Nghiên cứu mô hình hoá hệ thống truyền lực và phương pháp tính tải trọng động trong hệ thống truyền lực

T i trọng động xuất hiện trong các bộ phận và chi tiết c a hệ thống truyền lực HTTδ khi đóng ly hợp đột ngột, khi gài số trong quá trình tăng tốc, khi phanh đột ngột bằng phanh tay, hay

v

Ô tô là một hệ thống động lực học rất ph c t p, khi chuyển động với vận tốc khác nhau trên các lo i đư ng thì tình tr ng chịu t i c a các chi tiết thay đổi Khi tính toán độ bền c a các bộ phận và chi tiết ô tô ngoài t i trọng tĩnh chúng ta ph i xét đến t i trọng động T i trọng động tác dụng lên các chi tiết trong th i gian ngắn nhưng giá trị c a nó lớn hơn t i trọng tĩnh rất nhiều

T i trọng động xuất hiện trong các bộ phận và chi tiết c a hệ thống truyền lực (HTTδ) khi đóng ly hợp đột ngột, khi gài số trong quá trình tăng tốc, khi phanh đột

ngột bằng phanh tay, hay khi phanh gấp không m ly hợp …Xác định chính xác giá

trị t i trọng tác dụng lên các chi tiết c a HTTδ là một bài toán rất phúc t p

Đ tài: “Nghiên c u mô hình hóa h th ng truy n l c vƠ ph ng pháp tính t i

tr ng đ ng trong h th ng truy n l c” được thực hiện trên cơ s nghiên c u lý

thuyết về t i trọng động trong HTTδ kiểu cơ khí trên ô tô, sau đó tiến hành mô hình hóa HTTL và sử dụng kết qu mô hình hóa để tính toán ng dụng trên một vài cụm chi tiết c a HTTδ

Nội dung c a đề tài bao gồm :

Chương 1 Tổng quan : trình bày tình hình nghiên c u trong và ngoài nước, những công trình đã được công bố Chọn đối tượng nghiên c u là HTTδ cơ khí, hướng nghiên c u nhắm tới mục tiêu xác định được các chế độ t i trọng tác dụng lên HTTδ và phương pháp tính toán các t i trọng đặc trưng đó

Chương β σghiên c u cơ s lý thuyết về t i trọng động trên xe ô tô : phân tích sơ

đồ bố trí hệ thống, thông số ban đầu để tính toán HTTδ và các đặc trưng về t i

trọng động δựa chọn thông số cơ b n c a HTTδ kiểu cơ khí có cấp, phân tích chất lượng kéo c a ô tô để đánh giá được m c độ chính xác việc lựa chọn các thông số

c a động cơ và c a HTTδ Tiến hành đánh giá chất lượng kéo và tính kinh tế nhiên

liệu c a ô tô trong các điều kiện gần giống với điều kiện thực tế nhất để có được số

liệu ban đầu để tính toán chính xác độ bền c a các cụm và c a các chi tiết trong HTTL

vi

Chương γ εô hình hóa hệ thống truyền lực: phân tích những đặc tính hư hỏng và

kh năng làm việc c a các chi tiết phụ thuộc vào các yếu tố chính gây nên phá h y chi tiết Tính toán độ bền để phòng ngừa gẫy vỡ hoặc hư hỏng bề mặt làm việc khi

chịu t i trọng động lớn nhất Để tính bền cần xác định được t i trọng lớn nhất trong điều kiện làm việc nặng nhọc nhất Để đơn gi n ta dùng phương pháp mô hình hóa, đưa HTTδ về sơ đồ tính tương đương Tính chất t i trọng động c a HTTδ được xác định b i các tham số rất đa d ng tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động, kể

c các tham số động lực học c a ô tô Hệ thống động lực học thông thư ng là các tham số phân bổ và tham số r i r c Trong hệ thống tham số phân bổ thì mỗi phần

tử được đặc trưng b i hai tính chất: quán tính và đàn hồi Trong các hệ thống đưa về

d ng r i r c, khối lượng được coi là khối lượng tập trung và chỉ có một tính chất là quán tính Các bộ phận nối với khối lượng này có d ng là phần tử đàn hồi được đặc trưng b i một độ c ng xác định Sự r i r c hóa khi tính toán HTTδ được tiến hành

bằng cách nghiên c u kỹ b n vẽ chi tiết c a HTTL và phân chia thành các phần tử

có khối lượng tập trung và phần tử chỉ có tính đàn hồi Bánh đà, đĩa ly hợp, mặt bích, các bánh răng, vỏ hộp số và vỏ các chi tiết sẽ được coi là khối lượng tập trung Các phần tử chỉ có tính đàn hồi, trước tiên ph i kể tới là các trục trong HTTL và các

cụm chi tiết đàn hồi c a hệ thống treo Việc xác định đúng độ c ng c a các phần tử

liệt kê trên có một ý nghĩa rất quan trọng khi thành lập sơ đồ tính toán HTTL tương đương

Chương 4 Tính toán ng dụng: sử dụng hệ thống HTTδ tương đương tính toán thông số t i trọng c a bộ dập tắt dao động, tính toán độ bền bánh răng trong hộp số Chương η Kết luận và kiến nghị và hướng phát triển tiếp theo c a đề tài

vii

SUMMARY

Automobile is a complex dynamics system When it moves on different types of roads with different speeds, the supporting state of its parts changes When calculating the durability of parts and outside static loading capacity of automobile parts, we must consider dynamic loading Dynamic loading has an effect on the parts in a short time but its value is much greater than the static loading capacity Dynamic loading appears in the parts and details of power train when the clutch is closed suddenly, when engaging gear during accelerating, breaking suddenly by hand break, or when breaking suddenly without opening the clutch… Exactly determining the value of loading effect to parts of the powertrain is a very complex problem

The theme « Researching the power train modeling and method of dynamic loading calculation in the power system” was carried out based on research about dynamic loading of the powertrain with automotive mechanical type, then modeling the power train and using the modeling for calculating on a few parts of the cluster powertrain

The content of the theme including :

Chapter 1 Overview : Presenting the domestic and aboard researching situation, the works have been published Chosing the researching object is mechanical power train, the way researching is aimed to identify the mode of load acting on the power train and method of calculating its specific loads

