BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT - PHÂN TÍCH HỆ BÁNH RĂNG HÀNH TINH | Môn: Cơ lý thuyết - Trường: Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 37879319
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT
TÊN CHỦ ĐỀ: Vận dụng kiến thức cơ học kỹ thuật để
phân tích quá trình truyền động trong hệ bánh răng hành tinh
GVHD: ThS. Nguyễn Thái Hiền
Nhóm: NHÓM ĐẦU TIÊN
Thành viên 1: Châu Minh Nhật
Thành viên 2: Lê Kiến Tánh
Thành viên 3: Nguyễn Đức Quý
Thành viên 4: Nguyễn Nhật Quang
Thành viên 5: Phan Phú Đông
Thành viên 6: Phan Thành Đạt lOMoAR cPSD| 37879319
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242
TP.HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2025
BẢNG RUBRIC CHẤM ĐIỂM CÁC THÀNH VIÊN TRONG NHÓM CÔNG VIỆC
Nội dung thực hiện Mức độ hoàn Điểm thành THÀNH VIÊN - MSSV Châu Minh Nhật - 2412455
Nguyên lý hoạt động Hoàn thành tốt, 10 và phương pháp phân không mắc lỗi sai tích Lê Kiến Tánh - 2413030 Cấu tạo, phân loại Hoàn thành tốt, 10 không mắc lỗi sai
Nguyễn Đức Quý - 2412959 Ứng dụng và ưu Hoàn thành tốt, 10 nhược điểm không mắc lỗi sai Nguyễn Nhật Quang - Giới thiệu hệ bánh Hoàn thành 10 răng hành tinh 2412834 khá, không mắc nhiều lỗi sai Phan Phú Đông - 2410794 Ứng dụng và ưu Hoàn thành tốt, 10 nhược điểm không mắc lỗi sai Phan Thành Đạt - 2410719
Nguyên lý hoạt động Hoàn thành tốt, 10 và phương pháp không mắc lỗi phân tích, tổng hợp sai file báo cáo lOMoAR cPSD| 37879319
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242 LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học Bách
Khoa – ĐHQG TP.HCM đã đưa môn Cơ học kỹ thuật vào chương trình giảng dạy trong
năm nay. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sự hướng dẫn tận tình sâu sắc của giảng
viên bộ môn là thầy Nguyễn Thái Hiền và thầy Phạm Toàn Thắng đã giảng dạy, truyền
đạt cho chúng em những kiến thức quý báu trong những ngày qua. Trong suốt thời gian
tham gia lớp học của thầy, chúng em tự thấy bản thân mình tư duy hơn, học tập càng
thêm nghiêm túc và hiệu quả. Đây chắc chắn là những tri thức quý báu, là hành trang
cần thiết cho chúng em sau này.
Và vốn biết Cơ học kỹ thuật là môn có tầm quan trọng đối với sinh viên các
ngành cơ khí, ô tô,… của Trường ĐH Bách Khoa TPHCM nói riêng và sinh viên các
ngành khối khoa học kỹ thuật – công nghệ nói chung. Do đó, việc dành cho môn học
này một khối lượng thời gian nhất định và thực hành là điều tất yếu để giúp cho sinh
viên có được cơ sở vững chắc về các môn KHTN và làm tiền đề để học tốt các môn
khác trong chương trình đào tạo.
