nghiên cứu và mô phỏng sự truyền công suất trong hệ thống truyền lực xe nhiều cầu chủ động

Chính vì lẽ ấy người nghiên cứu đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu và mô phỏng sự truyền công suất trong hệ thống truyền lực xe nhiều cầu chủ động” Do thời gian thực hiện đề tài có hạn nên

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUỐC KHÁNH

NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG SỰ TRUYỀN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC XE NHIỀU CẦU CHỦ ĐỘNG

NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ MÁY KÉO - 605246

S K C0 0 1 0 0 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG SỰ TRUYỀN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC

XE NHIỀU CẦU CHỦ ĐỘNG

Chuyên ngành: Khai thác và bảo trì ô tô

Mã số ngành: 605246

Người thực hiện: KS TRẦN QUỐC KHÁNH

Người hướng dẫn: TS LÂM MAI LONG

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2004

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS LÂM MAI LONG

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS NGUYỄN NƯỚC

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS LÊ XUÂN HOÀ

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Ngày tháng 10 năm 2004

LỜI CẢM ƠN

 … 

Với khoảng thời gian 2 năm theo học cao học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, và vốn kiến thức tiếp thu được từ qúi Thầy Cô, để làm cơ sở và là nền tảng trong việc nghiên cứu và tiếp cận thêm tài liệu mới ở trong nước và nước ngoài, từ đó giúp người nghiên cứu hoàn thiện thêm trên rất nhiều lĩnh vực nhất là về lĩnh vực chuyên môn

Đề tài này với hơn 60 trang thuyết minh, bao gồm 5 chương cho nên mặc dù đã cố gắng tiếp thu kiến thức từ quí Thầy Cô, và giáo viên hướng dẫn cũng như nghiên cứu và cập nhật thêm nhiều tài liệu liên quan, nhưng do trong quá trình thực hiện một phần vì thời gian ngắn, một phần do trình độ còn hạn chế, nên luận văn thế nào cũng còn thiếu sót Rất mong sự góp ý của Thầy Cô và bạn bè để đề tài này hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cám ơn:

 Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

 Phòng Cao học Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

 Khoa Cơ khí động lực Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

 Quí Thầy Cô tham gia giảng dạy Cao Học

 Thầy PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG

 Đặc biệt là Thầy TS LÂM MAI LONG tận tình hướng dẫn để tôi hoàn thành đề tài đúng thời gian qui định

Đã giảng dạy, hướng dẫn, tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình để tôi hoàn thành tốt luận văn này

TP.HCM ngày 30 tháng 08 năm 2004

Học viên: Trần Quốc Kánh

TÓM TẮT

Nhằm phục vụ công việc giảng dạy ngày một tốt hơn Với phương châm không ngừng nâng cao chất lượng giảng dạy, hôm nay đạt kết quả cao hơn hôm qua và ngày mai phải tốt hơn hôm nay Chính vì lẽ ấy người nghiên cứu đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu và mô phỏng sự truyền công suất trong hệ thống truyền lực xe nhiều cầu chủ động”

Do thời gian thực hiện đề tài có hạn nên việc nghiên cứu và thiết kế mô phỏng của người nghiên cứu chỉ nêu được các phần chính sau:

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ

CHƯƠNG II: SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TRÊN XE

CHƯƠNG III: LÝ THUYẾT VỀ SỰ TRUYỀN CÔNG SUẤT

XE NHIỀU CẦU CHỦ ĐỘNG

CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH MỘT SỐ TRẠNG THÁI ĐIỂN HÌNH

TRONG QUÁ TRÌNH TRUYỀN CÔNG SUẤT

CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG MỘT SỐ TRẠNG THÁI ĐIỂN HÌNH

TRONG QUÁ TRÌNH TRUYỀN CÔNG SUẤT

Để thực hiện được chương V(mô phỏng) người nghiên cứu tham khảo và ứng dụng các phần mềm tin học sau:

SUMMARY

It is necessary for good training, with purpose improves training quality more and more is better due to above reason, researches has researched about thesis “ simulation design research of circulation power in transfer force of activity of multi-axels automobile system “

Because period of time not much so this thesis including some main parts

Chapter 1: The first

Chapter 2: Transfer energy of auto-mobile

Chapter 3: Theory about transfer power of activity of multi-axel automobile

Chapter 4: Analyzing some statement symbol about process of transfer power Chapter 5: Simulating some statement symbol about process of transfer power

To finishing chapter 5 (simulation) some software is used in this thesis:

+ Flash 2004

+ pro engineer 2001

+ Mechanical desktop 2004

+ Solid works 2004

Because transfer power problem and specially circulation power statement

of auto-mobile can not see by eyes so teachers and student have some difficult in training and study

The main purpose of this thesis is over come difficult in training and study

This thesis will give some advantage for training course and study:

+ Easy to understand

+ Attractive to students

+ Decrease training time

+ Training results are better

III Giới hạn và phương pháp nghiên cứu 2

Chương II SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TRÊN XE 3

III Hiện tượng trượt, bám và hệ số bám của bánh xe chủ động 6

Chương III LÝ THUYẾT VỀ SỰ TRUYỀN CÔNG SUẤT 12

XE NHIỀU CẦU CHỦ ĐỘNG

II Phân phối công suất dùng vi sai 15

III Phân phối công suất không dùng vi sai 25

Chương IV PHÂN TÍCH MỘT SỐ TRẠNG THÁI ĐIỂN HÌNH 32

TRONG QUÁ TRÌNH TRUYỀN CÔNG SUẤT

Chương IV MÔ PHỎNG MỘT SỐ TRẠNG THÁI ĐIỂN HÌNH 45

TRONG QUÁ TRÌNH TRUYỀN CÔNG SUẤT

Ở các nước đang phát triển trên thế giới hiện đang có một xu thế chiến lược để đầu tư cho tương lai Đó là đầu tư cho công nghệ phát triển, đầu tư cho chiều sâu thực chất là đầu tư cho công nghệ dạy học Đó là những qui trình kỹ thuật trong dạy học nhằm khơi dậy tối đa tiềm năng của người học theo hai hướng đưa công nghệ, phương tiện kỹ thuật hiện đại vào quá trình giảng dạy và đầu tư công nghệ điều khiển, tổ chức nhận thức

Chính vì thế nếu công nghệ thông tin được ứng dụng vào quá trình dạy và học sẽ mang lại nhiều lợi ích thực tiễn như: phát huy được tính tích cực, chủ động, sáng tạo của sinh viên, học sinh, giáo viên sẽ chủ động, rút ngắn thời gian giảng dạy, có thời gian đầu tư cho quá trình dẫn dắt, tạo tình huống kích thích tư duy sáng tạo của người dạy và học

Hơn nữa trong thời gian gần đây cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, những yêu cầu về chất lượng động lực của ôtô ngày càng được nâng cao Một trong những khuynh hướng nâng cao tính chất động lực học của ôtô là việc phân bố và sử dụng hợp lý lực kéo trên các cầu chủ động và trên các bánh xe trái-phải của cầu chủ động Điều này liên quan tới việc nghiên cứu sự phân bố công suất từ động cơ tới các cầu chủ động (ở xe nhiều cầu chủ động) hoặc tới các bánh

xe trái-phải của một cầu Vấn đề sẽ được hiểu và giải quyết chính xác hơn khi nghiên cứu phân phối công suất có vi sai và không có vi sai trong hệ thống truyền lực xe nhiều cầu chủ động

