Nghiên cứu xác định các chế độ tải trọng động tác dụng lên hộp số ô tô trong quá trình chuyển động

Đối tượng nghiên cứu đề của tài Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xác định các chế độ tải trọng động tác dụng lên hộp số ôtô trong quá trình chuyển động.. Trong quá trình nghiên cứu đ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan Luận văn được thực hiện tại Bộ môn ôtô và xe chuyên dụng, Viện cơ khí động lực trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn hoàn toàn trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào

Hà Nội, ngày 23 tháng 09 năm 2013

Tác giả

Nguyễn Quang Trung

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 7

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 11

1.1 Tình hình sản xuất, sử dụng ôtô trên thế giới và ở Việt Nam 11

1.2 Đối tượng nghiên cứu đề của tài 12

1.3 Các nghiên cứu liên quan đến vấn đề tải trọng động tác dụng lên cơ cấu, hệ thống của ô tô trong và ngoài nước 16

1.3.1 Các nghiên cứu ở trong nước 16

1.3.2 Các nghiên cứu ngoài nước 18

1.4 Nhiệm vụ, phương pháp nghiên cứu của đề tài 18

1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài 18

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu 19

1.5 Khái quát về phương pháp mô phỏng 19

1.6 Giới thiệu về phần mềm Matlab 21

1.6.1 Giới thiệu sơ lược về Matlab 22

1.6.2 Simulink trong MATLAB 23

1.7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 25

CHƯƠNG 2 : MÔ PHỎNG HỘP SỐ BẰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XOẮN 27

2.1 Mô tả hệ thống truyền lực bằng mô hình dao động xoắn 27

2.1.1 Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ thống 27

2.1.2 Xây dựng mô hình toán học mô tả hệ thống 33

2.2 Các chế độ tải trọng đặc trưng 42

2.2.1 Tải trọng từ dao động mô men xoắn của động cơ 42

2.2.2 Tải trọng mấp mô từ mặt đường 45

2.2.3 Tốc độ đóng ly hợp 48

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHẾ ĐỘ 50

TẢI TRỌNG ĐỘNG TÁC DỤNG LÊN HỘP SỐ 50

3.1 Đặt vấn đề 50

3.2 Mô hình hộp số cơ khí 50

3.2.1 Đặc điểm cấu tạo 50

3.3 Mô phỏng hộp số bằng mô hình dao động xoắn 51

3.3.1 Xây dựng mô hình cặp bánh răng truyền động 51

3.3.1.1 Mô hình cơ học bánh răng 51

3.3.1.2 Phương trình vi phân mô tả hệ bánh răng ăn khớp 54

3.3.2 Xây dựng mô hình hộp số cơ khí 55

3.3.2.1 Mô hình cơ học của hộp số 55

3.3.1.2 Phương trình vi phân mô tả hệ bánh răng và các trục của hộp số 56

3.3.1.3 Xây dựng các khối Simulink để giải hệ phương trình vi phân 58

3.4 Khảo sát các chế độ tải trọng động tác dụng lên hộp sô 62

3.4.1 Mômen ở đầu vào hộp số tăng đột ngột 63

3.4.2 Mômen ở đầu vào hộp số tăng dần theo quy luật M đc M0( 1 ekt) ….65 3.4.3 Mômen đầu vào hộp số biến thiên theo quy luật Sin (Mđc =M0 + QSinPt) 75

KẾT LUẬN CHUNG 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

I Các chữ viết tắt

HTTL Hệ thống truyền lực

ECU Electronic Control Unit

Hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình

II Các ký hiệu sử dụng trong luận văn

2 MTmax N.m Mômen tác động lên khâu đang xét

3 Memax N.m Mômen cực đại của động cơ tác động trên khâu đang xét

4 M1, M2 N.m Mô men gây nến xoắn của các trục

6 Ma kg Khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô

7 v m/s Vận tốc của khối lượng chuyển động tịnh tiến

8 Mj N.m Mô men do lực quán tính

9 Mkt N.m Mô men do lực khí thể

10 Mđc N.m Mômen của động cơ đưa vào hộp số

11 Môtô N.m Mômen cản đặc trưng cho tải trọng đặt vào hộp số

22 1 Rad Góc quay ở đầu trục chủ động hộp số

23 2 Rad Góc quay ở cuối trục chủ động hộp số

24 3 Rad Góc quay ở đầu trục trung gian hộp số

25 4 Rad Góc quay ở cuối trục trung gian hộp số

26 5 Rad Góc quay ở đầu trục bị động hộp số

27 6 Rad Góc quay ở cuối trục bị động hộp số

28 I1 Kg.m2 Mômen quán tính của động cơ và bánh đà

29 I2;I3;I4;I5 Kg.m2 Mômen quán tính của các bánh răng

30 I6 Kg.m2 Mômen quán tính của bánh đà tương đương thay cho

khối lƣợng chuyển động tịnh tiến của ôtô

31 r1, r2 m Bán kính vòng lăn các bánh răng cặp 1 gữa bánh răng

trên trục chủ động và trục trung gian

32 r4, r5 m Bán kính vòng lăn các bánh răng cặp 2 gữa bánh răng

trên trục trung gian và trục bị động

DANH MỤC CÁC BẢNG

1 Bảng 1 Hệ số tải trọng động khi thay đổi tốc độ đóng ly hợp 73

2 Bảng 2 Hệ số tải trọng động thay đổi theo biên độ dao động của

5 Hình 2.1 Mô hình cơ học và Sơ đồ tính toán tương ứng 29

6 Hình 2.2 Ví dụ chuyển đổi từ mô hình cơ học sang mô hình

7 Hình 2.3 Sơ đồ tính toán có kể đến thất thoát năng lượng do

8 Hình 2.4 Các bước đơn giản hóa hệ thống động lực 39

9 Hình 2.5 Đồ thị quan hệ giữa mômen và góc quay của trục

10 Hình 3.1 Sơ đồ truyền lực khi gài số của hộp số 51

12 Hình 3.3 Sơ đồ động lực hai bánh răng ăn khớp 53

13 Hình 3.4 Sơ đồ động lực hai bánh răng ăn khớp 54

15 Hình 3.6 Phương trình vi phân mô tả hệ bánh răng và các trục

16 Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc Simulink mô phỏng hộp số cơ khí 58

