Bánh răng hành tinh là gì? Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của nó

Bánh răng hành tinh là một bộ phận không thể thiếu trong hộp số tự động của ô tô. Bánh răng hành tinh có vai trò gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động như thế nào? Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn tất cả thông tin về ứng dụng của bánh răng hành tinh trong ô tô và trong đời sống hàng ngày.

Khái niệm cơ bản về bánh răng

Bánh răng là bộ phận cơ khí hình tròn với các răng xung quanh, được sử dụng để truyền chuyển động quay khi khớp với bánh răng khác, tạo thành một hệ thống bánh răng.

Bánh răng hành tinh là gì?

Bánh răng hành tinh có thể hiểu là hệ thống bánh răng quay theo chu kỳ. Hệ thống này bao gồm một bánh răng trung tâm (bánh răng mặt trời) [1], một số bánh răng dẫn động (bánh răng hành tinh) quay xung quanh [2], và một bánh răng vòng [3].

Chú thích: [1], [2], [3] được chỉ ra trong hình dưới đây:

Bánh răng trung tâm đóng vai trò kiểm soát, trong khi các bánh răng dẫn động kết hợp với bánh răng vòng tạo ra lực truyền động từ bên trong. Hệ thống bánh răng hành tinh có thể chuyển sang các tỷ lệ khác nhau bằng cách thay đổi bánh răng trung tâm hoặc thay đổi hạt tải điện.

Cấu tạo và công dụng của bánh răng hành tinh

Một hệ thống bánh răng hành tinh bao gồm các bộ phận chính sau đây:

• Bánh răng trung tâm (bánh răng mặt trời)
• Bánh răng dẫn động (bánh răng hành tinh)
• Bánh răng vòng
• Giá đỡ bánh răng

Chức năng chính của bánh răng hành tinh là truyền momen xoắn, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Trong hộp số tự động AT của ô tô, bánh răng hành tinh giữ vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tốc độ, tạo tỷ số truyền, chuyển đổi hướng chuyển động và thay đổi các yếu tố đầu vào - đầu ra của hệ thống truyền động.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của bánh răng hành tinh

Theo nguyên lý dẫn động, khi 2 bánh răng khớp với nhau bên ngoài, chúng sẽ quay ngược chiều, còn khi khớp bên trong, chúng sẽ quay cùng chiều.

Loại hình bánh răng hành tinh

Hiện nay, có hai loại bánh răng hành tinh phổ biến: bộ truyền hành tinh thông thường và bộ truyền hành tinh kiểu Ravigneaux.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các kiểu bánh răng hành tinh

Bánh răng hành tinh thông thường

Cấu tạo của bánh răng hành tinh thông thường

Hệ thống bánh răng hành tinh bao gồm các bộ phận sau:

• Bánh răng bao
• Bánh răng hành tinh
• Bánh răng mặt trời
• Cần dẫn

Cần dẫn là bộ phận nối với trục trung tâm của từng bánh răng, giúp các bánh răng quay quanh cần dẫn. Trong khi đó, các bánh răng hành tinh sẽ quay quanh bánh răng mặt trời.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống bánh răng hành tinh thông thường

Nguyên lý vận hành của hệ thống bánh răng hành tinh thông thường dựa vào sự ăn khớp giữa các bánh răng. Hai bánh răng sẽ quay ngược chiều nhau hoặc cùng chiều, tùy vào việc chúng ăn khớp ngoài hay khớp trong với bánh răng mặt trời.

Trong các hộp số tự động, bánh răng hành tinh thực hiện các chức năng như giảm tốc, tăng tốc, đảo chiều và kết nối trực tiếp các trục.

Giảm tốc – tỷ số truyền > 1

Khi bánh răng mặt trời được cố định, đầu ra là cần dẫn và đầu vào là bánh răng bao. Lúc này, chỉ có bánh răng hành tinh quay quanh bánh răng mặt trời, làm cho trục đầu ra quay chậm hơn trục đầu vào, vì bánh răng hành tinh xoay xung quanh bánh răng mặt trời.

