Cấu tạo hộp số ô tô – nguyên lý hoạt động của 4 loại hộp số ô tô cơ bản

0
89

Để một chiếc xe ô tô có thể vận hành thì nó cần sự tham gia của rất nhiều các chi tiết trong động cơ. Trong đó, hộp số là một bộ phận quan trọng góp phần vào quá trình vận hành của xe. Ngày nay, hầu hết các hãng xe trang bị cho các dòng xe 2 loại hộp số cơ bản là hộp số sàn và hộp số tự động. Ngoài ra còn có thêm 2 loại hộp số phổ biến gần đây đó là hộp số ly hợp kép và hộp số tự động vô cấp CVT. Vậy cấu tạo của chúng ra sao và nguyên lý hoạt động thế nào? Mời các bạn tìm hiểu qua bài viết về cấu tạo hộp số ô tô dưới đây của ShopTech nhé!

cấu tạo hộp số ô tô

Cấu tạo hộp số ô tô số sàn và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo hộp số sàn 2 trục 5 cấp

Sơ đồ cấu tạo:

cấu tạo hộp số ô tô

Nhìn vào sơ đồ, ta có thể thấy cấu tạo hộp số ô tô số sàn 2 trục bao gồm các bộ phận chính như: trục sơ cấp 1, trục sơ cấp 2, các bánh răng Z1, Z2, Z3, Z4, Z1’, Z2’, Z3’, Z4’, ống gài 3 và 4. Các bánh răng trên trục sơ cấp Z1, Z2, Z3, Z4 được cố định trên trục. Còn các bánh răng trên trục thứ cấp Z1’, Z2’, Z3’, Z4’ được quay trơn trên trục. Các ống gài 3 và 4 liên kết then hoa với trục và có các vấu răng ở 2 phía để ăn khớp với các bánh răng cần gài.

Cấu tạo thực tế của hộp số ô tô số sàn 2 trục:

cấu tạo hộp số ô tô

Về cơ bản, cấu tạo chung của hộp số ô tô số sàn hai trục cũng bao gồm các chi tiết như đã trình bày ở trên.

Như hình vẽ còn thể hiện đây là hộp số hai trục 5 cấp, có cả số lùi và truyền lực cuối cùng có bộ vi sai. Vì hộp số có 5 cấp nên trên trục sơ cấp và thứ cấp có 5 cặp bánh răng luôn ăn khớp với nhau. Trong đó bánh răng chủ động số 1, số 2 cố định trên trục sơ cấp. Bánh răng chủ động số 3, số 4, số 5 quay trơn trên trục sơ cấp. Bánh răng bị động số 1, số 2 quay trơn trên trục thứ cấp. Bánh răng bị động số 3, số 4, số 5 cố định trên trục thứ cấp (thường bánh răng quay trơn được bố trí cạnh đồng tốc gài số). Vì có 5 số nên hộp số có 3 ống gài đồng tốc.

Ngoài ra để đảo chiều quay của trục thứ cấp khi lùi, hộp số còn có thêm 1 bánh răng số lùi có thể di trượt trên trục số lùi để ăn khớp với một bánh răng chủ động số lùi trên trục sơ cấp và vành răng trên ống gài của bộ đồng tốc số 1 và số 2 ở vị trí trung gian.

Nguyên lý làm việc của hộp số sàn 2 trục

Khi ống gài 3 và 4 ở vị trí trung gian, mặc dù các bánh răng trên trục sơ cấp và thứ cấp luôn ăn khớp với nhau nhưng các bánh răng trên trục thứ cấp quay trơn với trục nên hộp số chưa truyền mômen (số 0). Với những chi tiết tạo nên cấu tạo hộp số ô tô thì nguyên lý làm việc của nó cũng tuân theo những thứ tự được sắp xếp. Các số truyền của hộp số được thực hiện như sau:

  • Số 1: Để gài số 1, người ta điều khiển ống gài 3 dịch chuyển sang phải cho vấu gài ăn khớp với bánh răng Z‘1 , khi đó dòng truyền mômen từ trục 1 ® Z1 ® Z‘1 ® ống gài 3 ® trục 2.
  • Số 2: Để gài số 2, người ta điều khiển ống gài 3 dịch chuyển sang trái cho vấu gài ăn khớp với bánh răng Z‘2  , khi đó dòng truyền mômen từ trục 1 ® Z2 ® Z‘2 ® ống gài 3 ® trục 2.
  • Số 3: Để gài số 3, người ta điều khiển ống gài 4 dịch chuyển sang phải cho vấu gài ăn khớp với bánh răng Z‘3 , khi đó dòng truyền mômen từ trục 1 ® Z3 ® Z‘3 ® ống gài 4 ® trục 2.
  • Số 4: Để gài số 4, người ta điều khiển ống gài 4 dịch chuyển sang trái cho vấu gài ăn khớp với bánh răng Z‘4  , khi đó dòng truyền mômen từ trục 1 ® Z4 ® Z‘4 ® ống gài 4 ® trục 2.

