Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế và mô phỏng HTTL vô cấp cho ô tô con
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
HÀ NỘI
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : Đinh Thái Sơn
Phạm Bá Duẩn
Lớp: Ôtô Khóa: 50
Ngành: Ô tô và xe chuyên dụng.
1. Đề tài thiết kế:
Thiết kế và mô phỏng hệ thống truyền lực vô cấp cho ô tô con
2. Các số liệu ban đầu:
Ô tô con 4 chỗ ngồi, có khối lượng khi đầy tải:1190 Kg, phân bố lên cầu
trước/sau tương ứng là 55/45, sử dụng động cơ xăng có
ax
M
em
=150Nm tại 3800
vòng/phút.
Các số liệu khác tham khảo xe tương tự.
3. Nội dung các phần thiết kế và tính toán:
Phần 1: Tìm hiểu chung về HTTL và CVT.
Phần 2: Thiết kế tính toán bộ truyền đai.
Phần 3: Thiết kế tính toán bộ truyền hành tinh.
Phần 4: Nghiên cứu đề xuất hệ thống điều khiển.
Phần 5: Mô hình hoá và mô phỏng hệ thống trên máy tính.
Phần 6:Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết điển hình.
Phần 7:Kết Luận.

I. Công dụng-yêu cầu-phân loại 6
II. Một số loại hộp số phổ biến hiện nay 7
1. Hộp số thường (MT).
8
2. Hộp số tự động (AT). 10
3. Hộp số ly hợp kép (DCT). 12
4. Hộp số vô cấp (CVT). 14
4.1 Phân loại CVT 17
4.2 Cấu tao nguyên lý hoạt động HSVC sử dụng bộ truyền đai kim loại 19
5. Lựa chọn phương án thiết kế. 22
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI KIM LOẠI
I. Xác định thông số cơ bản 24
1. Xác định dải tí số truyền bộ truyền đai 24
2. Xác định kích thước bánh đai hộp số CVT 25
2.1 Đường kính bánh đai 25
2.2 Tính chọn khoảng cách trục và chiều dài đai 25
2.3 Vận tốc đai 26
2.4 Tính toán lực 27
II. Tính trục 30
1. Tính đường kính trục đai 30
2. Kiểm nghiệm bền trục 30
2.1 Tính trục theo bền uốn 32
2.2 Tính trục theo bền xoắn 33
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN HÀNH TINH
1. Xác định tỉ số truyền lực chính i
0
34
2. Phương trình động lực học bộ truyền hành tinh cơ sở 35
3. Tính toán thiết kế bộ truyền hành tinh 37
3.1 Chọn vật liệu 38

b. Đề xuất bộ điều khiển mờ 73
II. Mô phỏng hệ thống 76
CHƯƠNG VI: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT
BÁNH ĐAI DI TRƯỢT
1. Phân tích chức năng làm việc của chi tiết 88
1.1 Yêu cầu kỹ thuật cơ bản 88
1.2 Chọn dạng sản xuất 88
1.3 Phương pháp chế tạo phôi 88
2. Thiết kế quy trình công nghệ 90
2.1 Xác định đường lối công nghệ 90
2.2 Các nguyên công 90
2.3 Tính chế độ cắt cho các nguyên công 93
CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN 96
LỜI NÓI ĐẦU
Ô tô là một trong những phương tiện được sử dụng phổ biến trong mọi
ngành, mọi lĩnh vực khác nhau. Nước ta cùng với sự đi lên của nền kinh tế quốc
dân thì ôtô là phương tiện không thể thiếu, đáp ứng nhu cầu đi lại của nhân dân.
Do mức sống của con người ngày càng cao nên sự đòi hỏi về phương tiện và
tiện nghi ngày càng khắt khe. Hiện nay ôtô được trang bị HTTL vô cấp có CVT
đã xuất hiện ngày nhiều hơn và được rất nhiều hãng xe ứng dụng như Nissan,
Đinh Thái Sơn-Phạm Bá Duẩn Lớp ôtô K50
4
Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế và mô phỏng HTTL vô cấp cho ô tô con
Ford, Audi Đặc điểm của loại xe được trang bị HTTL có CVT là giúp người lái
giảm bớt thao tác, xe chuyển số êm dịu,giảm tiêu hao nhiên liệu. Do đó việc
nghiên cứu, tìm hiểu về HTTL có CVT trên ô tô là rất cần thiết và có ý nghĩa to
lớn trong công tác học tập cũng như ứng dụng vào thực tiễn sau này.
Nhiệm vụ :
Phần 1: Tìm hiểu chung về HTTL và CVT.
Phần 2: Thiết kế tính toán bộ truyền đai.