Cùng với sự phân công của giảng viên bộ môn, những kiến thức tích lũy được
trong quá trình học tập ở bài tập lớn này, nhóm thực hiện nội dung “Vận dụng kiến thức
cơ học kỹ thuật để phân tích quá trình truyền động trong hệ bánh răng hành tinh”. Bài
báo cáo này không chỉ giúp nhóm củng cố kiến thức về cơ học kỹ thuật, mà còn rèn
luyện kỹ năng làm việc nhóm, nghiên cứu tài liệu và vận dụng kiến thức vào bài báo
cáo. Do vốn kiến thức của chúng em vẫn còn hạn chế nên mặc dù đã cố gắng hết sức
nhưng chắc chắn khó tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong thầy xem xét, góp ý để bài
báo cáo của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC
PHẦN 1. GIỚI THIỆU HỆ BÁNH RĂNG HÀNH TINH ..................................................................... 1
1. Khái quát ........................................................................................................................................ 1
2. Lịch sử ........................................................................................................................................... 1
PHẦN 2. CẤU TẠO, PHÂN LOẠI ....................................................................................................... 2 lOMoAR cPSD| 37879319
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242
1. Cấu tạo ........................................................................................................................................... 2
2. Phân loại bánh răng hành tinh: ....................................................................................................... 2
2.1. Bộ bánh răng hành tinh một cấp ............................................................................................. 2
2.2. Bộ bánh răng hành tinh nhiều cấp .......................................................................................... 3
2.3. Hệ bánh răng hành tinh góc vuông ......................................................................................... 4
2.4. Hệ bánh răng hành tinh Simpson ........................................................................................... 4
2.5. Hệ bánh răng Ravigneaux ...................................................................................................... 5
2.6. Hệ bánh răng hành tinh vi sai ................................................................................................. 6
PHẦN 3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ................................................................................................. 6
PHẦN 4. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH .............................................................................................. 7
1. Ring gear cố định – Sun gear là đầu vào – Carrier là đầu ra .......................................................... 8
2. Ring gear cố định – Carrier quay – Sun gear là đầu ra .................................................................. 9
3. Sun gear cố định – Carrier quay – Ring gear là đầu ra .................................................................. 9
4. Sun gear cố định – Ring gear quay – Carrier là đầu ra ................................................................ 10
5. Carrier cố định – Sun gear quay – Ring gear là đầu ra ................................................................ 10
6. Carrier cố định – Ring gear quay – Sun gear là đầu ra ................................................................ 11
7. Không có phần tử cố định – Truyền động hỗn hợp ..................................................................... 11
8. Tất cả quay cùng tốc độ – Hệ thống khóa cứng (Direct
Drive).....................................................11 ...................................................................................... 12
PHẦN 5. ỨNG DỤNG TRONG THỰC
TIỄN.......................................................................................121. Hộp số tự động trong ô tô ............. 13
2. Truyền động trong tua-bin gió ..................................................................................................... 13
3. Hệ thống truyền động trong robot và cánh tay công nghiệp ........................................................ 14
4. Xe đạp có hộp số tích hợp trong trục sau (hub gear) ................................................................... 14
PHẦN 6. ƯU ĐIỂM, HẠN CHẾ VÀ THÁCH
THỨC...........................................................................15
Ưu điểm:............................................................................................................................................15
Hạn chế và thách thức:.......................................................................................................................15
PHẦN 7. KẾT LUẬN............................................................................................................................16
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................................17 lOMoAR cPSD| 37879319 1
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242
PHẦN 1. GIỚI THIỆU HỆ BÁNH RĂNG HÀNH TINH 1. Khái quát
Trong các ngành kỹ thuật hiện đại, những cơ cấu truyền động đóng vai trò then
chốt trong việc điều khiển và biến đổi chuyển động giữa các bộ phận máy. Trong số đó,
hệ bánh răng hành tinh là một trong những cơ cấu truyền động được sử dụng phổ biến
nhất nhờ tính linh hoạt cao, kích thước nhỏ gọn, nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất truyền
động lớn và khả năng chịu tải tốt. Bộ truyền bánh răng hành tinh là một hệ truyền động
đặc biệt, trong đó các bánh răng hành tinh vừa quay quanh trục riêng, vừa quay quanh
bánh răng trung tâm giống như chuyển động hành tinh quay quanh Mặt trời – vì vậy gọi
là “hệ bánh răng hành tinh” (planetary gear set).
Thông thường, các trục bánh răng được bố trí song song nhau nhưng trong một số
trường hợp đặc biệt như đồ gọt bút chì hay hệ bánh răng vi sai, chúng có thể được đặt
nghiêng, sử dụng bánh răng côn. Thêm vào đó bánh răng mặt trời, cần dẫn và bánh răng
bao thường đồng trục với nhau. 2. Lịch sử
Khoảng năm 500 TCN, người Hy Lạp phát minh ra ý tưởng đường ngoại luân –
các vòng tròn quay trên quỹ đạo tròn. Claudius Ptolemy, trong tác phẩm Almagest năm
148, dùng lý thuyết này để mô phỏng quỹ đạo hành tinh. Cơ chế Antikythera (khoảng
năm 80 TCN) có cơ cấu bánh răng mô phỏng chính xác chuyển động của Mặt Trăng,
thậm chí có thể điều chỉnh theo chu kỳ tuế sai kéo dài 9 năm.