21 Hình 3.12 Mô men trong trường hợp người lái nhả bàn đạp ly 63

29 Hình 3.20 Quy luật biến thiên của Mô men động cơ 75

30 Hình 3.21 Mô men trong trường thay đổi BĐDĐ của mômen

34 Hình 3.25 Mô men trong trường thay đổi BĐDĐ của

mômen xoắn động cơ Q=12

81

35 Hình 3.26 Đồ thị biểu diễn HSTTĐ theo biên độ dao động của

mômen xoắn động cơ

82

MỞ ĐẦU

Sản xuất ôtô trên Thế giới ngày nay có tốc độ tăng trưởng vượt bậc, sản lượng hàng năm lên tới 25  30 triệu chiếc Ôtô ngày nay được chế tạo đa dạng về chủng loại và ngày càng hoàn thiện trên mọi tiêu chí và đã trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng trong nền kinh tế quốc dân

Ở Việt Nam ngành công nghiệp sản xuất ôtô đang được phát triển mạnh Vấn

đề tăng tỷ lệ nội địa hoá trong sản xuất là mục tiêu quan trọng và là hướng phát triển tất yếu của ngành ôtô Việt Nam trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước Chính vì vậy, việc nghiên cứu sâu hơn để hiểu rõ các quá trình xảy ra bên trong các hệ thống để can thiệp sâu hơn vào các quá trình đó nhằm đạt được những kết quả tối ưu đã và đang đặt ra cho ngành sản xuất ôtô

Xuất phát từ những yêu cầu cấp thiết trên, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu xác định các chế độ tải trọng động tác dụng lên hộp số ô tô trong quá trình chuyển động” Đề tài gồm 3 Chương:

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Mô phỏng hộp số ôtô bằng mô hình dao động xoắn

Chương 3: Mô phỏng và tính toán các chế độ tải trọng động tác dụng lên HS ôtô Trong thời gian làm luận văn tôi luôn nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS-TS Nguyễn Trọng Hoan cùng các thầy giáo trong Bộ môn ô tô và xe chuyên dụng của trường ĐHBK Hà Nội Cùng với sự

nỗ lực cố gắng của bản thân tôi đã hoàn thành được luận văn của mình Tôi xin chân thành cảm ơn PGS-TS Nguyễn Trọng Hoan đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành

tốt đề tài này cùng các thầy giáo trong Bộ môn ô tô và xe chuyên dụng của trường ĐHBK Hà Nội và các bạn đồng nghiệp

Ngày 23 tháng 9 năm 2013

Nguyễn Quang Trung

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình sản xuất, sử dụng ôtô trên thế giới và ở Việt Nam

Những năm gần đây ngành công nghiệp sản xuất ôtô phát triển rất nhanh, nhiều mẫu ôtô đã được sản suất để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và các nền kinh tế Xu hướng phát triển ôtô nằm trong các hướng lớn sau:

- Nghiên cứu không ngừng nâng cao năng suất và tăng tính kinh tế trong sử

dụng ôtô Hiện đại hoá công nghệ sản xuất ôtô và tự động hoá quá trình điều khiển ôtô nhằm đạt tính kinh tế và độ tin cậy cao, giảm ô nhiễm môi trường

- Ứng dụng các công nghệ hiện đại để rút ngắn thời gian chế tạo sản phẩm ôtô và phụ tùng ôtô

Ngành công nghiệp ôtô Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc, tính

từ năm 1995 đến năm 2002 hàng năm số phương tiện ôtô tăng trưởng hàng năm từ

12  18,8% Khối lượng vận chuyển hàng hoá cho các ngành kinh tế chiếm 60 

70% Ôtô tại thị trường Việt Nam có nhiều chủng loại, phong phú về kiểu dáng, đa dạng về nhãn hiệu xe Mặc dù chính phủ đã có nhiều giải pháp để giảm lượng các

xe ôtô có số năm sử dụng cao, nhưng chất lượng của các xe ôtô ở nước ta còn nhiều vấn đề cần khắc phục, sản phẩm ôtô sản xuất trong nước còn hạn chế về công nghệ,

độ bền cũng như giá thành của sản phẩm

Sự phát triển của ngành ôtô Việt Nam tuy có những thành tựu đáng kể Song

so với khu vực và thế giới vẫn ở mức rất thấp về số lượng, chất lượng và mức độ hiện đại phương tiện Theo thống kê mới nhất, hiện nay ở Việt Nam có trên 12 liên doanh sản xuất và lắp ráp ôtô nhưng mới chỉ dừng ở mức độ lắp ráp các cụm, chi

tiết nhập từ nước ngoài và có thể sản xuất những cụm, những chi tiết đơn giản, sau

đó nghiên cứu sản xuất một số cụm chi tiết

Ngành công nghiệp ôtô đã được Chính phủ xác định là ngành công nghiệp quan trọng Sau hơn 15 năm kể từ khi có liên doanh ôtô đầu tiên tại Việt Nam, hiện nay ngoài 12 liên doanh đã có hơn 30 doanh nghiệp nhà nước, tư nhân sản xuất, lắp ráp ôtô, đặt ngành công nghiệp ôtô Việt Nam trước những thách thức lớn, trong đó

có vấn đề tỷ lệ nội địa hoá các chi tiết của ôtô, tiến tới làm chủ công nghệ chế tạo ôtô trong quá trình hội nhập với khu vực và Thế giới Do đó vấn đề nghiên cứu, chế tạo hoàn thiện và đảm bảo chất lượng các chi tiết, cụm chi tiết và hệ thống của ôtô

là việc làm tất yếu đối với sự phát triển của nghành công nghiệp ôtô Việt Nam

1.2 Đối tượng nghiên cứu đề của tài

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xác định các chế độ tải trọng động tác dụng lên hộp số ôtô trong quá trình chuyển động Hộp số có nhiệm vụ truyền và thay đổi

mô men xoắn từ động cơ tới các cầu chủ động cho phù hợp với điều kiện mặt đường theo ý định của người lái Bảo đảm cho ôtô có khả năng chuyển động lùi hoặc dừng

ôtô tại chỗ lâu mà không cần tắt máy hoặc mở ly hợp Trong quá trình nghiên cứu

đề tài tập trung vào xây dựng mô hình và mô phỏng các chế độ tải trọng động tác dụng lên hộp số ôtô trong quá trình chuyển động bằng công cụ Simulink của Matlab với mô hình sử dụng trong quá trình mô phỏng là mô hình dao động xoắn Từ kết quả của quá trình mô phỏng có phân tích, nhận xét cho từng trường hợp cụ thể, từ

đó làm cơ sở cho công tác nghiên khoa học tiếp theo và thực tiễn giảng dạy tại Trường Cao đẳng công nghệ và Kỹ thuật ôtô - Bộ quốc Phòng

Một số loại hộp số thông thường

Nhược điểm: Khi cần tỷ số truyền lớn thì kích thước phải lớn, tăng trọng lượng Không bố trí được số truyền thẳng

