng chịu tải và tuổi thọ cho các chi tiết của hộp số và giảm được lực cho người lái. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu thiết kế cơ cấu dẫn động vạn năng nhờ sử dụng năng lượng của các trục quay tạo ra cơ năng điều khiển hộp số bằng các tín hiệu điện từ nhờ các nút bấm hay cần gạt bố trí trên bảng điều khiển, nhằm làm đơn giản và giảm nhẹ quá trình điều khiển hộp số cơ khí. 5 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Cơ cấu dẫn động vạn năng điều khiển hộp số truyền động cơ khí, 4 số tiến và 1 số lùi trên ôtô du lịch 4 chỗ ngồi. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế cơ cấu dẫn động vạn năng điều khiển hộp số thông qua bộ truyền vi sai bánh răng trên ôtô du lịch 4 chỗ ngồi. 4. Phương pháp nghiên cứu: 4.1. Nghiên cứu lý thuyết: - Nghiên cứu đặc điểm động học và động lực học bộ truyền vi sai. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về cơ cấu dẫn động vạn năng điều khiển hộp số. 4.2. Nghiên cứu thiết kế: Tính toán và vẽ kết cấu của cơ cấu dẫn động vạn năng điều khiển hộp số. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là có thể làm đơn giản và giảm nhẹ quá trình điều khiển hộp số cơ khí với kết cấu đơn giản, tiêu tốn ít năng lượng và làm việc có độ tin cậy cao, giá thành thấp. Trên cơ sở đó có thể ứng dụng vào điều khiển hộp số cơ khí dùng cho các ôtô tương đương, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu tự động hoá quá trình điều khiển ly hợp cũng như một số cơ cấu truyền động khác trên ôtô, máy kéo. 6. Cấu trúc của luận văn: Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 5 chương. Chương 1: Tổng quan về bộ truyền vi sai Chương 2: Lý thuyết chung về điều khiển hộp số 6 Chương 3: Giới thiệu chung về hộp số và ôtô du lịch 4 chỗ ngồi Chương 4: Khả năng dùng cơ cấu dẫn động vạn năng điều khiển hộp số cơ khí Chương 5: Thiết kế cơ cấu dẫn động vạn năng điều khiển hộp số cơ khí trên ôtô du lịch 4 chỗ ngồi Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BỘ TRUYỀN VI SAI 1.1. Khái niệm, phân loại và phạm vi ứng dụng cơ cấu vi sai 1.1.1. Khái niệm 1.1.2. Phân loại và phạm vi ứng dụng cơ cấu vi sai 1.1.2.1. Phân loại - Theo kết cấu; - Theo công dụng; - Theo mức độ tự động; - Theo giá trị của hệ số hãm vi sai. 1.1.2.2. Phạm vi ứng dụng của cơ cấu vi sai Trên ôtô thường dùng cơ cấu vi sai bánh răng trụ trong các hộp số, truyền động cuối cùng cho bánh xe, Vi sai bánh răng côn thường dùng trong cầu chủ động để truyền động cho các trục bánh xe, phân phối mômen giữa các cầu; Vi sai đối xứng trong trường hợp ma sát trong bé thường dùng trong cầu chủ động để truyền động cho các trục bánh xe; Vi sai không đối xứng thường dùng trong hộp phân phối của ôtô nhiều cầu; Vi sai tự hãm thường sử dụng trên ôtô con để tăng tính năng cơ động và độ ổn định khi xe quay vòng 7 1.2. Cơ sở lý luận về cơ cấu vi sai [13] 1.2.1. Nguyên lý chung 1.2.1.1. Tỷ số truyền Cơ cấu vi sai là một hệ bánh răng gồm có các khâu: bánh răng trung tâm 1, bánh răng hành tinh 2, cần dẫn C (hình 1.1). Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý cơ cấu vi sai. 1. Bánh răng trung tâm; 2. Bánh răng hành tinh; C. Cần dẫn. 1.2.1.2. Phân bố mômen quay trong cơ cấu vi sai Công thức tính vận tốc góc tương đối của các khâu 1, 2 so với cần C. C C ωωω −= 11 C C ωωω −= 22 Quan hệ vận tốc của cơ cấu biểu thị bằng tỷ số truyền giữa khâu 1 và khâu 2 khi cần C không chuyển động: (1.1) 1.2.1.3. Các hệ số đánh giá hiệu quả vi sai 1.2.2. Một số sơ đồ cơ cấu vi sai 1.2.2.1. Vi sai bánh răng trụ C 2 1 1 2 2 1 2 1 12 Z Zi C C C C C −= − − == ωω ωω ω ω Ci12 8 1.2.2.2. Vi sai bánh răng côn 1.3. Sử dụng cơ cấu vi sai để dẫn động hộp số Chọn sơ đồ vi sai bánh răng côn (Hình 1.5) để điều khiển dẫn động hộp số Hình 1.5. Sơ đồ cơ cấu vi sai bánh răng côn dẫn động hộp số. 1,3. Bánh răng trung tâm; 2. Bánh răng hành tinh; 4. Trục dẫn động; 5. Trục bánh răng trung tâm; C. Cần dẫn. Chương 2. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ 2.1. Yêu cầu về tự động điều khiển hộp số [12] 2.1.1. Yêu cầu giảm nhẹ việc điều khiển hộp số 2.1.2. Các biện pháp giảm nhẹ việc điều khiển hộp số 2.1.3. Điều kiện chuyển số 2.2. Điều khiển tự động và bán tự động hộp số có cấp 2.2.1. Các hộp số có cấp với trục cố định 2.2.1.1. Cơ cấu chuyển số 2.2.1.2. Bộ tự động chuyển số 2.2.2. Các hộp số tự động vô cấp dạng liên hợp - truyền động thủy cơ 2.2.2.1. Các khái niệm cơ bản 2.2.2.2. Biến mômen thủy lực C 2 1 3 5 4 9 Chương 3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỘP SỐ VÀ ÔTÔ DU LỊCH 4 CHỖ NGỒI 3.1. Giới thiệu chung về ôtô du lịch ở Việt Nam 3.2. Hộp số ôtô du lịch 4 chỗ ngồi 3.2.1. Khái niệm về các loại hộp số đang được sử dụng hiện nay 3.2.2. Đặc điểm chung của hộp số cơ khí có cấp [11] 3.2.2.1. Số cấp của hộp số Theo lý thuyết ôtô: (3.1) n - Số cấp của hộp số. ihI - Giá trị tỷ số truyền thấp nhất của hộp số. ihn- Giá trị tỷ số truyền của số cao nhất. q - Công bội của dãy tỷ số truyền, khi tính toán có thể chọn công bội trung bình q theo khoảng kinh nghiệm sau: + Đối với hộp số thường : q = 1,50 ÷ 1,70. + Đối với hộp số nhiều cấp: q = 1,20 ÷ 1,40. 3.2.2.2. Tỷ số truyền của hộp số 3.2.3. Đặc điểm cấu tạo của hộp số cơ khí có cấp [11] 3.2.4. Cơ cấu điều khiển hộp số [7] 3.2.4.1. Cơ cấu điều khiển trực tiếp 3.2.4.2. Cơ cấu điều khiển hộp số thông qua cần nối 3.2.4.3. Cơ cấu tránh vào hai số một lúc. ( ) 1 log loglog 1 + − =⇒= − q ii n i iq hnhIn hn hI 10 3.2.5. Bộ đồng tốc [7] Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ đồng tốc kiểu tấm trượt Hình 3.5. Bộ đồng tốc kiểu tấm trượt. 