I.Công dụng – Yêu cầu – Phân loại
1.Công dụng
Hộp số dùng để :
-Thay đổi tốc độ và mô men truyền (hay lực kéo) trên các bánh xe.
-Thay đổi chiều chuyển động của xe (tiến hoặc lùi).
-Ngắt động cơ lâu dài khỏi hệ thống truyền lực.
Trên một số ô tô chức năng thay đổi mô men truyền có thể được đảm nhận nhờ
một số cụm khác(hộp phân phối ,cụm cầu xe )nhằm tăng khả năng biến đổ mô
men đáp ứng điều kiện làm việc mở rộng của ô tô.
2.Yêu cầu
Hộp số cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
-Có dãy tỷ số truyền hợp lý, phân bố các khoảng thay đổi tỷ số truyền tối ưu,
phù hợp với tính năng động lực học yêu cầu và tính kinh tế vận tải.
-Phải có hiệu suất truyền lực cao.
-Khi làm việc không gây tiếng ồn, chuyển số nhẹ nhàng, không phát sinh các
tải trọng động khi làm việc.
Đối với các hộp số sử dụng bộ truyền có cấp, khi chuyển số thường xảy ra
thay đổi giá trị tốc độ và mô men gây nên tải trọng động. Hạn chế các xung lực
và mô men biến động cần có các bộ phận ma sát (đồng tốc, khớp ma sát, bộ
truyền thủy lực )cho phép làm đều tốc độ của các phần tử truyền và nâng cao độ
bền, độ tin cậy trong làm việc của hộp số.
-Đảm bảo tại một thời điểm làm việc chỉ gài vào một số truyền nhất định
một cách chắc chắn(cơ cấu định vị ,khóa hãm,bảo vệ ).
-Kết cấu phải nhỏ gọn, dễ điều khiển thuận tiện trong bảo dưỡng và sửa
chữa.
Đinh Thái Sơn-Phạm Bá Duẩn Lớp ôtô K50
6
Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế và mô phỏng HTTL vô cấp cho ô tô con
-Có khả năng bố trí cụm trích công suất để dẫn động các thiết bị khác.
3. Phân loại

- Hộp số 2 trục.
- Hộp số 3 trục.
1.2 Cấu tạo của hộp số thường (loại 3 trục)
Hình 1.1 Hộp số thường
III
L
I
IIIV
V
z
a
'
3 2
1
z
a
z
4
'
z
3
'
z
2
'
z
1
'
z
1

,
1L
Z
,
2L
Z
,
a
Z
,
1
Z
′
,
2
Z
′
,
3
Z
′
,
4
Z
′
,
1L
Z
′
,

Z
,
4
Z
,
a
Z
′
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.
1.3 Nguyên lý hoạt động
-Vị trí tay số 1: Khi gạt cần 1 sang bên trái, lúc này, mômen truyền từ trục sơ
cấp qua cặp bánh răng luôn ăn khớp z
a
-z
a
’, 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, mômen 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, mômen 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.
-Vị trí tay số 4: Khi gạt cần 3 sang bên phải, mômen 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, mômen được truyền thẳng từ trục sơ cấp sang trục thứ cấp.

- 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):
Đinh Thái Sơn-Phạm Bá Duẩn Lớp ôtô K50
10
Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế và mô phỏng HTTL vô cấp cho ô tô con
C
1
C
2
1
B
B
2
F
1
2
F
3
B
Trôc s¬ cÊp
Trôc thø cÊp
C
0
Z
1