Do ngành công nghệ ô tô cũng phát triển nhanh và xu hướng hiện nay các nhà thiết kế xe ô tô có nhiều cầu chủ động để đáp ứng tính năng cơ động cao

Vì vậy việc dạy cho học sinh về hệ thống truyền lực của ô tô đặc biệt là truyền công suất và hiện tượng lưu thông công suất, phần này thường gặp khó khăn trong quá trình giảng dạy cho học sinh ở các trường dạy nghề vì không có dụng cụ trực quan…

Không ngoài những lý do nêu trên nên người thực hiện đề tài này muốn ứng dụng phần mềm tin học để đưa vào giảng dạy bài học sự truyền công suất cho học sinh thuộc chuyên ngành công nghệ ô tô

II MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN VĂN

 Thông qua mô phỏng làm rõ được sự truyền công suất trong hệ thống truyền lực đặc biệt là lưu thông công suất

 Sinh viên, học sinh được nhìn thấy trực tiếp sự truyền công suất ở các bánh xe chủ động sau khi giáo viên giảng dạy về nguyên lý hoạt động

 Học sinh hưng phấn hơn khi học không có hình động của bộ truyền lực

 Hơn nữa là bộ truyền lực cũng không hiển thị được sự truyền công suất

 Tiết kiệm thời gian chuẩn bị trên lớp, dành nhiều thời gian để giảng dạy cho học sinh

 Tiết kiệm kinh phí đào tạo cho nhà trường (Giảm được kinh phí đầu tư máy móc, đầu tư nhà xưởng, cơ sở vật chất lâu xuống cấp…)

Với tất cả các lý do nêu trên đều hướng vào mục đích cuối cùng của luận văn này là nâng cao hiệu quả giảng dạy chuyên ngành Ô Tô đồng thời đóng góp thêm về ứng dụng tin học vào giảng dạy tại các trường học, cơ sở dạy nghề…

III GIỚI HẠN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

1 Giới hạn:

Do thời gian thực hiện đề tài có hạn, do kiến thức về các phần mềm tin học còn hạn chế, người nghiên cứu đề tài chỉ thực hiện những phần chính của sự truyền công suất ở các bánh xe chủ động của vi sai nón đối xứng cụ thể là: xe một cầu chủ động và hai cầu chủ động

Do thời gian và kinh phí bị hạn chế cho nên đề tài chỉ nghiên cứu lý thuyết và dừng lại ở mô phỏng

Trong thời gian tới nếu có được sự đồng ý cũng như sự hỗ trợ về kinh phí của phía nhà trường, người nghiên cứu sẽ tiếp tục nghiên cứu, bổ sung nội dung còn thiếu sót của đề tài này và tiếp tục thực hiện tiếp những phần còn lại của sự truyền lực ở các loại vi sai trên xe nhiều cầu chủ động để phục vụ giảng dạy chuyên ngành Ô Tô

2 Phương pháp nghiên cứu đề tài

Người nghiên cứu đã thực hiện các phương pháp nghiên cứu:

 Phương pháp phân tích lý luận, tham khảo tài liệu

 Phương pháp mô phỏng

CHƯƠNG II

SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TRÊN XE

Đề cập đến vấn đề truyền năng lượng từ động cơ đến bánh xe chủ động, chỉ ra mối quan hệ về lực và tốc độ trong đặc tính cho trước của động cơ Aùp dụng đối với trường hợp chuyển động ổn định

I ĐẶT VẤN ĐỀ:

Khi truyền năng lượng từ động cơ đến khung xe bằng hệ thống truyền lực và hệ thống di chuyển sẽ xảy ra hiện tượng như sau:

- Biến đổi tốc độ và moment xoắn

- Tiêu hao năng lượng

- Tích lũy năng lượng ở hai dạng: Động năng do khối lượng của các chi tiết và thế năng biến dạng đàn hồi sự chuyển hoá hai dạng năng lượng này là nguyên nhân dao động hệ thống

Những giả thiết khi nghiên cứu:

- Trong trường hợp truyền động nhiều bánh chủ động, thì giả thiết rằng sự truyền năng lượng tới các bánh xe là như nhau, nghĩa là chỉ có một đường truyền năng lượng từ động cơ đến khung xe

- Không quan tâm đến quá trình chuyển tiếp xảy ra khi đóng ly hợp và sang số

- Các đặc tính của động cơ và hệ thống truyền lực không thay đổi khi chuyển động ổn định

- Chuyển động đều với hệ thống truyền lực thuần cơ khí

II CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN XE:

Hình 2-1: Sơ đồ các lực tác dụng lên xe 1.Lực chủ động Fk còn gọi là lực kéo tiếp tuyến được xác định:

k k

M F r

 (2-1)

Với: - Fk là lực kéo của bánh xe chủ động (N)

- r là bán kính tính toán của bánh xe (m)

Ta quan niệm

chỉ có một đường

truyền lực từ động cơ

đến bánh xe chủ

động Vì vậy cho

phép sử dụng model

một vết để tính toán

Ta xét ô tô chuyển động lên dốc

2.Lực cản lăn O f :

Lực cản lăn là tích số của phản lực pháp tuyến Z và hệ số cản lăn f

0f Z f (2-2) Trong đó: - Of lực cản lăn tại các bánh xe (N)

- Z phản lực pháp tuyến tại các bánh xe (N)

- f hệ số cản lăn

Lực cản lăn và các lực cản khác được qui ước là dương khi tác dụng ngược chiều chuyển động của xe

3.Lực cản dốc 0:

Là thành phần của trọng lượng G theo phương tốc độ xe và được tính:

0  G.sin  G s. (2-3) Trong đó s được gọi là độ nghiêng hay độ dốc của mặt đường, stgvà thường được tính ra 0 :

Trong một số trường hợp người ta thường tính toán với một lực cản gọi là lực cản mặt đường, kí hiệu 0, nó bằng tổng lực cản lăn và lực cản dốc:

và không khí chiếm từ (4-10%)

Lực cản không khí tỉ lệ với áp suất động học pd, diện tích cản gió S và hệ số cản của không khí Cx theo mối quan hệ sau đây:

Hợp lực của các thành phần lực cản không khí sẽ đặt tại tâm của lực khí động học Các giá trị định hướng của hệ số cản không khí và diện tích cản gió đối với một số loại xe được cho trong bảng dưới đây:

Bảng 2-1: Hệ số cản và diện tích cản không khí

5.Lực cản quán tính 0 a :

Được xác định: 0a m a tg m .a a (2-8)

Trong đó:

mtg là khối lượng thu gọn của xe

m là khối lượng tĩnh của xe

a

 là hệ số khối lượng quay

a là gia tốc của xe (m/s2)

Lực quán tính tác dụng tại trọng tâm của xe, khi tăng tốc a>0 thì 0a ngược chiều chuyển động của xe; ngược lại khi giảm tốc 0a cùng chiều chuyển động và có tác dụng như lực chủ động