1, 4. Vòng đồng tốc; 2. Vòng khóa lò xo; 3. Ống trượt ngoài; 5. Mặt côn 6. Moay-ơ; 7. Tấm trượt 3.3. Phân tích ưu nhược điểm của cơ cấu điều khiển hộp số - Kết cấu đơn giản, giá thành rẽ. - Làm việc tin cậy, hiệu suất cao. - Tốn sức lực người lái. - Tốn thời gian sang số, hộp số làm việc không êm dịu như hộp số tự động. - Khi cần nhiều tỷ số truyền thì kết cấu hộp số sẽ cồng kềnh phức tạp. 11 Chương 4. KHẢ NĂNG DÙNG CƠ CẤU DẪN ĐỘNG VẠN NĂNG ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ CƠ KHÍ. 4.1. Sơ đồ cơ cấu dẫn động vạn năng điều khiển hộp số cơ khí Hình 4.1. Sơ đồ cơ cấu dẫn động vạn năng điều khiển hộp số cơ khí. 1,2. Bánh răng trung tâm; 3. Khớp chuyển số; 4. Trục thứ cấp; 5,11. Bánh răng gài số tương ứng; 6. Moay-ơ bộ đồng tốc; 7,9. Phanh điện từ; 8. Bánh răng hành tinh; 10. Chốt. 4.2. Nguyên lý làm việc cơ cấu dẫn động điều khiển hộp số cơ khí 4.2.1. Bộ đồng tốc khi chưa lắp cơ cấu dẫn động vạn năng [13] 12 4.2.1.1. Giai đoạn dịch chuyển tự do 4.2.1.2. Giai đoạn chưa đồng tốc 4.2.1.3. Giai đoạn đồng tốc 4.2.2. Xác định lực phanh cần thiết để điều khiển cơ cấu dẫn động vạn năng [3]; [8] Ta có vận tốc góc chênh lệch cần thiết để tạo nên vận tốc v cho khớp chuyển số: ω12 = │ω1 – ω2│ (4.7) Hình 4.7. Sơ đồ tính toán lực phanh cần thiết để điều khiển cơ cấu dẫn động hộp số. ω1 - Vận tốc góc của khớp chuyển số (rad/s). ω2 - Vận tốc góc của bánh răng trung tâm (rad/s). ω12 - Vận tốc góc tương đối giữa khớp chuyển số và bánh răng trung tâm (rad/s). Mômen phanh cần thiết tại đĩa phanh khi điều khiển cơ cấu dẫn động là: 13 (4.10) Lực phanh cần thiết để điều khiển cơ cấu dẫn động hộp số: (4.13) Chương 5. THIẾT KẾ CƠ CẤU DẪN ĐỘNG VẠN NĂNG ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ CƠ KHÍ TRÊN ÔTÔ DU LỊCH 4 CHỖ NGỒI 5.1. Tính toán bộ truyền vi sai 5.1.1. Khớp chuyển số 5.1.1.1. Chọn mối ghép ren giữa khớp chuyển số và bánh răng trung tâm [4]; [9]; 14] Chọn ren hình thang cân cho bộ truyền vít - đai ốc. - Xác định đường kính trung bình d2 của ren (Theo điều kiện bền mòn): (5.1) Ta chọn đường kính đỉnh ren trên khớp chuyển số: d = 20mm. - Chọn số đầu mối ren (Z): Chọn Z = 1. - Tỉ số truyền lực của ren: - Chọn bước ren của vít: v - Vận tốc chuyển động tịnh tiến của vít một đầu mối ren; n - Số vòng quay tương đối giữa đai ốc và vít khi điều khiển hộp số. Chọn n = 600 vòng/phút; p - Bước ren (mm). p ptt p R M F = [ ] mm Fd hH a 984,5 8.5,0.2.14,3 900 p2 ==≥ ψpiψ p di 2pi= mmp 4,5 600 10.54.1000.60 3 == − t JJM P 12.. ω ε == 14 Chọn kích thước prôphin cơ bản của ren hình thang một đầu mối thông dụng theo tiêu chuẩn TCVN 209-66. - Góc đỉnh ren: 0302 =β - Góc nâng của ren α (độ): - Góc ma sát của ren ,ϕ (độ): Với truyền động vít - đai ốc có bôi trơn thường chọn hệ số ma sát f = 0,1- 0,12, chọn f = 0,12. 