Chapter 2 Research the theory basis of dynamic loading on automobile: Analyse the diagram of the system arrangement, the initial parameter is to calculate the power train and the features of dynamic loading Select the basic parameter of the mechanical power train analyse the tractive quality of automobile is to evaluate the accuracy in choosing the parameter of the engine and of the power train Evaluating the tractive quality and the fuel economy of automobile in the conditions approaching the real conditions is to get the initial figures to calculate the durability

of the blocks and the items in the power train

Chapter 3 Simulate the power train: Analyse the defect features and the operating capacity of the componenst depends on the main factors causing the defects of the component Calculate the durability is to prevent the breaks or defects of the working surface when suffering the maximum dynamic load For calculating the durability, it is necessary to define the maximum dynamic load in the hardest working condition The simple way is the simulate method; it means we make the diagram of the power train The dynamic load of the power train is defined by various parameter affecting on the automobile during the operation, including the dynamic parameter of the automobile Among the allocating parameter system, each element is specified by two features: the inertia and the elasticity Among the desultory systems, the mass is considered as concentrated mass and this mass only

viii

has the inertia feature The components connecting to this mass are the elastic elements and these components are specified by a defined hardness The digitization, when calculating the power train, is carried out by the careful study the detailed drawing of the power train and devide it into the components which only have the concentrated mass and the components which only have the elasticity feature Flywheel, clutch plate, flange, gears, gear housing, covers of the components are considered as the components which have the concentrated mass The first of the components, which have only the elasticity feature, is the core axis

of the power train and the elastic assembly of the suspended system Define the exact hardness of the above listed components is very important to set up the diagram of the power train

Chapter 4 Calculate the application: Use the system of the equivalent power train

to calculate the load parameter of the oscillator, and to calculate the durability of the gears in the gear box

Chapter 5 Conclusion and proposal for the next development of the theme

ix

MUÏC LUÏC

Trang

Lý lịch khoa học i

L i cam đoan iii

L i c m ơn iv

Tóm tắt v

Mục lục ix

Danh sách các b ng xi

Danh sách các hình xii

Danh sách các ký hiệu xiv

Chöông 1 T NG QUAN 1

1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên c u 1

1.2 Mục đích c a đề tài 4

1.3 Nhiệm vục hính c a đề tài 4

1.4 Phương pháp nghiên c u 4

Ch ng 2 C SỞ Lụ THUY T V T I TR NG Đ NG TRONG H TH NG TRUY N L C C A Ọ TỌ 5

2.1 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực 9

2.2 Các thông số ban đầu để tính toán hệ thông truyền lực 12

2.3 Thống số cơ b n c a hệ thống truyền lực kiểu cơ khí có cấp 25

2.4 Đánh giá chất lượng kéo c a ô tô có hệ thống cơ khí 38

2.5 Tính toán chế độ chuyển động c a ô tô 45

Ch ng 3 MÔ HÌNH HÓA H TH NG TRUY N L C 51

3.1 Đặc tính hư hỏng và các d ng tính toán hệ thống truyền lực 51

3.1.1 Đặc tính hư hỏng 51

3.1.2 Các d ng tính toán bền 54

3.2 Mô hình hóa hệ thống truyền lực để tính toán hệ thống 58

x

3.3 Xác định t i trọng lớn nhất trong hệ thống truyền lực 78

3.4 Chế độ t i trọng khi tính tốn về độ bền lâu c a hệ thống truyền lực 84

Ch ng 4: TệNH TỐN NG D NG TRÊN M T S CHI TI T C A H TH NG TRUY N L C 98

4.1 Tính tốn bộ dập tắt dao động 98

4.1.1 Lựa chọn thơng số bộ dập tắt dao động 98

4.1.2 Tính tốn các thơng số t i trọng c a ly hợp 104

4.1.3 Tính tốn các chi tiết c a ly hợp 109

4.2 Tính tốn độ bền lâu c a bánh răng trong hộp số 114

Ch ng 5 K T LU N KI N NGH .117

TÀ I LIỆ U THAM KHẢ O 119

xi

B ng β.1.a Các giá tr ị khối lượng của ô tô 14

B ng β.1.b T ải trọng của ô tô trên một cầu của ô tô loại A và loại B 16

B ng β.β Di ện tích cản chính diện của một số xe hiện đại 18

B ng β.4 Các thông s ố của một số loại động cơ để tính toán sức kéo 20

B ng β.η Công su ất tiêu hao trong việc dẫn động các cơ cấu của động cơ 23

B ng β.θ M ối liên hệ giữa công suất riêng và vận tốc cực đại 25

B ng β.7 T ỷ số truyền lực chính của một số loại xe ô tô 28

B ng β.8 Ph ụ thuộc của khoảng động học và số lượng số truyền 29

B ảng 2.9 Đặc điểm chính của HTTL cơ khí trên một số ô tô 33

B ng β.10 Đặc điểm chính của HTTL cơ khí trên một số ô tô có hộp số phụ 36

B ng β.11 Tỷ số truyền hộp số phụ của một số loại xe 39

B ng β.1β Thông s ố động lực học của một số loại ô tô 41

B ng β.1γ Th ời gian tăng tốc của một số kiểu ô tô 46

B ng γ.1 Công th ức tính độ đàn hồi và mômen quán tính của một số chi tiết 63

B ng γ.β Thành ph ần động học của mô hình cơ khí có hình dạng tương ứng 69

B ng γ.γ Quãng đường xe chạy của một số kiểu xe 89

B ng γ.4 Thông s ố để tính toán tải trọng riêng của một số loại xe 93

xii

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Đồ thị trị số khối lượng riêng phụ thuộc vào sức chứa định mức

c ủa xe buýt chạy liên tỉnh và trong thành phố 15

Hình 2.2 M ối quan hệ giữa khối lượng và hệ số tải trọng trên xe vận tải 16

Hình 2.3 Đặc tính ngoài của động cơ IAMZ– 238 20

Hình 2.4 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ner và v amax 25

Hình 2.5 Đồ thị động lực học của ô tô ZIL 130 41

Hình 2.6 M ối quan hệ giữa gia tốc và vận tốc khi thay đổi số truyền 45

Hình 3.1 Mô hình tính toán h ệ thống truyền lực 62

Hình 3.2 Phương pháp tính mô men khi chia nhỏ chi tiết 65

Hình 3.3 Tính mô men v ới chi tiết không phân tích được thành các hình đơn giản 65