0.80-1.0 0.60-0.8 1.00-1.2 0.50-0.7

1.6-2.5 1.5-2.0 1.5-2.0 1.7-2.5

4.0-7 5.0-8 5.0-8 5.0-7

III HIỆN TƯỢNG TRƯỢT, BÁM VÀ HỆ SỐ BÁM CỦA BÁNH XE CHỦ ĐỘNG:

1 Hiện tượng trượt tại các bánh xe chủ động:

Biến dạng theo hướng tiếp tuyến (biến dạng vòng) của các thớù lốp do tác dụng của moment xoắn Mk làm giảm vận tốc tịnh tiến của xe, dẫn đến gây ra hiện tượngï trượt cho ôtô Điều đó được giải thích rằng, các phần tử của lốp khi đi vào khu vực tiếp xúc sẽ bị nén lại làm cho bán kính thực tế của bánh xe nhỏ lại, khi đó quãng đường mà bánh xe đi được sau một vòng quay sẽ giảm đi Vì vậy moment xoắn Mk chính là một trong những nguyên nhân gây ra hiện tượng trượt cho ôtô

Ngoài ra, còn những nguyên nhân khác cũng ảnh hưởng đến sự trượt tại các bánh xe chủ động như: tải trọng tác dụng, cấu tạo vật liệu lốp, áp suất không khí trong lốp và điều kiện mặt đường

Như vậy hiện tượng trượt tại các bánh xe chủ động là do ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau như: tải trọng tác dụng lên ôtô, vật liệu cấu tạo lốp, áp suất khí trong lốp, moment xoắn động cơ truyền đến các bánh xe chủ động, tình trạng mặt đường … Và nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng trượt tại các bánh xe chủ động đó là moment xoắn truyền từ động cơ đến các bánh xe chủ động Như chúng

ta đã biết giá trị moment kéo của ôtô thì không thể có giá trị lớn tùy ý mà bị giới hạn bởi giới hạn bám giữa bánh xe và mặt đường Điều này được thể hiện bởi biểu thức sau:

max max k .

- : hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường

- r: bánh kính tính toán bánh xe

Vì thế lực kéo tiếp tuyến tại các bánh xe chủ động đạt đến giá trị Z. thì ôtô sẽ bị trượt quay hoàn toàn làm giảm sức kéo của xe và mất ổn định

Hiện tượng trượt tại các bánh xe chủ động được đánh giá bằng hệ số trượt, ký hiệu là  và được xác định theo công thức sau:

r

Trong đó:

: độ trượt được tính theo %

vo: tốc độ lý thuyết của ôtô

Tốc độ lý thuyết ôtô là tốc độ khi đó ôtô chuyển động hoàn toàn không có bất cứ hiện tượng trượt nào

vo = k.r Với: k vận tốc góc của ôtô

Tốc độ thực tế v là tốc độ ôtô nhận được khi ôtô chuyển động thực tế trên đường

v = k.rl

rl: bán kính lăn của ôtô

v: tốc độ thực tế của ôtô

Trong quá trình chuyển động của ôtô, hiện tượng trượt xuất hiện sẽ gây ảnh hưởng đến chỉ tiêu kinh tế của ôtô vì khi ôtô bị trượt sẽ gây mất mát công suất của ôtô rất nhiều Vì thế cần thiết phải giảm hiện tượng trượt bằng cách tăng cường chất lượng bám giữa các bánh xe và mặt đường

Đối với ôtô chuyển động trên đường tốt, hiện tượng trượt tại các bánh xe coi như không đáng kể Nhưng khi ôtô chuyển động trên đường xấu với lực kéo lớn thì hiện tượng trượt luôn xảy ra và gây mất mát năng lượng ôtô và tính năng chuyển động ôtô rất nhiều

2 Lực bám và hệ số bám của bánh xe chủ động:

2.1 Lực bám và hệ số bám giữa bánh xe chủ động và mặt đường

Để ôtô có thể chuyển động được thì ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường phải có độ bám nhất định được đặc trưng bởi hệ số bám Nếu hệ số bám thấp thì bánh xe có thể bị trượt quay khi có moment xoắn lớn truyền từ động cơ đến bánh xe chủ động và khi đó ôtô không thể tiến về phía trước được Trường hợp này thường xảy ra khi bánh xe chủ động đứng trên đường lầy lội hoặc trơn (đường đóng băng)

Hệ số bám  giữa các bánh xe chủ động và mặt đường là tỷ số giữ lực kéo tiếp tuyến cực đại (sinh ra tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe chủ động và mặt đường) và phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe chủ động

max

k F Z

Có thể xem hệ số bám  tương tự như hệ số ma sát giữa hai vật thể trong

cơ học, tuy nhiên ở bánh xe ôtô ngoài ma sát còn có sự bám do mấu bám của bánh

xe tác dụng vào mặt đường

Để cho bánh xe chủ động không bị trượt quay khi ôtô chuyển động thì lực kéo tiếp tuyến cực đại Fkmax không vượt quá giới hạn bám của bánh xe với mặt đường

kmax

F Z. [ ]N F (2-12)

Ta thấy rằng, lực bám F tỷ lệ thuận với hệ số bám  và phản lực tiếp tuyến Z giữa bánh xe và mặt đường Vì lực kéo tiếp tuyến cực đại Fkmax bị giới hạn bởi lực bám Fnên muốn sử dụng hết lực kéo tiếp tuyến Fkmax do động cơ truyền xuống để thắng các lực cản chuyển động thì cần thiết phải tăng lực bám F nghĩa là phải tăng hệ số bám  hay tăng phản lực tiếp tuyến Z

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám và giá trị của hệ số bám

Hệ số bám  giữa bánh xe chủ động và mặt đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tình trạng mặt đường (khô, ướt, nhẵn, nhám…), vật liệu chế tạo lốp, kết cấu và dạng hoa lốp, phụ thuộc vào điều kiện sử dụng khác nhau như tải trọng tác dụng lên bánh xe, áp suất trong lốp, tốc độ chuyển động của ôtô và độ trượt giữa bánh

xe chủ động và mặt đường

Hình 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám

Từ đồ thị ta thấy rằng, khi tăng áp suất trong lốp thì hệ số bám lúc đầu tăng lên rồi sau đó lại giảm xuống Giá trị hệ số bám cực đại sẽ tương ứng với áp suất được khuyên dùng cho lốp đó

Khi tăng tải trọng có nghĩa là khi đó phản lực pháp tuyến Z tác dụng lên bánh xe tăng lên thì hệ số bám giảm đi một ít và đồ thị có dạng tuyến tính

Khi tăng tốc độ chuyển động của ôtô thì hệ số bám giảm từ từ theo dạng đường cong

Khi đường ướt thì ảnh hưởng của áp suất trong lốp, của tốc độ chuyển động và phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe đến hệ số bám càng lớn Đặc biệt là độ trượt  giữa bánh xe chủ động và mặt đường ảnh hưởng rất lớn đến hệ số bám



; %



0 20 40 60 80 100 0.2

0.4 0.6 0.8

Khi tăng tốc độ trượt của bánh xe thì hệ số bám lúc đầu tăng lên nhanh chóng và đạt đến giá trị cực đại Nếu độ trượt tiếp tục tăng thì hệ số bám giảm, khi độ trượt  = 100% khi đó bánh xe chủ động bị trượt quay hoàn toàn thì hệ số bám 

giảm 20  30% so với hệ số bám cực đại Khi đường ướt còn có thể giảm nhiều hơn nữa 50  60%