Hệ bánh răng hành tinh được sử dụng trong Cơ chế Antikythera, để điều chỉnh vị
trí hiển thị Mặt Trăng theo độ lệch tâm quỹ đạo và chu kỳ tuế sai. Cơ cấu gồm hai bánh
quay quanh hai tâm khác nhau, một bánh có trục cắm vào rãnh của bánh còn lại, tạo thay
đổi bán kính quay và gia tốc.
Richard of Wallingford, tu sĩ người Anh thế kỷ 14, mô tả cơ cấu bánh răng hành
tinh trong đồng hồ thiên văn. Năm 1588, kỹ sư Ý Agostino Ramelli phát minh ra giá xoay
sách (bookwheel) dùng hai cấp bánh hành tinh để giữ sách luôn hướng đúng. Kỹ sư Pháp
Desargues chế tạo nhà máy đầu tiên dùng bánh răng hành tinh răng nghiêng khoảng năm 1650.
Vào đầu những năm 1900, hộp số đầu tiên sử dụng bánh răng hành tinh được thực
hiện bởi chiếc ô tô Wilson-Pilcher sản xuất tại Anh. Ngày nay, với những yêu cầu ngày
càng cao về hiệu suất, độ mượt khi chuyển số và tiết kiệm năng lượng, bánh răng hành
tinh vẫn luôn giữ vai trò trung tâm trong thiết kế truyền động – chính xác, bền bỉ và đầy
cảm hứng như chính lịch sử hình thành của nó. lOMoAR cPSD| 37879319 2
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242
PHẦN 2. CẤU TẠO, PHÂN LOẠI 1. Cấu tạo
Hệ bánh răng hành tinh được cấu thành từ các bộ phận bao gồm:
• Bánh răng mặt trời (sun gear): bánh răng ở trung tâm (kí hiệu là S)
• Bộ bánh răng hành tinh (planet gears): gồm các bánh răng quay quanh bánh răng
mặt trời đồng thời quay quanh trục của chúng và ăn khớp với bánh răng vòng
• Bánh răng bao (ring gear): bao quanh hệ thống, ăn khớp với bánh răng hành tinh
ở mặt trong (kí hiệu là R)
• Cần dẫn (carrier): là một giá đỡ gắn vào trục của các bánh răng hành tinh (kí hiệu là C).
2.Phân loại bánh răng hành tinh: Vìsự đa dạngtrong tương tácgiữa
các phân tử nên hệ bánh răng hành tinh được chia thành nhiều loại, với mỗi loại có ứng
dụng riêng của chúng. Dưới đây là một số hệ bánh răng hành tinh được sử dụng phổ biến
trong thiết kế cơ khí hiện đại: 2.1.
Bộ bánh răng hành tinh một cấp
Bộ bánh răng hành tinh một cấp là thiết kế cơ bản cho nhiều hộp số hành tinh. Nó
bao gồm một bánh răng mặt trời, ba hoặc nhiều bánh răng hành tinh, một cần dẫn và một
bánh răng bao. Công suất truyền từ trục đầu vào làm quay bánh răng mặt trời, đồng thời
dẫn động các bánh răng hành tinh bên trong bánh răng bao. Giá đỡ, hỗ trợ các hành tinh, lOMoAR cPSD| 37879319 3
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242
liên kết trực tiếp với trục đầu ra. Bằng cách điều chỉnh số lượng răng và đường kính bánh
răng, các kỹ sư có thể đạt được các tỷ số giảm tốc độ và mô-men xoắn đầu ra khác nhau.
Hộp số hành tinh một cấp cung cấp sự cân bằng tuyệt vời giữa kích thước nhỏ gọn, cấu
trúc nhẹ và mật độ mô-men xoắn cao, khiến chúng trở thành mặt hàng chủ lực trong máy
móc hạng nặng, tự động hóa công nghiệp và hộp số xe cộ, nơi mà hạn chế về không gian
và hiệu quả là ưu tiên hàng đầu. 2.2.