Hình 3.4 Đơn giản hóa hệ thống động lực học 76

Hình 3.5 Mô men trong HTTL khi đóng mở ly hợp 79

Hình 3.6 Sơ đồ xác định tải trọng lớn nhất của ô tô 4x2 và 6x4 79

Hình 3.7 Sơ đồ khối để giải bài toán trên máy tính 84

Hình 3.8 Phân b ố lực vòng riêng để tính toán các chi tiết truyền lực chính xe t ải nặng 96

Hình 3.9 Đồ thị để xác định quãng đường xe chạy theo ứng suất uốn 97

Hình 3.10 Đồ thị để xác định quãng đường xe chạy theo ứng suất tiếp xúc 97

Hình 4.1 Mômen M e c ủa động cơ 101

Hình 4.2 H ệ khối lượng dùng tính toán bộ dập tắt dao động 102

Hình 4.3 Khâu đàn hồi của bộ dập tắt dao động 103

Hình 4.4 Sơ đồ khối để giải phương trình 4.1 104

Hình 4.5 S ự phụ thuộc của biên độ dao động cực đại M12 của M x và M ms trên ly h ợp ô tô vận tải 4x2 105

Hình 4.6 Sư thay đổi của ωe và ωa theo thời gian 106

Hình 4.7 Sơ đồ tính toán ly hợp 106

xiii Hình 4.8 Quá trình tr ượt của ly hợp 107

Hình 4.9 Sơ đồ để tính toán lò xo đĩa 112

xiv

HTTL Hệ thống truyền lực

ma Khối lượng c a ô tô

mrm Khối lượng c a rơ moóc

mđx Khối lượng c a đoàn xe

H0 Chiều cao cơ s c a ô tô

t Hiệu suất c a hệ thống truyền lực

Ł Hệ số tính tới khối lượng chuyển động quay tới khối lượng

chuyển động tịnh tiến

Ner Công suất riêng c a động cơ

Mtt Mô men tính toán

ntt Tốc độ tính toán

Mtt εô men tính toán tương đương

ks Hệ số quãng đư ng xe ch y

ξu Quãng đư ng xe ch y tương ng tay sô u

tt(u) Lực vòng tính toán riêng trên các số truyền

xv

Memax Mô men cực đ i c a động cơ,

iu Tỷ số truyền tương ng tay số th u,

u Hiệu suất tương ng tay số truyền th u

MH Mô men bánh bơm khi cung cấp năng lượng hoàn toàn,

kp Hệ số mô men

Gφ Trọng lượng bám

Hệ số kể tới hiện tượng tuần hoàn công suất,

λ Hệ số kể tới một phần công suất truyền qua cụm kh o sát,

Lực vòng tính toán đơn vị

vtt(i) Vận tốc tính toán c a ô tô số truyền u

vtb Tốc độ trung bình c a ô tô

σH, σB Giới h n c a ng suất tính toán

i Trị số biến đổi c a lực vòng riêng,

tb(i) Trị số trung bình c a lực vòng riêng tay số i,

ihp Tỷ số truyền c a hộp số phân phối

vamax Tốc độ tính toán lớn nhất c a ô tô

vkmax Tốc độ động học lớn nhất

cv Hệ số truyền

xvi

Dk Kho ng động lực học c a ô tô

D Nhân tố động lực học

nemin Số vòng quay nhỏ nhất c a động cơ ( v/phút)

vamin Vận tốc chuyển động ổn định nhỏ nhất c a ô tô

Ii’ ei’ Mô men quán tính khối lượng và độ đàn hồi c a hệ cơ khí

Ii ei Mô men quán tính khối lượng và độ đàn hồi c a hệ tương đương

Rz Ph n lực pháp tuyến

φ Hệ số bám c a bánh xe với mặt đư ng

ω Tần số dao động riêng c a hệ cục bộ

etđ Độ đàn hồi tương đương

Itđ εô men quán tính tương đương

Pp Lực phanh cần thiết c a ô tô

Ppc Lực phanh c a cơ cấu phanh

Ppđ Lực phanh bằng động cơ

St Quãng dư ng phanh

Mpđ εô men phanh động cơ

Ia εômen quán tính tương ng với khối lượng chuyển động tịnh tiến

Mr Mô mem t i th i điểm đóng lò xo

Wµ Công trượt riêng c a ly hợp

W1,2 Công trượt riêng c a ly hợp tương ng với giai đo n 1 và giai đo n β

Wb Công trượt riêng toàn bộ c a ly hợp

Δt Sự tăng nhiệt độ trung bình c a đĩa ép sau một lần đóng m ly hợp

Ftd Lực tác dụng lên đĩa ép c a lò xo

F0 Lực tổng cộng c a lò xo kéo và lò xo nén c a ly hợp

Flx Lực tác dụng lên lò xo khi m ly hợp

Id Mô mem quán tính c a động cơ

Id Quán tính bánh đà thay thế cho khối lượng chuyển động tịnh tiến

Mt Mô men cực đ i c a các khâu trong hệ thống truyền lực và động cơ [1] Tên tài liệu tham kh o

1

1.1 T ng quan chung v l ĩnh v c nghiên c u, các k t qu nghiên c u trong và ngoƠi n c đã công b

Hệ thống truyền lực (HTTL) trên xe ô tô giữ một vị trí vô cùng quan trọng dùng

để nối và truyền mô men quay từ động cơ tới các bánh xe ch động HTTL ph i đ m

b o truyền được mô men quay một cách êm dịu, cắt truyền động đến các chi tiết một cách nhanh chóng d t khoát (cụm ly hợp), truyền và biến đổi mô men quay, đổi chiều chuyển động (hộp số), phân chia mô men đến từng bánh xe ch động, đ m b o các bánh xe có thể chuyển động các tốc độ khác nhau Trong quá trình thiết kế tính toán HTTL Vấn đề đầu tiên đặt ra là cần ph i xác định t i trọng động tác dụng lên hệ thống Trong lĩnh vực này tác gi Nguyễn Khắc Tuấn đã có công trình nghiên c u

