LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, những chiếc ôtô cũng
ngày càng yêu cầu khắt khe hơn đối với việc nâng cao tính tiện nghi, giảm tối đa
thao tác điều khiển xe, tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện với môi trường.
Hộp số hành tinh với sự tham gia của biến mô trong hệ thống truyền lực và khả
năng điều khiển chuyển số một cách tự động đã đáp ứng những yêu cầu về tính tiện
nghi trong các trang thiết bị trên ô tô, đem lại tính thẩm mỹ trong buồng lái, đồng
thời mang đến khả năng thân thiện với môi trường trong suốt quá trình hoạt động
của xe, mở ra hướng phát triển mới của ô tô trong tương lai là những chiếc xe thông
minh, thân thiện. Với đề tài “Thiết kế hộp số tự động lắp cho KIA MORNING”,
những nội dung mà đồ án sẽ thực hiện bao gồm:
Lựa chọn sơ đồ động học của hộp số hành tinh phù hợp để sử dụng thiết kế.
Phân phối tỉ số truyền và tính toán sức kéo.
Tính toán thiết kế các kích thước hình học cơ bản của hộp số hành tinh…
Xin chân thành cảm ơn thầy PHẠM HỮU NAM đã tận tình giúp đỡ em trong
suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp. Cảm ơn các thầy giáo trong bộ môn Ô tô
và xe chuyên dụng cùng các bạn sinh viên đã giúp đỡ để hoàn thiện đồ án này.
Hà Nội, tháng 6 năm 2010
Sinh viên
Nguyễn Hữu Lượng
1
CHƯƠNG 1
ĐẶC ĐIỂM VÀ PHÂN LOẠI HỘP SỐ TỰ ĐỘNG
I. ĐẶC ĐIỂM HỘP SỐ TỰ ĐỘNG
1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hộp số trên ôtô
1.1. Nhiệm vụ
Hộp số tự động có nhiệm vụ là truyền và biến đổi mômen từ động cơ tới bánh
xe chủ động sao cho phù hợp giữa chế độ làm việc của động cơ và mômen cản sinh
ra trong quá trình ôtô chuyển động , cắt dòng truyền mômen trong thời gian ngắn
hoặc dài, thực hiện đổi chiều chuyển động nhằm tạo nên chuyển động lùi cho ôtô,
tạo khả năng chuyển động mềm mại và tính năng việt dã cần thiết trên đường.

Quá trình sang số của hộp số cơ khí thì đồ thị lực kéo bị trễ một phần do thời gian
trễ gây ra bởi quá trình giảm ga chuyển số thể hiện bằng phần đen trên đồ thị. Còn
hộp số tự động thì quá trình sang số là tự động bằng cách điều khiển dòng thủy lực
đóng các van khác nhau nên thời gian trễ là không có nên nó tránh mất đi một phần
công suất khi sang số.
Hình 1.4 Đặc tính kéo
2.2. Phân tích đặc điểm động lực học của ôtô dùng hộp số tự động và ôtô dùng
hộp số thường
Tính lực kéo tiếp tuyến P
k
ở bánh xe chủ động theo vận tốc chuyển động của xe,
với xe sử dụng hộp số thường ta có công thức
4
P
k
=
k
b
M
r
=
e h o
M .i .i .
t
b
r
η

``
Hình 1.5 Đồ thị lực kéo của xe lắp hộp số thường

η

Trong đó
M
t
: Momen bánh tua bin
Xuất phát từ phương trình cân bằng lực kéo của ôtô, quan hệ giữa lực kéo phát
ra tại các bánh xe chủ động P
k
và các lực cản chuyển động phụ thuộc vào vận tốc
chuyển động của ôtô P
k
= f(v) . Trục tung là các giá trị của lực và trục hoành là các
giá trị của vận tốc , đồ thị biểu diễn quan hệ các lực đó và vận tốc của ôtô chính là
đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô.
5
Nhận xét : Đồ thị hình 1.5 và hình 1.6 cho thấy sự khác biệt của đường đặc tính kéo
ở xe lắp hộp số thường và xe lắp hộp số tự động như sau: lực kéo P
k
ở bánh xe chủ
động của xe lắp hộp số tự động lớn hơn P
k
của xe lắp hộp số hộp số thường,với xe
lắp hộp số tự động thì lực cản tăng thì lực kéo tăng theo, đồ thị lực kéo của xe lắp
hộp số thường với mỗi tay số có vùng làm việc ổn định phía bên phải và vùng làm
việc không ổn định bên trái, xe lắp hộp số thường lực cản tăng thì lực kéo giảm.
Hình 1.6 Đồ thị đặc tính kéo của xe lắp hộp số tự động
2.3 Đặc điểm vận hành của xe dùng hộp số tự động và dùng hộp số cơ khí
Trong hộp số tự động, momen xoắn được chuyển đến các bánh xe chủ động một
cách êm dịu và gần như liên tục tương ứng với lực cản chuyển động và tốc độ