Bộ bánh răng hành tinh nhiều cấp
Bộ bánh răng hành tinh nhiều tầng kết hợp hai hoặc nhiều tầng hành tinh nối tiếp,
mở rộng đáng kể tỷ số truyền tổng thể có thể đạt được và khả năng xử lý tải. Mỗi tầng bổ
sung sẽ nhân tỷ số giảm và tăng cường truyền mô-men xoắn, đồng thời vẫn giữ được lớp
vỏ nhỏ gọn. Trong cấu hình này, cần dẫn của một tầng thường được kết nối với bánh răng
mặt trời của tầng kế tiếp, tối ưu hóa việc sử dụng không gian có sẵn. Hộp số hành tinh
nhiều tầng lý tưởng cho các hệ thống đòi hỏi công suất mô-men xoắn cực cao và nhiều
lựa chọn tốc độ, chẳng hạn như trong máy phát điện năng lượng gió, truyền động băng
tải công nghiệp và rô bốt chính xác. Mặc dù phức tạp hơn một chút, nhưng các hệ thống
bánh răng này vẫn duy trì hiệu suất cơ học cao và độ bền khi chịu tải nặng liên tục. lOMoAR cPSD| 37879319 4
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242 2.3.
Hệ bánh răng hành tinh góc vuông
Hộp số hành tinh góc vuông được thiết kế với trục đầu vào và đầu ra được đặt ở
góc 90 độ, thường đạt được bằng cách tích hợp bộ bánh răng côn hoặc bánh răng hypoid
(một loại hộp số côn xoắn ốc) vào cơ cấu bánh răng hành tinh. Điều này cho phép mô-
men xoắn và chuyển động quay được chuyển hướng hiệu quả trong một lớp vỏ nhỏ gọn,
tiết kiệm không gian lắp đặt trong các bố trí máy phức tạp. Các loại hộp số này rất quan
trọng trong các ứng dụng như truyền động băng tải, máy công cụ và xe tự hành, nơi không
gian và tính linh hoạt khi lắp đặt là tối quan trọng. 2.4.
Hệ bánh răng hành tinh Simpson
Bộ bánh răng hành tinh Simpson là một hệ thống phức hợp bao gồm một bánh
răng mặt trời trung tâm và hai hoặc ba bộ truyền động hành tinh được kết nối theo trình
tự. Sự sắp xếp này cho phép có tới bốn tỷ số truyền, bao gồm ba tốc độ tiến và một tốc
độ lùi, khiến nó trở thành trụ cột trong hộp số truyền thống, tự động đa tốc độ cho xe chở lOMoAR cPSD| 37879319 5
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242
khách và xe tải nhẹ. Sự nhỏ gọn và hiệu suất chuyển số đáng tin cậy của nó đã dẫn đến
việc áp dụng rộng rãi trong các ngành kỹ thuật ô tô.
Sự phụ thuộc lẫn nhau của các bộ bánh răng trong cụm Simpson (do có bánh răng
mặt trời chung và cần dẫn được đồng bộ) tạo điều kiện cho sự chuyển đổi liền mạch giữa
các tỷ số truyền. Sự chắc chắn và đơn giản của thiết kế tiếp tục là chuẩn mực cho công
nghệ truyền động tự động thông thường. 2.5.
Hệ bánh răng Ravigneaux
Bộ bánh răng hành tinh Ravigneaux là một giải pháp thay thế tiên tiến, tiết kiệm
không gian cho bộ Simpson, kết hợp hai bánh răng mặt trời và hai bộ bánh răng hành tinh
trên một cần dẫn chung duy nhất. Với cả bánh răng mặt trời lớn và nhỏ dẫn động các bộ
bánh răng hành tinh tương ứng, cụm Ravigneaux cung cấp nhiều tỷ số truyền hơn, trọng
lượng nhẹ hơn và hiệu quả được cải thiện. Cấu hình độc đáo này phổ biến trong hộp số
tự động đa cấp hiện đại, nơi độ tin cậy cao, đóng gói nhỏ gọn và hiệu quả nhiên liệu tối ưu là rất quan trọng.