“Vybor putey snizheniya dinamicheskih nagruzok vmehanicheskoy transmissii avtomobilya kombinirovannoy ustanovkoy pri zapuske dvs skhodu”- “Lựa chọn con

đư ng gi m t i trọng động trong HTTL kiểu cơ khí c a ô tô có HTTL kiểu hỗn hợp khi

kh i hành” Trong đề tài này tác gi đã đưa ra được phương pháp c i thiện nhằm nâng cao tính an toàn và hiệu qu c a HTTL, tránh được những hư hỏng có thể gây ra b i t i

trọng động Tác gi cũng xây dựng một thuật toán điều khiển và khắc phục sự cố một cách tự động khi xuất hiện t i trọng động lớn trong HTTL Đặc biệt khi trong HTTL

xuất hiện t i trọng động tần số cao

HTTL bao gồm rất nhiều các chi tiết và ho t động rất phúc t p, để mô t quá trình ho t động c a HTTL, bằng công trình: “Driveline modelling using mathmodelica”- “Sử dụng εathεodelica để mô hình hóa HTTL”, Tác gi Per Nobrant

đã xây dựng mô hình HTTL trong MathModelica Một số phần tử c a hệ thống được lấy từ các thư viện có sẵn trong Modelica, đã được tiêu chuẩn và sử dụng thích hợp Các thành phần còn l i được xác định b i các phương trình toán học Công trình

Các mô phỏng tương ng với từng chế độ vận hành được đề cập chi tiết trong công

trình nghiên c u: “Driveline modeling and principles for speed control and gear-shift

control”- “Mô phỏng HTTL điều khiển tốc độ và kiểm soát quá trình sang số” công trình nghiên c u này, tác gi Magnus Pettersson đã làm các thí nghiệm và mô hình hóa

bằng cách sử dụng một chiếc xe t i h ng nặng Ông đã ch ng minh rằng t i trọng động

và đặc biệt là hiện tượng cộng hư ng rất nguy hiểm trong HTTL Đó là một mô hình tuyến tính với một HTTL linh ho t có thể lý gi i đầy đ các chệ độ ho t động c a

xe tương ng với từng tốc độ động cơ và tốc độ bánh xe Công cụ kiểm soát tự động các sự biến đổi trong HTTL cũng được đề cập Một bước quan trọng là kiểm soát không để mất mát năng lượng trong hộp số và các bánh truyền động trung gian Tác gi đi tới kết luận: dao động trong HTTL là một yếu tố cần h n chế trong hệ thống

xoắn động cơ Ngày nay, hầu hết các xe hiện đ i đều được trang bị ga điện tử cho phép các đơn vị điều khiển trên bo m ch điện tử để điều khiển mô-men xoắn c a hệ thống một cách phù hợp trước khi gửi một tín hiệu điều chỉnh hệ số t i c a động cơ Trong cách này, một hệ thống kiểm soát thông tin ph n hồi có thể được sử dụng để đ m b o

3

rằng HTTL đáp ng những yêu cầu về sự thay đổi mô men xoắn càng nhanh càng tốt

mà không gây chấn động hoặc dao động

Trong luận văn này, một mô hình HTTL được đề xuất và các tham số c a nó được xác định bằng thực nghiệm Độ chính xác c a mô hình đã được xác nhận bằng cách sử dụng dữ liệu thử nghiệm từ một chiếc xe, và kết luận rằng mô hình là công cụ mô

phỏng chính xác một chiếc xe Một bộ điều khiển HTTL được thiết kế và mô phỏng

hiệu suất c a nó bằng cách sử dụng mô hình xe Các mô phỏng cho thấy rằng bộ điều khiển làm gi m đáng kể t i trọng động trong HTTL qua đó c i thiện sự tho i mái cho lái xe

4

Công trình “modeling and simulation of a driveline with an automatic gearbox” – “ Mô phỏng HTTL ô tô sử dụng hộp số tự động” c a tác gi Tomas Zackrisson: mô hình động học c a HTTL c a một chiếc xe t i với một hộp số tự động được xây dựng và

thực hiện trong ngôn ngữ phần mền mô phỏng Modelica Mô hình này được xây dựng trong một mô-đun để t o điều kiện thuận lợi cho việc tái sử dụng và sắp xếp các mô hình Mô hình chiếc xe t i này đã được phát triển từ một mô hình được t o ra trước đó

mô phỏng hệ thống truyền lực sử dụng hộp số cơ khí Công trình nghiên c u này đã phát triển một mô hình chiếc xe t i có thể được sử dụng để mô phỏng các tín hiệu tốc

độ từ các bộ phận khác nhau c a HTTL, để cho phép thử nghiệm một hệ thống hộp số

tự động trong một phòng thí nghiệm thay vì thử nghiệm trên một chiếc xe t i bình thư ng Để thực hiện đầy đ các thử nghiệm như vậy, tín hiệu tốc độ từ các bộ phận khác nhau c a HTTL c a một chiếc xe t i đã được t o ra b i mô hình Nói cách khác, các tín hiệu tốc độ được c m nhận trên một chiếc xe t i thực sự được điều khiển b i hệ

thống mô phỏng, t c là các bộ phận cơ khí trong các đư ng truyền lực c a một chiếc

xe t i ph i được thay thế b i các tín hiệu điện mô phỏng đầy đ ho t động c a các thành phần Để làm được điều này ph i sử dụng các thiết bị điều khiển có độ tin cậy cao, kh năng tiếp nhận tín hiệu tốc độ cao từ một chiếc xe t i thực Vấn đề là t o ra

một cách th c tính toán các tín hiệu tốc độ với tr ng thái động lực để đ t được kết qu

- Nghiên c u cơ s lý thuyết về t i trọng động trong HTTL kiểu cơ khí trên ô tô

- Mô hình hóa HTTL trên ô tô

5

- Tính toán ng dụng trên một vài cụm chi tiết c a HTTL

1.3 Nhi m v c a đ tài và gi i h n đ tài:

 Tính toán độ bền bánh răng trong hộp số

Vì th i gian có h n và với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều, nên đề tài chỉ chọn đối tượng nghiên c u là HTTL cơ khí có kiểu công th c bánh xe 4 x 2