chiều với các cánh bơm, được lắp trên trục sơ cấp hộp số sao cho nó đối diện với
các cánh trên cánh bơm, và khe hở giữa chúng rất nhỏ.
3.1.3. Stato
Stato được đặt giữa cánh bơm và roto tuabin, trục stato lắp cố định vào vỏ hộp
số qua khớp một chiều, các cánh của stato nhận dòng dầu khi nó đi ra khỏi roto
tuabin và hướng cho nó đập vào mặt sau của cánh quạt trên cánh bơm làm cho cánh
bơm được cường hóa. Khớp một chiều cho phép stato quay cùng chiều với trục
khuỷu động cơ, nếu stato có xu hướng quay theo chiều ngược lại thì khớp 1 chiều sẻ
khóa stato lại không cho nó quay.
3.1.4. Các đặc tính cơ bản của biến mô, hiệu suất và momen
Việc khuyếch đại mômen do biến mô sẽ tăng theo tỷ lệ với dòng xoáy , điều đó
có nghĩa là nó lớn nhất khi roto tuabin không quay . Hoạt động của biến mô được
chia làm hai dải hoạt động: dải biến mô trong đó có sự khuyếch đại mômen, dải
khớp nối trong đó chỉ thuần tuý diễn ra việc truyền mômen và sự khuyếch đại
mômen không xảy ra.
8
Hình 1.10 Đồ thi đặc tính không thứ nguyên của biến mô
- Hệ số khuếch đại biến mô
K
bm
=
t
b
M
M
Trong đó : M
t
momen bánh tubin
M
b

bm
η
=
b
T
N
N
=
bb
tt
nM
nM
.
.
= K
bm
. i
bm
Trong đó :
N
t
: Công suất phát ra trên trục bánh tubin của biến mô
N
b
: Công suất trên trục bánh bơm của biến mô
9
Giá trị hiệu suất biến mô thay đổi theo đường cong bậc hai parabol và đạt giá trị
lớn nhất tại
η
η

t
λ
là hệ số momen xoắn, D là đường
kính lớn nhất của bánh. Từ đó ta có
K
bm
=
b
t
M
M
=
b
t
λ
λ
và
η
=
b
t
λ
λ
. i
bm
- Điểm ly hợp
Là đường phân chia giữa hai giai đoạn đó hiệu suất truyền động của bộ biến
mô cho thấy năng lượng truyền cho bánh bơm được truyền đến bánh tuabin với hiệu
quả ra sao. Năng lượng ở đây là công suất của bản thân động cơ tỉ lệ với tốc độ của
động cơ (vòng/phút) và mômen động cơ do mômen được truyền với tỉ số gần 1:1

Simson, Bộ truyền hành tinh Ravigneaux.
11
3.2.1. Bộ truyền hành tinh Wilson
Hình 1.12. Cơ cấu hành tinh Wilson
Được cấu tạo từ ba phần tử cơ bản có cùng trục quay gồm một bánh răng mặt
trời, một bánh răng bao và một cần dẫn. Các bánh răng hành tinh quay trơn trên cần
dẫn ăn khớp đồng thời với bánh răng mặt trời và bánh răng bao, đóng vai trò như
phần tử trung gian nối giữa ba phần tử cơ bản. Các phần tử của CCHT Wilson có 2
ràng buộc về hình học và 2 ràng buộc về động học :
C
r
c
ω
=
SS
r
ω
.
+
PP
r
ω
.
,
C
r
=
S
r
+

là đặc tính của CCHT Wilson, ta rút ra được phương trình liên kết 3
phần tử cơ bản của cơ cấu:
(1 + Z)
C
ω
=
S
ω
+ Z·
R
ω
Từ phương trình liên kết, nhận thấy chỉ cần xác định được chuyển động của 2 phần
tử là xác định được chuyển động của cả cơ cấu. Bởi vậy, CCHT Wilson có 2 bậc tự
do.
12
3.2.2. Bộ truyền hành tinh Simpson
Các phần tử M
1
, N
1,
H
1
, G
1
(S
1
, R
1
, P
1

,
2
N
,
2
H
,
2
G
(
2
S
,
2
R
,
2
P
,
2
C
) thuộc dãy hành tinh thứ hai. Rút ra được các
ràng buộc về động học và hình học của các phần tử trong CCHT Simpson:
1C
r
1C
ω
=
SS
r