Sự tương tác giữa bánh răng mặt trời nhỏ hơn và lớn hơn, cùng với bánh răng bao
kép, tạo ra khả năng thay đổi bánh răng tinh vi phù hợp với hệ thống truyền động hiệu
suất cao và ô tô hiện đại. Bằng cách tích hợp chặt chẽ nhiều đường dẫn giảm tốc, hộp số
hành tinh Ravigneaux có thể cung cấp cả chuyển số liền mạch và mô-men xoắn mạnh mẽ
trong không gian lắp đặt hạn chế. lOMoAR cPSD| 37879319 6
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242 2.6.
Hệ bánh răng hành tinh vi sai
Bộ bánh răng hành tinh vi sai là thiết yếu trong các ứng dụng truyền động, đặc biệt
là đối với các xe mà bánh xe phải quay với tốc độ khác nhau - chẳng hạn như khi điều
khiển vào cua. Các sắp xếp bánh răng này phân phối công suất đầu vào đều giữa hai trục
đầu ra, đảm bảo cung cấp công suất cân bằng và cải thiện độ an toàn, lực kéo và độ ổn
định của xe. Các hệ thống truyền động ban đầu thường chỉ truyền lực đến một bánh xe,
tạo ra các mối nguy hiểm tiềm ẩn; các hệ thống hành tinh vi sai được thiết kế để giải
quyết vấn đề này bằng cách cho phép mỗi bánh xe quay độc lập trong khi vẫn duy trì lực
truyền động tổng thể.
Hộp số hành tinh vi sai hiện đại sử dụng sự kết hợp của bánh răng mặt trời, bánh
răng hành tinh và bánh răng bao - đôi khi kết hợp với bánh răng côn - để thay đổi vòng
quay trục truyền động và chia mô-men xoắn giữa các bánh xe. Với giá đỡ hỗ trợ bánh
răng hành tinh và bánh răng bao và bánh răng mặt trời gắn vào trục bánh xe đối diện, các
hệ thống bánh răng này được tìm thấy trong trục ô tô, xe địa hình và máy móc hạng nặng.
Các đặc tính cân bằng chính xác của chúng giúp tăng cường lực kéo, ngăn ngừa trượt và
góp phần giúp động lực học của xe dễ dự đoán hơn trong những điều kiện khó khăn.
PHẦN 3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Trong hệ bánh răng hành tinh, bánh răng mặt trời nằm ở trung tâm và chỉ có thể
quay quanh trục của nó. Còn các bánh răng hành tinh có thể quay quanh bánh răng mặt
trời và tự quay quanh trục riêng. Các bánh răng hành tinh được gắn trên cần dẫn nên nếu lOMoAR cPSD| 37879319 7
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242
chúng quay quanh bánh răng mặt trời thì sẽ khiến cần dẫn quay theo chiều quay đó. Bánh
răng vòng ăn khớp trong với các bánh răng hành tinh và chỉ có thể quay quanh trục của nó.
Nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ truyền này dựa trên sự ăn khớp đồng thời giữa
các bánh răng: bánh răng mặt trời ăn khớp với các bánh hành tinh, các bánh hành tinh lại
ăn khớp với bánh răng bao bên ngoài. Khi động cơ truyền tốc độ quay/mô-men xoắn cho
bánh răng đầu vào sau đó một trong ba bộ phận (bánh răng mặt trời, bánh răng bao hoặc
cần dẫn) được giữ cố định, bánh răng còn lại nhận chuyển động từ bánh răng đầu vào và
cho ra tốc độ quay/mô-men tương ứng, cũng có thể cả ba bộ phận khoá chuyển động với
nhau hay chúng đều chuyển động mà không có thành phần nào bị cố định. Tuỳ thuộc vào
thành phần nào chịu trách nhiệm là đầu vào, cố định và đầu ra mà ta có thể xác định được
tỷ số truyền theo sự sắp xếp chuyển động và số răng của các bánh răng. Nếu cả ba thành
phần đều khoá cứng với nhau thì hệ bánh răng sẽ truyền trực tiếp mô-men xoắn hay tốc
độ quay. Để giảm bớt độ ăn mòn và tăng hiệu suất thì các đường răng trên các bánh răng
trong hệ bánh răng hành tinh được thiết kế xiên so với trục của bánh răng.