- Nghiên c u lý thuyết dựa trên các công trình đã được công bố,

- Nghiên c u ng dụng: Sử dụng kết qu c a nghiên c u lý thuyết kết hợp với các

phần mền Office, Autocad, phần mền mô phỏng, phần mền tính toán để làm công cụ

thực hiện các nhiệm vụ c a đề tài

6

TH NG TRUY N L C C A Ô TÔ

Đặc điểm c a ô tô là làm việc tốc độ cao với lực kéo ph i thay đổi theo từng địa hình

ng suất sinh ra trong các chi tiết c a ô tô máy kéo phụ thuộc vào chế độ t i trọng tác

dụng lên chúng trong điều kiện sử dụng Trong khi sử dụng, các chi tiết c a ô tô sẽ

chịu t i trọng động T i trọng động có thể gấp vài lần t i trọng do mômen c a động cơ truyền xuống Đối với ô tô, t i trọng động tác dụng lên các chi tiết c a HTTL sẽ sinh

ra khi nh bàn đ p (đóng ly hợp) ly hợp đột ngột, khi gài số trong quá trình tăng tốc, khi phanh đột ngột bằng phanh phanh tay, khi phanh không m ly hợp, hoặc khi bánh

xe đi qua mặt đư ng không bằng phẳng , v.v… Muốn xác định kích thước c a các chi

tiết để làm việc được an toàn, cần ph i xác định t i trọng động tác dụng lên các chi tiết

đó khi ô tô làm việc Xác định chính xác trị số t i trọng động tác dụng lên các chi tiết ô

tô là vấn đề rất ph c t p, vì t i trọng động có thể sinh ra trong nhiều điều kiện sử dụng khác nhau Xác định t i trọng động bằng lý thuyết có mục đích để h n chế bớt số trư ng hợp gây nên t i trọng động và để đơn gi n quá trình tính toán B i vậy t i trọng động thư ng được xác định theo công th c kinh nghiệm nhận được từ hàng lo t các thí nghiệm

Thông thư ng, t i trọng động đặc trưng bằng hệ số t i trọng động Hệ số này

bằng tỷ số c a c a trị số t i trọng động trên t i trọng tĩnh Đối với HTTL c a ô tô, t i

trọng tĩnh tác dụng lên chi tiết được tính từ mômen cực đ i c a động cơ M emax truyền xuống

Khi kh i động ô tô t i chỗ và đóng ly hợp đột ngột sẽ gây t i trọng động lớn nhất, b i vì khi đóng ly hợp đột ngột các đĩa ch động và bị động được ép vào nhau không những nh lực ép c a lò xo mà còn nh lực quán tính sinh ra khi đĩa ch động

ch m vào đĩa bị động Thí nghiệm và tính toán ch ng tỏ rằng mômen c a các lực quán tính này có thể lớn hơn nhiều so với mômen ma sát sinh ra giữa các đĩa ly hợp T i

σhư vậy, khi đóng ly hợp đột ngột sẽ gây t i trọng động lớn nhất lên HTTL có thể làm gãy vỡ các chi tiết Đó là chế độ t i trọng thừa nhận để tính toán bánh răng, trục

c a hệ thống truyền truyền lực theo t i trọng động

Hệ số t i trọng động c a ô tô là k, trong trư ng hợp này được tính theo công

th c kinh nghiệm như sau:

Kiểm tra mômen quay tác dụng lên các chi tiết khi phanh cho đến khi trượt lết bánh xe

mà không m ly hợp (phanh bằng động cơ) và khi phanh bằng phanh tay đặt trục th

cấp hộp số (phanh trung ương) có thể tiến hành bằng phương pháp lý thuyết như sau: Khi phanh không m ly hợp thì các bộ phận quay c a động cơ (ch yếu là bánh đà với

mômen quán tính J b.đ) ph i dừng l i trong th i gian rất ngắn t và với gia tốc chậm dần

8

rất lớn d bd

dt



(bd - tốc độ góc c a bánh đà) Trong trư ng hợp này, mômen các lực

quán tính M j c a bánh đà sẽ truyền qua ly hợp để tác dụng lên HTTL

εômen này xác định theo công th c :

M j = J b.đ d bd

dt



Khi các bánh xe đã dừng l i thì bánh đà còn quay đi một góc ω b.dvà sẽ xoắn các trục

c a HTTL với các góc quan hệ với nhau theo công th c sau:

đ i Trư ng hợp này hay gặp trong điều kiện sử dụng

Khi phanh gấp ô tô đang ch y tốc độ cao (số vòng quay c a trục khuỷu kho ng 2000

÷ 2500 vg/ph) không m ly h ợp thì mômen các lực quán tính tính toán M j sẽ lớn hơn mômen cực đ i c a động cơ kho ng 15 ÷ 20 lần Mômen này truyền từ bánh đà qua ly

hợp đến HTTL Trong trư ng hợp này ly hợp làm nhiệm vụ c a cơ cấu an toàn để tránh cho HTTL khỏi bị t i trọng lớn Lúc đó ly hợp sẽ trượt và mômen quay bánh đà truyền xuống HTTL chỉ có thể bằng mômen quay cực đ i mà ly hợp có thể truyền

Khi phanh bằng phanh tay ( trung ương) trên đư ng trơn, hệ thống truyền lực sẽ bị t i

trọng b i mômen các lực quán tính M’j truyền từ bánh xe lên xác định bằng công th c :

M j = J bx d bx

dt



i i

đây: i0 là tỷ số truyền c a truyền lực chính,

φc, φc’, φc’’ lần lượt là góc xoắn c a bán trục, các đăng th nhất và các đăng

th hai

Kết cấu c a HTTL có tác dụng lớn trong việc làm gi m t i trọng động Khi dùng khớp

nối đàn hồi trục các đăng, t i trọng động sẽ gi m từ 10 ÷ 15% Khi dùng bộ phận đàn

hồi hệ thống treo phía sau để truyền lực đẩy lên khung, t i trọng động gi m đi 10 ÷ 20%, ngoài ra ly hợp dùng trên ô tô cũng có tác dụng gi m t i trọng động đáng kể Phương pháp tốt nhất để gi m t i trọng động là dùng hộp số th y cơ và ly hợp th y lực HTTL c a ô tô Thí nghiệm ch ng tỏ rằng, khi dùng hộp số th y cơ, t i trọng động

gi m 1.5 ÷ 4.5 lần lúc kh i động, gi m 3 lần lúc tăng tốc, gi m 1.8 ÷ 2.7 lần khi ô tô đi qua đư ng không bằng phẳng và 2.5 lần khi phanh