.
PP
r
ω
,
1R
r
=
1C
r
+
1P
r
2C
r
1C
ω
=
SS
r
ω
.
2
+
22
.
PP
r
ω
,

+
2P
r
Từ đặc tính của 2 dãy hành tinh Wilson trong CCHT Simpson là
1
K
=
1
1
R
S
r
r
và
2
K
=
2
2
R
S
r
r
có thể rút ra được phương trình liên kết các phần tử cơ bản của bộ
13
truyền simson:
1 1 1 1
2 2 2 1
. (1 ).
. (1 )

H
(
1
P
),
2
H
(
2
P
) ăn khớp
với nhau và nằm trên một giá hành tinh G(C), một bánh răng bao N(R) ăn khớp với
2
H
còn
1
H
ăn khớp với
2
M
. Sơ đồ cấu tạo như hình vẽ.
CCHT Ravigneaux có 4 ràng buộc động học và 4 ràng buộc hình học:

CC
r
ω
.
1
=
11

ω
+
22
.
PP
r
ω
,
2C
r
=
2S
r
+
2P
r
(
2C
r
-
1C
r
)
C
ω
=
11
.
PP
r

.
2
+
22
.
PP
r
ω
,
R
r
=
2C
r
+
2P
r
Từ các ràng buộc trên và đặc tính của dãy hành tinh cơ bản Wilson
1
K
=
1
R
S
r
r
và dãy
hành tinh bánh răng hành tinh kép
2
K

nhiên, khi thực hiện sẽ khiến kết cấu của hộp số phức tạp. Do đó, với những CCHT
đặt ở cuối hộp số thì đầu ra thường cố định, không thay đổi, trong khi đó, đầu vào
hộp số có thể thay đổi bằng các ly hợp khóa. Như vậy, khả năng tạo tỉ số truyền tối
đa của các CCHT đã giảm xuống. Để có được số lượng số truyền mong muốn cần
sử dụng nhiều CCHT khác nhau trong hộp số.
Hộp số chính dùng trên ô tô có thể chia ra: một hoặc nhiều nhóm tỉ số truyền. Hộp
số có một nhóm tỉ số truyền gồm các CCHT đơn lẻ kiểu Simpson, Ravigneaux hay
được tổ hợp từ các CCHT kiểu Wilson. Hộp số có hai hay nhiều nhóm tỉ số truyền
gồm các CCHT đã được tổ hợp như trên cùng với CCHT đơn giản. Các ô tô con
hiện đại thường bố trí các loại động cơ có số vòng quay lớn, hộp số cần có nhiều số
truyền và tỉ số truyền thay đổi trong giới hạn rộng, trong khi đó không gian chỉ cho
phép trong giới hạn nhất định, vì vậy hộp số đã được cấu tạo thành hai phần nhằm
giảm bớt tỉ số truyền cho các bộ truyền, thu gọn kích thước chung. Đối với loại hộp
15
s c cu to t nhiu phn, hp s c chia ra: phn chớnh hp s, phn ph
hp s. Phn ph hp s cú th t trc hoc t sau phn chớnh. to nờn nhiu
t s truyn cho hp s, gia cỏc phn ca hp s cn cú mi liờn h nht nh vi
nhau. S liờn h ny to ra kh nng t hp gia cỏc CCHT riờng bit vi nhau. Cú
hai cỏch t hp cỏc CCHT liờn tip l ni tip v song song. Vi dng ni tip, u
ra ca c cu ny cú th l u vo ca c cu tip theo, vỡ th t s truyn ca c t
hp l tớch cỏc t s truyn thnh phn. Vi dng song song, dũng truyn cụng sut
cú th c chia nh, do vy, hiu sut truyn s c tng lờn ng thi to iu
kin iu khin cỏc dũng cụng sut riờng bit.
3.3. H thng thy lc
B iu khin thy lc cú chc nng to ra ỏp sut thy lc, iu chnh ỏp sut
thy lc bng cỏc van iu ỏp s cp, van bm ga thớch hp ci cụng sut phỏt ra
ca ng c.H thng iu khin úng m cỏc ly hp v phanh thc hin chuyn
s.
Hỡnh 1.15. Cỏc chc nng iu khin ca h thng thy lc
Bơm dầu: Bơm dầu của hộp số tự động thờng đặt trên vách ngăn giữa biến mô