- Khả năng tăng tốc kém hơn hộp số thường.
- Việc sửa chữa hộp số tự động khá phức tạp và tốn kém.
3. Hộp số ly hợp kép (DCT)
Người đã sáng tạo ra hệ thống ly hợp kép là một kỹ sư ôtô người Pháp tên là
Adolphe Kegresse được biết đến nhiều nhất trong vai trò người đã phát triển loại
xe half-track (với bánh lốp đằng trước và bánh xích phía sau), giúp chiếc xe có
thể vượt qua nhiều loại địa hình phức tạp. Năm 1939, Kegresse đã có những ý
tưởng đầu tiên về hệ thống hộp số trang bị ly hợp kép. Nhưng không may là tình
hình tài chính bất lợi đã ngăn cản kế hoạch phát triển xa hơn của dự án này.
Đến đầu những năm 80 khi hệ thống điều khiển điện tử phát triển, máy tính
đã tham gia vào quá trình chuyển số và DCT đã có điều kiện thuận lợi để phát
triển xa hơn và Porsche đã đặt những nền tảng đầu tiên của mình trong việc
nghiên cứu và phát triển hệ thống ly hợp kép. Năm 1982, những mẫu xe đua
được trang bị hệ thống ly hợp kép của Porsche đã giành được nhiều thành công
trong các giải đua xe thế giới.
Tuy nhiên hệ thống ly hợp kép chỉ được hạn chế lắp đặt trong các mẫu xe đua
và hệ thống này chỉ được thương mại hóa khi Volkswagen là hang tiên phong
trong việc sản xuất đại trà hộp số ly hợp kép. Hiện nay những chiếc xe trang bị
công nghệ DCT được bán chủ yếu ở thị trường Châu Âu với các hang sản xuất
lớn như: Volkswagen, Audi, Porsche…
Đinh Thái Sơn-Phạm Bá Duẩn Lớp ôtô K50
12
Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế và mô phỏng HTTL vô cấp cho ô tô con
1: Bánh răng xoắn ăn khớp với bộ vi sai; 2: bánh răng thuộc bộ vi sai; 3: trục sơ
cấp số1; 4: trục khuỷu động cơ; 5: trục sơ cấp số 2; 6: Ly hợp 2; 7: Ly hợp 1; 8:
bánh răng xoắn ăn khớp với bộ vi sai; 9: bánh răng ăn khớp với bộ đồng tốc; BR:
Cặp bánh răng số
4. Hộp số vô cấp CVT (continuously variable transmission)
Đinh Thái Sơn-Phạm Bá Duẩn Lớp ôtô K50
13

lượng trực tiếp từ động cơ đưa vào hộp số. Bánh đai thứ hai gọi là bánh đai bị
động nối với bánh đai chủ động hay còn gọi là bánh đai đầu ra và nó truyền
momen đến trục truyền động dẫn đến bánh xe.
Khi một bánh đai tăng bán kính của nó và cái khác giảm bán kính để giữ cho
dây đai luôn bám chặt vào giữa hai khối hình nón, chúng sẽ tạo ra vô số các tỷ
số truyền từ mức thấp nhất cho đến cao nhất. Về mặt nguyên lý, hộp số CVT
hoạt động với vô số cấp độ có thể chạy ở bất cứ thời điểm nào, đối với bất cứ loại
động cơ và tốc độ xe nào của xe.
Đinh Thái Sơn-Phạm Bá Duẩn Lớp ôtô K50
15
Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế và mô phỏng HTTL vô cấp cho ô tô con

Điều đặc biệt là CVT vẫn có chế độ sang số bằng tay. Bộ điều khiển có thể ra
lệnh cho dây đai chuyển lên vị trí khác một cách đột ngột, không theo kiểu tuần
tự. Tuy nhiên, các hãng vẫn khuyến cáo khả năng tiết kiệm xăng chỉ tốt ở kiểu tự
động.
Ưu điểm:
- Tạo cảm giác điều khiển mềm và êm hơn.
- Nâng cao hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu nên giảm khí thải, thân thiện với
môi trường.
- Tăng tốc tốt hơn.
Nhược điểm:
Đinh Thái Sơn-Phạm Bá Duẩn Lớp ôtô K50
16
Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế và mô phỏng HTTL vô cấp cho ô tô con
- Công nghệ chế tạo phức tạp, các chi tiết phải được tính toán và chế tạo
chính xác.
- Do truyền động bằng dây đai nên làm hạn chế về công suất của xe (công
suất của động cơ không được lớn quá sẽ gây ra trượt).
- Mòn dây đai.

