Nghiên cứu mô phỏng truyền động của ô tô một cầu chủ động và ô tô hai cầu chủ động bằng phần mềm máy tính

LỜI NÓI ĐẦU Trong xã hội ngày càng phát triển như hiện nay, mức sống của người dân ngày càng được nâng cao thì nhu cầu sử dụng ô tô ngày càng tăng, bởi tính thực dụng, cơ động và tiện ng

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

(Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô)

Nha Trang – Năm 2016

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

(Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: T.S NGUYỄN THANH TUẤN

Nha Trang – Năm 2016

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Cung Vũ

Lớp: 54CNOT

Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Đề tài: “Nghiên cứu mô phỏng hệ thống truyền động của ô tô một cầu chủ động và ô tô hai cầu chủ động bằng phần mềm máy tính”

Số trang: Số chương: Tài liệu tham khảo:

Hiện vật:

NHẬN XÉT

………

………

………

………

………

………

Kết luận ………

………

………

………

Nha Trang, ngày….tháng… năm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Cung Vũ

Lớp: 54CNOT

Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Đề tài: “Nghiên cứu mô phỏng hệ thống truyền động của ô tô một cầu chủ động và ô tô hai cầu chủ động bằng phần mềm máy tính”

Số trang: Số chương: Tài liệu tham khảo:

Hiện vật: NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ………

………

………

………

Kết luận ………

………

Nha Trang, ngày….tháng… năm 2016

CÁN BỘ PHẢN BIỆN

(Ký ghi rõ họ tên)

Nha Trang, ngày….tháng… năm 2016

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(Ký ghi rõ họ tên)

Điểm phản biện

Bằng số Bằng chữ

Điểm chung

Bằng số Bằng chữ

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ 3

1.1 Định nghĩa, công dụng, phân loại 3

1.1.1 Định nghĩa 3

1.1.2 Công dụng 3

1.1.3 Phân loại 3

1.2 Các sơ đồ bố trí chung hệ thống truyền lực trên ô tô hiện nay 4

1.3 Cấu tạo hệ thống truyền lực 6

1.3.1 Ly hợp 6

1.3.1.1.Công dụng 6

1.3.1.2 Phân loại ly hợp 6

1.3.1.3 Yêu cầu của ly hợp 7

1.3.1.4 Cấu tạo 8

1.3.1.5 Nguyên lý hoạt động 11

1.3.2 Hộp số 12

1.3.2.1 Công dụng 12

1.3.2.2 Phân loại 12

1.3.2.3 Yêu cầu 14

1.3.2.4 Cấu tạo của hộp số cơ khí (MT) 14

1.3.2.5 Nguyên lý hoạt động 15

1.3.2.6 Hộp số hai trục 16

1.3.3 Truyền động các-đăng 17

1.3.3.1 Công dụng 17

1.3.3.2 Phân loại 18

1.3.3.3 Yêu cầu 19

1.3.3.4 Cấu tạo, nguyên lý truyền động các-đăng khác tốc 19

1.3.3.5 Cấu tạo, nguyên lý truyền động các-đăng đồng tốc 21

1.3.4 Truyền lực chính 24

1.3.4.1 Công dụng 24

1.3.4.2 Phân loại 24

1.3.4.3 Yêu cầu 24

1.3.4.4 Cấu tạo 24

1.3.4.5 Nguyên lý hoạt động 25

1.3.5 Bộ vi sai 26

1.3.5.1 Công dụng 26

1.3.5.2 Phân loại 26

1.3.5.3 Yêu cầu 26

1.3.5.4 Cấu tạo vi sai 26

1.3.5.5 Nguyên lý hoạt động 27

1.3.6 Bán trục 27

1.3.6.1 Công dụng 27

1.3.6.2 Phân loại 27

1.3.6.3 Yêu cầu 28

1.3.6.4 Cấu tạo 28

Chương 2: LỰA CHỌN ĐẶC TÍNH Ô TÔ VÀ ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH TRONG MÔ PHỎNG 29

2.1 Giới thiệu về phần mềm CarSim 8.02 29

2.1.1 Tổng quan về CarSim 29

2.1.2 Cấu hình đề nghị 30

2.1.3 Khởi động 30

2.1.4 Một số nút chức năng chính trên màn hình làm việc của phần mềm 32

2.2 Lựa chọn đặc tính ô tô và điều kiện vận hành mô phỏng 35

2.2.1 Xác định và thiết lập hệ thống truyền lực trong phần mềm 35

2.2.2 So sánh đặc tính truyền động giữa ô tô một cầu chủ động và ô tô hai cầu chủ động 40

2.2.2.1 Chọn xe mẫu 40

2.2.2.2 Thao tác trên phần mềm CarSim 41

2.2.3 So sánh đặc tính truyền động của ô tô cầu trước chủ động và ô tô cầu sau chủ động 51

2.2.3.1 Chọn xe mẫu 51

2.2.3.2 Thao tác trên phần mềm 52

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN 57

3.1 Kết quả mô phỏng 57

3.1.1 Kết quả mô phỏng đặc tính truyền động giữa ô tô một cầu chủ động và ô tô hai cầu chủ động 57

3.1.2 Kết quả mô phỏng đặc tính truyền động của ô tô cầu trước chủ động và ô tô cầu sau chủ động 57

3.2 Phân tích kết quả mô phỏng 59

3.2.1 Phân tích kết quả mô phỏng đặc tính truyền động giữa ô tô một cầu chủ động và ô tô hai cầu chủ động 59

3.2.2 Phân tích kết quả mô phỏng đặc tính truyền động giữa ô tô cầu trước chủ động và ô tô cầu sau chủ động 63

Chương 4: KẾT LUẬN 68

4.1 Kết luận 68

4.2 Hướng phát triển 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1-1: Sơ đồ bố trí chung hệ thống truyền lực trên ô tô 4