Lò xo
Trục bộ van thuỷ lực
chuyển số
Trục bộ van thuỷ lực
chuyển số
Lò xo
Tới ly hợp
khoá
Bộ chuyển
đổi số từ
tốc độ ôtô
Từ bộ van
mở dầu
chuyển số
Bộ chuyển
đổi số từ
động cơ tới
Hỡnh 1.18. Van iu khin
Van in t: Van in t s dng iu khin s lm vic ca cỏc van
chuyn s. Cú 2 loi van in t : van in t iu khin chuyn s v van in t
tuyn tớnh iu khin tng gim ỏp sut du theo dũng in iu khin ECU.
Hỡnh 1.19. Cỏc loi van in t
18
Hình 1.20. Hệ thống thủy lực
3.4. Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển nhận tín hiệu từ các cảm biến và có nhiệm vụ điều khiển
các trạng thái làm việc của hộp số hành tinh như : Điều khiển thời điểm chuyển số,
điều khiển khóa biến mô, điều khiển tối ưu áp suất cơ bản. HÖ thèng ®iÒu khiÓn cã
c¸c lo¹i c¶m biÕn : C¶m biÕn tèc ®é, c¶m biÕn vÞ trÝ bím ga, c¶m biÕn nhiÖt ®é,
nhiÖt ®é dÇu, ¸p suÊt dÇu .…

mômen thủy lực. Kết cấu này được bố trí trên nhiều ôtô hiện nay.
- Hộp số cơ khí và bộ truyền động đai vô cấp : Loại này bố trí trên ôtô con có
thể tích làm việc của động cơ nhỏ hơn 1dm
3
và trên xe chuyên dụng có tốc
độ thấp.
CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG
21
I. CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG, CHỌN PHƯƠNG ÁN
Sau đây em đưa ra một số dạng sơ đồ động học đã được tổ hợp của hộp số hành
tinh 4 số tiến, để tiến hành so sánh ưu nhược của các dạng sơ đồ đó nhằm lựa chọn
một sơ đồ tối ưu cho tính toán thiết kế.
1. Phưong án I
1.1. Sơ đồ động học
Hình 2.1
Hộp số hành tinh trên sơ đồ hình 2.1 gồm có bộ truyền hành tinh WILSON phía
trước và bộ truyền hành tinh SIMSON phía sau, cần dẫn của bộ truyền trước nối
cứng với bánh răng bao của bộ truyền hành tinh sau. Bánh răng bao của bộ truyền
trước được nối cứng với trục của bánh tuabin của biến mô. Cần dẫn của bộ truyền
hành tinh sau nối với bộ vi sai của cầu xe. Qúa trình chuyển các số được thực hiện
thông qua việc đóng mở các ly hợp C
1
, C
2
, C
3
và các phanh B
1
, B

Số 3 x x x
Số truyền tăng x x x
Số lùi x x
Hình 2.2
2. Phương án II
2.1 Sơ đồ động học
Hộp số hành tinh trên sơ đồ hình 2.3 gồm có hai cơ cấu hành tinh Willson ghép
nối với nhau theo kiểu CR – CR ( cần dẫn của cơ cấu này nối với bánh răng bao của
cơ cấu kia). Đầu vào của bộ truyền hành tinh là trục ra của bánh tuabin của biến mô,
đầu ra của bộ truyền là cần dẫn của cơ cấu hành tinh ăn khớp với bộ vi sai. Các ly
hợp thủy lực gồm có C
1
, C
2
, C
3
, ly hợp khóa biến mô TCC, các cơ cấu phanh ký
hiệu B
1
, B
2
, B
3
, các khớp một chiều F
1
, F
2
, qúa trình chuyển các số như thứ tự trên
hình 2.4.
Với sơ đồ hộp số này có ưu điểm là: Hộp số chỉ sử dụng 2 cơ cấu hành tinh Winson

Wilson ăn khớp với bộ vi sai. Hai bộ truyền này được bố trí trên cùng một trục và
bánh răng mặt trời trước nối cứng với bánh răng mặt trời sau của bộ truyền hành
tinh Simson. Bộ truyền này tạo ra 3 số truyền thẳng và một số lùi. Bộ truyền hành
tinh Wilson làm bộ truyền hành tinh OD. Bộ truyền này tạo ra số truyền tăng. Qúa
trình chuyển các số được thực hiện thông qua việc đóng mở các ly hợp C
0
, C
1
, C
2
,
các phanh B
0
, B
1
, B
2
, và các khớp một chiều F
0
, F
1
, F
2
như thứ tự trên hình 2.6.
Với sơ đồ hộp số này có ưu điểm sau: Hộp số có thể tạo ra được nhiều nhóm tỉ
sô truyền khác nhau, tạo ra được số truyền tăng. Tuy nhiên, kết cấu hộp số rất phức
tạp do sử dụng nhiều phanh, ly hợp và các cơ cấu hành tinh, số lượng các phần tử
điều khiển tham gia vao quá trình chuyển các số thay đổi khác nhau gây tổn hao
công suất.
3.2 Sơ đồ đi số