Cấu tạo hộp số ô tô số tự động và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo hộp số ô tô số tự động có kết cấu phức tạp hơn nhiều hộp số sàn, khác biệt dễ thấy nhất giữa hộp số tự động và hộp số sàn là hộp số sàn có chân côn còn hộp số tự động thì không. Số tự động là loại hộp số có thể tự động thay đổi tỷ số truyền động bằng cách sử dụng áp suất dầu tác động tới từng ly hợp hay đai bên trong. Hiểu được rõ các tính năng của của nó sẽ giúp các bạn tránh được những hư hỏng và kéo dài thời gian sử dụng khi sử dụng đúng cách.

Cấu tạo hộp số ô tô số tự động

Về mặt cấu tạo,cấu tạo hộp số ô tô số tự động bao gồm những thành phần cơ bản: Các bộ bánh răng hành tinh kết hợp, các bộ ly hợp thuỷ lực, bộ điều khiển điện tử-thuỷ lực.

cấu tạo hộp số ô tô

Hộp số tự động 5 số tiến 1 số lùi

Bánh răng hành tinh bao gồm 3 bộ phận chính:

  • Bánh răng định tinh (còn gọi là bánh răng trung tâm hay bánh răng mặt trời) nằm ở giữa.
  • Các bánh răng hành tinh nhỏ ăn khớp và xoay quanh bánh răng định tinh, được lắp cố định trên lồng hành tinh.
  • Vòng răng (ngoài cùng bao quanh và ăn khớp trong với các bánh răng hành tinh nhỏ). Trong hộp số tự động, vòng răng thường được chế tạo thêm rãnh răng ở bề mặt bên ngoài để ăn khớp với các đĩa ma sát của ly hợp, như vậy các đĩa ma sát sẽ chuyển động cùng với vòng răng.

Bất kể 1 trong 3 bộ phận trên đều có thể đóng vai trò dẫn momen xoắn (bộ phận đầu vào), khi đó 1 trong 2 bộ phận còn lại đóng vai trò nhận mômen xoắn ra (đầu ra) và bộ phận cuối cùng phải bị giữ cố định. Với mỗi sự thay đổi từ một bộ phận dẫn (đầu vào) hoặc bộ phận bị giữ sẽ cho một tỷ số truyền đầu ra khác nhau về momen xoắn và trong một vài trường hợp có thể cho ra chiều quay ngược lại.

Bộ ly hợp thuỷ lực bao gồm các bộ phận:

Vỏ ly hợp, các đĩa ma sát, các tấm thép ma sát, cụm lò xo và piston.

Đĩa ma sát và tấm thép ma sát được lần lượt được xếp chồng lên nhau. Đĩa ma sát được bắt cố định vào vòng răng ngoài (của bộ BRHT) nhờ rãnh răng, khi công suất truyền qua bộ BRHT, vòng răng chuyển động và các đĩa ma sát cũng sẽ chuyển động theo. Các tấm ma sát được xếp trong vỏ ly hợp và được giữ cố định bởi 1 chốt chống xoay trên vỏ ly hợp. Khi không có áp suất dầu, lò xo giữ piston không ép vào đĩa ma sát, do đó đĩa ma sát và tấm ma sát không tiếp xúc với nhau. Khi đóng ly hợp, áp suất dầu ở khoang sau piston tăng đẩy piston thắng lực lò xo dịch chuyển sang bên phải, chuyển động của các đĩa ma sát được dẫn động bởi vòng răng bị hãm lại do bị ép vào các tấm thép ma sát cố định. Lúc này vòng răng chính là một bộ phận bị giữ cố định trong bộ BRHT.

Bộ điều khiển điện tử-thuỷ lực:

Đây là một bộ phận quan trọng giúp hoàn chỉnh cấu tạo hộp số ô tô. Trong quá trình vận hành, công việc chuyển số được thực hiện hoàn toàn tự động nhờ vào việc tính toán và xử lý của bộ điều khiển điện tử hộp số. Bộ điều khiển điện tử của hộp số là nơi tiếp nhận các thông tin đầu vào từ các cảm biến, xử lý thông tin và cung cấp dòng điện điều khiển đến các van điện từ thực hiện công việc đóng mở đường dầu đến các ly hợp.

