Nghiên cứu quá trình khởi hành ô tô sử dụng ly hợp ma sát trong hệ thống truyền lực cơ khí

Với nền công nghiệp phát triển ngày càng hiện đại, các nhu cầu tronglao động và cuộc sống của con ngƣời càng đƣợc nâng cao. vấn đề vận chuyểnhàng hóa, đi lại của con ngƣời là một trong nhừng nhu cầu rất cần thiết. Ô tôlà một loại phƣơng tiện rất phát triền và phổ biến trên thế giới và ở Việt Namhiện nay để đáp ứng cho nhu cầu đỏ.Là một sinh viên ngành động lực, việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính toánvà thiết kế các bộ phận, cụm máy, chi tiết trong xe là rất thiết thực và bổ ích.Trong khuôn khô giới hạn của một luận văn tốt nghiệp, em đƣợc giao nhiệmvụ nghiên cứu quá trình khởi hành ô tô sử dụng ly hợp ma sát trong hệ thốngtruyền lực cơ khí. Công việc này đã giúp cho em hiểu sâu hơn về quá trìnhhoạt động của ly hợp cũng nhƣ độ hao mòn của ly hợp ở từng giai đoạn.Dƣới sự hƣớng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Trọng Hoan và sự nỗ lựccủa bản thân, sau một khoang thời gian cho phép em đã hoàn thành đƣợc luậnvăn của mình. Tuy nhiên do thời gian có hạn cũng nhƣ kiến thức còn hạn hẹp,cho nên không tránh khói những sai sót, nhẩm lẫn. Do vậy, em rất mong sựquan tâm, giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy để bản thân em em đƣợc hoàn thiệnhơn nữa về kiến thức chuyên môn và khả năng tự nghiên cứu của mình.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH KHỞI HÀNH Ô TÔ SỬ DỤNG LY HỢP

MA SÁT TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CƠ KHÍ

TRỊNH VĂN DŨNG trinhdung1012@gmail.com Ngành Kỹ thuật cơ khí động lực

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Trọng Hoan

HÀ NỘI: 2020

Chữ ký của GVHD

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn : Trịnh Văn Dũng

Đề tài luận văn: Nghiên cứu quá trình khởi hành ô tô sử dụng ly hợp ma sát trong hệ thống truyền lực cơ

Chuyên ngành: Ngành Kỹ thuật cơ khí động lực

Mã số SV: CA 170215

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày

08/01/2020 với các nội dung sau:

- Thêm chú thích vào các phương trình và hình vẽ

- Chỉnh sửa một số lỗi chính tả, in ấn

Ngày 10 tháng 01 năm 2020

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung

thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác!

Hà Nội, ngày 25 tháng 03 năm 2019

Tác giả

Trịnh Văn Dũng

LỜI CẢM ƠN

Để có được công trình nghiên cứu như ngày hôm nay tác giả đã nhận được rất nhiều sự đóng góp, chỉ bảo và giúp đỡ từ các thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè

Lời cảm ơn đầu tiên tác giả xin được gửi tới nhà trường cùng tập thể

các thầy cô giáo trong bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng đã tạo điều kiện và

truyền đạt những kiến thức cơ sở để tác giả có thể hoàn thành luận văn này

Tiếp đến tác giả xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo

Nguyễn Trọng Hoan đã dành rất nhiều thời gian và sự tận tâm để hướng dẫn,

chỉ bảo cho tác giả hoàn thành công trình nghiên cứu

Cuối cùng tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè cùng những người đồng nghiệp đã ở bên động viên, giúp đỡ tác giả rất nhiều trong khoảng thời gian vừa qua

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

LỜI NÓI ĐẦU

Với nền công nghiệp phát triển ngày càng hiện đại, các nhu cầu trong lao động và cuộc sống của con người càng được nâng cao vấn đề vận chuyển hàng hóa, đi lại của con người là một trong nhừng nhu cầu rất cần thiết Ô tô

là một loại phương tiện rất phát triền và phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay để đáp ứng cho nhu cầu đỏ

Là một sinh viên ngành động lực, việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính toán

và thiết kế các bộ phận, cụm máy, chi tiết trong xe là rất thiết thực và bổ ích Trong khuôn khô giới hạn của một luận văn tốt nghiệp, em được giao nhiệm

vụ nghiên cứu quá trình khởi hành ô tô sử dụng ly hợp ma sát trong hệ thống truyền lực cơ khí Công việc này đã giúp cho em hiểu sâu hơn về quá trình hoạt động của ly hợp cũng như độ hao mòn của ly hợp ở từng giai đoạn