IV

I

II III

Ưu điểm: Có tỷ số truyền cao, có kích thước và trọng lượng nhỏ do vậy giảm được một phần trọng lượng của ôtô Thời gian sử dụng số truyền thẳng cao do vậy nâng cao được tính kinh tế

Nhược điểm: Mô men được truyền qua hai cặp bánh răng nên hiệu suất truyền động giảm, kích thước ổ phía trước của trục sơ cấp bị hạn chế vì ổ này đặt trong hốc của trục sơ cấp Kích thước bánh răng thường tiếp trên trục sơ cấp không tăng được Tuy nhiên mỗi ô tô là một hệ động lực rất phức tạp, nếu chuyển động trên các loại đường khác nhau với các vận tốc khác nhau, trạng thái chịu tải của các chi tiết cũng thay đổi theo Vì vậy, khi tính toán độ bền của các chi tiết và bộ phận của ôtô, ngoài tải tọng tĩnh cần phải xét đến tải trọng động Thực tế tải trọng động tác dụng lên chi tiết thường trong thời gian ngắn, nhưng trị số của nó lại lớn hơn tải trọng tĩnh rất nhiều thực tế trị số tải trọng động luôn thay đổi do trạng thái chuyển động của ôtô và điều kiện mặt đường luôn thay đổi Vì vậy, việc xác định chính xác trị số của tải trọng động tác dụng lên các chi tiết của ôtô là một bài toán rất phức tạp

Đối với hệ thống truyền lực của ô tô, tải trọng tĩnh tác dụng lên các chi tiết được tính từ mô men xoắn cực đại của động cơ Memax Còn tải trọng động, thường được xác định bằng phương pháp tính toán hoặc từ các thí nghiệm

Thông thường tải trọng động được đặc trưng bởi hệ số tải trọng động Kđ Hệ

số này được xác định bằng tỷ số giữa trị số tải trọng động với trị số tải trọng tĩnh:

M

M

Trong đó: M Tmax - là mômen tác động lên khâu đang xét (trị số tải trọng đông)

quy về trục sơ cấp của hộp số; M emax- là mômen cực đại của động cơ tác động trên

khâu đang xét (trị số tải trọng tĩnh), quy về trục sơ cấp của hộp số Thông qua sự phân tích và tổng hợp giữa tải trọng tĩnh, hệ số an toàn, thống kê xác suất tải trọng động, sẽ chọn ra được một chế độ tải trọng hợp lý để đưa vào tính toán thiết kế các

chi tiết của ô tô Chính vì vậy đề tài tập chung vào "Nghiên cứu xác định các chế

độ tải trọng động tác dụng lên hộp số ô tô trong quá trình chuyển động" giúp

cho việc tính toán thiết kế các chi tiết của hộp số được chính xác hơn đảm bảo tận dụng tối ưu công suất của động cơ

1.3 Các nghiên cứu liên quan đến vấn đề tải trọng động tác dụng lên cơ cấu, hệ thống của ô tô trong và ngoài nước

1.3.1 Các nghiên cứu ở trong nước

Đã có rất nhiều tác giả trong nước qua các luận án tốt nghiệp đại học, Thạc sỹ, Tiến sỹ đã nghiên cứu sâu về tải trọng động tác dụng lên cơ cấu, hệ thống của ôtô

cụ thể là đối với hệ thống truyền lực của ôtô

Tác giả Nguyễn Đình Nghĩa trong luận văn cao học: " Khảo sát tốc độ gài số trong hộp số cơ khí", tác giả đã trình bày mô hình dao động của hệ thống truyền lực

mô phỏng bằng Matlab Simulink Mô hình hệ thống truyền lực được tác giả xây dựng trên cơ sở các khối lượng tập trung, tác giả đã coi ly hợp, hộp số, cầu xe và trục các đăng là các khối lược tập trung Các khối lượng tập trung chỉ đặc trưng bởi một tính chất là tính quán tính, các thành phần nối cũng chỉ được đặc trưng bởi độ cứng C

Tác giả Khiếu Hữu Hùng trong luận văn cao học “Khảo sát dao động xoắn của trục khuỷu động cơ và ảnh hưởng của nó đến hệ thống truyền lực ôtô” tác giả đã đi

sâu nghiên cứu dao động xoắn cưỡng bức của trục khuỷu động cơ và ảnh hưởng của

nó đến hệ thống truyền lực Trong đó tác giả đã xây dựng mô hình của hệ thống truyền lực gồm 5 khối lượng Các khối lượng tập trung trong mô hình chỉ đặc trưng bởi một thông số là mô men quán tính và tác giả đã coi cụm hộp số, cụm cầu xe, cụm ly hợp là các cụm chỉ là 1 khối lượng, nhưng trong thực tế, các cụm đó bao gồm nhiều chi tiết các chi tiết ấy có những đặc tính riêng ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ thống truyền lực

Tác giả Vũ Văn Thuyết trong luận văn cao học "Mô phỏng hệ thống truyền lực bằng mô hình dao động xoắn" tác giả đã đi sâu nghiên cứu mô hình hệ thống truyền

lực cơ khí với bộ ly hợp ma sát khô đơn thường đóng được xây dựng bằng các phương trình vi phân mô tả hệ thống Các khối lượng quán tính, các trục nối các khối lượng được ứng xử như một hệ đàn hồi đã được mô tả, cho phép ta nghiên cứu được các yếu tố ảnh hưởng đến cả hệ thống một cách sinh động mà không cần tiến hành các thử nghiệm trên các đối tượng thực

Một số bài báo đăng trên các tạp chí chuyên ngành về hệ thống truyền lực như bài bảo của tác giả Nguyễn Văn Bang và Trần Văn Như tạp chí KH Giao Thông Vận Tải, tác giả đã trình bày phương pháp khảo sát ảnh hưởng của độ cứng lò xo giảm chấn Ly hợp đến cộng hưởng trong hệ thống truyền lực với nguồn kích thích

từ động cơ, từ đó lựa chọn hợp lý độ cứng của lò xo giảm chấn, mục đích đưa vùng cộng hưởng ra khỏi vùng tốc độ khai thác của ôtô HTTL đã được tác giả coi là hệ bao gồm các khối lượng tập trung phần khối lượng tập trung chỉ được đặc trưng bởi tính quán tính, các thành phần nối các khối lượng chỉ được đặc trưng bằng độ cứng

1.3.2 Các nghiên cứu ngoài nước

Việc nghiên cứu dao động xoắn hệ thống truyền lực ôtô được tiến hành từ rất lâu, nhiều công trình của hàng trăm tác giả

Năm 1970 Mischle đã biên soạn tập trung với các nghiên cứu dao động lại thành tác phẩm nổi tiếng của mình là: "Dynamik der Fahrzeuge" Tác giả đã đề cập đến hầu hết các loại mô hình dao động cơ bản về đối tượng là xe con Vào năm