Hệ số bám  mà chúng ta xét ở trên chính là hệ số bám dọc, tức là trong mặt phẳng chuyển động của ôtô, ký hiệu là x Ngoài ra còn có hệ số bám ngang trong mặt phẳng ngang ký hiệu là y cũng ảnh hưởng đến tính năng ổn định của ôtô Nó sinh ra chủ yếu là do khi ôtô đang chuyển động có luồng gió thổi ngang vào ôtô làm ôtô chuyển động lệch hướng Hiện tượng này càng thấy rõ khi ôtô chuyển động trên đường với vận tốc cao và do ôtô chuyển động trên mặt đường nghiêng khi đó tải trọng ôtô dồn về bên phải hoặc bên trái xe và cũng dễ gây ra hiện tượng trượt Khi ôtô chuyển động trên đường nghiêng mà có gió thổi ngang theo chiều nghiêng của mặt đường thì cũng dễ xảy ra hiên tượng trượt ngang

Do hệ số bám phụ thuộc bởi nhiều yếu tố khác nhau và việc xác định các yếu tố này thường gặp nhiều khó khăn, cho nên thông thường người ta sử dụng giá trị hệ số bám trung bình phụ thuộc vào loại đường theo bảng sau

Loại đường và tình trạng đường Hệ số bám x

* Đường nhựa hoặc đường bêtông

- Khô và sạch

Bảng2-2: Hệ số bám phụ thuộc mặt đường

Hệ số bám và lực bám có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chuyển động của ôtô, nó có liên quan đến tính chất động lực học của ôtô, đến tính ổn định và tính dẫn hướng của ôtô Ngày nay, khi mà xu hướng về tốc độ chuyển động của ôtô ngày càng được nâng cao cùng với tính năng an toàn của con người được đặt lên hàng đầu thì hệ số bám và lực bám của ôtô đóng vai trò rất quan trọng cho sự phát triển này

IV CÂN BẰNG LỰC VÀ NĂNG LƯỢNG:

2 Cân bằng năng lượng:

Cân bằng năng lượng được hiểu như là sự cân bằng về công suất của tất cả các lực tác dụng lên xe Ta có những công suất như sau:

Công suất trên các bánh xe chủ động: Pk =Fk.V

Công suất cản lăn: Pf = 0f.V

Công suất cản dốc: P 0 V

Công suất cản không khí: Pw = 0w.V

Công suất cản quán tính: Pa = 0a.V

Công suất của xe: P = F.V = Pk –Pw

Cân bằng công suất có thể viết dưới dạng:

P P  P P P (2-17)

hoặc PP f  P P a

V SỰ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG TRÊN XE:

1 Sự biến đổi năng lượng trong hệ thống chuyển động:

Hệ thống chuyển động được coi là là cụm truyền động bánh xe- mặt đường Trong trường hợp này chúng được coi là cụm biến đổi bậc không, tức chúng ta không quan tâm đến khối lượng và biến dạng của nó Hệ thống chuyển động biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, nghĩa là biến đổi moment MK và vận tốc góc k trên trục bánh xe thành lực kéo của

bánh xe (FK) và tốc độ tịnh tiến (V)

(2-16)

Quan hệ của các thông số trên như sau:

r là bán kính tính toán của bánh xe, có thể coi r = const

rl là bánh kính lăn của bánh xe, nó thay đổi phụ thuộc vào tải trọng và tốc độ

Hai loại bán kính trên được định nghĩa ở (công thức 3-1)

Như vậy các mối quan hệ (2-18) cho thấy rằng hệ thống chuyển động biến đổi lực với một tỉ lệ không đổi, còn sự truyền tốc độ không phải là ổn định Trên đường tốt và tốc độ cao có thể coi rl = r, ngược lại trên đường xấu và tốc độ thấp, nhất là với máy kéo thì không được coi như vậy (tức là phải quan tâm tới trượt)

2 Sự truyền năng lượng trong hệ thống truyền lực thuần cơ khí:

Hình 2-3: Sơ đồ hệ thống truyền lực thuần cơ khí Công thức (2-18) k ,

M M i i M i F

Trong đó: - M e , e là moment và tốc độ góc của động cơ

- ih, i0 là tỉ số truyền của hộp số và cầu chủ động

- itl = ih.i0 tỉ số truyền của hệ thống truyền lực

-  h, 0 hiệu suất của hộp số và cầu

- tl hiệu suất của hệ thống truyền lực

Động cơ Hộp số

CHƯƠNG III

LÝ THUYẾT VỀ SỰ TRUYỀN CÔNG SUẤT

XE NHIỀU CẦU CHỦ ĐỘNG

I MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN:

1 Bán kính lăn r l [m] của bánh xe: Nói một cách chính xác thì rl không phải là thông số hình học mà là thông số động học, nó là một thông số tỉ lệ giữa tốc độ góc k của bánh xe và tốc độ thực tế V của tâm bánh xe Bán kính lăn được xác

k

V r

N



Bán kính lăn chịu ảnh hưởng của nhiều thông số như: tải trọng pháp tuyến

Z, áp suất khí trong lốp Pv và moment xoắn trên bánh xe Mk Sự phụ thuộc rl(Mk) cho thấy ở hình 3-1 dưới đây:

Theo hình vẽ: rlo là bán kính lăn của bánh xe mà trên nó không có bất kỳ lực kéo hay lực phanh nào (bánh xe bị động) Mkmax và Mkmin là hai giới hạn bám khi kéo và khi phanh, ứng với hai trạng thái này bánh xe bị trượt quay (khi kéo) hoặc trượt lết (khi phanh) hoàn toàn Ở trạng thái trượt quay hoàn toàn ta có V=0 và

Mk

Trong đó: - Fk là lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động Fk =Mk/r

- M [1/N], F [m/N] là các hệ số thay đổi bán kính lăn (hay còn gọi là hệ số biến dạng vòng của lốp), giá trị của nó phụ thuộc vào loại lốp, áp suất lốp và tải trọng hướng tâm Z Như cho thấy ở đồ thị hình 3-2

Hình3-2:Đồ thị thực nghiệm về sự phụ thuộc củaf vào tải trọng Z và áp suất lớp P V

2 Bán kính tính toán:

Trong tính toán thường sử dụng một bán kính thống nhất gọi là bán kính tính toán của bánh xe (hay bán kính bánh xe) ký hiệu là r{m}, nó được chọn như là bán kính lăn của bánh xe bị động rlo, bán kính tính toán được cho trong các catalouge

3 Lực tác dụng lên bánh xe chủ động và bánh xe phanh:

Z KN MPa

PV – 0.495

0 0.004 0.008

0.012

Lốp 1200-500

Trên hình vẽ (3-3) ta có:

- Mk [N.m] là moment xoắn từ động cơ truyền xuống bánh xe chủ động nó có chiều cùng chiều quay của bánh xe và giá trị được tính:

Mk = Me.itl.tl (3-4) Với Me là moment xoắn của động cơ, itl là tỉ số truyền của hệ thống truyền lực, tl là hiệu suất của hệ thống truyền lực