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Trọng Hoan và sự nỗ lực của bản thân, sau một khoang thời gian cho phép em đã hoàn thành được luận văn của mình Tuy nhiên do thời gian có hạn cũng như kiến thức còn hạn hẹp, cho nên không tránh khói những sai sót, nhẩm lẫn Do vậy, em rất mong sự quan tâm, giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy để bản thân em em được hoàn thiện hơn nữa về kiến thức chuyên môn và khả năng tự nghiên cứu của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

LỜI NÓI ĐẦU iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii

LỜI NÓI ĐẦU iv

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1

1.1 Ly hợp trong hệ thống truyền lực cơ khí 1

1.1.1 Công dụng của ly hợp 1

1.1.2 Phân loại ly hợp 1

1.1.3 đặc điểm cấu tạo 5

1.2 Vai trò của ly hợp trong quá trình khởi hành ô tô 8

1.3 Các thông số ảnh hưởng và thông số đánh giá quá trình khởi hành 10

1.3.1 Công trượt và công trượt riêng 10

1.3.2 Các thông số ảnh hưởng và thông số đánh giá 14

1.4 Mục tiêu, đối tượng nghiên cứu và nội dung của luận văn 16

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 16

1.4.2 Đối tượng nghiên cứu 16

1.4.3 Phương pháp nghiên cứu 16

1.4.4.Nội dung của luận văn 16

CHƯƠNG II: MÔ PHỎNG LY HỢP TRONG QUÁ TRÌNH KHỞI HÀNH Ô TÔ 17

2.1 Các phương pháp mô phỏng ly hợp 17

2.1.1 Phương pháp mô phỏng trực tiếp 17

2.2 Các Mô hình mô phỏng ly hợp 29

2.2.1 mô hình 2 khối lượng 29

2.2.2 Mô hình 4 khối lượng 30

2.2.3 Mô hình 5 khối lượng 32

2.3 phương pháp tính toán 35

2.3.1.Mô hình tính toán trong Matlab 37

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ CỦA LY HỢP TRONG QUÁ TRÌNH KHỞI HÀNH Ô TÔ 41

3.1 Số liệu tính toán 41

3.2 Kết quả tính toán 41

3.2.1 Quy luật biến thiên các mô men tác động 41

3.2.2 Biến thiên vận tốc góc 42

3.2.3 Tải trọng trên các trục 43

3.2.4 Công trượt 45

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số tới quá trình khởi hành ô tô 46

3.3.1 Ảnh hưởng của tốc độ đóng ly hợp 46

3.3.2 Ảnh hưởng của hệ số cản của đường 49

KẾT LUẬN 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Đơn vị Giải nghĩa

L s J/cm2 Công trƣợt riêng

ne v/phút Số vòng quay của động cơ

c giây Thời gian đóng ly hợp

e rad/Nm Hệ số đàn hồi

K Nm.s/rad Hệ số cản

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3 1 Các số liệu tính toán (KAMAZ 5320) 41 Bảng 3 2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ đóng ly hợp 46 Bảng 3 3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của  đến quá trình khởi hành 49

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1 1.a sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô một đĩa 5

Hình 1 2.b Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô hai đĩa 5

Hình 1 3 Cấu tạo chung của ly hợp ma sát 6

Hình 1 4 Quá trình khởi hànhcủa ly hợp 8

Hình 1 5 Sơ đồ tính toán công trượt 11

Hình 1 6 Sơ đồ mô tả các thông số tác động lên hệ thống động lực AMT và các thông số cần kiểm soát trong quá trình khởi hành xe 15