1980, Schiehlen đã cho ra đời phương pháp hệ nhiều vật, môđun hoá các cơ hệ cơ học theo xu thế nghiên cứu dao động bằng mô phỏng máy tính

Các đề tài này có ưu điểm là mô hình của hệ thống truyền lực được đơn giản hoá, sơ đồ các khâu trong hệ thống truyền lực chỉ tính đến khối lượng quán tính Ii

hay độ cứng c đo đó các sơ đồ trở nên đơn giản và đưa ra các phương án trong quá trình thiết kế các cụm chi tiết của hệ thống truyền lực nhằm giảm tải trọng động tốt nhất cho hệ thống truyền lực

1.4 Nhiệm vụ, phương pháp nghiên cứu của đề tài

1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài

Dựa vào phần tổng quan về tình hình nghiên cứu các chế độ tải trọng động tác dụng lên hệ thống truyền lực của ô tô trong nước và trên thế giới, cũng như thực tế quá trình truyền lực của các chi tiết trong hệ thống truyền lực của ôtô

Nội dung nghiên cứu

+ Các chế độ tải trọng tác dụng lên hộp số ô tô

+ Xây dựng mô hình tính toán và xác định các chế độ tải trọng động

+ Đề xuất giải pháp thiết kế nhằm giảm tải trọng động trong hộp số ô tô

Xuất phát từ hướng nghiên cứu đó trong luận văn này em đã chọn đề tài

"Nghiên cứu xác định các chế độ tải trọng động tác dụng lên hộp số ô tô trong quá trình chuyển động" Đề tài được trình bày bằng 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Mô phỏng hộp số ôtô bằng mô hình dao động xoắn

Chương 3: Mô phỏng và tính toán các chế độ tải trọng động tác dụng lên hộp

số ô tô

Phần kết luận: Về những kết quả nghiên cứu đạt được của đề tài và các hướng nghiên cứu tiếp theo

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn là nghiên cứu lý thuyết, tính toán mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng, nghiên cứu khảo sát sử dụng một

số thông số thực để kiểm chứng và đánh giá

Dựa trên các hiện tượng thường gây ra tải trọng động tác động lên hộp số của

ô tô trong quá trình sử dụng đề tài tập trung nghiên cứu các vấn đề

- Tải trọng từ dao động mô men xoắn của động cơ

- Tải trọng mấp mô từ mặt đường

- Tốc độ đóng ly hợp

1.5 Khái quát về phương pháp mô phỏng

Có rất nhiều phương pháp nghiên cứu khoa học được sử dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả rất cao trong nghiên cứu khoa học Mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu khoa học được sử dụng rộng rãi nhất trong xã hội hiện đại, nó là công cụ chung dùng cho công việc phân tích, thiết kế ở nhiều lĩnh vực khác nhau

Vậy mô phỏng có thể được hiểu là quá trình nghiên cứu một hệ thống thực thông qua mô hình, đảm bảo tính tương tự giữa kết quả của hệ thống thực trong cùng một điều kiện khảo sát với sai số trong giới hạn cho phép

Chúng ta có thể sử dụng nhiều phần mềm khác nhau để tiến hành mô phỏng trên máy các hệ thống động lực Tuy nhiên tất cả các công việc mô phỏng trên máy tính bao hàm những công việc sau:

- Xây dựng mô hình toán học: Thực chất của việc xây dựng mô hình toán học

là xây dựng các hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống và thể hiện các quy luật chung của hệ thống về các đặc tính vật lí

- Xác định các thông số của mô hình: Các thông số của mô hình liên quan tới

các giá trị mà thông thường không bị thay đổi trong quá trình mô phỏng Ví dụ như hệ thống cơ khí là độ cứng và khối lượng của lò xo Trong thực tế các thông số của mô hình cũng có thể thay đổi theo thời gian, nhưng thông thường chúng thay đổi với tốc độ chậm hơn nhiều so với các biến động lực được tính toán trong quá trình mô phỏng

- Xác định các điều kiện đầu: Khi giải hệ phương trình bằng phương pháp giải

tích chúng ta biết được ý nghĩa quan trọng của điều kiện đầu Trong quá trình mô phỏng việc xác định điều kiện đầu cũng tương tự như vậy

- Các tín hiệu đầu vào: Có thể 1 hoặc nhiều tín hiệu tuỳ thuộc vào từng hệ

thống

- Xác định các kết quả sẽ xuất ra: Kết quả xuất ra thường là các quá trình phụ

thuộc vào thời gian của các biến vật lý của hệ thống

- Xác định các thông số điều khiển quá trình mô phỏng: Các thông số điều

khiển quá trình mô phỏng là các giá trị và các tuỳ chọn Các giá trị này sẽ chỉ ra cách thức thực hiện các phương pháp số trong quá trình mô phỏng Thông thường

đó là bước thời gian, khoảng tích phân, sai số cho phép và việc lựa chọn thuật toán tích phân

Các phần mềm mô phỏng thường cung cấp một số lượng lớn các khối chức năng chứa đựng các đặc tính phi tuyến thường gặp, các hàm nhiều biến và đặc biệt

là các hàm do người dùng định nghĩa Người dùng cũng có thể chọn các thuật toán tích phân từ một danh sách do phần mềm cung cấp và có thể điều khiển nhiều khía cạnh khác nhau của thuật giải Cuối cùng các phần mềm mô phỏng cung cấp cho chúng ta công cụ đồ hoạ mạnh để dễ dàng hiển thị kết quả nhận được

Ngày nay có rất nhiều phần mềm kiểu này ví dụ như: Matrix (từ các hệ tích hợp), EASY5 (của hãng Boeing) và MATLAB với công cụ SIMULINK (của Mathworks Inc) Các phần mềm này đều có khả năng tương đương, tuy nhiên người sử dụng chọn phần mềm nào là tuỳ thuộc vào lĩnh vực nghiên cứu và sở thích cá nhân

Có nhiều phương pháp để tính toán xác định các chế độ tải trọng động tác dụng lên hệ thống truyền lực của ôtô nói chung và của hộp số ô tô nói riêng trong quá trình chuyển động, nhưng trong chương trình của đề tài này ta chỉ đề cập đến phương pháp xác định các chế độ tải trọng động tác dụng lên hộp số của ôtô trong quá trình chuyển động bằng phương pháp sử dụng sơ đồ mô hình dao động xoắn để tính