5.1.1.2. Chọn mối ghép then hoa giữa khớp chuyển số và moay-ơ bộ đồng tốc 5.1.2. Tính toán tỉ số truyền của bộ vi sai bánh răng côn [9] Bộ truyền vi sai bánh răng côn điều khiển hộp số cơ khí có sơ đồ trên hình 5.4. Tỷ số truyền của cặp bánh răng côn để hở có thể đạt tới i = 6,3. Chọn tỷ số truyền cặp bánh răng côn nón trụ giữa bánh răng trung tâm với bánh răng hành tinh: Z1 - Số răng của bánh răng hành tinh; Z2, Z3 - Số răng của hai bánh răng trung tâm. 0 2 774,00135,0 117.14,3 5 =⇒=== α pi α d p tg 0, 08,7 2 30 cos 12,0 cos === arctgfarctg βϕ 6 11 3 1 2 === Z Z Z Z Z Z 15 Hình 5.4. Sơ đồ bộ truyền vi sai bánh răng côn điều khiển hộp số. 1. Bánh răng hành tinh; 2,3. Bánh răng trung tâm; 4. Trục dẫn động; 5. Trục bánh răng trung tâm; C. Cần dẫn. 5.1.3. Bánh răng trung tâm và bánh răng hành tinh [4], [14] 5.1.3.1. Chọn vật liệu chế tạo bánh răng 5.1.3.2. Xác định môdun: Chọn môdun trên mặt mút lớn của bánh răng côn ms = 2mm theo bảng 3-1; [4]. 5.1.3.3. Xác định chiều dài nón L(mm) Theo công thức tính môdun [3-23]; [4]. ms = (0,02 ÷ 0,03)L. Chọn ms = 0,02.L 5.1.3.4. Xác định các thông số - Tỷ số truyền i: - Số răng của bánh răng Z1, Z2 (răng): Từ công thức tính chiều dài nón: Bảng 3.5, [4] C 1 2 3 5 4 mm m L s 100 02,0 2 02,0 ===⇒ 12 1 2 66 ZZ Z Zi =⇒== 16 Chọn Z1 = 17; Z2 = 6.Z1 = 6.17 = 102 - Tính chính xác chiều dài nón L(mm): - Hệ số chiều rộng bánh răng ψL: - Chiều rộng bánh răng b (mm): b = 0,3.L = 0,3.103,4 = 31,02 - Góc mặt nón lăn φ (độ): - Đường kính vòng chia d (mm): d1 = ms.Z1 = 2.17 = 34 d2 = ms.Z2 = 2.102 = 204 - Đường kính vòng lăn trung bình dtb(mm). - Chiều cao răng h (mm): h = he + hi = 2 + 2,5 = 4,5 2 1 2 1 2 2 2 1 )6(5,05,0 zzmZZmL Ss +=+= 44,16 37.2.5,0 100 375,01 ===⇒ sm LZ 3,0== L b Lψ 4,10310217.2.5,05,0 222221 =+=+= ZZmL s 9,28 4,103 02,315,01345,0111 =      −=      −= L bddtb 4,173 4,103 02,315,012045,0122 =      −=      −= L bddtb ( ) 02 1 2 2 54,8066 ==⇒=== arctgiZ Z tg ϕϕ 0 1 2 1 1 46,96 1 6 11 =      =⇒=== arctg iZ Z tg ϕϕ 17 - Đường kính vòng đỉnh răng de (mm): de1 = ms(Z1 + 2.cosφ1) = 2(17 + 2.cos9,460) = 37,94 de2 = ms(Z2 + 2.cosφ2) = 2(102 + 2.cos80,540) = 204,66 - Góc ăn khớp α (độ): Chọn α = αo = 20o - Góc chân răng γ (độ): Hình 5.5. Cặp bánh răng trung tâm 2 và hành tinh. 0 21 39,14,103 5,2 =      =      === arctg L h arctg iγγγ 18 - Góc đầu răng ∆ (độ): - Góc mặt nón chân răng φi (độ): φi1 = φ1 – γ = 9,460 – 1,390 = 8,07o. φi2 = φ2 – γ = 80,540 – 1,390 = 79,15o. - Góc mặt nón đỉnh răng φe (độ): φe1 = φ1 + ∆ = 9,460 + 1,110 = 10,57o φe2 = φ2 + ∆ = 80,540 + 1,110 = 81,65o 5.1.4. Tính toán cần dẫn [4] 5.1.5. Tính toán chốt [9] Vì chịu lực không lớn, đường kính chốt phải nhỏ hơn rãnh của khớp chuyển số và moay-ơ chọn đường kính chốt D = 10mm. Chiều dài chốt theo kết cấu của cần dẫn: L = 70mm. 5.2. Thông số cơ bản của phanh điện từ 5.2.1. Tính chọn đĩa phanh và lực phanh [8], [9] Mômen quán tính của các chi tiết khi phanh: J = J1 + J2 + J3 + J4 + J5 = 15,91.10-4 + 8,12.10-4 + 16,62.10-4 + 4,62.10-4 + 6,2.10-4 = 51,47.10-4kgm2 - Xác định vận tốc tương đối giữa bánh răng trung tâm và khớp chuyển số khi phanh: - Xác định gia tốc góc khi phanh:   )(95,1 100. 