Nguyên lý hoạt động của hộp số ô tô số tự động

Momen xoắn từ trục khuỷu động cơ được truyền đến trục của biến mô và sẽ được nối với trục vào của hộp số thông qua việc đóng ly hợp tiến (Ly hợp hướng-cho số tiến) hoặc ly hợp số 5 (Ly hợp hướng-cho số lùi).

Tiếp theo, momen xoắn từ trục vào hộp số sẽ được truyền sang trục ra hộp số bằng cách lần lượt đóng các ly hợp số từ số 1 đến số 5 tương ứng với các số di chuyển của xe. Như vậy, để mômen xoắn có thể truyền đến trục ra của hộp số, luôn luôn có 2 ly hợp thuỷ lực phải được đóng.

Ở vị trí số trung gian(N), chỉ có ly hợp số 2 ăn khớp nhưng ly hợp số tiến chưa ăn khớp, do đó momen xoắn không thể truyền đến trục đầu ra của hộp số.

Quá trình chuyển sang số 1 được thực hiện bằng cách đóng ly hợp số tiến và ly hợp số 1. Ly hợp số tiến đóng cho phép momen xoắn được truyền từ trục biến mô sang trục vào của hộp số. Ly hợp số 1 đóng và giữ cố định lồng hành tinh của bộ BRHT số 1, mômen xoắn được truyền qua bộ BRHT số 1 và 2 tới trục ra của hộp số.

Ở số 2, ly hợp tiến đóng, momen xoắn từ trục biến mô đến trục vào hộp số và dẫn động bánh răng định tinh của bộ BRHT số 2. Ly hợp số 2 đóng giữ cố định vòng răng ngoài của bộ BRHT số 2. Do đó momen xoắn được truyền ra lồng hành tinh, mà lồng hành tinh được nối với trục ra nên mômen xoắn được truyền sang trục ra của hộp số.

Tương tự, các số 3, 4, 5 lần lượt được thực hiện theo thứ tự đóng ly hợp theo như bảng trên, chỉ khác nhau về đường truyền mômen xoắn qua các bộ BRHT.

Đối với số lùi, ly hợp số 5 ăn khớp cho phép momen xoắn được truyền từ trục biến mô sang trục bánh răng định tinh. Ly hợp số 2 đóng sẽ giữ cố định vòng răng ngoài của bộ BRHT số 2. Momen xoắn được đổi chiều khi truyền từ trục bánh răng định tinh qua các bộ BRHT số 2 và số 3 sau đó tới trục ra của hộp số.

Cấu tạo hộp số ly hợp kép và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo hộp số ly hợp kép

Hộp số ly hợp kép (dual–clutch transmission – DCT) hay còn gọi là hộp số bán tự động cũng giải phóng cho người lái khỏi pê-đan côn ly hợp khi chuyển số. Về cơ bản, có thể mô tả cấu tạo hộp số ô tô DCT như sự kết hợp giữa hai hộp số tay.

cấu tạo hộp số ô tô

Về cấu tạo, DCT gồm hai trục truyền mô-men xoắn lồng vào nhau, một trục nằm phía bên trong của trục kia. Hai trục này gồm một trục gắn các bánh răng ở cấp số lẻ (trục trong) và một trục gồm các bánh răng ở cấp số chẵn (trục ngoài).

Bộ đôi ly hợp của DCT, thường thuộc loại ly hợp ma sát ướt, nghĩa là các đĩa ma sát được ngâm trong dầu và được điều khiển bằng cơ cấu thủy lực-điện tử.

Kết cấu của bộ ly hợp ma sát ướt: Giống như biến mô thuỷ lực, bộ ly hợp ma sát ướt sử dụng áp suất dầu để điều khiển các bánh răng. Và sự nối ngắt của ly hợp thông qua các pittông và lò xo hồi vị. Điều khiển ly hợp này bằng cơ cấu điện từ và thuỷ lực, giống như quá trình điều khiển của hộp số tự động.

Nguyên lý hoạt động hộp số ly hợp kép

Có thể xem PowerShift hay PDK là 2 bộ số sàn bao gồm ly hợp, các bánh răng nhưng không có chân không hay biến mô. Xét về nguyên tắc hoạt động thì Ford sử dụng ly hợp khô còn một số hãng sử dụng ly hợp ướt. Hai ly hợp khô điều khiển điện tử, mỗi chiếc đảm nhiệm một dãy số.