Hình 2 1 Mô tả chi tiết quay của ly hợp………17

Hình 2 2 Sơ đồ mô phỏng HTTL 18

Hình 2 3 Ví dụ chuyển đổi từ mô hình cơ học sang sơ đồ động lực 19

Hình 2 4 Mô hình hóa và mô phỏng HTTL ô tô hybrid bằng Bond graph 24

Hình 2 5 Mô phỏng cụm ly hợp bằng sơ đồ mạng liên kết 26

Hình 2 6 mô hình mô phỏng ly hợp với 2 khối lượng 29

Hình 2 7 Mô hình mô phỏng ly hợp 30

Hình 2 8 Sơ đồ động lực học của toàn bộ ly hợp 31

Hình 2 9 Sơ đồ mô phỏng HTTL 32

Hình 2 10a Mô hình tính toán 39

Hình 2 10b hình tính toán khối chính của chương trình 40

Hình 3 1 Quy luật biến thiên các mô men………42

Hình 3 2 Biến thiên vận tốc góc trong quá trình khỏi hành 43

Hình 3 3 Biến thiên mô men trong quá trình khỏi hành 43

Hình 3 4 biến thiên momen trên cầu xe và bán trục 44

Hình 3 5 Hệ số tải trọng động trên trục các đăng 45

Hình 3 6 Công trượt trong quá trình khởi hành 45

Hình 3 7 Đồ thị mô tả tốc độ động cơ 47

Hình 3 8 Đồ thị mô tả công trượt riêng 47

Hình 3 9 Đồ thị mô tả hệ số tải trọng động 48

Hình 3 11 Đồ thị mô tả số vòng quay nhỏ nhất của động cơ 50

Hình 3 12 Đồ thị mô tả công trƣợt riêng 50

Hình 3 13 Đồ thị mô tả tải trọng động 51

Hình 3 14 Đồ thị mô tả thời gian trƣợt của ly hợp 51

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Ly hợp trong hệ thống truyền lực cơ khí

1.1.1 Công dụng của ly hợp

Trong hệ thống truyền lực của ôtô, ly hợp là một trong những cụm chính,

nó có công dụng là :

- Nối động cơ với hệ thống truyền lực khi ôtô di chuyển

- Ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong trường hợp ôtô khởi hành, chuyển số hoặc dừng tạm thời ô tô

- Đảm bảo là cơ cấu an toàn cho các chi tiết của hệ thống truyền lực không bị quá tải như trong trường hợp phanh đột ngột và không nhả ly hợp

Ở hệ thống truyền lực bằng cơ khí với hộp số có cấp, thì việc dùng ly hợp để tách tức thời động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực sẽ làm giảm va đập giữa các đầu răng, hoặc của khớp gài, làm cho quá trình đổi số được dễ dàng Khi nối êm dịu động cơ đang làm việc với hệ thống truyền lực (lúc này ly hợp

có sự trượt) làm cho mômen ở các bánh xe chủ động tăng lên từ từ Do đó, xe khởi hành và tăng tốc êm

Còn khi phanh xe đồng thời với việc tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, sẽ làm cho động cơ hoạt động liên tục (không bị chết máy) Do đó, không phải khởi động động cơ nhiều lần

1.1.2 Phân loại ly hợp

a Phân loại theo phương pháp truyền mômen

Theo phương pháp truyền mômen từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thống truyền lực thì người ta chia ly hợp ra thành 4 loại sau :

 Loại 1 : Ly hợp ma sát: là ly hợp truyền mômen xoắn bằng các bề mặt

bị động của ly hợp có trọng lượng lớn sẽ gây ra tải trọng động lớn tác dụng lên các cụm và các chi tiết của hệ thống truyền lực

- Theo vật liệu chế tạo bề mặt ma sát gồm có :

 Thép với gang

 Thép với thép

 Thép với phêrađô hoặc phêrađô đồng

 Gang với phêrađô

 Thép với phêrađô cao su

- Theo đặc điểm của môi trường ma sát gồm có :

 Ma sát khô

 Ma sát ướt (các bề mặt ma sát được ngâm trong dầu)

 Ưu điểm của ly hợp ma sát là : kết cấu đơn giản, dễ chế tạo

 Nhược điểm của ly hợp ma sát là: các bề mặt ma sát nhanh mòn do hiện tượng trượt tương đối với nhau trong quá trình đóng ly hợp, các chi tiết trong

ly hợp bị nung nóng do nhiệt tạo bởi một phần công ma sát

Tuy nhiên ly hợp ma sát vẫn được sử dụng phổ biến ở các ôtô hiện nay

do những ưu điểm của nó

 Loại 2: Ly hợp thủy lực : là ly hợp truyền mômen xoắn bằng năng

lượng của chất lỏng (thường là dầu)

Ưu điểm của ly hợp thủy lực là : làm việc bền lâu, giảm được tải trọng động tác dụng lên hệ thống truyền lực và dễ tự động hóa quá trình điều khiển