Hình 1.8 : đai xích
Đinh Thái Sơn-Phạm Bá Duẩn Lớp ôtô K50
19
Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế và mô phỏng HTTL vô cấp cho ô tô con
4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động HSVC sử dụng bộ truyền đai kim loại
Hệ thống bao gồm: hộp số, tryền lực chính lắp chung trong một vỏ, bắt
liền với động cơ. Cụm hộp số được tập hợp bởi: Cơ cấu hành tinh (chỉ có tác
dụng đảo chuyển chuyển động tạo số truyền lùi) và 2 li hợp khoá K1, K2 và bộ
truyền đai kim loai. Bộ truyền đai vô cấp cho phép biến đổi tốc độ vô cấp và tự
động điều khiển.
Đinh Thái Sơn-Phạm Bá Duẩn Lớp ôtô K50
20
Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế và mô phỏng HTTL vô cấp cho ô tô con
Vấn đề thay đổi tỉ số truyền vô cấp được thực hiện bởi bộ truyền đai kim
loại. Cấu trúc các bánh đai bao gồm: nửa bị động và nửa cố định có thể thay đổi
khoảng cách 2 nửa bánh đai. Với bánh đai chủ động nửa bánh đai di động luôn
luôn chịu lực ép ban đầu bởi lò xo và áp lực thuỷ lực trong buồng thuỷ lực của xi
lanh điều khiển .
Hình 1. 9 :Bộ truyền đai
Dây đai kim loại tiết diện hình thang có răng và các phần tử làm việc ở trạng
thái chịu nén ban đầu. Hiệu suất truyền lực lớn nhất bằng 95%. Cấu tạo dây gồm
nhiều phần tử kim loại nằm trên 2 vòng thép, mỗi vòng gồm nhiều lớp thép lò xo
lá ép chặt lại với nhau.
Mô men xoắn được truyền giữa các bánh đai thông qua lực kéo trên dây đai.
Việc truyền lực kéo tạo nên bởi áp lực ép từ phần tử kim loại này sang phần tử
kim loại khác. Sự dịch chuyển hướng kính của dây đai kim loại được thực hiện
nhờ sự cân bằng lực ép của đay đai trên răng bánh đai và lực ép thửy lực. Do hệ
Đinh Thái Sơn-Phạm Bá Duẩn Lớp ôtô K50
21
Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế và mô phỏng HTTL vô cấp cho ô tô con


Đinh Thái Sơn-Phạm Bá Duẩn Lớp ôtô K50
22
Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế và mô phỏng HTTL vô cấp cho ô tô con
Ưu điểm :
-Dùng cho các xe có chiều dài cơ sở lớn, tận dùng trọng lực bám cầu sau.
Nhược điểm:
-Chiếm khoảng không gian gầm xe lớn, cồng kềnh, khó bố trí các tiện ích
khác.
-Giảm khoảng sáng gầm xe.
-Nâng cao trọng tâm của xe.
-Phải bố trí thêm các đăng và khâu khớp truyền lực, gây ồn, lãng phí.
5.2 Phương án hai:
Động cơ đặt ngang, hộp số đặt ngang, cầu trước chủ động.
Ưu điểm:
-Tận dụng trọng lực bán cầu trước.
-Kết cấu gọn nhẹ.
-Không phải bố trí thêm truyền lực ra cầu sau.
- Tăng khoảng sáng gầm xe.
- Có thêm không gian bố trí các tiện ích khác.
Nhược điểm:
-Thích hợp với các xe nhỏ gọn, cầu trước củ động.
Đinh Thái Sơn-Phạm Bá Duẩn Lớp ôtô K50
23
Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế và mô phỏng HTTL vô cấp cho ô tô con
+Kết luận :
Từ hai phương án trên, với mục tiêu thiết kế hộp số vô cấp cho xe du lịch 4
chỗ ngồi và tận dụng được các ưu điểm ta chọn phương án hai: động cơ động cơ
đặt ngang, hộp số đặt ngang, cầu trước chủ động.

Hình 2.1 bộ truyền đai kim loại.

-Chọn hệ số masat k = 0,12.
2. Xác định kích thước bánh đai hộp số CVT:

-Kích thước hộp số phụ thuộc vào đường kính các bánh đai và chiều dài khoảng
cách hai tâm bánh đai.
-Để xác định yêu cầu trên, ta cần phải tính toán các tham số sau:
2. 1. Đường kính bánh đai:
- Ta chọn đường kính bánh đai nhỏ là:

D1 = 80 [mm]; và bánh đai lớn là D2 vì thế :

thap
i
D
D
=
2
1
=0,48
=>
thap
i
D
D
1
2