1.6 Giới thiệu về phần mềm Matlab

Hiện nay đã có rất nhiều các phần mềm chuyên dụng để tính toán động lực học của nhiều hệ động lực học như: EASY5 (của hãng Boing), ALASKA và Matlab với công cụ mô phỏng SIMULINK Các phần mềm này đều có những ứng dụng rất hiệu quả trong nhiều lĩnh vực Trong luận văn sẽ sử dụng phần mềm

MaíLab để khảo sát dao động xoắn trên trục khuỷu động cơ và ảnh hưởng của nó

tới hệ thống truyền lực ôtô

1.6.1 Giới thiệu sơ lược về Matlab

Chương trình MATLAB là một chương trình viết cho máy tính cá nhân nhằm

hỗ trợ cho tính toán khoa học và kỹ thuật với các phần tử cơ bản là ma trận do công ty " The Mathworks" viết ra Thuật ngữ MATLAB có được là do hai từ MATRIX và LABORATORY ghép lại Chương trình này hiện sử dụng nhiều trong nghiên cứu các vấn đề tính toán của các bài toán kỹ thuật như: Lý thuyết điều khiển tự động, kỹ thuật thống kê, sắc xuất, xử lý số các tín hiệu, phân tích dữ liệu,

dự báo quan sát MATLAB được điều khiển bởi các tập lệnh, tác động qua bàn phím Nó cho phép lập trình với cú pháp thông dịch lệnh thông qua các file kịch bản còn gọi là Script file Các lệnh hay bộ lệnh của MATLAB lên đến số hàng trăm và ngày càng phát triển mở rộng nhờ các TOOLS BOX (là các thư viện trợ giúp) hay thông qua các hàm ứng dụng được xây dựng từ người sử dụng MATLAB có hơn 25 TOOLS BOX để trợ giúp cho việc khảo sát những vấn đề có liên quan nêu trên TOOLS BOX SIMULINK là phần mở rộng của MATLAB, để

mô phỏng các hệ thống động học một cách nhanh chóng và thuận tiện MATLAB 3.5 trở xuống hoạt động trong môi trường MS-DOS còn các version MATLAB khác sau này thì làm việc hầu hết với hệ điều hành

Khi nghiên cứu các quá trình động lực học trên ôtô thì việc sử dụng phần mềm Mallab với công cụ mô phỏng SIMULINK là phù hợp và có hiệu quả cao vì

+ Giải các phương trình tổng quát

+ Giải các hệ phương trình tuyến tính

+ Giải các hệ phương trình vi phân

+ Các phép nội suy để xử lý dữ liệu trong bảng

+ Thuật giải các bài toán tối ưu

+ Công cụ đồ họa

+ Xử lý các tín hiệu đo bằng phép triển khai Purier nhanh

+ Cung cấp các công cụ lập trình để xây dựng các chương trình ứng dụng + Cung cấp các môđun ứng dụng riêng để phục vụ cho quá trình nghiên cứu

- Mô phỏng các cơ cấu máy thông qua Simulink

- Nghiên cứu các dòng chảy khí hay chất lỏng thông qua các Stateflow

1.6.2 Simulink trong MATLAB

Simulink là một TOOLS BOX của MATLAB dùng để mô hình hoá, mô phỏng và phân tích hệ thống động Thông thường Simulink được dùng để thiết kế

hệ thống điều khiển, hệ thống thông tin và các ứng dụng mô phỏng khác Simulink

là thuật ngữ mô phỏng được ghép bởi hai từ Simulation và Link Simulink cho

phép mô tả hệ thống tuyến tính, hệ phi tuyến, các mô hình trong miền thời gian liên tục và gián đoạn Để mô hình hoá, Simulink cung cấp một giao diện đồ hoạ

để sử dụng và xây dựng mô hình với các thao tác "nhấn và kéo chuột” Với giao diện đồ hoạ, có thể xây dựng và khảo sát mô hình một cách trực quan hơn Đây là sự khác biệt với các phần mềm khác mà người sử dụng phải đưa vào các phương trình vi phân và sai phân bằng ngôn ngữ lập trình Phần quan trọng nhất trong mô phỏng là việc thành lập mô hình Để sử dụng tốt Simulink, người sử dụng phải có kiến thức cơ bản về điều khiển, xây dựng mô hình toán học theo quan điểm lý thuyết của điều khiển và từ đó thành lập nên mô hình tính toán

Ưu điểm vượt trội của Simulink trong MATLAB là khả năng tích kết hợp hệ thống rất mạnh mẽ Trước kia Simulink được sử dụng phổ biến đối với nghành điện, điện tử và điều khiển Do được hỗ trợ công nghiệp mạnh nên có độ tin cậy cao Với một mô hình được mô phỏng hoàn toàn có thể được áp dụng trong thực

tế Simulink làm việc dựa trên cơ sở giải các phương trình toán học Vì vậy với một hệ thống có nhiều cụm có các tính chất vật lý khác nhau (cơ khí, thuỷ lực, điện, khí ) nếu có thể mô tả bằng các phương trình toán học đều được giải kết hợp trong cùng một mô hình Trước kia thường khảo sát các hệ thống khác nhau về phương diện vật lý một cách riêng rẽ Ví dụ để khảo sát hệ thống truyền lực thuỷ

cơ, thường khảo sát riêng rẽ quá trình làm việc của biến mô thuỷ lực và phần cơ khí còn lại Ngày nay nhờ công cụ Simulink có thể khảo sát kết hợp các hệ thống với nhau Mặt khác trong nghành công nghiệp ôtô hiện đại thường kết hợp cơ khí, thuỷ lực, điện tử với nhau chứ không còn đơn thuần cơ khí như trước kia Vì vậy việc khảo sát sẽ gặp nhiều khó khăn

Sử dụng Simulink cho phép kết hợp các hệ thống (khác nhau về phương diện vật lý nhưng biểu diễn được bằng phương trình toán học) trong cùng một mô hình Ngoài ra Simulink còn cho phép thiết kế khảo sát bộ ECU điều khiển xe Với xu hướng phát triển mạnh mẽ của nghành cơ điện tử ngày nay mà Simulink ngày càng được sử dụng mạnh mẽ trong cơ khí chứ không còn bó hẹp trong ngành điện tử và điều khiển nữa

Một ưu điểm nữa của Simulink trong MATLAB là cho phép khảo sát hệ thống trong miền thời gian Với ưu điểm này kết hợp với các thông số thực nghiêm

ta có thể xây dựng được các lớp trạng thái nhằm mục đích khảo sát đáp ứng của hệ thống theo thời gian thực

Từ những ưu điểm phân tích như trên tôi chọn công cụ để mô phỏng trong

luận văn là Simulink của MATLAB

1.7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài: "Nghiên cứu xác định các chế độ tải trọng động tác dụng lên hộp số