 Loại 3: Ly hợp điện từ : là ly hợp truyền mômen xoắn nhờ tác dụng của

từ trường nam châm điện Loại này ít được sử dụng trên xe ôtô

 Loại 4: Ly hợp liên hợp : là ly hợp truyền mômen xoắn bằng cách kết

hợp hai trong các loại kể trên (ví dụ như ly hợp thủy cơ) Loại này ít được sử dụng trên xe ôtô

b Phân loại theo trạng thái làm việc của ly hợp

Theo trạng thái làm việc của ly hợp thì người ta chia ly hợp ra thành 2 loại sau:

 Ly hợp thường đóng : loại này được sử dụng hầu hết trên các ôtô hiện nay

 Ly hợp thường mở : loại này được sử dụng ở một số máy kéo bánh hơi như C - 100 , C - 80 , MTZ2

C Phân loại theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép

Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép ngoài thì người ta chia

Theo đặc điểm kết cấu của lò xo có thể dùng lò xo trụ, lò xo đĩa, lò xo côn

Trong các loại trên thì ly hợp dùng lò xo trụ bố trí xung quanh được áp dụng khá phổ biến trên các ôtô hiện nay, vì nó có ưu điểm kết cấu gọn nhẹ, tạo được lực ép lớn theo yêu cầu và làm việc tin cậy

 Loại 2 : Ly hợp điện từ : lực ép là lực điện từ

 Loại 3 : Ly hợp ly tâm : là loại ly hợp sử dụng lực ly tâm để tạo lực ép

đóng và mở ly hợp Loại này ít được sử dụng trên các ôtô quân sự

 Loại 4 : Ly hợp nửa ly tâm : là loại ly hợp dùng lực ép sinh ra ngoài lực

ép của lò xo còn có lực ly tâm của trọng khối phụ ép thêm vào Loại này có kết cấu phức tạp nên chỉ sử dụng ở một số ôtô du lịch như ZIN-110, POBEDA

d Phân loại theo phương pháp dẫn động ly hợp

Theo phương pháp dẫn động ly hợp thì người ta chia ly hợp ra thành 2 loại sau :

 Loại 1 : Ly hợp điều khiển tự động

 Loại 2 : Ly hợp điều khiển cưỡng bức

Để điều khiển ly hợp thì người lái phải tác động một lực cần thiết lên

hệ thống dẫn động ly hợp Loại này được sử dụng hầu hết trên các ôtô dùng ly hợp loại đĩa ma sát ở trạng thái luôn đóng

Theo đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn động ly hợp thì người ta lại chia ra thành 3 loại sau :

- Dẫn động bằng cơ khí

- Dẫn động bằng thủy lực và cơ khí kết hợp

- Dẫn động bằng trợ lực: có thể bằng trợ lực cơ khí (dùng lò xo), trợ lực bằng khí nén hoặc trợ lực bằng thủy lực Nhờ có trợ lực mà người lái điều khiển ly hợp dễ dàng, nhẹ nhàng hơn

1.1.3 đặc điểm cấu tạo

a Sơ đồ cấu tạo của ly hợp loại đĩa ma sát khô

Hình 1 1.a sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô một đĩa 1- bánh đà; 2- đĩa ma sát; 3- đĩa ép; 4- lò xo ép; 5- vỏ ly hợp; 6- bạc mở;7- bàn đạp; 8- lò xo hồi vị bàn đạp; 9- đòn kéo; 10- càng mở; 11-bi "T"; 12- đòn mở; 13- lò xo giảm chấn

Hình 1 2.b Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô hai đĩa

1 - bánh đà; 2 - lò xo đĩa ép trung gian; 3 - đĩa ép trung gian; 4 - đĩa ma sát;

5 - đĩa ép ngoài; 6 - bulông hạn chế; 7 - lò xo ép; 8 - vỏ ly hợp; 9 - bạc mở;

10 - trục ly hợp; 11 - bàn đạp; 12 - lò xo hồi vị;13 - thanh kéo;14 - càng mở; 15 - bi "T";16 - đòn mở;17-lò xo giảm chấn

b Cấu tạo chung của ly hợp loại đĩa ma sát khô

Hình 1 3 Cấu tạo chung của ly hợp ma sát 1- Vỏ ly hợ; 2- Càng mở ly hợp; 3- Trục ly hợp; 4- Bi tỳ 5- Lò xo ép (lò xo màng); 6- Cơ cấu đòn bẩy; 7- Đĩa ép; 8- Đĩa ma sát; 9- Đầu trục khuỷu; 10-