Mk không thể có giá trị lớn tùy ý mà nó hạn chế bởi giới hạn bám giữa bánh xe và mặt đường:

Mkmax  Z..r (3-5)

Với Z là tải trọng pháp tuyến tác dụng lên bánh xe và  là hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường Vế phải của (3-5) được gọi là moment bám

- F = Z : là trọng lượng từ khung truyền xuống bánh xe

- F[N] là phản lực đẩy từ khung xe truyền xuống bánh xe, nó ngược chiều chuyển động vận tốc v của bánh xe chủ động

- X [N] là phản lực tiếp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe, nó cùng chiều chuyển động khi bánh xe là chủ động

X = Fk - Of (3-6)

Với Fk = Mk/r là lực kéo tiếp tuyến trên bánh xe chủ động

Of = Z.f là lực cản lăn với f là hệ số cản lăn

Mf = Of.r là moment cản lăn, nó luôn ngược chiều quay của bánh xe

4 Dòng công suất trên bánh xe chủ động và bánh xe phanh :

H a :Bánh xe chủ động H b:Bánh xe phanh

Hình 3.4 : Dòng công suất trên bánh xe chủ động và bánh xe phanh

- Công suất trên bánh xe Pk = Mk.k Bánh xe chủ động nên Mk và k cùng chiều suy ra Pk dương, ngược lại trong trường hợp phanh thì Pk mang dấu âm

- Công suất truyền qua ổ trục bánh xe Pv = F V Khi F vàV cùng chiều (trường hợp phanh) Pv được coi là dương và dòng công suất này được truyền tới bánh xe (sau đó được tiêu hao chủ yếu trong cơ cấu phanh), ngược lại trong trường hợp lực kéo Pv mang giá trị âm, dòng công suất này truyền lên xe và đẩy xe chạy tới

X

- Công suất tổn hao Pm, vì công suất tổn hao nên nó mang giá trị âm

Cân bằng năng lượng khi bánh xe chuyển động ổn định được viết:

Pk + Pv + Pm = 0 (3-7) Từ đó khai triển:

Pm = -Pk – Pv = -Mk.k - F.v = -Fk.vo + (Fk + Of)v = Of.v + Fk(v – vo) = Of.v + Fk.v = Pf + P (3-8) Trong đó:

- Vo = k.r [m/s] là tốc độ lý thuyết của xe (khi chuyển động hoàn toàn không có trượt)

- Pf = Of.v là công suất cản lăn, có giá trị âm

- V= v – vo gọi là tốc độ trượt (với v là tốc độ tịnh tiến thực tế của ôtô), có giá trị dương khi phanh (trượt lết) và giá trị âm khi kéo (trượt quay)

- P = Fk V gọi là công suất trượt (trượt lăn khi kéo, trượt lết khi phanh) Công suất trượt luôn luôn nhỏ hơn không

Rõ ràng rằng công suất cản lăn luôn tồn tại khi bánh xe lăn, trong khi đó công suất trượt chỉ tồn tại khi có lực Fk (kéo hoặc phanh) Khi ôtô chuyển động với tốc độ cao trên nền đường cứng thì tốc độ trượt thường khá nhỏ nên công suất trượt có thể bỏ qua, khi chuyển động trên đường địa hình thì điều này không cho phép

5 Phân phối công suất trên ô tô :

Ở chương trước chúng ta đã giả thuyết chỉ có một đường truyền công suất duy nhất từ động cơ đến bánh xe chủ động Thực chất ít nhất thì ô tô có hai dòng công suất từ động cơ dẫn đến hai bánh xe trái, phải của cầu chủ động, ở xe nhiều cầu chủ động thì dòng công suất tăng lên gấp bội, nghiên cứu phân phối công suất là qui luật phân phối công suất (moment xoắn và tốc độ góc) từ động cơ đến các cầu chủ động và đến các bánh xe của cầu chủ động, đồng thời cũng khảo sát các hiện tượng xảy ra trong quá trình phân phối này

Việc phân phối công suất thì được thực hiện bằng cơ cấu phân phối công suất ở cầu chủ động, cơ cấu này là vi sai (hai bậc tự do) ở hộp phân phối giữa hai cầu thì cơ cấu này có thể là vi sai, hoặc là không dùng vi sai

II PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT DÙNG VI SAI:

1 Nhiệm vụ của vi sai:

Việc phân phối công suất trên ôtô thường sử dụng cơ cấu vi sai, vi sai trên ôtô có nhiệm vụ:

- Phân phối tốc độ góc khác nhau cho hai trục để đảm bảo tốc độ tiếp tuyến khác nhau của các bánh xe (sự khác nhau giữa bánh ngoài và bánh trong khi quay vòng hoặc giữa các cầu khi chuyển động trên đường gồ ghề hoặc bám kém)

- Phân phối moment xoắn cho các trục theo một tỉ lệ xác định

2 Động học của cơ cấu vi sai:

Vi sai là một cơ cấu có ít nhất 2 bậc tự do, vi sai thì có nhiều loại như: vi sai bánh răng nón, vi sai bánh răng trụ, vi sai trục vít, vi sai hành tinh… Ở đây ta chỉ nghiên cứu vi sai bánh răng nón đối xứng

Hình3-5: Sơ đồ động vi sai nón

Trên sơ đồ chúng ta kí hiệu 2 trục ra là e và i với qui ước: trục e là trục quay nhanh hơn, tức là trục bánh xe phía ngoài khi ô tô quay vòng hoặc là trục của bánh xe (hay cầu) trượt quay nhiều hơn; trục i là trục quay chậm hơn, tức là trục trong khi quay vòng hoặc là trục của bánh xe (hay cầu) trượt quay ít hơn

Các quan hệ động học của vi sai được mô tả bằng biểu thức quan hệ dưới đây:

 Khi truyền động từ trục e tới trục i và phần tử r (vỏ vi sai) được giữ cố định (e-i) r : 2

Z

    (3-9)

(vi sai đối xứng ZP1 = ZP2) Trong đó: - iei r , iie r là tỉ số truyền từ trục e tới trục i và ngược lại khi phần tử r đước yên

- Zp1, ZP2 là số răng của bánh răng p1 và p2 Dấu âm chứng tỏ 2 bánh răn P1 và P2 quay ngược chiều nhau Các thông số nêu trên tương ứng với hiệu suất truyền độngei r , ie r và r

 Khi truyền động từ r tới trục e và i: trong trường hợp chuyển động thẳng và bán kính các bánh xe là như nhau

Vi sai nón đối xứng với ir=1 ta có quan hệ:

e i

   trục , với r/trục= 1 (3-10)

Như vậy trong điều kiện chuyển động thẳng tốc độ góc của các trục e,

i và vỏ vi sai là bằng nhau

3 Động học và quan hệ moment của vi sai bánh xe:

Chúng ta khảo sát quan hệ động học giữa 2 bánh xe của 1 cầu chủ động có trang bị

vi sai nón đối xứng khi cầu xe quay vòng với bán kính R

 Tốc độ tịnh tiến của cầu xe

.