Hình 1-2: Hệ thống truyền lực ô tô 6

Hình 1-3: Cấu tạo ly hợp dùng lò xo màng 8

Hình 1-4: Đĩa ép và đĩa ma sát 9

Hình 1-5: Cấu tạo đĩa ma sát 9

Hình 1-6: Cơ cấu dẫn động ly hợp kiểu cơ khí sử dụng cáp 10

Hình 1-7: Cơ cấu dẫn động ly hợp bằng thủy lực 11

Hình 1-8: Nguyên lý hoạt động của ly hợp 11

Hình 1-9: Cơ cấu điều khiển hộp số bằng tay 13

Hình 1-10: Hộp số vô cấp 13

Hình 1-11: Cơ cấu hành tinh của hộp số tự động 13

Hình 1-12: Cấu tạo hộp số 3 trục (5 cấp số) 14

Hình 1-13: Hoạt động khi tay số ở vị trí trung gian 15

Hình 1-14: Hoạt động ở tay số 1 16

Hình 1-15: Khi hoạt động ở tay số lùi 16

Hình 1-16: Cấu tạo hộp số hai trục, 5 cấp số 17

Hình 1-17: Sơ đồ nối hộp số chính với cầu xe 18

Hình 1-18: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo truyền lực các-đăng 19

Hình 1-19: Cấu tạo trục các-đăng 20

Hình 1-20: Động học của các-đăng khác tốc 20

Hình 1-21: Các dạng bố trí các-đăng trên ô tô 21

Hình 1-22: Khớp các-đăng bi có vòng định vị 22

Hình 1-23: Sơ đồ nguyên lý làm việc của khớp các-đăng đồng tốc dạng bi 22

Hình 1-24: Cấu tạo các-đăng bi Rzeppa 23

Hình 1-25: Cấu tạo các-đăng Tripod 23

Hình 1-26: Truyền lực chính 25

Hình 1-27: Truyền lực chính với cặp bánh răng nón răng cong, loại Hypoit 25

Hình 1-28: Truyền lực chính với cặp bánh răng loại trục vít, bánh vít 25

Hình 1-29: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của vi sai 26

Hình 1-30: Một số loại bán trục 28

Hình 2-1: Biểu tượng CarSim 30

Hình 2-2: Chọn cơ sở dữ liệu 31

Hình 2-3: Thiết lập giấy phép 31

Hình 2-4: Thanh tiêu đề 32

Hình 2-5: Một số nút chức năng chính trên màn hình làm việc 32

Hình 2-6: Video mô phỏng 33

Hình 2-7: Đồ thị 34

Hình 2-8: Sơ đồ khối hệ thống truyền lực xe 2 cầu chủ động 35

Hình 2-9: Những thông số hệ thống truyền động của một ô tô dẫn động 2 cầu 36

Hình 2-10: Lựa chọn dữ liệu động cơ 36

Hình 2-11: Biểu đồ đường đặc tính của mômen và số vòng quay của trục khuỷu động cơ theo góc mở bướm ga 37

Hình 2-12: Biểu đồ đường đặc tính của mômen và số vòng quay của trục khuỷu động cơ theo góc mở bướm ga xem dưới dạng 3D 38

Hình 2-13: Màn hình biểu đồ bộ chuyển đổi mômen xoắn 38

Hình 2-14: Lựa chọn dữ liệu hộp số 39

Hình 2-15: Các thông số của hộp số 40

Hình 2-16: Ô tô Mazda CX-5 40

Hình 2-17: Tạo cơ sở dữ liệu ô tô 1 41

Hình 2-18: Chọn loại xe 42

Hình 2-19: Sử dung Copy and Link Dataset để sao chép tập dữ liệu 42

Hình 2-20: Nhập tiêu đề cho tập dữ liệu ô tô thứ 1 42

Hình 2-21: Nút nhấn để dẫn vào mục thiết lập các thông số đặc điểm kỹ thuật và phương pháp vận hành mô phỏng 43