- Dẫn động ly hợp : là bộ phận thực hiện việc điều khiển đóng mở ly hợp

Trong phần này, ta xét cấu tạo của cơ cấu ly hợp, nó gồm 3 phần chính: bánh đà, đĩa ma sát và đĩa ép

- Nhóm các chi tiết chủ động gồm bánh đà, vỏ ly hợp, đĩa ép, đòn mở và các

lò xo ép Khi ly hợp mở hoàn toàn thì các chi tiết thuộc nhóm chủ động sẽ quay cùng bánh đà

- Nhóm các chi tiết bị động gồm đĩa ma sát, trục ly hợp Khi ly hợp mở hoàn toàn các chi tiết thuộc nhóm bị động sẽ đứng yên

Theo sơ đồ cấu tạo hình 1.1.a: vỏ ly hợp 5 đƣợc bắt cố định với bánh đà

1 bằng các bulông, đĩa ép 3 có thể dịch chuyển tịnh tiến trong vỏ và có bộ phận truyền mômen từ vỏ 5 vào đĩa ép Các chi tiết bánh đà 1, đĩa ép 3, lò xo

ép 4, vỏ ly hợp 5 được gọi là phần chủ động của ly hợp và chi tiết đĩa ma sát 2 được gọi là phần bị động của ly hợp Các chi tiết còn lại thuộc bộ phận dẫn động ly hợp Đối với một số ôtô vận tải khi cần phải truyền mômen lớn người

ta sử dụng ly hợp ma sát khô hai đĩa bị động So với ly hợp ma sát khô một đĩa bị động thì ly hợp ma sát khô hai đĩa bị động có những ưu nhược điểm sau:

 Nếu cùng một kích thước đĩa bị động và cùng một lực ép như nhau thì

ly hợp hai đĩa truyền được mômen lớn hơn ly hợp một đĩa

 Nếu phải truyền một mômen như nhau thì ly hợp hai đĩa có kích thước nhỏ gọn hơn ly hợp một đĩa

 Ly hợp hai đĩa khi đóng êm dịu hơn nhưng khi mở lại kém dứt khoát hơn ly hợp một đĩa

 Ly hợp hai đĩa có kết cấu phức tạp hơn ly hợp một đĩa

Theo sơ đồ cấu tạo hình 1.1.b: cũng bao gồm các bộ phận và các chi tiết cơ bản như đối với ly hợp một đĩa Điểm khác biệt là ở ly hợp hai đĩa có hai đĩa ma sát 4 cùng liên kết then hoa với trục ly hợp 10 Vì có hai đĩa ma sát nên ngoài đĩa ép 5 còn có thêm đĩa ép trung gian 3 Ở ly hợp hai đĩa phải bố trí cơ cấu truyền mômen từ vỏ hoặc bánh đà sang đĩa ép và cả đĩa ép trung gian Vì nhược điểm của ly hợp hai đĩa là mở không dứt khoát nên ở những loại ly hợp này thì người ta phải bố trí cơ cấu để tạo điều kiện cho ly hợp khi

mở được dứt khoát Trên hình 1.1.b thì cơ cấu này được thực hiện bởi lò xo đĩa ép trung gian 2 và bu lông điều chỉnh 6 Khi mở ly hợp thì lò xo 2 sẽ đẩy đĩa ép trung gian 3 tách khỏi đĩa ma sát bên trong và khi đĩa ép trung gian chạm vào đầu bu lông điều chỉnh 6 thì dừng lại nên đĩa ma sát bên ngoài cũng được tự do

1.2 Vai trò của ly hợp trong quá trình khởi hành ô tô

Để mô hình hóa quá trình trượt của ly hợp khi khởi hành ô tô, ta sử dụng sơ đồ như trên hình 1.4 Sơ đồ gồm có 2 khối lượng quay với các mô men quán tính Id và Ia Trong đó Id là mô men quán tính của tất cả các khối lượng chuyển động trong động cơ và Ia là mô men quán tính tương đương của các bộ phận chuyển động trong HTTL và khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô Ly hợp được thể hiện với 2 đĩa: đĩa chủ động quay với vận tốc d và đĩa bị động quay với a Mô men trên trục chủ động chính là mô men của động cơ Md, mô men cản trên trục bị động là M và mô men ma sát của ly hợp là Mc