ôtô trong quá trình chuyển động" có tính đến các thông số đặc trưng của chi tiết,

đây là một vấn đề mới, vì thực tế các chi tiết cơ khí khi làm việc trong vùng biến dạng đàn hồi của vật liệu là vùng nhạy cảm ảnh hưởng lớn đến công nghệ chế tạo,

độ bền chi tiết mà ngành cơ khí chế tạo quan tâm

Kết quả của đề tài bổ xung cho việc dự đoán tìm ra các thông số ảnh hưởng đến các chi tiết, các cụm trong hệ thống truyền lực chung và trong hộp số nói riêng được chính xác từ giai đoạn thiết kế, góp phần làm giảm thời gian, chi phí thiết kế, thử nghiệm chi tiết và hệ thống truyền lực

Kết luận chương I:

Trong chương I đã trình bày những nét tổng quan về tình hình phát triển công nghiệp ôtô Việt Nam trong những năm qua và mục tiêu sắp tới, tổng quan về vấn đề Nghiên cứu xác định các chế độ tải trọng động tác dụng lên hộp số ôtô trong quá trình chuyển động Trên cơ sở đó, em đã lựa chọn đề tài nghiên cứu với mục tiêu, nhiệm vụ cụ thể và phương pháp nghiên cứu đề tài Phần tổng quan cho phép xác định hướng nghiên cứu nói chung và phương pháp xác lập đối tượng nghiên cứu cụ thể là hộp số cơ khí trên ôtô và tổng quan các chi tiết có ảnh hưởng của hệ thống truyền lực cơ khí trên xe ôtô

CHƯƠNG 2 : MÔ PHỎNG HỘP SỐ BẰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XOẮN 2.1 Mô tả hệ thống truyền lực bằng mô hình dao động xoắn

2.1.1 Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ thống

Hiện nay có rất nhiều phương pháp mô phỏng hệ thống truyền lực, mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng và được sử dụng tùy theo trường hợp cụ thể Để nghiên cứu các chế độ tải tác dụng lên HTTL của ô tô nói chung và của Hộp

số ôtô nói riêng, phương pháp thích hợp hơn cả là mô phỏng Hộp số ôtô bằng sơ đồ

mô hinh giao động xoắn Phương pháp được thực hiện theo các bước sau

- Từ kết cấu cụ thể của Hộp số ôtô xây dựng sơ đồ cơ học của hệ thống (còn gọi là mô hình cơ học)

- Chuyển đổi mô hình cơ học thành sơ đồ động lực và dựa trên những giả thiết tính toán đặt để đơn giản hóa sơ đồ động lực thành sơ đồ tính toán

- Thiết lập hệ phương trình mô tả hoạt động của Hộp số ôtô

Các sơ đồ động lực có hai dạng: Sơ đồ với các thông số phân bố và sơ đồ với các thông số tập trung Để đơn giản người ta thường gọi chúng là các sơ đồ phân bố (liên tục) và các sơ đồ tập trung (rời rạc) Trong các sơ đồ phân bố, mỗi phần tử được đặc trưng bởi hai tính chất quán tính và tính đàn hồi

Tất cả các hệ thống thực đều là hệ thống phân bố, nhưng để cho đơn giản, trong quá trình phân tích người ta thường tìm cách đưa chúng về dạng sơ đồ tập trung bằng cách bỏ qua tính chất ít quan trọng hơn của các phần tử Hộp số ôtô là dạng phân bố tập trung, nên khi sơ đồ hóa nó người ta thường thể hiện dưới dạng sơ

đồ dao động tập trung Việc quy đổi từ dạng phân bố về tập trung (còn gọi là rời rạc hóa) được dựa trên cơ sở sau Các dao động xoắn trong Hộp số ôtô có phổ không

liên tục với tần số riêng nằm trong miền dưới 300Hz Vì vậy, có thể sử dụng các sơ

đồ dạng tập trung để tính toán các quá trình dao động xoắn trong miền tần số trên Trong các hệ thống đã được quy về dạng tập trung, các khối lượng được coi là tập trung và chỉ có tính quán tính Các chi tiết trong hệ thống có nhiệm vụ nối các khối lượng với nhau có dạng phần tử đàn hồi và được đặc chưng bởi một độ cứng nhất định Trong quá trình nghiên cứu dao động xoắn, người ta coi các phần tử có kích thước dọc theo trục quay không vượt quá hai lần đường kính là các phần tử tập trung Khối lượng phân bố của các phần tử này được tính đến một cách tương đối chính xác bằng cách quy chúng về khối lượng tập trung Việc lập sơ đồ tập chung của HTTL thực hiện trên cơ sở nghiên cứu kỹ lưỡng cấu tạo các cụm trong hệ thống

để từ đó phân các chi tiết thành hai loại: Loại chỉ có tính quán tính (khối lượng tập chung) và loại chỉ có tính đàn hồi (phần tử đàn hồi)

Những phần tử có khối lượng tập trung thường là các bánh răng, các đĩa ly hợp, bánh đà, các mặt bích, các chi tiết của ổ bi, các chi tiết của vỏ

Những phần tử có tính đàn hồi là các trục và một số các chi tiết đàn hồi chuyên dụng trong HTTL

Trong quá trình lập sơ đồ tính toán việc phân loại và xác định các thông số của các phần tử một cách chính xác đóng vai trò quyết định và ảnh hưởng trực tiếp tới kết quả Chẳng hạn, các bánh răng có độ đàn hồi rất nhỏ (độ cứng rất lớn) nền thường được coi là các khối lượng tập trung, nhưng khi nghiên cứu những dao động tần số cao thì tính đàn hồi của nó phải được tính đến Lốp xe là những phần tử đặc biệt chúng vừa có độ đàn hồi cao lại có khối lượng lớn, khi sơ đồ hóa, chúng thường được thể hiện bằng một khối lượng tập trung nới với một phần tử đàn hồi

Hình 2.1: Mô hình cơ học và Sơ đồ tính toán tương ứng

Nếu nhận xét một cách tổng quát, ôtô đƣợc sơ đồ hóa nhƣ một hệ thống dao động bao gồm những dao động tập trung đƣợc nối với nhau bằng các khâu đàn hồi không quán tính Trên sơ đồ này thể hiện tất cả những mối liên hệ động học giữa các trục và các bộ phận đƣợc thực hiện bởi các bánh răng và các cơ cấu truyền động Ngoài ra sơ đồ còn thể hiện các lực và mô men tác dụng lên các phần tử của

hệ thống, trong đó có lực ma sát là thành phần tiêu thụ năng lƣợng

Việc lập sơ đồ tính toán nên thực hiện theo trình tự sau: Nghiên cứu kỹ lƣỡng cấu tạo các bộ phận của HTTH thông qua các bản vẽ cấu tạo và trên cơ sở đó xây dựng mô hình cơ học; xác định các thông số của mô hình cơ học; từ mô hình cơ học xác định các thông số của hệ thống động lực; đơn giản hóa sơ đồ động lực của hệ thống thành sơ đồ tính toán