Ngoài t i trọng động tác dụng lên chi tiết do ngo i lực sinh ra còn có t i trọng động tác dụng lên chi tiết do quá trình gia công, chế t o và lắp ghép và cân bằng không chính xác B i thế khi tính toán từng cơ cấu c a HTTL cần chú ý tới hệ số t i trọng động r i

r c c a từng cơ cấu

Từ những phân tích trên cho chúng ta thấy rõ các cụm và các chi tiết c a HTTL trên ô

tô làm việc theo t i trọng động Cần chú ý, t i trọng động trên ô tô thay đổi tùy theo

lo i ô tô, lo i đư ng và kết cấu c a từng cụm… Vì vậy tính toán t i trọng theo lý

một số công th c tính toán có tính tới hệ số t i trọng động tìm ra bằng thực nghiệm

Hiện nay có rất nhiều phương pháp tính toán t i trọng động Những nội dung tiếp theo

c a đề tài sẽ tiến hành nghiên c u một trong những phương pháp tính được nhiều ngư i quan tâm

2.1 S đ b trí h th ng truy n l c

HTTL c a ô tô bao gồm các bộ phận và cơ cấu nhằm thực hiện nhiệm vụ truyền mômen xoắn từ động cơ tới các bánh xe ch động HTTL thư ng bao gồm các chi tiết sau: Ly hợp, hộp số, hộp số phân phối, truyền động các đăng, truyền lực chính, vi sai, bán trục trên xe một cầu ch động sẽ không có hộp phân phối Ngoài ra, trên xe t i

nặng, HTTL có thêm truyền lực cuối cùng

M c độ ph c t p c a HTTL trên một xe cụ thể được thể hiện qua công th c bánh xe Công th c bánh xe được ký hiệu tổng quát là a x b, với a _ số lượng bánh xe và b _ số

lượng bánh xe ch động Trong ký hiệu trên, bánh xe kép vẫn được coi như một bánh

13

Trong các sơ đồ HTTL trên:

1 là động cơ, 2 ly hợp, 3 hộp số, 4 hộp số phụ, 5 truyền lực cuối cùng

2.2 Các thông s ban đầu đ tính toán HTTL

Khi tính toán ô tô chúng ta tính toán các thông số sau c a HTTL: tỷ số truyền truyền

lực chính, kho ng động học, tỷ số truyền c a hộp số chính và tỷ số truyền c a hộp số phân phối

Khi thiết kế ô tô, nhiệm vụ kỹ thuật được đặt ra gồm nghiên c u các tài liệu gốc và nghiên c u cơ s để thiết kế phác th o và thiết kế kỹ thuật sẽ cho các thông số ban đầu

để tính toán Trong đó định hướng chung về thiết kế, về nghiên c u và công nghệ kỹ thuật sẽ được xác định

Trong nhiệm vụ kỹ thuật xác định được kiểu ô tô, đặc điểm vắn tắt về lĩnh vực sử

dụng, điều kiện đư ng xá, chế độ sử dụng kèm theo những chỉ dẫn về khí hậu thì tuân theo tiêu chuẩn ГτCT 1η1η0 – 69 đây cũng chỉ ra những đặc tính sử dụng c a ô tô (như công suất, tốc độ và các chỉ tiêu khác để xác định chất lượng động lực học c a ô tô), các chỉ tiêu về khối lượng, kích thước, th i gian dự trữ tới th i kỳ đ i tu, về quãng

đư ng xe ch y về chu kỳ b o dưỡng, những thuận lợi trong việc s n xuất và khối lượng lao động, những yêu cầu về việc c i biên, vật liệu, dầu mỡ bôi trơn và các vấn đề khác

để tiến hành thiết kế

14

Khối lượng toàn bộ c a ô tô m a và khối lượng c a romoóc m rm , số lượng cầu nói chung

và số cầu ch động và cách phân bố các cầu, phân bố khối lượng cho các bánh xe, chiều rộng cơ s B0 và chiều cao H0, hệ số lưu thông kx là các chỉ tiêu về kích thước,

khối lượng và các thông số bố trí chung c a ô tô Chúng có nh hư ng trực tiếp tới đặc tính c a HTTL trên ô tô

Khi gi i bài toán kỹ thuật ( khi thực hiện nhiệm vụ kỹ thuật), các thông số này được xác định theo các xe tương tự có tính đến công dụng c a ô tô, tính truyền thống, trang

bị kỹ thuật c a nhà máy, chất lượng c a các lo i vật liệu dự tính sẽ sử dụng

Khối lượng c a ô tô và c a đoàn xe được xác định bằng tr ng thái khối lượng sau: maH

– khối lượng không kể tới các phụ kiện ( dụng cụ đồ nghề, bánh xe dự phòng và các thiết bị phụ như radio…), khối lượng tra n p (nhiên liệu, dầu bôi trơn và nước, khối lượng chất lỏng trong phuộc nhúng, các khớp b n lề, dung dịch và điện cực c a accu)

Khối lượng bổ sung vào ô tô m0 : là khối lượng có kể tới các khối lượng phụ nói trên nhưng không kể tới khối lượng lái xe và hành khách

Khối lượng toàn bộ ma : là khối lượng tổng cộng c a ô tô và các thiết bị phụ và các t i

trọng có ích Mci, lái xe và hành khách

Khối lượng c a đoàn xe mđx bằng khối lượng c a ô tô và romoóc, khối lượng toàn bộ

c a ô tô được xác định theo công th c sau:

c a lái xe và hành khách trên ô tô bus thành phố là 5kg và xe bus liên tỉnh là 1ηkg, đối

với xe du lịch là 10kg/ ngư i

Khối lượng bổ sung m0 c a xe du lịch tùy thuộc vào cấp độ nhóm c a xe Căn c vào

thể tích công tác c a động cơ làm thông số cơ b n để phân cấp độ xe (b ng 2.1.a):