V R (3-11) Với  là tốc độ quay của cầu xe xung quanh tâm quay vòng o

 Quan hệ giữa các tốc độ tịnh tiến trong (i) và ngoài (e):

4 Quan hệ moment:

 Khi bỏ qua tổn hao trong vi sai: Ta có các quan hệ sau:

1

r e ie i

M M  M M M M (3-18) Qui ước về dấu của moment và tốc độ góc các phần tử trong vi sai như sau:

Chủ động Phanh Dấu 

Dấu của Mr + -

Dấu của Mi - +

Dấu của Me

 Khi tính đến tổn hao: trong trường hợp này chúng ta kể đến tổn

hao do ma sát trong truyền động từ trục e tới trục i (hoặc ngược lại) khi vỏ

vi sai giữ đứng yên, tức là kể đến hiệu suất riêng r của vi sai Những vi sai có hiệu suất riêng thấp (nhỏ hơn 1) được gọi là vi sai có ma sát, chúng thường được sử dụng ở các xe cơ động cao hoặc trong hộp phân phối Chúng ta khảo sát dòng công suất trong 2 trường hợp: Chủ động, tức là dòng công suất truyền từ động cơ tới các bán xe và trường hợp phanh (bằng động cơ hay hộp số), khi đó công suất được tiêu thụ tại động hay cơ

cấu phanh ở hộp số

+ Trong trường hợp chủ động: Truyền động từ phần tử r tới (e+i)

- Công suất thế năng của các phần tử e và i cho bởi các quan hệ sau:

Như vậy, khi tính đến tổn hao do ma sát (chỉ sinh ra khi có chênh lệch tốc độ giữa trục e, i và vỏ vi sai r) và theo 2 biểu thức trên ta có nhận xét rằng: Dòng công suất thế năng sẽ đi từ trục i tới trục e Nói cách khác, công suất trên trục i sẽ lớn hơn công suất trên trục e một lượng mất mát là (1 r)%

- Về quan hệ moment chúng ta có:

r r r e

ie ie i

.(1 ) (1 )

i

M

i

M     (3-22) Như vậy trong trường hợp có tính đến ma sát tỉ số moment giữa trục e và i là không đổi và bằng giá trị hiệu suất riêng, moment lớn trên trục i

+ Trong trường hợp phanh: Khi phanh bằng động cơ hay hộp số tức là

truyền động từ (e+i) tới r, tương tự ta có các quan hệ sau:

Về quan hệ moment:

.

r r r r r i

ei ei e

(3-21)

(3-25)

5 Các quan hệ về lực của cầu có vi sai:

Trên tất cả các cầu chủ động đều có trang bị vi sai đối xứng Khi quay vòng hoặc khi chuyển động trên đường trơn tốc độ góc giữa hai bánh xe trái-phải sẽ khác nhau, vi sai trong cầu sẽ bắt đầu làm việc Quan hệ về lực và hiệu quả chuyển động của cầu được phân tích dưới đây

Hình 3.5: Quan hệ về lực của cầu chủ động khi vi sai làm việc

Qui ước trục e là trục bánh xe quay nhanh, tức là trục bánh xe phía ngoài khi ôtô quay vòng hoặc là trục (hay cầu) trượt quay nhiều hơn; trục i là trục bánh xe quay chậm, tức là trục bánh xe phía trong khi ôtô quay vòng hoặc là trục (hay cầu) trượt quay ít hơn

Moment trên các trục Me, Mi tạo ra các lực kéo tiếp tuyến Fkevà Fki, sau khi đã kể đến thành phần lực cản lăn chúng ta có các phản lực tiếp tuyến tại các bánh

xe Xe và Xi (đây cũng là các lực đẩy tại ổ trục bánh xe)

Trong trường hợp chủ động (vì lực cản lăn coi là như nhau tại các bánh xe)

ta luôn có Xi > Xe, trong trường hợp phanh (bằng động cơ) thì Xe> Xi nhưng có chiều ngược lại

Chúng ta có các quan hệ như sau:

Trong cả hai trường hợp ta luôn có: Phản lực tiếp tuyến tổng cộng của cả cầu:

X = Xe + Xi (3-27)

Do Xe khác Xi nên phản lực tổng hợp X không đặt tại tâm cầu mà lệch một đoạn  về phía bên trục i Do đó tạo ra một moment xoay cầu

M = X. = 0,5B(Xi – Xe) (3-28) Với  = B(Xi – Xe)/2X (3-29) Trong trường hợp vi sai đối xứng ir = -1 do đó:

Me/Mi = r , Me/Mr = -r/(1+ r), Me/Mi = -1/(1+ r) (3-30) Với r là hiệu suất riêng của vi sai

Khi quay vòng với tốc độ không lớn (để có thể coi Ofe = Ofi) và giả thiết các lực Xi(khi kéo) và Xe(khi phanh) không bị hạn chế bởi giới hạn bám, sau khi sử dụng (3-21), (3-25) Ta có trường hợp chung đối với vi sai đối xứng:

Như vậy trong cả 2 trường hợp đều xuất hiện moment M có xu hướng làm xoay cầu và thông qua nhíp làm xoay cả xe ngược chiều quay vòng Vì thế có thể nói vi sai trong cầu chủ động là một trong những yếu tố tạo ra khuynh hướng quay vòng thiếu của ôtô, vi sai có hiệu suất riêng càng thấp thì khuynh hướng này càng rõ nét, nếu vi sai không ma sát thì khuynh hướng này có thể bỏ qua

Khi ôtô chuyển động thẳng trên đường tốt (khả năng bám hai bên bánh xe trái-phải là như nhau) thì tốc độ góc các bánh xe trái-phải sẽ bằng nhau và bằng tốc độ của vỏ vi sai Khi đó cơ cấu ma sát trong vi sai (đối với vi sai có ma sát) sẽ không có hiệu quả, vi sai làm việc như không có ma sát, Xe = Xi và moment xoay cầu cũng không có, ôtô chuyển động ổn định

6 Khả năng bám của cầu có vi sai:

Như ta đã biết ưu điểm chính của vi sai là cho phép hai bán trục có thể quay với tốc độ góc khác nhau, tuy nhiên việc phân bố moment xoắn cho hai bán trục theo một tỉ lệ cố định lại trở thành một nhược điểm nếu như một trong hai bánh

xe mất khả năng bám

Moment bám được xác định M Z .r (với  là hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường)

Nếu tình trạng bám trên một bánh xe nào đó kém đi làm moment bám M

giảm thì sẽ làm giảm moment chủ động truyền trên bánh xe đó, với tỉ số

e i

M M  const nên moment (hay lực kéo tiếp tuyến Fk) trên bánh kia cũng phải giảm theo cho dù điều kiện bám trên bánh xe này vẫn đảm bảo Kết quả là sức kéo của cả cầu giảm rõ rệt Tình trạng này càng rõ nét đối với vi sai không ma sát khi Me luôn luôn bằng Mi Trong thực tế khi một trong hai bánh xe của cầu chủ động bị sa lầy thì tại bánh kia moment xoắn cũng không đáng kể và ôtô không thể

Dưới đây chúng ta phân tích ảnh hưởng của hiệu suất riêng vi sai tới sức kéo của cầu trong trường hợp khả năng bám của một trong hai bánh xe bị giảm:

Như đã biết, khả năng bám của bánh xe có thể giảm khi: Hệ số bám 

giảm (đường trơn) hoặc tải trọng Z trên bánh xe giảm (do lực ly tâm khi quay vòng hoặc mặt đường gồ ghề làm bánh xe bị nẩy lên) Mặt khác chúng ta có khái niệm về khả năng tận dụng bám của cầu đặc trưng bởi tỉ số giữa lực kéo tiếp tuyến Fk

của cầu và lực bám cực đại Fkmax: Fk/Fkmax Khi chuyển động trên đường tốt thì lực kéo tiếp tuyến lớn nhất của cầu (do động cơ truyền xuống) không vượt quá giá trị

max 2 .

k

F  Z (với Z là tải trọng pháp tuyến trên một bánh xe), ở trạng thái này chúng ta nói cầu xe đã tận dụng hết khả năng bám Cầu xe càng tận dụng hết khả năng bám thì lực Fk càng lớn hay sức kéo của cầu càng lớn

 Trường hợp thứ nhất: Ảnh hưởng của hệ số bám :

Nếu gọi o = const là hệ số bám lớn nhất của mặt đường

e là hệ số bám của bánh e sẽ bị giảm trong khoảng (0  e  o) và do đó tỉ số 0  e/o  1

Đồ thị mô tả quan hệ giữa Fk/Fkmax và e/ 0 trong sự phụ thuộc vào r cho bởi hình vẽ (H.3-6a)

+ Đối với cầu không vi sai:

Fk = Fke + Fki = Z e + Z.o = Z(e + o)

Fk/Fkmax = Z(e + o)/ 2.Z.o = 0,5(1 + e/o) (3-32) + Đối với cầu có vi sai không ma sát:

Fk = Fki + Fke = 2.Fke = 2.Z.e

Fk/Fkmax = 2Ze/ 2Z0 = e/o (3-33) + Đối với cầu có vi sai ma sát:

Fk = Fki + Fke = Fke + Fke/r = Z.e(1 + 1/r)

Fk/Fkmax = Z.e(1 + 1/r)/ 2.Z.o

= 0,5(e/o)(1 + 1/r) (3-34) (3-34) là phương trình của các đường thẳng có r 1 Giao điểm của các đường này với đường thẳng không vi sai được xác định từ cân bằng 2 phương trình (3-32) và (3-34):

0,5(1 + e/o) = 0,5(e/o).(1 + 1/r) Suy ra r = e/o

Nhận xét:

- Các quan hệ nhận được ở trên đều là tuyến tính và chỉ có ý nghĩa trong vùng tồn tại của r Ngoài ra ứng với một r nào đó thì quan hệ này chỉ có ý nghĩa trong khoảng từ điểm [0,0] tới giao điểm của đường “không vi sai”, ngoài khoảng này tức là đối với các giá trị e lớn hơn nữa nằm trong khoảng r < e/o  1 thì sự phân bố moment theo quan hệ Me/Mi = r không còn nữa và cầu xe sẽ ứng xử như cầu không có vi sai Như vậy có thể nói rằng đối với các cầu xe trang bị vi sai có

ma sát với hiệu suất riêng không thay đổi được khi chuyển động trên đường tốt

e/o  1 thì cầu có thể ứng xử như cầu không có vi sai, đây là một nhược điểm của

- Qua đồ thị nhận thấy rằng ứng với một giá trị e/o thì cầu có vi sai với hiệu suất riêng càng thấp sẽ cho giá trị Fk/Fkmax càng cao tức là sức kéo của cầu càng lớn, tuy nhiên cầu có hiệu suất riêng càng thấp thì vùng làm việc như không có vi sai càng rộng do đó dễ xảy ra hiện tượng lưu thông công suất

Hình 3.6: Hiệu suất riêng vi sai và khả năng tận dụng lực bám của cầu

 Trường hợp thứ hai: ảnh hưởng của lực ly tâm:

Lực ly tâm làm nâng bánh xe i của cầu chủ động khi quay vòng và do đó làm giảm khả năng bám của bánh xe này cũng như của cả cầu (Hình 3-6b) mô tả quan hệ giữa giá trị (Fk/Fkmax) và tỉ số Zi/Z0 , thông số thay đổi vẫn là r

Tương tự chúng ta có các quan hệ sau:

- Đối với cầu không vi sai

Fk = Fki + Fke = Zi.o + Ze.o = (Ze + Zi)o

Fk/Fkmax = (Zi + Ze)o / (Zi + Ze)o = 1 (3-35) (3-35) là phương trình đường thẳng không vi sai

- Đối với cầu có vi sai không ma sát r = 1

Nhận xét: tương ứng như với trường hợp trước, các quan hệ tuyến tính chỉ có

ý nghĩa trong khoảng từ điểm [0,0] tới đường thẳng “không vi sai” và cũng chỉ trong khoảng này cầu mới phân phối moment theo quan hệ Me/Mi = r, ngoài khoảng này cầu sẽ ứng xử như cầu không vi sai Ngoài ra cầu có hiệu suất riêng càng thấp thì cho sức kéo càng lớn khi Zi giảm nhưng khoảng ứng xử như cầu không có vi sai càng rộng

Đường không vi sai

7 Kết luận:

Nhược điểm với loại vi sai không ma sát với r = 1 là việc giảm lực kéo của cầu chủ động khi khả năng bám của một trong hai bánh xe bị giảm Khi một bánh xe bị sa lầy cầu xe sẽ không đủ sức kéo để vượt qua Để khắc phục điều này

ở một số xe tải và xe du lịch cơ động cao có trang bị cơ cấu khóa hãm vi sai (gọi là

vi sai khóa hãm được), nó thường được cấu tạo như một ly hộp S (kiểu răng hay kiểu chốt) nối giữa vỏ vi sai và một bán trục Khi nối vi sai ly hợp S thì vi sai mất tác dụng bởi vì tốc độ của hai bán trục và vỏ vi sai luôn luôn bằng nhau, cầu xe làm việc như không có vi sai Khi bị sa lầy moment sẽ dồn hết cho bánh xe còn bám tốt để sử dụng hết khả năng bám của bánh xe này Khi muốn vượt qua quãng đường trơn thì người lái đóng ly hợp S nhưng sau đó phải ngắt ly hợp ngay nếu không có thể gây hư hỏng cho cầu gây bởi hiện tượng lưu thông công suất

Ở những xe du lịch cơ động cao hay xe thể thao thường sử dụng vi sai có hiệu suất riêng thấp (vi sai có ma sát) chúng thường là vi sai trục vít hay vi sai nón nhưng đã làm xấu đặc tính hiệu suất bằng các phần tử ma sát Các phần tử ma sát này thường được nối giữa một bên bán trục với vỏ vi sai Lực ép A lên các tấm ma sát có thể cố định (do một lò xo –(Hình3-7a) hoặc thay đổi được tùy theo moment truyền (Hình 3-7b), đôi khi phối hợp cả hai phương pháp Cần chú ý rằng tổn hao

ma sát trong vi sai (liên quan đến việc giảm hiệu suất riêng) phụ thuộc vào hai yếu tố: lực ép lên các đĩa ma sát và tốc độ trượt tương đối giữa các phần tử ma sát (tức là chênh lệch tốc độ giữa bán trục và vỏ vi sai) Từ đó chúng ta có những phân tích như sau:

+ Khi ôtô chuyển động thẳng trên đường tốt sức cản hai bên bánh xe là như nhau thì tốc độ góc của bán trục sẽ bằng tốc độ của vỏ vi sai, các phần tử ma sát không trượt lên nhau do đó không tạo ra ma sát, r = 1 và Me = Mi, cầu xe vẫn chuyển động ổn định

+ Khi ôtô quay vòng hoặc chuyển động trên đường bám kém, tốc độ góc giữa hai bán trục sẽ khác nhau và khác tốc độ của vỏ vi sai, khi đó các phần tử ma sát bắt đầu trượt lên nhau tạo ra tổn hao và hiệu suất riêng giảm (r < 1, Me < Mi) Nếu một trong hai bánh xe bị trượt càng nhiều thì chênh lệch tốc độ càng lớn càng làm tăng hiệu suất ma sát Hiệu quả này càng lớn nếu sự gia tăng của lực ép trên lò xo tỉ lệ với moment truyền

Hình 3-7: Sơ đồ động vi sai có ma sát

III PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT KHÔNG DÙNG VI SAI:

Trong một số hộp phân phối việc phân phối công suất cho hai cầu chủ động không sử dụng vi sai mà thông qua một liên kết cứng (đôi khi là khớp nối một chiều) Đối với cầu chủ động khi sử dụng vi sai có ma sát với hiệu suất riêng thấp, khi chuyển động trên đường tốt có những khoảng mà theo đó cầu ứng xử như không có vi sai Trong những trường hợp trên việc phân phối công suất (moment xoắn với tốc độ góc) sẽ diễn ra như thế nào?

Chúng ta sẽ nghiên cứu trường hợp cặp bánh xe chủ động hay cặp cầu chủ động được nối với nhau bằng một quan hệ cơ học cứng với sơ đồ phân phối năng lượng như sau :

Hình 3-8: Các sơ đồ phân phối công suất không vi sai

Khi nghiên cứu chúng ta sử dụng các giả thiết như sau:

- Các hiện tượng được khảo sát trong hệ tọa độ của xe, theo hệ tọa độ này thì mặt đường sẽ chuyển động với tốc độ v1, v2

- Dòng năng lượng được nối với bánh xe chỉ tại một vị trí đó là trục  (giả thiết này liên quan đến việc phanh bằng động cơ hay hộp số, khi phanh bằng bánh

xe không áp dụng được những phân tích trong chương này)

- Dòng năng lượng nối với mặt đường thông qua các điểm 1 và 2

1 Các quan hệ động học và moment:

Định nghĩa tỷ số truyền:

1 12 2

Về các quan hệ moment chúng ta có:

Moment trên trục  được chia thành M1 và M2 ta có phương trình cân bằng moment:

M = M1 + M2 (3-39) Các moment này thông qua các truyền động tương ứng truyền tới các trục 1 và 2 của các bánh xe

1 1 1 1

2 2 2 2

rd1,2 là các bán kính động học của bánh xe, có thể lấy gần bằng bán kính tính toán r

Lực kéo tiếp tuyến của cả cầu:

Fk = Fk1 + Fk2 (3-43) Quan hệ về năng lượng có thể mô tả bằng các phương trình cân bằng công suất như sau:

P = M. = P1 + P2

Pk1,2 = P1,2.1,2 = Mk1,2 k1,2

Tại điểm tiếp xúc ta có:

P1,2 = X1,2 V1,2 = Pk1,2 – Pf1,2 - P1,2 (3-44) Với:

P1,2 là công suất truyền xuống mặt đường hay công suất đẩy vào khung xe

X1,2 là các phản lực tiếp tuyến X = Fk - Of

Pk1,2 là công suất kéo tại các bánh xe

Pf1,2 là công suất tiêu hao cho cản lăn

P1,2 là công suất tiêu hao cho sự trượt tại các bánh xe

Từ các phương trình trên chúng ta có nhận xét: chưa cho phép xác định được quan hệ (tỉ lệ) mà qua đó biết được moment M phân chia thành M1 và M2 như thế nào Bài toán này về phương diện động học là chưa giải được vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tốc độ góc các phần tử truyền động trung gian, tốc độ tịnh tiến suy ra từ vị trí các bánh xe khi quay vòng và cả bán kính bánh xe Nói cách khác chúng ta chỉ một phương trình(3-39) trong khi cần xác định 2 ẩn số là M1 và

M 2 Đây chính là một nhược điểm của cơ cấu phân phối cứng một bậc tự do Tuy nhiên bài toán cũng có thể giải quyết bằng cách ghép phương trình (3-39) với các phương trình tiếp theo, đó là phương trình biến dạng của lốp (biến dạng của các trục và bánh răng rất nhỏ có thể bỏ qua) Đặc tính biến dạng vòng của lốp sẽ được sử dụng thông qua mối quan hệ giữa bán kính lăn và lực kéo tiếp tuyến rl(Fk)- Gọi là đặc tính lực của bán kính lăn được mô tả dưới đây:

Hình 3-9: Đặc tính lực của bán kính lăn

2 Nghiên cứu quá trình chuyển động thẳng của ôtô:

Trong mục này chúng ta sẽ nghiên cứu việc phân chia moment M cho các bánh xe hay các cầu trong trường hợp ôtô chuyển động thẳng trên cơ sở sử dụng đặc tính rl(Fk):

Các bánh xe (hay các cầu) có F như nhau, tải trọng Z như nhau, nhưng bán kính lăn khi không tải rlo khác nhau (bán kính có thể khác nhau do nhiều nguyên nhân như sai số chế tạo, độ mòn của lốp, áp suất khí trong lốp v.v…) Trạng thái này có thể được mô tả theo hình vẽ dưới đây:

Hình 3-10: Mô tả trạng thái lực trên các bánh xe khi chuyển động thẳng

Khi chuyển động thẳng, tốc độ tịnh tiến thực tế của hai bánh xe (hay hai cầu) sẽ bằng nhau V1 = V2, tức là:

rl1.1 = rl2.2 suy ra rl2/rl1 = 1/2 = i (3-45) Nếu i = 1, tức là tốc độ góc của hai bánh xe (hay hai cầu) bằng nhau (điều này là đương nhiên đối với hai bánh xe của một cầu và là phổ biến đối với hai cầu chủ động của ôtô hai cầu) thì ta có:

rl1 = rl2 = rl tức là hai bánh xe (hay hai cầu) chuyển động với cùng một bán kính lăn thì chắc chắc tại hai bánh xe sẽ có hai lực Fk khác nhau (Fk1 lớn hơn Fk2)

Trong giới hạn bám, tức là Fkmin < Fk < Fkmax ta có thể sử dụng phương trình:

rl = rlo1 - .Fk1 = rlo2 - .Fk2 (3-46) Từ đó rút ra Fk = Fk2 – Fk1 = (rlo2 – rlo1)/ = rl/ (3-47)

Lực kéo tổng cộng: Fk = Fk1 + Fk2 = 2Fk1 + Fk (3-48)

hay Fk1 = 0,5(Fk - Fk) Như vậy với các giá trị rl và  đã biết ta có thể xác định được Fk, từ đây quan hệ về phân phối moment cũng được xác định từ các phương trình (3-39),

r1

FKmin 0 FKmax

Trượt lănTrượt lê