Hình 2-22: Màn hình tập hợp các tập dữ liệu của ô tô 43

Hình 2-23: Bảng ghi các thông số kích thước, khối lượng treo của ô tô 44

Hình 2-24: Chọn hệ dẫn động cho xe 45

Hình 2-25: Chọn tập dữ liệu động cơ 45

Hình 2-26: Màn hình chính hệ thống truyền động ô tô 1 cầu 46

Hình 2-27: Lựa chọn điều kiện vận hành của xe 46

Hình 2-28: Chọn định dạng đường chạy 3D 47

Hình 2-29: Chọn địa hình đường chạy mô phỏng 47

Hình 2-30: Thiết lập thông số mô phỏng cho ô tô vận hành 48

Hình 2-31: Quá trình chạy thuật toán 48

Hình 2-32: Tạo cơ sở dữ liệu ô tô 2 49

Hình 2-33: Nhập tiêu đề cho tập dữ liệu ô tô thứ 2 49

Hình 2-34: Chọn hệ dẫn động cho xe 50

Hình 2-35: Chồng kết quả mô phỏng ô tô 1và ô tô 2 lên nhau 50

Hình 2-36: Hình mô phỏng 50

Hình 2-37: Nissan NP300 Navara 51

Hình 2-38: Chọn xe mẫu 52

Hình 2-39: Nhập tiêu đề cho tập dữ liệu Xe 1 FWD 52

Hình 2-40: Nút dẫn vào mục thiết lập các thông số 53

Hình 2-41: Chọn địa hình đường chạy mô phỏng 54

Hình 2-42: Nhập tiêu đề cho tập dữ liệu Xe 2 RWD 54

Hình 2-43: Chồng kết quả xe 1 FWD và xe 2 RWD lên nhau 55

Hình 2-44: Kết quả mô phỏng trên địa hình gập ghềnh 55

Hình 2-45: Chọn địa hình đường chạy mô phỏng 56

Hình 2-46: Kết quả mô phỏng khi ô tô vào cua 56

Hình 3-1: Kết quả mô phỏng đặc tính truyền động ô tô một cầu và hai cầu 57

Hình 3-2: Kết quả mô phỏng khi chạy trên đoạn đường lượn sóng 58

Hình 3-3: Kết quả mô phỏng khi chạy trên đoạn đường thẳng 58

Hình 3-4: Kết quả mô phỏng khi vào cua với vận tốc lớn 59

Hình 3-5: Đồ thị tốc độ động cơ ô tô 1 59

Hình 3-6: Đồ thị tốc độ động cơ ô tô 2 60

Hình 3-7: Đồ thị mômen lực truyền lên bánh trước của cả 2 ô tô 61

Hình 3-8: Đồ thị mômen lực tác dụng lên bánh sau của cả 2 ô tô 61

Hình 3-9: Đồ thị trạng thái tay số ở của cả hai ô tô 62

Hình 3-10: Đồ thị gia tốc theo phương dọc cả của hai ô tô 62

Hình 3-11: Đồ thị tốc độ động cơ xe 1 (FWD) 63

Hình 3-12: Đồ thị tốc độ động cơ xe 2 (RWD) 63

Hình 3-13: Đồ thị mômen tác dụng lên bánh trước 64

Hình 3-14: Đồ thị mômen tác dụng lên bánh sau 64

Hình 3-15: Đồ thị gia tốc theo phương dọc 65

Hình 3-16: Đồ thị phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe của xe FWD 66

Hình 3-17: Đồ thị phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe của xe RWD 66

Hình 3-18: Đồ thị vận tốc xe 66

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

HTTL (Hệ thống truyền lực)

SUV: Sport Utility Vehicle (xe thể thao đa dụng)

MT: Manual Tranmission (số tự động)

AT: Auto Tranmission (số sàn)

RWR: Rear Wheel Drive (dẫn động cầu sau)

FWR: Front Wheel Drive (dẫn động cầu trước)

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xã hội ngày càng phát triển như hiện nay, mức sống của người dân ngày càng được nâng cao thì nhu cầu sử dụng ô tô ngày càng tăng, bởi tính thực dụng, cơ động và tiện nghi mà nó mang lại so với các loại phương tiện khác

Theo thống kê của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam VAMA (Vietnam Automobile Manufactures Assosiation) những năm gần đây, số lượng ô tô bán ra bởi các thành viên năm 2014 là 157,769 xe; năm 2015 là 244,914 xe Ta có thể thấy số lượng ô tô tiêu thụ của 2015 tăng 55.2% so với 2014

Tuy nhiên, ngược lại với nhu cầu ngày càng cao của xã hội thì thực tế, ngành công nghiệp ô tô trong nước hiện nay vẫn còn gặp nhiều khó khăn và thách thức lớn: Mặc dù được Nhà nước đưa ra nhiều chính sách chú trọng phát triển, gây dựng ngành công nghiệp ô tô của nước ta bắt đầu từ năm 1986, nhưng sau gần 30 năm đến nay, ngành Công nghiệp Ô tô của Việt Nam chỉ có thể coi là đã hình thành và đáp ứng được một số mục tiêu chiến lược về số lượng và tỷ lệ nội địa hoá, tuy nhiên tỷ lệ này còn rất thấp Trong khi đó, vào năm 2018 khi cam kết giá nhập khẩu xe từ ASEAN giảm còn 0% theo lộ trình trong hiệp định thương mại tự do AFTA và gần đây nhất, Hiệp định TPP vừa ký tháng 2/2016 sẽ làm cuộc chiến cạnh tranh giữa ô tô trong nước và ô tô nhập khẩu nguyên chiếc trở nên gay gắt hơn

Xu hướng phát triển ngành ô tô của nước ta hiện nay và trong thời gian tới mang tính chất sửa chữa là chủ yếu, vì thế cần chú trọng vào khâu tính toán, kiểm nghiệm Tuy nhiên để phần công việc này đạt được độ chính xác và hiệu quả cao hơn thì nhất định không thể thiếu được sự hỗ trợ từ các phần mềm máy tính

Từ những thực tế và nguyên nhân trên em đã quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu mô phỏng truyền động của ô tô một cầu chủ động và ô tô hai cầu chủ động bằng phần mềm máy tính”

Nội dung của đề tài gồm 04 phần chính như sau:

Chương 1: Tổng quan hệ thống truyền lực

Chương 2: Lựa chọn đặc tính ô tô và điều kiện vận hành mô phỏng

Chương 3: Kết quả nghiên cứu mô phỏng và thảo luận

Chương 4: Kết luận

Tuy nhiên, do kiến thức bản thân và kinh nghiệm thực tập tiếp xúc thực tế của

em còn hạn chế, mang nhiều tính lý thuyết nên đề tài này vẫn không tránh khỏi những sai sót Em hy vọng sẽ nhận được sự góp ý và sữa chữa từ Quý Thầy và các bạn để

đề tài này được hoàn chỉnh hơn

Em cũng xin chân thành cám ơn Quý Thầy trong Bộ Môn Kỹ thuật Ô tô trường Đại học Nha Trang đã chỉ dạy và cung cấp cho em những tư liệu, kiến thức quan trọng trong thời gian qua, đặc biệt là Thầy Nguyễn Thanh Tuấn người đã hướng dẫn

và giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài này

Sinh viên thực hiện Nguyễn Cung Vũ

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ

1.1 Định nghĩa, công dụng, phân loại

1.1.1 Định nghĩa

Hệ thống truyền lực (HTTL) của ô tô là hệ thống tập hợp tất cả các cơ cấu nối

từ động cơ tới bánh xe chủ động, bao gồm các cơ cấu truyền, cắt, đổi chiều quay, biến đổi giá trị mômen truyền