Giả sử, khi khởi hành trục của động cơ đang quay với vận tốc 0, còn trục bị động của ly hợp đang đứng yên: a = 0 Nếu đóng nhanh ly hợp thì a

sẽ đạt vận tốc nào đó at trong khoảng thời gian là  Khi đó, gia tốc góc của trục bị động là:

Nếu  quá nhỏ (ly hợp đóng đột ngột) thì  rất lớn Vì vậy, mô men quán tính truyền vào HTTL cũng sẽ rất lớn:

Mô men này gây nên hiện tượng giật và gây quá tải trên các chi tiết trong hệ thống truyền lực Như vậy, để quá trình khởi hành xảy ra một cách

êm dịu và giảm tối đa tải trọng động truyền vào HTTL, thời gian đóng ly hợp cần phải đủ lớn

Quá trình khởi hành thường được mô tả bằng đồ thị như trên hình 1.3 Tại thời điểm bắt đầu, động cơ quay với một vận tốc góc xác định, còn trục bị động không quay (a = 0) Trong khi đó, mô men ma sát của ly hợp bắt đầu tăng từ 0 (ly hợp ngắt hoàn toàn) theo một quy luật do người lái quyết định:

Khi mô men ma sát đạt tới giá trị của mô men cản M thì trục bị động bắt đầu quay và ô tô bắt đầu chuyển động (a tăng dần), vận tốc của động cơ giảm xuống do phải kéo tải Tới khi thì quá trình trượt kết thúc, các đĩa chủ động và bị động của ly hợp quay cùng vận tốc

Có thể nhận thấy rằng, để khởi hành êm dịu và giảm tải trọng động cần kéo dài thời gian đóng ly hợp Tuy nhiên, điều này đồng nghĩa với việc gia tăng thời gian trượt dẫn đến tăng tổn thất năng lượng (tăng công trượt) và gia tăng độ mài mòn của các đĩa ma sát Vì vậy, khi khởi hành cần duy trì tốc độ đóng ly hợp một cách hợp lý

Với những lý do trên đây, người ta thường đánh giá ly hợp bằng 2 thông số cơ bản: công trượt riêng và hệ số tải trọng động

1.3 Các thông số ảnh hưởng và thông số đánh giá quá trình khởi hành

1.3.1 Công trượt và công trượt riêng

Công trượt riêng được tính bằng công trượt W quy về một đơn vị diện tích ma sát của các đĩa bị động:

Công trượt của ly hợp được xác định như sau:

(1.1)

trong đó Mc(t) - mô men ma sát ly hợp, mô men này thay đổi từ 0 đến giá trị cực đại khi đóng ly hợp; d - vận tốc góc của đĩa chủ động; a vận tốc góc của đĩa bị động

Cả 3 thông số Mc(t), d và acó mặt trong công thức 1.1 đều là hàm của thời gian (hình 1.4) Quy luật biến thiên của các thông số này phụ thuộc vào các tính chất chung của ôtô và ly hợp, chế độ chuyển động và trình độ của người lái Tuỳ theo các giả thiết tính toán và quy luật biến thiên của các thông

số trên mà người ta có được các công thức tính công trượt khác nhau

Để tính công trượt ly hợp người ta sử dụng sơ đồ tính toán bao gồm các khối lượng quán tính chuyển động quay (hình 1.3) Ở giữa sơ đồ là các đĩa ly hợp, trong đó đĩa bên trái là chủ động được nối với một bánh đà có khối lượng quán tính Id tương đương với quán tính của các chi tiết chuyển động quay của động cơ cùng với phần chủ động của ly hợp; đĩa bên phải nối với bánh đà có mô men quán tính Ia tương đương với khối lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô cùng với các chi tiết trong HTTL và bánh xe quy về trục sơ cấp hộp số

W A

W

) (

M

W  c( )( d  a)

a) b)

Hình 1 5 Sơ đồ tính toán công trượt

trên sơ đồ sử dụng các ký hiệu như sau: Md- mô men xoắn của động cơ;

d- vận tốc góc của trục động cơ; a- vận tốc góc của đĩa bị động ly hợp; M-

mô men cản chuyển động ôtô quy về trục ly hợp

Để tiện cho việc tính toán công trượt người ta sử dụng đồ thị quá trình trượt ly hợp đã đơn giản hoá bao gồm hai giai đoạn như thể hiện trên hình 1.5