Điểm đặc biệt của bộ truyền hành tinh là khả năng tăng mô-men xoắn cho đầu ra
cuối lớn hơn thuận tiện cho việc khởi động máy hay tăng tốc độ quay lên cao hơn khi cần
vận tốc lớn cho máy chỉ trong một hệ thống bánh răng nhỏ gọn, cho phép nhiều dạng thay
đổi tỷ số truyền linh hoạt, kể cả đảo chiều quay hoặc kết hợp chuyển động.
PHẦN 4. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
Để phân tích và tính toán tỷ số truyền của hệ thống này, phương pháp được sử
dụng phổ biến là phương pháp Willis.
Phương pháp Willis dựa trên mối quan hệ tốc độ quay giữa ba thành phần chính
của hệ thống: bánh răng mặt trời (sun gear), bánh răng bao (ring gear) và cần dẫn (carrier).
Công thức tính được biểu diễn như sau: = (-1)k = (-1)k lOMoAR cPSD| 37879319 8
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242
Công thức này cho phép xác định tốc độ quay ( ) và mô-men xoắn (M) của một
phần tử bất kỳ nếu biết hai trong ba tốc độ còn lại, cùng với tỉ số bán kính vòng chia (R)
hay tỉ số răng tương ứng (Z). Trong đó k là số lần ăn khớp ngoài.
Tỷ số truyền được tính theo công thức: = =
Phương pháp này không chỉ chính xác mà còn linh hoạt, phù hợp cho cả bộ truyền hành tinh đơn và phức.
1. Ring gear cố định – Sun gear là đầu vào – Carrier là đầu ra
Trong cơ cấu này, bánh răng bao (Ring gear) được giữ cố định trong khi bánh răng
mặt trời (Sun gear) nhận chuyển động quay đầu vào. Các bánh hành tinh ăn khớp đồng
thời với cả bánh răng mặt trời và bánh răng bao, do đó khi Sun gear quay, bánh hành tinh
bị ép quay quanh trục của nó và chuyển động theo quỹ đạo tròn quanh tâm hệ, kéo theo
cần dẫn (Carrier) quay. Vì bánh răng bao cố định, nên toàn bộ chuyển động được buộc
phải truyền sang cần dẫn. Ring gear cố định => ωr = 0. = => = => = 1 + =
Do bánh răng mặt trời quay với cần dẫn là đầu ra nên: = = = = ( Ta thấy
tức tốc độ góc đầu ra sẽ giảm so với tốc độ góc của bánh răng lOMoAR cPSD| 37879319 9
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242
mặt trời (đầu vào). Nên đây là cơ chế truyền động giảm tốc. Cơ chế này được sử dụng
trong các cấp số cao của hộp số tự động để duy trì tốc độ khi xe chạy ổn định.
2. Ring gear cố định – Carrier quay – Sun gear là đầu ra
Khi bánh răng bao được cố định, và chuyển động quay được truyền vào cần dẫn
(Carrier), các bánh hành tinh sẽ lăn xung quanh bánh mặt trời (Sun gear), làm cho Sun gear quay. = => = => = 1 + = = = = = (
Đây là cơ chế tăng tốc, do tốc độ góc đầu ra (Sun gear) lớn hơn đầu vào (Carrier).
Cơ chế này được sử dụng trong các cấp overdrive của hộp số tự động, giúp xe chạy với
tua máy thấp hơn khi ở tốc độ cao - tiết kiệm nhiên liệu.