300.44 mm Q D c y ==≤ piτpi srad p V /86,67 5 54.14,3.2.2 12 === pi ω 212 /43,271 25,0 86,67 srad t === ω ε 0 21 11,14,103 2 =      =      =∆=∆=∆ arctg L h arctg e 19 - Mômen phanh tại đĩa phanh: Mp = J.ε = 51,67.10-4.271,43 = 1,39Nm - Mômen phanh tính toán: Chọn hệ số an toàn k = 1,2. Mptt = kMp = 1,2.1,39 = 1,668Nm - Lực phanh cần thiết tại đĩa phanh: Đây chính là lực điện từ cần thiết khi phanh Fdt = Fp Mômen ma sát trong khớp ren giữa bánh răng trung tâm và khớp chuyển số: Công suất tiêu thụ của bộ truyền khi điều khiển cơ cấu: P = Mr.ω12 = 7,26.67,86 = 492,8Nm/s = 492,8W 5.2.2. Tính chọn nam châm điện từ [6], [10] - Công suất cơ khi hãm đĩa phanh Pc: Pc = Mptt.ω12 = 1,668.67,86 = 113,19Nm/s = 113,19W - Công suất điện của nguồn cung cấp cho cơ cấu phanh Pđ: Pđ = kPc Với k là hệ số tổn hao công suất do tổn thất điện năng và quá trình lão hoá của mạch từ; chọn hệ số k = 1,2. Vậy: Pđ = 1,2.113,19 = 135,8W - Tiết diện lõi từ S: Chọn tiết diện lõi từ hình vuông: a = 4mm; b = 4mm. Chọn kích thước ngoài của cuộn dây: a1 = 8mm; b1 = 8mm. NtgtgrFM tbcr 26,7)08,7774,0(.2 117,0 .900)(.. 00' =+=+= ϕα N R M F p ptt p 8,1213,0 668,1 === 226 2 7 2 0 1610.09,16 9,0 10.4.8,12. mmm B F S dt ≈=== − −piµ 20 - Chiều dài trung bình một vòng dây (mm): - Sức từ động của cuộn dây, F (Avòng): Công thức (5-43), [6]. (5.6) - Tiết diện dây dẫn (mm2): Sơ đồ kết cấu đĩa phanh và nam châm điện được thể hiện trên hình 5.9. Hình 5.9. Kết cấu đĩa phanh và nam châm điện từ. 1. Lõi từ; 2. Cuộn dây; 3. Đĩa phanh; δ. Khe hở không khí. - Đường kính dây dẫn (mm): (5.8) - Số vòng cuộn dây (vòng): Công thức (5.10), [6]. (5.9) - Chiều dài dây dẫn (m): 0541,0002,0.4.4 === pipi ddqd 9306 002,0 484,0. === dd K cu q QfW 002,0 14 024,0.017,0.94,70. === dm tb dd U lF q ρ 24 2 )84()84(2 2 )(2 2 )(2 11 =+++=+++= bbaaltb 94,70 017,0.24 4,0.48.8,135 . ==== ρtb cuKđ l fQPIwF 21 L = ltb.W = 0,024.9306 = 223. 5.3. Cơ cấu dẫn động vạn năng điều khiển hộp số cơ khí thông qua bộ truyền vi sai bánh răng 5.3.1. Kết cấu Hình 5.10. Kết cấu cơ cấu dẫn động điều khiển hộp số cơ khí. 1,2. Bánh răng trung tâm; 3. Khớp chuyển số; 4. Trục thứ cấp; 5,11. Bánh răng gài số tương ứng; 6. Moay-ơ bộ đồng tốc; 7,9. Phanh điện từ; 8. Bánh răng hành tinh; 10. Trục bánh răng hành tinh; 12.Vành ma sát đồng tốc; 13. Cần dẫn; 14. Đĩa phanh. 