1.1.2 Công dụng

Hệ thống truyền lực ô tô có các công dụng sau:

- Truyền, biến đổi mômen quay và số vòng quay từ động cơ tới bánh xe chủ động sao cho phù hợp giữa chế độ làm việc của động cơ, và mômen cản sinh ra trong quá trình ô tô chuyển động

- Cắt dòng truyền trong thời gian ngắn hoặc dài

- Thực hiện đổi chiều chuyển động nhằm tạo nên chuyển động lùi cho ô tô

- Tạo khả năng chuyển động mềm mại và tính năng việt dã cần thiết trên đường

1.1.3 Phân loại

Phân theo hình thức truyền năng lượng:

- HTTL cơ khí: các bộ truyền ma sát, các hộp biến tốc, hộp phân phối truyền động các-đăng

- HTTL cơ khí thủy lực: các bộ truyền cơ khí, bộ truyền thủy lực

- HTTL điện từ: nguồn điện, các động cơ điện, rơle điện từ, dây dẫn

- HTTL thủy lực: bơm thủy lực, các động cơ thủy lực, van điều khiển, ống dẫn

- HTTL liên hợp: một số bộ phận cơ khí, một số bộ phận thủy lực, một số bộ phận điện từ

Phân theo đặc điểm biến đổi các tỉ số truyền (truyền lực có cấp và vô cấp):

- Truyền lực có cấp: truyền lực có các tỉ số tuyền cố định, việc thay đổi số truyền theo dạng bậc thang

- Truyền lực vô cấp: truyền lực có tỉ số truyền biến đổi liên tục tùy thuộc vào chế độ làm việc của động cơ và lực cản mặt đường

Phân theo phương pháp điều khiển thay đổi tốc độ:

g)

Hình 1-1: Sơ đồ bố trí chung hệ thống truyền lực trên ô tô [6]

Sơ đồ a: động cơ, ly hợp, hộp số đặt hàng dọc phía trước đầu xe, cầu chủ động đặt sau xe, trục các-đăng nối giữa hộp số và cầu chủ động Sơ đồ này thông dụng và

quen thuộc trên nhiều ô tô

Sơ đồ b: động cơ, ly hợp, hộp số, cầu xe nằm dọc và ở trước xe, cầu trước chủ động Các cụm liên kết với nhau tạo thành một khối lớn, gọn, làm trọng tâm xe lệch hẳn về phía đầu xe, tạo khả năng ổn định cao khi có lực bên tác động

Sơ đồ c: động cơ, ly hơp, hộp số, nằm ngang đặt trước xe, cầu trước chủ động Toàn bộ cụm truyền lực làm liền khối Trọng lượng khối động lực nằm lệch hẳn về phía đầu xe, nâng cao khả năng ổn định ở tốc độ cao

Sơ đồ d: động cơ, li hợp, hộp số, cầu chủ động làm thành một khối gọn nằm ở phía sau xe, cầu sau chủ động Cụm động cơ nằm sau cầu chủ động Dạng cấu trúc

này phù hợp cho việc tăng lực kéo của xe, dảm bảo khả năng tăng tốc tốt

Sơ đồ e: động cơ, li hợp, hộp số, hộp phân phối đặt dọc phía đầu xe, cầu trước

và cầu sau chủ động Nối giữa hộp phân phối và các cầu là các trục các-đăng Sơ đồ

này thường gặp ở ô tô có tính năng việt dã cao, ô tô chạy trên đường xấu

Sơ dồ f: động cơ, li hợp, hộp số, cầu trước thành một khối nằm phía đầu xe, đáp ứng nhu cầu tăng trọng lượng lên cầu trước Cầu sau chủ động nối với hộp số chính thông qua khớp ma sát, không có hộp phân phối Kết cấu đơn giản làm xe có tính năng việt dã tốt

Sơ đồ g: động cơ, li hợp, hộp số, cầu sau thành một khối nằm phía sau xe, tăng trọng lượng lên cầu sau, cầu trước nối với hộp số thông qua khớp ma sát Cấu trúc này phù hợp cho việc tăng lực kéo của xe, đảm bảo khả năng tăng tốc tốt (vd: Porsche, Lamborghini…)

1.3 Cấu tạo hệ thống truyền lực

- Ly hợp ma sát: loại một đĩa, nhiều đĩa, loại lò xo nén biên, loại lò xo nén trung tâm, loại càng tách ly tâm, loại càng tách nửa ly tâm

- Ly hợp thủy lực: loại thủy động, loại thủy tĩnh

- Ly hợp điện từ: truyền động nhờ tác dụng của từ trường nam châm điện

- Ly hợp liên hợp

Phân loại theo cách tạo lực ép:

- Ly hợp dùng lò xo tạo lực ép lên đĩa ép, lò xo có thể là lò xo trụ, lò xo đĩa, lò

xo màng…

- Ly hợp điện từ: lực ép là lực điện từ

- Ly hợp bán ly tâm: lực ép sinh ra do lò xo cộng với lực ly tâm của trọng khối phụ ép thêm vào

- Ly hợp ly tâm: sử dụng lực ly tâm để tạo lực ép đóng và mở ly hợp

Phân loại theo trạng thái làm việc

- Ly hợp thường đóng: Loại này sử dụng trên hầu hết các ô tô hiện nay

- Ly hợp thường mở: Loại này chủ yếu sử dụng trên máy kéo

1.3.1.3 Yêu cầu của ly hợp

Truyền được mômen xoắn lớn nhất của động cơ mà không bị trượt trong bất kỳ điều kiện sử dụng nào, muốn vậy thì mômen ma sát sinh ra trong ly hợp phải lớn hơn

mô men xoắn của động cơ

MLH = β.Memax

Trong đó:

MLH - mômen ma sát sinh ra trong ly hợp, [N.m]

Memax - mômen xoắn lớn nhất của động cơ, [N.m]

β - Hệ số dự trữ mômen của ly hợp, β>1

Khi nối ly hợp phải êm dịu, để không gây ra sự va đập trong hệ thống truyền lực, không gây va đập giữa các bánh răng (ly hợp đóng êm dịu thì ô tô khởi hành từ

từ không bị giật làm người lái đỡ mệt)

Khi cắt tách ly hợp phải nhanh và dứt khoát để dễ gài số và tránh gây tải trọng động

Mômen quán tính của phần bị động ly hợp phải nhỏ để làm giảm áp lực va đập lên các bánh răng

Đảm bảo thoát nhiệt tốt khi ly hợp trượt

1.3.1.4 Cấu tạo

Hình 1-3: Cấu tạo ly hợp dùng lò xo màng [6]

Phần chủ động: gồm các chi tiết lắp ghép trực tiếp hoặc gián tiếp với bánh đà của động cơ và có cùng tốc độ quay với bánh đà Phần chủ động bao gồm: bánh đà, đĩa ép, vỏ ly hợp, lò xo ép

Phần bị động: gồm các chi tiết lắp ghép trưc tiếp hoặc gián tiếp với với trục bị động của ly hợp và có cùng tốc độ góc với trục bị động của ly hợp Phần bị động gồm: trục bị động (là trục chủ động của hộp số), đĩa bị động

Bộ phận tạo lực ép gồm: giá tựa (vỏ li hợp), lò xo ép, đĩa ép

Hình 1-4: Đĩa ép và đĩa ma sát [3]

Vỏ ly hợp: làm bằng thép dập, có các lỗ để bắt và định tâm với bánh đà Trên

vỏ có các gờ lồi, hoặc lỗ liên kết với đĩa ép, nhưng vẫn cho đĩa ép di chuyển dọc trục

Lỗ trong của vỏ có vòng lò xo khóa nhằm cố định lò xo ép

Đĩa ép: được làm bằng vật liệu chịu tải (thường làm bằng gang), độ phẳng cao, được điều khiển để đóng mở ly hợp Mặt tiếp giáp với đĩa bị động được gia công nhẵn Mặt đối diện có các gờ lồi, một số gờ tạo nên các điểm tựa cho lò xo ép, một

số gờ khác tạo nên các điểm truyền mômen xoắn giữa vỏ và đĩa ép

Đĩa ma sát: gồm moay ơ, các tấm ma sát trong, xương đĩa, giảm chấn, tấm ma sát, đinh tán Đĩa ma sát có kích thước và trọng lượng nhỏ

Hình 1-5: Cấu tạo đĩa ma sát [3]

Phần dẫn động điều khiển ly hợp: ly hợp sử dụng trên ôtô phổ biến thuộc loại thường đóng (ở trạng thái làm việc bình thường khi không có tác động, ly hợp ở trạng thái đóng) Để ngắt ly hợp, cần tác động lên cần bẩy hoặc lò xo màng để giải phóng đĩa ma sát khỏi bề mặt bánh đà Có 2 loại cơ cấu dẫn động thường gặp nhất là dẫn động cơ cấu cơ khí (kiểu cáp hay dòn kéo) và dẫn động cơ cấu thủy lực

- Dẫn động điều khiển ly hợp cơ khí bằng cáp: cơ cấu điều khiển gồm một sợi dây cáp bên ngoài đươc vỏ bọc bao lại Một đầu sợi cáp dược nối với bàn đạp ly hợp, đầu kia nối với càng gạt khớp trượt, vỏ cáp lồng ngoài sợi cáp cho phép sợi cáp chuyển động kéo theo càng gạt khớp trượt chuyển động khi bàn đạp ly hợp chuyển động Khi bàn đạp ly hợp buông ra thì lò xo được gắn ở bàn đạp sẽ kéo bàn đạp trở

về vị trí ban đầu

Hình 1-6: Cơ cấu dẫn động ly hợp kiểu cơ khí sử dụng cáp [1]

- Dẫn động điều khiển ly hợp bằng thủy lực: thường được sử dụng trên ôtô con

và những ôtô có bộ ly hợp nằm ở vị trí khó sử dụng cơ cấu điều khiển kiểu thanh nối hoặc cáp Khi đạp bàn đạp, thông qua thanh đẩy làm pitton trong bơm dầu chính chuyển động đẩy dầu theo ống tới xylanh con Dầu có áp suất cao đẩy pitton trong xylanh chuyển dịch, thông qua cần đẩy ép vào càng gạt khớp trượt ngắt ly hợp

Hình 1-7: Cơ cấu dẫn động ly hợp bằng thủy lực [3]

1.3.1.5 Nguyên lý hoạt động

Hình 1-8: Nguyên lý hoạt động của ly hợp [7]

1- trục cơ; 2- đĩa ma sát; 3- bánh đà; 4- vỏ ly hợp; 5- hốt; 6- lò xo màng; 7- trục sơ cấp hộp số; 8- bi tỳ; 9- càng điều khiển bi tỳ; 10- đĩa ép

Trạng thái đóng: Bi tỳ (8) ở trạng thái tự do nên không tác động vào lò xo màng (6), lực căng của lò xo màng (6) sẽ đẩy bàn ép ly hợp (10) tác động ép chặt đĩa ly hợp (2) áp sát vào bề mặt bánh đà (3) bởi điểm tựa là chốt (5) bắt với vỏ ly hợp (4) Lúc này toàn bộ cụm ly hợp (2, 4,5 ,6 ,10) và bánh đà (3) sẽ tạo thành khối cứng, mô men quay của trục cơ (1) sẽ truyền trực tiếp qua bộ ly hợp đến trục sơ cấp hộp số (7)

Trạng thái mở: khi người lái thực hiện việc chuyển số thì cần phải ngắt dòng chuyển động từ động cơ tới hộp số Lúc này người lái tác dụng lên bàn đạp côn thông qua cơ cấu dẫn động tác động lên càng điều khiển bi tỳ (9) để ép bi tỳ (8) tác dụng lên lò xo (6), thông qua điểm tựa (5) lò xo (6) sẽ kéo cho bàn ép ly hợp (10) ra không tác động lên đĩa ly hợp (2) nữa, đĩa ly hợp (2) vì thế ở trạng thái tự do, mô men quay của trục cơ sẽ không truyền được qua đĩa ly hợp (2) để truyền sang trục sơ cấp (7) được nữa và người lái có thể thực hiện việc chuyển số, sau đó nhả chân côn và ly hợp lại trở về trạng thái đóng bình thường

1.3.2 Hộp số

1.3.2.1 Công dụng

Hộp số dùng để biến đổi tỷ số truyền, nghĩa là biến đổi mômen xoắn từ động cơ đến các bánh chủ động nhằm cải thiện đặc tính kéo của động cơ cho phù hợp với điều kiện làm việc của ôtô

Thay đổi chiều chuyển động của ô tô

Cho ô tô dừng tại chỗ mà không cần tắt máy hoặc ngắt ly hợp

Dẫn động mômen xoắn ra ngoài cho các bộ phận đặc biệt (với xe chuyên dụng)

1.3.2.2 Phân loại

Phân loại theo phương pháp điều khiển hộp số:

- Điều khiển tự động: Trên hộp số tự động không có bàn đạp ly hợp và cũng không có cần chuyển số, chỉ cần đưa cần chọn số vào nấc D (drive), sau đó mọi thứ đều là tự động

- Điều khiển bán tự động: Việc đóng mở ly hợp để gài số được thực hiện nhờ

sự liên động với cần gài số Cứ khi gài số thì ly hợp được mở đóng, phục vụ việc cắt đóng mômen truyền để chuyển số

- Điều khiển bằng tay: Cơ cấu điều khiển truyền lực người điều khiển đến ống gài số để dịch chuyển chúng vào vi trí gài số hoặc trả về vị trí trung gian

Hình 1-9: Cơ cấu điều khiển hộp số bằng tay [3]

Phân loại theo tính chất truyền mômen:

-Truyền mômen vô cấp: Có mô men truyền qua hộp số biến đổi liên tục và do

đó tỷ số truyền động học cũng thay đổi liên tục

-Truyền mômen theo cấp số, loại trục cố định có hai trục

-Truyền mômen theo cấp số, loại trục cố định có ba trục

Kết cấu đơn giản, gọn gàng, chắc chắn, dễ kiểm tra chăm sóc bảo dưỡng

1.3.2.4 Cấu tạo của hộp số cơ khí (MT)

Hình 1-12: Cấu tạo hộp số 3 trục (5 cấp số)

Với hộp số 3 trục, trục sơ cấp và thứ cấp thường được bố trí dọc trên cùng một đường tâm, còn trục trung gian thì được bố trí ở bên dưới trục sơ câp và thứ cấp Trục sơ cấp: trục sơ cấp của hộp số đồng thời là trục ly hợp được chế tạo liền với bánh răng luôn ăn khớp gọi là bánh răng chủ động chính (bánh răng số 4, số truyền thẳng), trục thường được gá vào đuôi trục khuỷu thông qua một vòng bi Trục thứ cấp: được đặt đồng trục với trục sơ cấp Một đầu của trục thứ cấp được tựa trên ổ bi nằm ở vỏ hộp số, đầu còn lại gối vào ổ bi kim trong phần rỗng của bánh răng chủ động chính (bánh răng số 4), các bánh răng trên trục thứ cấp (trừ bánh răng

số 5) quay trơn

Trục trung gian được gối trên hai ổ đỡ nằm trong vỏ hộp số, đặt song song và cách trục sơ cấp và thứ cấp một khoảng nào đó

Để thực hiện việc gài số, trong hộp số cũng có các ống gài đồng tốc Ngoài ra, hộp số còn có bánh răng số lùi có thể di trượt trên trục số lùi để thực hiện gài số lùi khi lùi xe

Hình 1-13: Hoạt động khi tay số ở vị trí trung gian [4]

Khi vào số 1: lực truyền từ trục sơ cấp đến bánh răng chủ động (bánh răng số 4) truyền qua bánh răng trung gian, kéo bánh răng bi động số 1 trên trục thứ cấp chuyển động, bánh răng bị động số 1 truyền mômen sang ống trượt (bộ đồng tốc) làm ống trượt quay kéo theo trục thứ cấp chuyển động

Nguyên lý hoạt động khi vào các số 2,3,4,5 cũng tương tự như ở số 1

Hình 1-15: Khi hoạt động ở tay số lùi [4]

1.3.2.6 Hộp số hai trục

Hộp số hai trục thường được sử dụng cho các loai động cơ đặt ngang, ở phía trước xe và cầu trước chủ động

Hình 1-16: Cấu tạo hộp số hai trục, 5 cấp số [3]

Trục sơ cấp: được truyền chuyển động từ trục khuỷu khi li hợp ở trạng thái đóng, trên trục sơ cấp có lắp các bánh răng chủ động (bánh răng sơ cấp) số 1, số 2, số

3, số 4, số 5, bánh răng số lùi Trong đó bánh răng chủ động số 1, số 2 và số lùi được nối cứng với trục sơ cấp