Tăng tốc – tỷ số truyền < 1

Khi bánh răng mặt trời cố định, đầu ra là bánh răng bao và đầu vào là cần dẫn. Ngược lại với cơ chế giảm tốc, khi cần dẫn quay theo chiều kim đồng hồ, hệ thống bánh răng hành tinh cũng di chuyển quanh bánh răng mặt trời theo chiều kim đồng hồ. Điều này khiến tốc độ đầu ra lớn hơn tốc độ đầu vào, tức là trục đầu ra tăng tốc so với trục đầu vào.

Truyền thẳng – nối trực tiếp – tỷ số truyền = 1

Khác với hai cơ chế tăng tốc và giảm tốc, cơ chế truyền thẳng có tốc độ đầu ra và đầu vào bằng nhau. Trong cơ chế này, bánh răng mặt trời và bánh răng bao là đầu vào, còn cần dẫn là đầu ra. Do bánh răng mặt trời và bánh răng bao quay cùng một tốc độ, nên tốc độ của đầu ra, là cần dẫn, cũng sẽ bằng tốc độ đầu vào.

Đảo chiều

Cần dẫn được cố định, đầu ra là bánh răng bao và đầu vào là bánh răng mặt trời. Khi cần dẫn cố định, bánh răng mặt trời quay và làm bánh răng bao quay trên trục, từ đó đảo ngược hướng chuyển động.

Bánh răng hành tinh kiểu Ravigneaux

Cấu tạo của bánh răng hành tinh kiểu Ravigneaux

Khác với cấu trúc bánh răng hành tinh thông thường, hệ thống bánh răng hành tinh kiểu Ravigneaux có sự thay đổi trong cách bố trí và cấu trúc của các bánh răng.

Hệ thống này chỉ gồm hai loại bánh răng là bánh răng mặt trời và bánh răng hành tinh. Trong đó, bánh răng mặt trời nhỏ ăn khớp ngoài với bánh răng hành tinh nhỏ, trong khi bánh răng hành tinh ngắn lại ăn khớp ngoài với bánh răng hành tinh dài. Bánh răng hành tinh dài ăn khớp trong với bánh răng bao và khớp ngoài với bánh răng mặt trời lớn. Các trục của các bánh răng hành tinh đều được gắn cố định vào cần dẫn.

Nguyên lý vận hành của hệ bánh răng hành tinh kiểu Ravigneaux

Chế độ giảm tốc

Hộp số bánh răng hành tinh hoạt động với hai tỉ số truyền chính:

• Tỉ số truyền 1: Cần dẫn được cố định. Đầu vào là bánh răng mặt trời nhỏ, còn đầu ra là bánh răng bao.

• Tỉ số truyền 2: Khi bánh răng mặt trời lớn cố định, đầu vào là bánh răng mặt trời nhỏ và đầu ra là bánh răng bao.

Chế độ nối trực tiếp

Trong chế độ nối trực tiếp, toàn bộ hệ thống truyền động không có sự chuyển động giữa các bộ phận. Nói cách khác, bộ truyền hoạt động như một khối đồng nhất, khiến tốc độ của trục đầu vào và đầu ra trở nên bằng nhau.

Chế độ tăng tốc

Bánh răng mặt trời lớn được cố định. Cần dẫn là đầu vào, còn bánh răng bao là đầu ra.

Chế độ đảo chiều

Cần dẫn được cố định. Bánh răng mặt trời lớn là đầu vào, còn bánh răng bao là đầu ra. So với bộ truyền hành tinh kiểu thường, bộ truyền hành tinh kiểu Ravigneaux có thêm một tỉ số truyền giảm tốc.

Kết hợp bộ truyền hành tinh kiểu Ravigneaux với bộ truyền hành tinh thường trong một hộp số giúp giảm kích thước chiều dài của hộp số và đồng thời tăng số cấp số.

Bánh răng hành tinh rất thích hợp sử dụng cho các hộp số xe có hệ truyền động cầu trước, nơi không gian theo chiều ngang là một yếu tố hạn chế.