I' 4 I' 6

e' 4 5

e12 e' 4

6

e' 5 7

I' 7

I' 8

I' 9

I' 1 0

I' p

e' 81 0

Mô hình cơ học là sơ đồ động học của hệ thống trong đó thể hiện các phần tử của hệ thống dưới dạng sơ đồ hóa Ngoài các phần tử kể trên (khối lượng tập trung, phần tử đàn hồi), trên sơ đồ còn có các phần tử khối lượng liên kết phản lực Khối lượng liên kết phản lực là các phần tử vỏ được nối đàn hồi với khung ô tô và do vậy

có tham gia vào quá trình dao động xoắn của hệ thống truyền lực Các khối lượng liên kết phản lực được thể hiện trên sơ đồ dưới dạng lò xo xoắn, một đầu nối với vỏ của cơ cấu, đầu kia nối với khung của ôtô (coi là cố định)

Các thông số cơ bản của sơ đồ cơ học là mô men quán tính của các khối lượng tính theo trục quay của chúng và độ đàn hồi của các phần tử đàn hồi Độ đàn hồi của phần tử đàn hồi là đại lượng nghịch đảo của độ cứng và được tính bằng góc quay (rad) của một trong những mặt cắt của trục khi nó phải chịu mô men bằng 1H.m đặt vào một đầu trục trong khi đầu kia bị ngàm cứng Độ đàn hồi của trục và

mô men quán tính của các khối lượng được xác định bằng phương pháp thực nghiệm hoặc tính theo các bản vẽ cấu tạo Ngày nay với các phần mềm máy tính chuyên dụng, việc tính toán một cách chính xác mô men quán tính của chi tiết dựa trên hình vẽ của nó trở nên đơn giản hơn

Trong trường hợp các trục nối tiếp với nhau thì độ đàn hồi chung là tổng của các độ đàn hồi thành phần, còn nếu các trục song song thì độ cứng chung là tổng của các độ cứng thành phần Trong trường hợp này:

Độ đàn hồi tổng được tính như sau:

2 2

2 1

e e

e e e

lhz d

k - là hệ số: + k T 6.10 -12 đối với then hình khối chữ nhật;

+ k T 13,8.10 -12 đối với then bán nguyệt;

+ k T 4,2.10 -12 đối với then hoa;

d- là đường kính mối ghép (d=d TB đối với then hoa);

l- là chiều dài mối ghép;

h- là chiều cao hiệu dụng của then;

Độ đàn hồi của nhíp, của cầu chủ động theo phương dọc xe (độ đàn hồi liên

kết);

cL

e n  4 trong đó c là độ cứng của nhíp; L là chiều dài nhíp

Độ đàn hồi riêng của bánh răng quy về một trong hai trục

2 2

R- bán kính vòng chia của bánh răng nằm trên trục quy dẫn (đối với bánh răng

côn thì lấy giá trị trung bình của R)

k br - là hệ số

+ k br = 6.10 -11 đối với bánh răng thẳng;

+ k br = 3,6.10 -11 đối với bánh răng nghiêng;

+ k br = 4,4.10 -11 đối với bánh răng chữ V

Trong các công thức trên, các kích thước được tính bằng m, lực tính băng N và

độ đàn hồi tính bằng rad/Nm

Khi nghiên cứu những quá trình quá độ xảy ra trong thời gian rất ngắn, người

ta có thể bỏ qua sự thất thoát năng lượng (ví dụ như khi tính tải động cự đại) Nhưng khi nghiên cứu các quá trình liên quan tới các dao động ổn định thì ảnh hưởng của việc thất thoát năng lượng trở nên đáng kể Vì vậy, trong những trường hợp này cần phải tính đến các phần tử tiêu thụ năng lượng

Trong quá trình dao động, năng lượng dao động bị mất mát trong bản thân các chi tiết, trong các mối ghép then, then hoa, trong các ổ đỡ trục, trong các vết ăn khớp bánh răng, trong các khớp làm kín, và trong các cơ cấu giảm chấn

Trong khi nghiên dao động xoắn, người ta coi các lực ma sát gây nên mất mát năng lượng tỷ lệ với vận tốc tuyệt đối và tương đối của các khối lượng Trong trường hợp tổng quát, mô men ma sát có thể được viết như sau



k

Trong đó:  - vận tốc tuyệt đối hoặc tương đối của khâu gây nên thất thoát

năng lượng khi dao động; k - hệ số cản

Trong thực tế, khi làm thực nghiệm, người ta không xác định trực tiếp hệ số k

mà xác định hệ số giảm chấn Ψ (hệ số tổn thất tương đối) Hệ số Ψ được xác định bằng tỷ số giữa các biên độ lân cận của dao động tự do của khối lượng Quan hệ giữa các hệ số có dạng sau

K=2ΨIpΩ 2.4

Trong đó:

Ω- tần số dao động riêng của hệ thống, phương phấp xác định thông số này được trình bày dưới đây

Ip - mô men quán tính của khối lượng của hệ thống thành phần

Giá trị của hệ số giảm chấn Ψ của HTTL và một số bộ phận của nó nằm trong khoảng như sau Đối với HTTL Ψ= 0,45÷0,95; cầu chủ động: Ψ= 0,13÷0,27; nhíp Ψ= 0,04; bánh xe chủ động; Ψ=0,3÷0,64; truyền động các đăng Ψ=0,02÷0,04; hộp

số Ψ= 0,065÷0,135

Để chuyển sơ đồ cơ học của hệ thống thành sơ đồ động lực người ta quy các thông số của sơ đồ cơ học về một hoặc một và trục và thể hiện hệ thống bằng các ký hiệu quy ước

2.1.2 Xây dựng mô hình toán học mô tả hệ thống

Thực tế việc chuyển đổi từ sơ đồ cơ học của hệ thống thành sơ đồ động lực tương ưng với việc chuyển đổi hệ tọa độ của mô hình cơ học với điều kiện cơ bản là bảo toàn động năng, thế năng và hàm thất thoát năng lượng của các phần tử trước sau chuyển đổi Đây chính là cơ sở để thiết lập mô hình toán học của hệ thống