3. Sun gear cố định – Carrier quay – Ring gear là đầu ra
Trong trường hợp này, bánh răng mặt trời được cố định, nguồn chuyển động được
cấp vào cần dẫn. Khi đó, các bánh hành tinh quay quanh Sun gear, đồng thời ăn khớp với
bánh răng bao, truyền chuyển động làm bánh răng bao quay. = => = = = = = = ( lOMoAR cPSD| 37879319 10
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242
Vì các bánh hành tinh bị giới hạn bởi bánh răng mặt trời cố định, tốc độ quay của
bánh răng bao sẽ lớn hơn cần dẫn. Đây là dạng truyền động tăng tốc không đảo chiều,
thường ứng dụng trong các cơ cấu cần đưa tải quay nhanh hơn đầu vào, như trong các
cấp số overdrive của hộp số tự động hoặc các hệ thống truyền động yêu cầu tăng tốc đầu ra.
4. Sun gear cố định – Ring gear quay – Carrier là đầu ra
Ở cấu hình này, bánh răng mặt trời (Sun gear) cố định, bánh bao (Ring gear) nhận
chuyển động quay. Các bánh hành tinh bị kẹp giữa hai bánh răng cố định và chuyển động,
dẫn đến cần dẫn (Carrier) quay cùng chiều với bánh răng bao, nhưng với tốc độ chậm hơn. = => = = = = = = (
Cho thấy tốc độ quay đầu ra (Carrier) nhỏ hơn tốc độ quay đầu vào (Ring gear),
nghĩa là đây là cơ chế giảm tốc. Cơ chế này thường được ứng dụng trong các hệ thống
truyền động đặc biệt, yêu cầu giảm tốc độ quay nhưng tăng mô men, phù hợp với các ứng
dụng cần hiệu suất làm việc cao và độ bền.
5. Carrier cố định – Sun gear quay – Ring gear là đầu ra
Khi giữ cần dẫn đứng yên, bánh mặt trời (Sun gear) nhận chuyển động quay. Các
bánh hành tinh quay quanh trục của chúng, đồng thời làm bánh bao (Ring gear) quay theo
chiều ngược lại so với bánh mặt trời. Do ăn khớp ngược chiều giữa bánh răng mặt trời và
bánh răng bao, chiều quay bị đảo ngược. = lOMoAR cPSD| 37879319 11
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242 = (
Đây là cấu hình truyền động đảo chiều quay đặc trưng, thường dùng trong hộp số
đảo chiều, máy tiện, hoặc các hệ truyền lực yêu cầu quay ngược để vận hành chế độ số lùi (reverse mode).
6. Carrier cố định – Ring gear quay – Sun gear là đầu ra
Tương tự trường hợp trên, với cần dẫn được giữ cố định và bánh bao là bộ phận
đầu vào, khi bánh răng bao quay, nó kéo các bánh hành tinh quay, từ đó làm bánh mặt
trời quay theo chiều ngược lại. Do các bánh hành tinh ăn khớp với cả bánh răng bao và
bánh răng mặt trời, chiều quay của bánh răng mặt trời sẽ ngược với đầu vào. Cấu hình
này cũng là dạng truyền động đảo chiều, thường dùng trong hệ thống truyền động đảo hai
chiều hoặc các cơ cấu bù mô men. = = (
7. Không có phần tử cố định – Truyền động hỗn hợp
Khi cả ba phần tử trong bộ truyền hành tinh đều quay, hệ không có phần tử cố
định, tốc độ quay và chiều quay của từng bộ phận phụ thuộc vào mối quan hệ động học
giữa các tốc độ góc. Trường hợp này được gọi là cấu hình hỗn hợp hoặc tổng quát, cần
sử dụng công thức tương đối: lOMoAR cPSD| 37879319 12
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242 = =
Trường hợp này thường được dùng trong các hộp số tự động điều khiển điện tử
hiện đại, nơi vi điều khiển điều chỉnh phối hợp tốc độ của các phần tử bằng ly hợp và phanh.
8. Tất cả quay cùng tốc độ – Hệ thống khóa cứng (Direct Drive)
Khi cả ba phần tử bánh răng mặt trời, cần dẫn, bánh răng bao cùng quay với cùng
tốc độ và cùng chiều, các bánh hành tinh không quay quanh trục riêng mà giữ nguyên vị
trí tương đối. Hệ thống lúc này được coi như một khối truyền động cứng, không có tỷ số biến đổi, với .