22 Hai cơ cấu phanh bằng điện từ này lắp cố định trên vỏ hộp số, được cung cấp dòng điện từ máy phát điện hoặc ắc-quy để phanh hãm các bánh răng trung tâm khi điều khiển cơ cấu dẫn động hộp số. Sơ đồ mạch điều khiển cơ cấu dẫn động hộp số thể hiện trên hình 5.11. Hình 5.12. Sơ đồ mạch điều khiển cơ cấu dẫn động hộp số cơ khí. 7,9. Cơ cấu phanh điện từ; 15,19. Biến trở; 16. Ắc-quy; 17. Máy phát điện; 18. Bộ điều chỉnh ly tâm. 5.3.2. Nguyên lý làm việc Khi xe đang hoạt động ở một tốc độ bất kỳ, chuyển động quay được truyền từ trục thứ cấp đến khớp chuyển số của cơ cấu điều khiển thông qua các mối ghép then hoa giữa moay-ơ với trục thứ cấp 23 và khớp chuyển số. Khi không có lực phanh trong các cơ cấu phanh điện từ, các chi tiết của cơ cấu vi sai và hai đĩa phanh trở thành khối thống nhất và quay theo trục thứ cấp hộp số. - Khi đóng cơ cấu phanh điện từ 7, làm xuất hiện mômen phanh trên đĩa của cơ cấu phanh nên bánh răng trung tâm 2 sẽ quay chậm lại. Lúc này các bánh răng hành tinh sẽ quay xung quanh trục của nó theo chiều làm tăng tốc độ quay của bánh răng trung tâm 1 nhanh hơn so với khớp chuyển số 3. Kết quả khớp chuyển số dịch chuyển sang trái ăn khớp với các then hoa vành ma sát đồng tốc ấn vành ma sát đồng tốc ép vào phần côn của bánh răng để bắt đầu đồng tốc, sau đó tiếp tục ăn khớp với các then hoa của bánh răng 11 để thực hiện gài số tương ứng. - Khi đóng cơ cấu phanh 9, bánh răng trung tâm 1 sẽ quay chậm hơn so với khớp chuyển số 3, thông qua bộ truyền vít - đai ốc làm cho khớp chuyển số dịch chuyển sang phải ăn khớp với các then hoa của bánh răng 5 để thực hiện gài số tương ứng. Cơ cấu dẫn động hộp số cơ khí có thể điều khiển bằng các tín hiệu điện từ với công suất rất nhỏ nhờ nút bấm hay cần gạt bố trí trên bảng điều khiển. Quá trình điều khiển cơ cấu vạn năng dẫn động hộp số cơ khí được thực hiện như sau: + Quá trình gài số 3 Khi bấm nút (hay cần gạt) trên bảng điều khiển về vị trí “số 3” các tiếp điểm của công tắc K1A đóng. Lúc này, cuộn dây của rơle A được cung cấp dòng điện từ ắc quy, làm công tắc K2A nối với tiếp điểm A1, mạch cung cấp từ máy phát được nối thông với cuộn dây của cơ cấu phanh điện từ 7, tạo nên lực điện từ làm giữ đĩa phanh, nên bánh răng trung tâm 2 quay chậm lại, thông qua bộ truyền vi sai 24 bánh răng côn, bánh răng trung tâm 1 quay nhanh hơn so với khớp chuyển số 3. Kết quả là khớp chuyển số dịch chuyển về phía trái, ăn khớp với bánh răng gài 11 (số 3). Khi khớp chuyển số dịch chuyển được một hành trình cần thiết để ăn khớp hoàn toàn, thì công tắc hành trình K3A sẽ mở làm ngắt mạch trong cuộn dây điện từ 7, đĩa phanh được giải phóng và chuyển động tịnh tiến của khớp chuyển sẽ dừng lại. * Chuyển lại về vị trí trung gian Sau khi gài số xong, muốn đưa khớp chuyển số về vị trí trung gian người lái nhấn lần nữa làm cho công tắc K1A mở ra và cuộn dây rơle A bị ngắt điện, công tắc K2A đóng về phía tiếp điểm A2. Lúc này, mạch cung cấp của cuộn dây cơ cấu phanh điện từ 9 được nối thông, tạo nên lực điện từ làm hãm đĩa phanh và bánh răng trung tâm 1quay chậm lại. Kết quả là khớp chuyển số dịch chuyển về phía phải. Khi khớp chuyển số dịch chuyển được một hành trình bằng hành trình ban đầu, thì công tắc hành trình K4A sẽ mở ngắt mạch trong cuộn dây điện từ 9, làm giải phóng đĩa phanh và chuyển động tịnh tiến của khớp chuyển sẽ được dừng lại. + Quá trình gài số 4 + Chế độ tự động của ôtô 25 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 1. Kết luận Sau thời gian thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế cơ cấu dẫn động vạn năng điều khiển hộp số cơ khí thông qua bộ truyền vi sai bánh răng”, trên cơ sở lý thuyết và từ kết quả tính toán, cho thấy rằng hệ thống điều khiển này có những đặc điểm sau: - Cơ cấu được thiết kế trên kết cấu hộp số cơ khí sẵn có; - Đặc điểm của cơ cấu này sử dụng năng lượng của các trục quay để tạo ra cơ năng điều khiển dẫn động hộp số; - Cho phép người lái điều khiển hệ thống truyền lực bằng các tín hiệu điện từ với công suất rất nhỏ chỉ nhờ nút bấm hay cần gạt bố trí trên bảng điều khiển; - Cơ cấu có kết cấu nhỏ gọn nên đáp ứng được các yêu cầu về độ bền, độ tin cậy, làm việc chắc chắn, nâng cao khả năng chịu tải và tuổi thọ cho các chi tiết của hộp số, giảm được lực cho người lái; - Giá thành thấp so với truyền động thủy cơ hay hệ thống điều khiển bằng khí nén, thuỷ lực khác. 2. Hướng phát triển của đề tài Hiện nay hướng chủ yếu được các nhà thiết kế ôtô quan tâm là đơn giản và giảm nhẹ quá trình điều khiển hệ thống truyền lực. Đó là ứng dụng hộp số thủy cơ, nhưng nó lại có cấu tạo phức tạp, chăm sóc bảo dưỡng nghiêm ngặt, yêu cầu tay nghề cao, giá thành đắt. Trên cơ sở nghiên cứu thiết kế cơ cấu dẫn động vạn năng điều khiển hộp số cơ khí thông qua bộ truyền vi sai bánh răng dùng cho ôtô du lịch 4 chỗ ngồi, chúng ta có thể: - Nghiên cứu ứng dụng để điều khiển hộp số cơ khí cho các ôtô tương đương. 26 - Có thể nghiên cứu áp dụng cho tự động hóa quá trình điều khiển đóng mở ly hợp ở các chế độ làm việc của động cơ để làm cho bộ ly hợp hoàn thiện hơn. Tuy nhiên, để có thể đưa đề tài vào ứng dụng trong việc điều khiển ly hợp, cần phải thay đổi một số kết cấu của ôtô như: thay đổi kích thước của vỏ ly hợp, chuyển dời hộp số về phía sau, tăng chiều dài trục ly hợp, thu ngắn trục các đăng vvvì bộ điều khiển ly hợp được bố trí trong khoảng giữa ly hợp và hộp số, hầu hết các chi tiết của hệ thống điều khiển ly hợp được liên kết với bánh đà động cơ. Do vậy, để không làm thay đổi đặc tính làm việc của động cơ, cần phải thay đổi trọng lượng của bánh đà để phù hợp với kết cấu đã tính toán. Trong phạm vi giới hạn của đề tài, tác giả chưa đề cập những vấn đề nêu trên trong nội dung luận văn, đồng thời cần có thiết kế chi tiết trên cơ sở kết cấu tổng thể đã thiết kế ứng dụng đối với từng hộp số xe cụ thể.