Đối với ly hợp thứ nhất thì sẽ đảm nhiệm dãy số 1, 3, 5. Ly hợp thứ 2 thì sẽ điều khiển dãy 2, 4, 6. Trong quá trình di chuyển, khi người điều khiển chuyển về chế độ D thì PowerShift sẽ ở vị trí số 1, kích hoạt ly hợp dãy lẻ, ly hợp dãy chẵn nhả nhưng bánh răng ở vị trí số 2 đã sẵn sàng.

cấu tạo hộp số ô tô

Tốc độ vòng tua của máy sẽ tăng dần lên khi đạp ga, máy bắt đầu hoạt động và cho tới thời điểm thích hợp ly hợp dãy lẻ nhả. Tương tự như vậy thì xe sẽ ở các cấp độ phù hợp với từng tốc độ. Máy tính sẽ tính toán về cấp thích hợp khi người lái nhả chân ga và giảm tốc độ cho tới khi nhấn ga trở lại, xe sẽ ở trạng thái tăng tốc cách tốt nhất.

Hệ thống điều khiển điện tử đóng – nhả hai ly hợp sẽ trực tiếp tác động đến việc chuyển số. Thời gian chuyển số nhanh, quá trình chuyển tốc êm, không có bị trễ như số tự động AT thông thường.

Cấu tạo hộp số ô tô vô cấp CVT và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo hộp số ô tô vô cấp CVT

Hầu hết các CVT đều có 3 bộ phận cơ bản:

  • Một dây đai chịu lực cao bằng thép hoặc cao su.
  • Một bánh đai ròng rọc sơ cấp biến thiên (input).
  • Một bánh đai ròng rọc thứ cấp biến thiên (output).

Ngoài ra trong cấu tạo hộp số ô tô vô cấp CVT còn có các bộ vi xử lý và bộ phận cảm biến, nhưng ba thành phần mô tả bên trên là các yếu tố then chốt để cho cơ cấu hoạt động.

Nguyên lý hoạt động của hộp số ô tô vô cấp CVT

Hệ puli với đường kính thay đổi là trái tim của CVT. Mỗi puli được tạo thành từ hai khối hình nón có góc nghiêng 20 độ và đặt đối diện với nhau. Một dây đai chạy trong rãnh giữa hai khối hình nón này. Dây đai hình chữ V có ưu điểm hơn nếu chúng được làm từ cao su vì có ma sát cao, hạn chế trượt.

cấu tạo hộp số ô tô

Hai khối hình nón này có thể thay đổi khoảng cách giữa chúng. Khi hai khối hình nón tách ra xa nhau, dây đai ngập sâu vào trong rãnh và bán kính của dây đai quấn quanh puli sẽ giảm đi. Khi hai khối hình nón này ở gần nhau thì bán kính của dây đai tăng lên. CVT có thể sử dụng áp suất thủy lực hoặc lò xo để tạo ra lực cần thiết thay đổi khoảng cách giữa hai khối hình nón.

Quá trình biến thiên đường kính của vòng đai, khi hai nửa bánh đai tách xa nhau, đường kính làm việc của dây đai giảm (gần tâm). Khi hai nửa bánh đai đóng lại gần nhau, đường kính làm việc của dây đai tăng lên (xa tâm).

Khi một bánh đai tăng bán kính của nó, thì bánh đai còn lại sẽ giảm bán kính để giữ cho đai bám chặt. Khi hai bánh đai thay đổi bán kính tương xứng với nhau, chúng tạo ra vô số tỷ số truyền – tất cả các mức giữa hai điểm từ thấp đến cao.

Bản chất tự nhiên về sự đơn giản và vô cấp của CVT làm nó trở thành một hộp số lý tưởng cho các loại máy móc và thiết bị, không chỉ cho ô tô mà còn trên máy kéo và xe máy tăng ga. Nhược điểm cơ bản của nó là: sự trượt đai gây tổn thất đáng kể hiệu suất truyền lực, dây đai có tuổi thọ thấp.

Trên đây là những chia sẻ của ShopTech về cấu tạo hộp số ô tô đồng thời cung cấp thêm những nguyên lý hoạt động của 4 loại hộp số cơ bản. Hy vọng những thông tin trên sẽ hữu ích và bổ sung thêm kinh nghiệm về xe ô tô cho các bạn.

[contact-form-7 id="542" title="Form 1"]

BÌNH LUẬN

Please enter your comment!
Please enter your name here