B ng 2.1.a: Các giá tr ị khối lượng của ô tô

Nhóm rất nhỏ

1

2

A0 0.849 0.85 – 1.099

A0 0.649

650 – 799

30 – 50

50 – 65 Nhóm nhỏ

1

2

1.1– 1,299 1.3– 1.499

1150 – 1209

1300 - 1499

90 -110 Nhóm lớn

1

2

3.5 – 4.949 Trên 5.0

1500 – 1900 Không giới h n

110 – 120

16

Khối lượng bổ sung c a xe buýt m0 phụ thuộc vào s c ch a định m c Trên b ng 2.1 cho các trị số c a khối lượng phù hợp với một hành khách tương ng với khối lượng riêng lớn nhất và nhỏ nhất S c ch a định m c là số lượng hành khách mà xe buýt chuyên ch trong điều kiện chuyển động bình thư ng ( không tính theo gi / cung

đư ng)

Hình 2.1: Đồ thị trị số khối lượng riêng phụ thuộc vào sức chứa định mức của xe buýt

ch ạy liên tỉnh và trong thành phố

Nếu biết trọng t i c a xe vận t i, khối lượng toàn bộ c a nó có thể căn c vào số liệu

đã cho tr ng thái tĩnh và xuất phát từ hệ số t i trọng kG

kG = mG / ma

Các đư ng cong tương ng với hệ số t i trọng cực đ i trên xe vận t i đối với ô tô t i thùng, xe ben và xe đầu kéo được cho trên hình 2.2:

17

Hình 2.2: M ối quan hệ giữa khối lượng và hệ số tải trọng trên xe vận tải

Đường nét đậm là của xe ben, đường nét đứt là của xe tải thùng

và đường chấm gạch là của xe đầu kéo

Phân bố khối lượng cho các cầu được xác định bằng việc sử dụng toàn bộ t i trọng có ích c a lốp xe và t i trọng cho phép tối đa c a một cầu trên đư ng một cách hợp lý

B ng 2.1.b cho phép xác định t i trọng c a ô tô trên một cầu c a ô tô lo i A và lo i B Trong tiêu chuẩn này, chuyển động c a ô tô lo i A chỉ chuyển động trên đư ng lo i 1

và lo i 2, kho ng cách giữa các cầu tính bằng mét

B ng 2.1.b: T ải trọng của ô tô trên một cầu của ô tô loại A và loại B

Kho ng cách giữa các cầu(m) 1.0 – 1.25 1.26 – 1.3 1.4 – 2.5 > 2.6

Trọng t i cho phép tối đa trên 1 cầu

Với xe lo i A

Với xe lo i B

68.7 44.1

76.5 49.0

88.3 53.9

98.1 58.9

18

Khối lượng c a romoóc kéo phụ thuộc vào công dụng c a c đoàn xe Khối lượng xe đầu kéo phụ thuộc vào số cầu ch động c a xe đầu kéo và phụ thuộc vào một lo t các thông số khác

Tỷ số khối lượng c a xe romoóc trên khối lượng xe đầu kéo là hệ số khối lượng kđx c a đoàn xe:

kđx = mrm / mđkĐối với xe ch y trên đư ng c ng, hệ số kđx kho ng 0.5 – 1.2, giá trị lớn ng với ô tô

lo i A và đoàn xe Với đoàn xe có đầu kéo, dẫn động hoàn toàn chuyển động trên

đư ng đất, hệ số kđx = 0.3 – 0.6

Lực c n không khí có nh hư ng tới đặc tính kéo c a ô tô khi xe ch y với tốc độ cao,

phụ thuộc vào diện tích c n chính diện F, hình d ng c a ô tô và được đánh giá bằng hệ

số kB Khi không có số liệu chính xác, chúng ta có thể tính toán theo công th c sau:

19

B ng 2.2: Di ện tích cản chính diện của một số xe hiện đại

Hệ số kB c a các xe khác nhau cho trong b ng 2.3:

B ng 2.3: H ệ số diện tích cản chính diện của một số xe

Nemax, mômen xoắn cực đ i Memax, mômen xoắn ng với công suất cực đ i MN, số vòng

20

quay lớn nhất c a trục khuỷu nemax , số vòng quay tương ng với chế độ công suất cực

đ i nN, hệ số thích ng theo mô men c a động cơ kM, hệ số thích ng c a động cơ theo

số vòng quay kω,

Đối với động cơ xăng kM = 1.1 – 1.35, kω = 1.5 – 2.5

Đối với động cơ Diesel kM = 1.1 – 1.15, kω = 1.45 – 2.0

Khi tính toán, chúng ta thư ng sử dụng công th c gần đúng:

đây: a, b, c là các hệ số được lựa chọn theo đặc tính ngoài c a động cơ

Nếu biết kM và kω, các hệ số a, b, c có thể được xác định theo công th c:

Hình 2.3: Đặc tính ngoài của động cơ IAMZ– 238

Đồ thị trên cho các giá trị đặc tính ngoài c a động cơ IAεZ – βγ8 và các điểm mô men