Bánh răng chủ động số 3, số 4, số 5 quay trơn trên trục sơ cấp

Trục thứ cấp: truyền chuyển động đến bộ truyền lực chính, vi sai, từ vi sai truyền đến bán trục đến bánh xe chủ động, trên trục thứ cấp bánh răng bị động số 1, số 2, và bánh răng số lùi quay trơn, bánh răng bị động số 3, số 4, số 5 được nối cứng với trục Các ống trượt gài số (bộ đồng tốc) được bố trí trên trục sơ cấp và trục thứ cấp Truyền lực chính, vi sai được bố trí ngay bên trong hộp số

Hai đầu trục sơ cấp, thứ cấp và vi sai được đặt trên các vòng bi

1.3.3 Truyền động các-đăng

1.3.3.1 Công dụng

Truyền lực các-đăng dùng để truyền mômen xoắn giữa các trục không nằm trên cùng một đường thẳng mà thường cắt nhau dưới một góc α nào đó và có trị số góc α thay đổi:

Truyền mômen từ hộp số hay hộp phân phối đến các cầu chủ động của hệ thống treo phụ thuộc (thường α= 15o ÷ 20o)

Truyền mômen xoắn đến các bánh xe chủ động ở hệ thống treo độc lập (αmax =

20o) hoặc đến các bánh xe chủ động dẫn hướng (α max = 30o ÷ 40o)

Hình 1-17: Sơ đồ nối hộp số chính với cầu xe [1]

1.3.3.2 Phân loại

Phân loại theo công dụng:

- Các-đăng nối giữa hộp số và cầu chủ động

- Các-đăng nối giữa cầu chủ động với bánh xe chủ động

- Các-đăng nối giữa hộp số với các thiết bị phụ: bơm thủy lực, tời kéo…

Phân loại theo tính chất động học:

- Các-đăng khác tốc: tốc độ quay của các-đăng qua trục chủ động, trục bị động qua 1 khớp các-đăng là khác nhau

- Các-đăng đồng tốc: tốc độ quay của trục chủ động và bị động qua 1 khớp đăng là bằng nhau

các-Phân loại theo kết cấu: các-đăng có trục chữ thập; các-đăng bi; các-đăng có khớp nối đàn hồi cho phép làm việc ở góc truyền giới hạn

Phân theo số khớp các-đăng: loại đơn (với một khớp các-đăng); loại kép (với hai khớp các-đăng); loại nhiều khớp các-đăng

1.3.3.3 Yêu cầu

Truyền động các-đăng cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

- Ở bất kỳ tốc độ quay nào, truyền lực các-đăng phải đảm bảo không có những dao động, va đập và không có tải trọng động lớn do mômen quán tính gây nên

- Các trục các-đăng phải đảm bảo quay đều và không sinh ra tải trọng động

- Hiệu suất truyền động cao kể cả khi góc α giữa hai trục lớn

- Quay êm, độ rung và ồn trong làm việc là tối thiểu

- Kết cấu đơn giản, nhẹ dễ chế tạo và có độ bền cao

1.3.3.4 Cấu tạo, nguyên lý truyền động các-đăng khác tốc

Khớp các-đăng bao gồm một trục chữ thập và hai nạng gắn liền với trục chủ động và trục bị động của khớp các-đăng Trục chữ thập được liên kết với các lỗ trên hai nạng thông qua các ổ bi kim Vòng bi kim được lắp vào trong nắp và nắp được ép vào lỗ trên nạng Để ngăn không cho vòng bi dịch chuyển ra ngoài khi trục các-đăng làm việc ở tốc độ cao thì người ta sử dụng vòng chận ổ bi hoặc tấm hãm để cố định

cách giữa hai khớp các-đăng luôn thay đổi nên thân trục các-đăng thường được chế tạo hai nửa và liên kết với nhau bằng then hoa

Hình 1-19: Cấu tạo trục các-đăng [1]

- Vì vận tốc dài nạng khớp các-đăng của trục bị dẫn thay đổi mối khi quay qua góc 90o, nên nó sinh ra sự thay đổi về vận tốc góc tương đối so với trục chủ động Sự thay đổi này càng lớn nếu góc hợp bởi trục dẫn động và trục bị dẫn càng lớn

Cấu trúc trên hệ thống truyên lực của ô tô:

Trên ô tô thường dùng liên hợp hai khớp dạng khác tốc, bố trí theo sơ dồ dạng chữ Z hay V

Hình 1-21: Các dạng bố trí các-đăng trên ô tô [1]

Như vậy toàn bộ các-đăng có ba trục: chủ động 1, trung gian 2, trục bị động 3 Giữa trục 1 và trục 2 là một khớp các-đăng khác tốc, giữa trục 2 và trục 3 là một khớp nữa và chúng được đặt lệch góc α1 = α2 Nếu trục 1 quay đều thì trục 2 quay không đều và trục 3 quay đều (ω3 = ω1) Điều kiện này chỉ đúng khi góc α1 = α2, và mặt phẳng các đầu nạn của trục trung gian 2 cùng nằm trên một mặt phẳng

1.3.3.5 Cấu tạo, nguyên lý truyền động các-đăng đồng tốc

Khớp các-đăng đồng tốc thường được sử dụng trong dẫn động cầu dẫn hướng chủ động và dẫn động các bánh chủ động trong trường hợp hệ thống treo độc lập Trên các ô tô hiện nay khớp các-đăng dạng bi được sử dụng phổ biến nhất Các khớp các-đăng dạng bi bao gồm hai nạng, bên trong các nạng này có các rãnh với biên dạng xác định để bố trí các viên bi

Hình 1-22: Khớp các-đăng bi có vòng định vị

Nguyên lý hình thành các-đăng bi: Nguyên lý hình thành các-đăng bi có thể xem xét trên cơ sở một bộ truyền bánh răng côn ăn khớp có kích thước hình học giống nhau

Hình 1-23: Sơ đồ nguyên lý làm việc của khớp các-đăng đồng tốc dạng bi [8]

Giả sử có hai bánh răng côn ăn khớp với nhau có điểm tiếp xúc là P nằm trong mặt phẳng phân giác của góc tạo bởi các trục 1 và 2 của các bánh răng