Ở giai đoạn đầu xảy ra trong khoảng thời gian t1, mô men ma sát ly hợp

và mô men động cơ tăng tuyến tính tới các giá trị:

(t là thời gian của toàn bộ quá trình trượt) Trong giai đoạn này,

mô men ma sát ly hợp Mc(t) vẫn tăng tuyến tính theo thời gian như trước, còn

mô men của động cơ không đổi và bằng: Vận tốc góc của

1

)(t kt

M d   

động cơ giảm dần do bị phanh bởi phần bị động của ly hợp Khi kết thúc quá trình trượt thì phần chủ động và bị động quay cùng tốc độ: a = d

Với các giả thiết trên, công trượt ở giai đoạn 1 được tính như sau:

Với , a = 0, d = const = 0, công trượt được tính theo biểu thức:

Trong giai đoạn 2, với các giả thiết tính toán như đã nêu trên

, Biểu thức tính công trượt có dạng:

Các vận tốc góc dvàatrong giai đoạn này có thể xác định được từ các phương trình chuyển động của các khối lượng quán tính Id và Ia:

;

Giải hệ phương trình trên ta được:

1 2

s

M L

M

Id d  d  c  

kt M

2 0

Công thức này đƣợc xây dựng với giả thiết rằng vận tốc góc của động cơ d

và các mô men Md, Mc và M không thay đổi trong quá trình trƣợt ly hợp,

a d

I I

I I

Trong các công thức trên: M là vận tốc góc của động cơ tại thời điểm đạt mô men cực đại; N- vận tốc góc của động cơ tại thời điểm đạt công suất cực đại Nếu sử dụng công thức 3.14 thì việc tính toán được thực hiện như sau:

 đối với ôtô con lấy và tính cho tay số I;

 đối với ôtô tải lấy và tính cho tay số II, nếu có hộp số phụ thì tính cho tay số II của hộp số chính và số truyền thấp trong hộp số phụ

Công trượt riêng trong hai trường hợp trên không được vượt quá 160 J/ cm2

1.3.2 Các thông số ảnh hưởng và thông số đánh giá

Hai thông số điều khiển quan trọng, có ảnh hưởng quyết định đến quá trình khởi hành là tốc độ đóng ly hợp và mức cấp mô men của động cơ

Tốc độ đóng ly hợp được thể hiện qua hệ số kc: kc lớn giúp giảm được công trượt (giảm tổn thất năng lượng và hao mòn các bề mặt ma sát), nhưng lại gây nên trọng động lớn và tăng nguy cơ giảm vận tốc tối thiểu của động cơ (nguy cơ chết máy)

Mức cấp mô men của động cơ được thể hiện qua hệ số ke: mô men của động cơ lớn giúp cho ô tô tăng tốc nhanh hơn, giảm thời gian khởi hành Tuy nhiên, ke lớn làm gia tăng công trượt, tăng tải trọng động truyền vào HTTL Ngoài ra, cả hai thông số trên cần được điều khiển theo lực cản chuyển động (hệ số cản )

Các thông số tác động điều khiển và mục tiêu cần đạt được thể hiện bằng

sơ đồ như trên hình 1.6

1 , 0





1 , 0





Hình 1 6 Sơ đồ mô tả các thông số tác động lên hệ thống động lực AMT và

các thông số cần kiểm soát trong quá trình khởi hành xe

Hệ số tải trọng động đƣợc xác định theo công thức:

với

Trong đó: Mdmax là mô men cực đại xuất hiện trong quá trình khởi hành, Memax

là mô men cực đại của động cơ

Công trƣợt riêng đƣợc xác định nhƣ sau:

max max

d d

e

M k M

1.4 Mục tiêu, đối tượng nghiên cứu và nội dung của luận văn

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu quá trình khởi hành của ô tô sử dụng ly hợp hợp ma sát

Ở hệ thống truyền lực bằng cơ khí với hộp số có cấp, thì việc dùng ly hợp để tách tức thời động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực sẽ làm giảm va đập giữa các đầu răng, hoặc của khớp gài, làm cho quá trình đổi số được dễ dàng

1.4.2 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu quá trình khởi hành của ô tô tải KAMAZ 5320

1.4.3 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng để tính toán khảo sát quá trình khởi hành

1.4.4.Nội dung của luận văn

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Mô phỏng ly hợp trong quá trình khởi hành ô tô