và công suất tính theo công th c 2.1 và 2.2

Z-9605 0.887 4V 20.6 4.3 51 2.75 1.076 1.51 0.78 0.88 0.66 MeM

Z-968 1.197 4V 29.4 4.3 74.5 2.8 1.14 1.54 0.66 1.49 1.15 MeM

Z

968V 1.197 4V 36.8 4.4 81.5 3.6 1.02 1.22 0.61 1 0.61 Vaz -

2101 1.197 4P 47 5.6 87.3 3.4 1.089 1.65 0.88 0.69 0.57 Vaz-

2101I 1.295 4P 50.7 5.6 94.1 3.4 1.088 1.65 0.88 0.69 0.57 Moskv

2106 1.57 4P 58.8 5.4 121.6 3.0 1.16 1.8 0.91 0.9 0.81

22

UAZ-451

MI 2.445 4P 55.2 4 166.7 2.35 1.26 1.7 0.73 1.8 1.53 ZMZ-

24D 2.445 4P 69.9 4.5 186.3 2.5 1.26 1.8 0.85 1.46 1.31 GAZ-

52-04 3.48 6P 55.2 2.8 205.9 1.5 1.094 1.87 0.97 0.46 0.43 ZMZ-

66 4.25 8V 84.6 3.3 284.4 2.25 1.16 1.47 0.44 2.12 1.56 ZMZ -

13 5.53 8V 143.4 4.4 411.9 2.25 1.32 1.05 0.97 1.38 1.35 GAZ-

14 5.53 8V 161.8 4.2 451.1 2.7 1.23 1.53 0.41 2.5 1.91 ZIL-

130 6 8V 110.3 3.2 402 1.9 1.22 1.68 0.75 1.59 1.34 ZIL-

-238N 14.86 8V 220.6 2.1 1078.7 1.5 1.075 1.4 0.61 1.31 0.92

B ng 2.5: Công su ất tiêu hao trong việc dẫn động các cơ cấu của động cơ

muốn khi sử dụng trên băng thử Những tổn hao này ta có thể sử dụng một hệ số tổn hao kc phụ thuộc vào lo i động cơ và kiểu phương tiện giao thông Khi tính toán gần đúng có thể lấy kc = 0.8 – 0.9 Giá trị nhỏ lấy với động cơ có công suất nhỏ

Trong đó: Ψυ là lực c n c a đư ng tốc độ lớn nhất c a xe

Nếu chọn không đúng, công suất c a động cơ sẽ gi m và tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng lên Việc tăng công suất động cơ cho phép việc nâng cao vận tốc c a xe và sẽ làm cho đặc tính động lực học lớn lên nhưng cũng làm tăng kích thước và khối lượng c a động

cơ, c a HTTL và tăng giá thành c a xe, tăng lượng tiêu hao nhiên liệu và dầu mỡ

Vận tốc c a ô tô phụ thuộc vào kiểu ô tô và công dụng c a xe Với ô tô du lịch, vận tốc phụ thuộc vào dung tích xilanh động cơ, thư ng vận tốc xe du lịch nằm trong kho ng

100 – 200 km/h

Khi đánh giá chất lượng kéo c a ô tô, ta sử dụng khái niệm công suất riêng Ner, giá trị công suất riêng bằng tỷ số giữa công suất định m c chia cho khối lượng toàn bộ c a ô

tô hoặc c a đoàn xe

Phân tích các thông số c a ô tô du lịch hiện đ i đã chỉ ra rằng: tốc độ lớn nhất và công

suất riêng thay đổi trong một kho ng rộng công suất riêng Ner = 20 – 90 kw/T, vmax =

100 – 220 km/h

25

Hình 2.4: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa N er và v amax

Ta cũng quan sát thấy mối liên hệ công suất riêng với vận tốc cực đ i và lo i ô tô ( nhỏ, siêu nhỏ, lớn) xem b ng 2.6:

B ng 2.6: M ối liên hệ giữa công suất riêng và vận tốc cực đại

Theo tiêu chuẩn ГOCT21398 -75 quy định giới h n dưới c a tốc độ cực đ i là 75 km/h

ng với trư ng hợp có t i hoàn toàn c a xe không có đầu kéo hoặc c a đoàn xe chuyển động trên đư ng bằng có lớp ph bề mặt c ng Giới h n dưới c a tốc độ cực đ i trên

đư ng có độ dốc 3% là 30 km/h

26

Phần lớn xe vận t i ngày nay có vận tốc vmax = 80 – 100 km/h Với xe có trọng t i lớn

ch y trên đư ng cao tốc, vận tốc vmax≤ 100 km/h Ngày nay đối với xe vận t i vmax nên

bằng 80 - 95km/h

Khi lựa chọn công suất riêng cần ph i tính đến ô tô có chất lượng động lực học

thấp sẽ gây c n tr đối với các ô tô khác Khi chất lượng động lực học thấp, khối lượng

và kích thước càng lớn càng làm c n tr dòng ch y giao thông

Theo quan điểm đ m b o tốc độ trung bình và lượng tiêu hao nhiên liệu vừa đ đối

với đoàn xe vận t i nặng, có thể lấy công suất riêng là 6 kw/tấn Với quan điểm đ m

b o dòng chuyển động đều đặn trên đư ng, công suất riêng là 7.5 kw/tấn

Kiểu lốp được chọn căn c vào t i trọng tác dụng lên trên bánh xe Một trong các thông số cơ b n khi tính toán chất lượng động lực học kéo c a ô tô là bán kính bánh xe lăn không trượt rl0

đây khái niệm bán kính lăn rl0 là tỷ số giữa tốc độ tính tiến va chia cho vân tốc góc

giữa bán kính tự do r0 và bán kính tĩnh rt Trị số c a hai bán kính này tra trong các tài

liệu ô tô Để phù hợp với thực tế, bán kính lăn không trượt được xác định bằng tỷ số:

27

2.3 Thông s c b n c a h th ng truy n l c ki u c khí có cấp

Lựa chọn tỷ số truyền lực chính i0 dựa vào điều kiện để đ m b o ô tô chuyển động với

vận tốc lớn nhất tương ng với số truyền lớn nhất trong hộp số và hộp số phân phối, i0

được xác định theo công th c:

hoặc cv > 1, tỷ số này được xác định b i công dụng c a xe, yêu cầu động lực học c a

xe, kho ng động học, số các tay số c a hộp số Khi tăng tỷ số cv sẽ làm tăng chất lượng động lực học c a ô tô khi giới h n tỷ số truyền trong hộp số Thêm vào đó, trong trư ng hợp chuyển động trên đư ng rất không đều sẽ làm tăng tốc độ trung bình Nếu tăng cv quá lớn sẽ làm tăng tiêu hao nhiên liệu và gi m tuổi thọ c a động cơ Tỷ số cv <

1 rất phù hợp với những phương tiện giao thông ch y trên đư ng cao tốc kho ng động học và số lượng số truyền c a hộp số lớn Khi cv < 1 việc sử dụng công suất c a động cơ sẽ tốt hơn và ho t động c a ô tô chế độ t i không hoàn toàn cũng sẽ tốt hơn

Số truyền cao c a hộp số chính với ô tô có cầu sau ch động là số truyền thẳng hoặc là

số truyền tăng Số truyền tăng thư ng được dùng xe có trọng t i trung bình và lớn dùng để ho t động cùng với romoóc Căn c vào việc s n xuất và để có thể lắp lẫn hộp

số cho nhiều lo i xe, có thể sử dụng số truyền tăng này cho các kiểu xe khác