Xét vận tốc tiếp tuyến tại điểm tiếp xúc P ta có:

VP = ω1.r1 = ω2.r2

Do điểm P nằm trong mặt phẳng phân giác của góc tạo bởi hai trục nên luôn thoả mãn điều kiện: r1 = r2 và vì vậy ω1 = ω2 Điều này có nghĩa là các trục 1 và 2 luôn quay đồng tốc với nhau

Các dạng các-đăng đồng tốc tiêu biểu dùng trên ô tô:

+ Các-đăng kiểu bi Rzeppa: Loại này được dùng khá phổ biến trên ô tô con cả với cầu chủ động dầm liền và với hệ thống treo độc lập

Hình 1-24: Cấu tạo các-đăng bi Rzeppa [3]

Các-đăng bi Rzeppa cho phép thay đổi chiều dài trục bằng mối ghép then hoa giữa trục bị động và vòng lăn trong nhưng không lớn Sự dịch chuyển của nó bị hạn chế bởi vòng hãm trên đầu trục bị động

Góc lệch tối đa cho phép giữa hai đường tâm trụ khoảng 40o, tương ứng với góc xoay viên bi ra khỏi vị trí trung gian mỗi bên 20o

Khớp được bôi trơn bằng dầu truyền lực, và bọc bằng vỏ cao su xếp (boot) + Các-đăng kiểu Tripod (ba chạc): Cấu tạo của các-đăng Tripod gồm một thân bao hình trụ, trên đó xẻ ba rãnh dọc theo đường sinh Thân bao hình trụ nối với trục chủ động bằng then hoa Trục bị động lắp then hoa với một chạc ba và được cố định trên trục bằng hai vành hãm Trên các đầu trục của chạc ba có bố trí các con lăn với hình bao ngoài dạng mặt cầu

Hình 1-25: Cấu tạo các-đăng Tripod [3]

Con lăn vừa quay trên trục vừa có thể di chuyển dọc trên trục của nó Các con lăn bị hạn chế không chạy ra ngoài bởi gờ cao trên rãnh của thân bao hình trụ Toàn

bộ khớp các-đăng được bọc trong một vỏ bọc cao su đàn hồi

Khớp các-đăng loại này có khả năng truyền lực với góc lệch giữa hai đường tâm trục tới 45o và có khả năng di chuyển dọc trục lớn

Phân theo số cặp bánh răng:

- Loại đơn: Gồm một cặp bánh răng ăn khớp, thường sử dụng trên ôtô du lịch, ôtô tải nhỏ và trung bình

- Loại kép: Gồm hai cặp bánh răng ăn khớp, thường sử dụng ở ôtô vận tải trung bình và lớn

Phân theo cấp tỉ số truyền: loại một cấp; loại nhiều cấp

1.3.4.3 Yêu cầu

Đảm bảo tỷ số truyền thiết kế

Đạt hiệu suất truyền động cao

Đảm bảo độ cứng vững

1.3.4.4 Cấu tạo

Truyền lực chính bao gồm bánh răng chủ động hay còn gọi là bánh răng quả dứa (được chế tạo liền trục với đầu ra của trục các-đăng hoặc đầu ra của trục thứ cấp hộp số) và bánh răng bị động haycòn gọi là bánh răng vành chậu

Truyền lực chính loại đơn

a) b)

Hình 1-26: Truyền lực chính [3]

a) bánh răng côn răng thẳng; b) bánh răng côn răng xoắn

Truyền lực chính loại hypoit

Hình 1-27: Truyền lực chính với cặp bánh răng nón răng cong, loại Hypoit [3]

1.3.5 Bộ vi sai

1.3.5.1 Công dụng

Bộ vi sai đảm bảo cho các bánh xe chủ động quay với tốc độ góc khác nhau khi ôtô quay vòng hoặc khi đi trên đường không bằng phẳng, đảm bảo dễ dàng điều khiển hướng chuyển động và không mài mòn lốp xe

1.3.5.2 Phân loại

Theo công dụng: vi sai giữa các bánh xe; vi sai giữa các cầu

Theo cấu trúc bánh răng: vi sai với các bánh răng côn; vi sai với các bánh răng trụ; vi sai trục vít, bánh vít

Theo đặc tính phân phối mômen xoắn: vi sai đối xứng (mômen xoắn phân phối đều ra các trục); vi sai không đối xứng (Mômen xoắn phân phối không đều ra các trục)

1.3.5.3 Yêu cầu

Phân phối mômen xoắn giữa các bánh xe hay giữa các trục theo tỉ lệ đảm bảo

sử dụng trọng lượng bám của ôtô là tốt nhất

Kích thước truyền động phải nhỏ gọn

Có hiệu suất truyền động cao

1.3.5.4 Cấu tạo vi sai (như hình 1-29.)

Hình 1-29: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của vi sai [3]

Khi ô tô đi trên đường vòng lúc này tốc độ góc của hai bánh xe là khác nhau Bánh xe nằm xa tâm quay vòng sẽ có tốc độ góc lớn hơn bánh xe nằm gần tâm quay vòng Thông qua bán trục làm hai bánh răng mặt trời ở phía trái và phía phải cũng có tốc độ góc khác nhau Lúc này các bánh răng vệ tinh vừa quay theo vỏ bộ vi sai vừa quay quanh trục của nó bảo đảm cho hai bánh răng mặt trời quay với tốc độ góc khác nhau phù hợp với tốc độ quay khác nhau của hai bánh xe chủ động

Theo kết cấu của cầu: cầu liền; cầu rời

Theo mức độ chịu lực hướng kính và lực chiều trục: bán trục không giảm tải; bán trục giảm tải ½; bán trục giảm tải ¾; bán trục giảm tải hoàn toàn