Ưu nhược điểm của hộp số sử dụng cơ cấu bánh răng hành tinh

Ưu điểm

Bánh răng hành tinh có nhiều ưu điểm như độ bền cao, cấu trúc chắc chắn, không cần tấm lắp, giúp dễ dàng quan sát các bộ phận chuyển động để bảo trì. Chúng có kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, hoạt động êm ái trong suốt quá trình chuyển số khi xe di chuyển, làm cho việc tự động hóa điều khiển trở nên dễ dàng hơn, đồng thời giảm tiếng ồn.

Chúng có hiệu suất làm việc cao, tỉ lệ công suất/trọng lượng lớn, cho phép sử dụng ổ trượt nhỏ nhờ vào việc giảm tải lực hướng kính. Độ tin cậy rất cao và giá thành hợp lý.

Nhược điểm

• Cấu trúc phức tạp.
• Đòi hỏi công nghệ chế tạo cao và tỉ mỉ.
• Chịu lực ly tâm mạnh do vận tốc cao.
• Ma sát trong quá trình truyền động có thể làm giảm hiệu suất.
• Cần trang bị ly hợp nhiều đĩa và phanh để hoạt động hiệu quả.

Tuy nhiên, những nhược điểm này có thể được khắc phục nếu tối ưu hóa sơ đồ cơ cấu và nâng cao trình độ chế tạo máy móc.

Ứng dụng bánh răng hành tinh trong thực tế

Bánh răng hành tinh là một bộ phận cơ khí quan trọng và không thể thiếu trong các hệ thống cơ khí. Chúng thường được lựa chọn trong các không gian có diện tích hạn chế nhờ kích thước nhỏ gọn hơn so với các loại hộp số khác. Đồng thời, bánh răng hành tinh cũng là nền tảng của các hộp số tự động hiện đại, được gọi là hộp số tự động hành tinh thủy lực.

Bánh răng hành tinh là một phần thiết yếu trong ngành công nghiệp ô tô, đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc của hộp số tự động trong những chiếc xe mà bạn đang sử dụng hiện nay.

Chúng cũng rất phổ biến trong công nghệ in 3D (một phương pháp bồi đắp vật liệu). Bánh răng hành tinh cung cấp tỷ số truyền lớn trong một thiết kế nhỏ gọn và nhẹ. Với ưu điểm là không bị rơi khỏi vòng truyền và không cần tấm lắp, giúp dễ dàng quan sát các bộ phận chuyển động, chúng cũng được ứng dụng trong in 3D để tạo ra các sản phẩm như đồ chơi trẻ em.

Bánh răng hành tinh còn được sử dụng trong các thiết bị cơ khí khác như tuabin gió, máy khoan, và trong một số hệ thống truyền động của máy bay trực thăng.

Ngoài ra, chúng còn ứng dụng rộng rãi trong các máy móc công nghiệp, máy cắt laser, hệ thống robot dẫn đường, thậm chí là trong các thiết bị y tế như bàn mổ trong bệnh viện.

Giá của bánh răng hành tinh theo kích thước

Dưới đây là mức giá tham khảo cho các loại bánh răng hành tinh theo từng kích thước:

• Size 57 PX57 với tỷ lệ từ 5-10 có giá từ 775.000đ
• Size 86 PX86 với tỷ lệ 1:5 có giá từ 1.020.000đ
• Size 86 PX86 với tỷ lệ 1:10 có giá từ 1.250.000đ
• Size 110 PX110 với tỷ lệ 1:5 có giá từ 1.585.000đ

Trên đây là những thông tin quan trọng về bánh răng hành tinh, nguyên lý hoạt động và vai trò của chúng trong cuộc sống, đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô. Hy vọng những chia sẻ này sẽ mang lại giá trị hữu ích cho bạn. Đừng quên ghé thăm website Mytour để đọc thêm nhiều bài viết về công nghệ, ô tô, xe máy và nhiều chủ đề khác!

__ Hương Martinie __