Đây là cấu hình khóa hệ thống, thường sử dụng khi muốn truyền trực tiếp chuyển
động đầu vào sang đầu ra mà không biến đổi tốc độ hoặc mô men, như trong chế độ direct
drive của hộp số ô tô. lOMoAR cPSD| 37879319 13
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242
PHẦN 5. ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN
1. Hộp số tự động trong ô tô
Nguyên lý hoạt động: Hệ bánh răng hành tinh gồm: bánh răng mặt trời (sun gear),
bánh răng hành tinh (planet gears), cần dẫn (carrier), và bánh răng bao (ring gear). Bằng
cách thay đổi bộ phận nào là chủ động, bị động hoặc bị giữ cố định, ta có thể thay đổi tỷ
số truyền. Trong hộp số tự động, các ly hợp và phanh được dùng để điều khiển các bộ
phận này nhằm thay đổi tỷ số truyền một cách tự động và mượt mà.
2. Truyền động trong tua-bin gió
Nguyên lý hoạt động: Hệ bánh răng hành tinh dùng để tăng tốc độ quay từ trục
chính (quay chậm) lên máy phát điện (cần tốc độ cao). Trục cánh quạt nối với cần dẫn
(input), bánh răng bao cố định, bánh mặt trời là đầu ra nối với máy phát. Chuyển động
của cần dẫn làm các bánh hành tinh quay quanh bánh mặt trời, khiến bánh mặt trời quay nhanh hơn. lOMoAR cPSD| 37879319 14
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242
3. Hệ thống truyền động trong robot và cánh tay công nghiệp
Nguyên lý hoạt động: Dùng bánh răng hành tinh trong các khớp truyền động giúp
giảm tốc độ và tăng mô-men tại từng khớp.
4. Xe đạp có hộp số tích hợp trong trục sau (hub gear)
Nguyên lý: Thay đổi tỷ số truyền bằng cách chuyển trạng thái của hệ bánh răng hành tinh. lOMoAR cPSD| 37879319 15
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242 lOMoAR cPSD| 37879319 16
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC KỸ THUẬT – HK242
PHẦN 6. ƯU ĐIỂM, HẠN CHẾ VÀ THÁCH THỨC 1. Ưu điểm:
• Tỷ số truyền lớn trong kích thước nhỏ gọn: So với các loại hộp số khác, hệ bánh
răng hành tinh có thể đạt tỷ số truyền cao trong khi kích thước nhỏ hơn nhiều.
• Phân bố tải đều lên các bánh răng: Nhiều bánh răng hành tinh cùng chia sẻ tải,
giúp giảm áp lực lên từng bánh răng, tăng độ bền và tuổi thọ.
• Truyền động trơn tru, hiệu suất cao: Hiệu suất cơ học thường cao (trên 95%) do
tiếp xúc liên tục giữa các răng.
• Ứng dụng linh hoạt: Có thể dùng để giảm tốc, tăng tốc hoặc đảo chiều tùy vào
phần nào được cố định (bánh răng mặt trời, bánh răng bao hay cần dẫn).
• Trục truyền động đầu vào và đầu ra đồng tâm nên không cần thay đổi hướng truyền
động: Do hệ thống bánh răng đồng tâm, không cần thay đổi vị trí trục đầu vào và đầu ra.
• Khả năng chịu tải cao: Nhờ cấu trúc đồng trục và sự hỗ trợ của nhiều bánh răng hành tinh.
2. Hạn chế và thách thức:
• Cấu tạo và chế tạo phức tạp hơn: So với các hệ bánh răng thông thường, bộ truyền
hành tinh đòi hỏi gia công chính xác và lắp ráp tỉ mỉ.
• Khó bảo trì, sửa chữa: Khi hỏng hóc, việc tháo lắp và thay thế chi tiết bên trong thường khó khăn hơn.
• Chi phí cao hơn: Do tính phức tạp trong thiết kế, chế tạo và vật liệu, giá thành của
hệ bánh răng hành tinh thường cao hơn các bộ truyền khác.
• Hạn chế khi cần thay đổi tỷ số truyền liên tục: Tỷ số truyền thường được thiết kế
cố định (trừ khi kết hợp với hệ thống điều khiển đặc biệt như hộp số vô cấp CVT
hoặc hộp số ly kép DCT).