Chương 3: Tính toán khảo sát các thông số của ly hợp trong quá trình khởi hành của ô tô

của nó

2.1.1 Phương pháp mô phỏng trực tiếp

Với phương pháp này các chi tiết của ly hợp có tính đàn hồi, nên khi mô men thay đổi, trong hệ thống có thể xảy ra hiện tượng dao động xoắn Vì vậy, một chi tiết bất kỳ được mô tả thông qua 3 thông số đặc trưng cho dao động (hình 2.1) là mô men quán tính I, độ cứng C và hệ số tổn thất do ma sát k

Hình 2 1 Mô tả chi tiết quay của ly hợp

I- Mô men quán tính

C- hệ số độ cứng;

k- hệ số ma sát nhớt

Tải trọng tác dụng lên chi tiết bao gồm 3 thành phần chính là mô men quán tính, mô men đàn hồi và mô men cản nhớt Nếu gọi góc quay tương ứng của điểm đầu và cuối của chi tiết là 1 và 2 (hình 2.1), các thành phần mô men được viết như sau:

- Mô men quán tính: ;

(2.1)Bằng phương pháp mô tả như trên, một ly hợp được mô tả bằng sơ đồ

mô phỏng như trên hình 2.2 Trong đó, I’i và e’i là mô men quán tính và độ đàn hồi của các chi tiết tương ứng trong ly hợp; Ii và eij mô men quán tính và

hệ số đàn hồi quy dẫn của các chi tiết trên sơ đồ mô phỏng Để thuận tiện cho việc xây dựng hệ phương trình mô phỏng, các thông số này có thể được quy

về một trục nào đó trong hệ thống

a Sơ đồ hệ thống

b) Sơ đồ mô phỏng

Hình 2 2 Sơ đồ mô phỏng HTTL

Trên hình 2.2, có thể nhận thấy rằng trong các sơ đồ chỉ xuất hiện 2 thông số

là mô men quán tính I và hệ số đàn hồi e Như vậy, trong khi xây dựng sơ đồ

mô phỏng hệ thống, người ta đã chấp nhận một số giả thiết nhằm đơn giản hóa bài toán

1

e C



Phương pháp mô phỏng trên đây còn được gọi là mô phỏng bằng mô hình dao động xoắn Vì, độ đàn hồi của các chi tiết trong hệ thống ei sẽ gây nên hiện tượng dao động tương tự như hiệu ứng dao động của các lò xo trong chuyển động thẳng

Trên hình 2.2 là một ví dụ về việc chuyển đổi từ mô hình cơ học sang sơ

đồ mô phỏng Giả sử các khối lượng 1 và 2 bị xoắn đi các góc tương ứng là 1

và 2 so với vị trí 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) Thế năng của hệ thống bằng tổng thế năng của hai phần tử:

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

Mô hình cơ học Sơ đồ mô phỏng

' 2

2 1

' 1 2

1

2

1 2

1 I   I  

E E

Ek  k  k  

2

2 2

1

2 1 2

1

2

E E

e

M  

2

2 2

Mặt khác, nếu ký hiệu các góc quay của các bánh răng là 1 và 2, thì

i

1 2



1 1

1    

 2  2  2 1  i 2  1  i 2

2

2 1

2 1 1 1

e i e

i e

2 1 2 2

e i e

i ie

2 2 1

2

1

e i e

2 1 1

2 2 2

' 2 2

1 1

2

12

12

1'

2

i

I I

' 1

i

i i

i

I

i i

chịu tải Do vậy, ở đây người ta phải dùng tới khái niệm độ đàn hồi chung của

hệ thống Trong trường hợp tổng quát độ đàn hồi tổng của hệ thống các trục được xác định theo công thức:

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 chia dòng công suất cũng được tính theo công thức 2.10

Các dao động xoắn trong hệ thống truyền lực có mối liên hệ chặt chẽ với chuyển động tịnh tiến của các khối lượng được treo và không được treo Vì vậy, trong quá trình nghiên cứu các chế độ tải trọng trong ly hợpcần phải tính đến các khối lượng chuyển động tịnh tiến Thông 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; I a 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  là vận tốc góc của bánh đà tương đương, ta có:

;

Đối với chuyển động tịnh tiến của ôtô , với r 0 là bán kính lăn của bánh

xe trong điều kiện lăn không trượt Khi đó:

(2.12) 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 được

e

1

2 , ,

2 , 1

22

r m

Ia  a