Hình 2.2: Ví dụ chuyển đổi từ mô hình cơ học sang mô hình động lực

a) Mô hình cơ học b) Mô hình mô phỏng c) Công thức chuyển đổi

Trên (hình 2.2) là một ví dụ về việc chuyển đổi từ mô hình cơ học sang mô hình động lực Giả sử các khối lượng 1 và 2 bị xoắn đi các góc tương ứng là 1 2

so với giá trị ban đầu (khi các mô men xoắn bằng 0), thì động năng của hệ thống được tính bằng tổng động năng của các khối lượng:

2 2 ' 2 2 1 ' 1 2 1

2

1 2

E E

Thế năng của hệ thống bằng tổng thế năng của các phần tử

2

2 2 1

2 1 2 1

2

2e e E

Trong đó 1 và 2 là biến dạng góc của các trục 1 và 2

Các mô men gây nên xoắn của các trục được tính như sau

1

1 1

e

M 

2.7 Nếu gọi tỷ số truyền của cặp bánh răng là i, thì M 2 =iM 1 Khi đó

2

2 1

ie

 ;

2 2 1

1

ie e



  :

1 1

1  

 ; 2 22; 1i2 1i2 2.9

Kết hợp với biểu thức 2.8 ta được

2 2 1

2 1 1 1

e i e

i e

2 1 2 2

e i e

i ie

2 2 1 1

1

e i e

i e

12

2 2 12

1

e

E p   

2.11

Trong hệ toạ độ mới biểu thức tính động năng có dạng

2 2 2 2 1 1 2 2 2

' 2 2 1 ' 1

2

12

12

12

1   I I 

i

I I

Trong đó:

' 1

1 I

1

' 2 2

i

I

I Các công thức thu được trên đay cũng đúng với các dạng sơ đồ cơ học khác Trong trường hợp tổng quát, các thông số của sơ đồ động lực được tính từ các thông

số của mô hình cơ học theo các dạng công thức sau:

2 1

' 1 1

i

I

I  ; 2 2

i i





 n

i i

e

1 2 2 , ,

2 ,

Trong đó e i độ đàn hồi của trục nối với khối lượng thứ i; i i tỷ số truyền của cơ cấu tính từ khối lượng quy dẫn tới khối lượng thứ i trong điều kiện tất cả các khối lượng khác đều đứng yên

Mô men quán tính của các chi tiết trong các cơ cấu có phân chía dòng công suất cũng được tính theo công thức 2.13

Các dao động xoắn trong HTTL có mối liên hệ chặt chẽ với chuyển động tịnh tiến của khối lượng được treo và không được treo Vì vậy, trong quá trình nghiên cứu chế độ tải trong HTTL cần phải tính đến các khối lượng chuyển động tịnh tiến Thống thường các khối lượng chuyển động tịnh tiến được thể hiện trên sơ đồ tính toán bằng một bánh đà tương đương, với điều kiện là động năng của bánh đà này đúng bằng động năng của các khối lượng chuyển động tịnh tiến Nếu gọi ma là khối lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô; Ia là mô men quán tính của bánh đà tương đương trên sơ đồ tính toán; v là vận tốc của khối lượng chuyển động tịnh tiến và ω

là vận tốc góc của bánh đà tương đương ta có:

2 2

Đối với chuyển động tịnh tiến của ô tô v.r0, với r 0 là bán kính lăn của bánh

xe trong điều kiện lăn không trượt Khi đó:

0

r m

Bánh đà tương đương với khối lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô được nối với

bánh xe bằng khâu đàn hồi là lốp, có độ đàn hồi là e L Việc truyền mô men từ bánh

xe tới các khối lượng chuyển động tịnh tiến được thực hiện nhờ thành phần phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe theo phương dọc trục Thành phần lực này

bị giới hạn bởi khả năng bám của bánh xe với mặt đường

0

r R

M  Z 2.17

Trong đó φ là hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường; R Z thành phần phản lực thẳng đứng của mặt đường tác dụng lên bánh xe

Nếu trong quá trình tính toán có kể đến thất thoát năng lượng do biến dạng theo phương tiếp tuyến của lốp thì phải dựa vào sơ đồ bộ phận giảm chấn như thể hiện trên (hình vẽ 2.3)

Hình 2.3: Sơ đồ tính toán có kể đến thất thoát năng lượng do biến dạng

a) Theo tốc độ biến dạng; b) Theo tốc độ của khối lượng

Các mô men xoắn quy đổi tác dụng lên các phần tử của hệ thống động lực của

ô tô được xác định từ điều kiện cân bằng công thức bởi các mô men trong mô hình

cơ học và các mô men tương ứng trong sơ đồ quy dẫn tính theo công thức:

i

M M

'

Nếu cần tính đến các lực cản lăn tại các bánh xe thì mô men cản lăn phải được đặt vào bánh đà tương đương của bánh xe Mô men cản mô phỏng sức cản của không khi vào lực cản lên dốc được đặt vào bánh đà tương đương của khối lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô

Các hệ số cản lăn không đàn hồi trong hệ thống được xác định bằng cách cân bằng các hàm phân tán năng lượng trong mô hình cơ học và trong hệ thống quy dẫn

i k

Sơ đồ động lực quy dẫn của ôtô thường có các khối lượng và các khâu đàn hồi Việc xác định các đặc tính động lực của hệ thống như vậy thường gặp phải những khó khăn nhất định Hơn nữa, việc tính toán theo các sơ đồ đơn giản hóa không gây nên những sai số lớn Do vậy, trong thực tế người ta thường đơn giản hóa các sơ đồ tính toán bằng cách ghép các khối lượng quán tính và các khâu đàn hồi Mức độ đơn giản hóa có thể khác nhau tùy tính chất của bài toán và quan trọng hơn cả là miền tần số quan tâm

Lý thuyết dao động đã khẳng định, sai số tính toán không vượt quá 5% nếu tần

số cao nhất của các dao động riêng của hệ thống quy dẫn lớn hơn so với tần số cao nhất của các dao động đang xét không quá bốn lần

Có nhiều phương pháp đơn giản hóa hệ thống động lực Thông dụng hơn cả là phương pháp các hệ thống thành phần, nó cho phép có được sơ đồ tính toán một cách tương đối đơn giản với độ chính xác mong muốn

Để đơn giản hóa sơ đồ động lực của hệ thống, người ta chia nó thành các hệ thống tối giản gồm một hoặc hai khối lượng thể hiện như trên (hình 2.4)

45 34

45 4

e e

e I

 ; 34 45

45 4

e e

e I

 ; 56 60

60 6

e e

e I

 ; 56 60

60 6

e e

e I



2 1

1 12

I I

I e

 ; 1 2

1 12

I I

I e



45 34

45 1 3

e e

e I I



60 56

60 6 45 34

45 4 5

e e

e I e e

e I I

1 12 23

I I

I e e

e) Hệ thống động lực đã đơn giản hóa