Mô phỏng và khảo sát hoạt động của ly hợp ma sát trong hệ thống truyền lực cơ khí của ô tô

Mô phỏng và khảo sát hoạt động của ly hợp ma sát trong hệ thống truyền lực cơ khí của ô tô Mô phỏng và khảo sát hoạt động của ly hợp ma sát trong hệ thống truyền lực cơ khí của ô tô Mô phỏng và khảo sát hoạt động của ly hợp ma sát trong hệ thống truyền lực cơ khí của ô tô luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

SÁT TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CƠ KHÍ CỦA Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN NGỌC SƠN

SÁT TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CƠ KHÍ CỦA Ô TÔ

Chuyên ngành

KỸ THUẬT Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN TRỌNG HOAN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

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 Đề tài được thực hiện tại bộ môn Kỹ thuật Ô tô 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 là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào

Hà Nội, ngày 11 tháng 11 năm 2011

TÁC GIẢ

Nguyễn Ngọc Sơn

MỤC LỤC 2

LỜI CAM ĐOAN2 1 2

MỤC LỤC2 2 2

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt2 4 2

Danh mục các bảng2 5 2

Danh mục các hình vẽ và đồ thị2 6 2

MỞ ĐẦU2 8 2

Chương I- TỔNG QUAN2 10 2

1.1 Tình hình sản xuất và sử dụng ôtô trên thế giới và ở Việt Nam2 10

1.1 Công dụng của ly hợp2 38

2

1.2 Phân loại ly hợp2 38 1.2.1 Phân loại theo phương pháp truyền mô men 39

1 Phương pháp nghiên cứu2 72 2

2 Kết quả đạt được2 72 2

3 Hướng phát triển của đề tài2 73 2

TÀI LIỆU THAM KHẢO2 74

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô

ψ2 Rad/s Vận tốc góc phần bị động của ly hợp

Danh mục các bảng

Bảng 4.1 Ảnh hưởng của thời gian đến hệ số tải trọng động của ly hợp 59 Bảng 4.2 Ảnh hưởng của độ cứng lò so giảm chấn đến tần số dao động của ly hợp 63

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Hình 4.4

Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đóng ly hợp đến hệ số tải

Hình 4.5 Tần số dao động của ly hợp khi c2 = 1000 N.m/rad 61

Hình 4.8

Đồ thị ảnh hưởng của độ cứng lò so giảm chấn đến tốc độ

Hình 4.12

Đồ thị ảnh hưởng của ma sát trong giảm chấn đến số lần

Hình 4.15

Mô men trên trục bị động với k = 2 N.m.s/rad

Hình 4.16

Đồ thị ảnh hưởng của hệ số cản (k) đến thời gian trượt của

MỞ ĐẦU

Sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay có một tốc độ tăng trưởng vượt bậc, ô tô là một phương tiện dao thông đường bộ chủ yếu trong mạng lưới dao thông của các quốc gia, đặc biệt trong các quốc gia phát triển Nhu cầu dao thông vận tải không ngừng gia tăng cùng với khả năng vận chuyển hàng hoá phục vụ con người một cách linh hoạt, đa dạng kể cả ở thành phố và nông thôn là những thể hiện cấp thiết của phương tiện này

và nó đòi hỏi mọi quốc gia phải quan tâm thích đáng

Hiện nay ở Việt Nam ngành công nghiệp sản xuất ô tô đang được quan tâm phát triển mạnh Vấn đề tăng tỉ lệ nội địa hoá trong sản xuất là mục tiêu quan trọng và là hướng phát triển tất yếu của ngành ô tô Việt Nam trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước Tuy nhiên ngành công nghiệp này vẫn đang trong giai đoạn sơ khai nên còn rất nhiều việc phải làm để có thể sản xuất ra các loại ô tô chất lượng cao không những phục vụ cho nhu cầu sản xuất vận tải trong nước mà còn hướng đến việc xuất khẩu Trong bối cảnh như vậy, việc nghiên cứu động lực học ô tô phục vụ cho quá trình thiết kế, chế tạo các cụm, các hệ thống trên xe và tiến tới chế tạo những chiếc ô tô hoàn chỉnh mang thương hiệu Việt Nam đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế là rất quan trọng và cần thiết

Đối với ô tô, một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu là nâng cao chất lượng và hiệu suất của hệ thống truyền lực (HTTL) nhằm giảm mức tiêu hao nhiên liệu

và tăng tuổi thọ của các cụn trong hệ thống Trên đại đa số các xe ô tô ở Việt Nam và trên thế giới hiện nay đều sử dụng HTTL với hộp số cơ khí và ly hợp ma sát Vì vậy,

đề tài chọn ly hợp ma sát làm đối tượng nghiên cứu và sử dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng làm công cụ Để hiểu rõ các quá trình xảy ra bên trong HTTL và can thiệp sâu hơn vào các quá trình đó nhằm nâng cao chất lượng làm việc của nó, người ta

có thể sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau Tuy nhiên, các công cụ tính toán hiện đại có thể giúp cho người nghiên cứu thực hiện mô phỏng hoạt động của các

cụm, hệ thống trên ô tô với kết quả chính xác mà lại tiết kiệm được thời gian và kinh phí so với phương pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm

Với những lý do trên tôi chọn đề tài: " Mô phỏng hoạt động của ly hợp ma sát bằng mô hình dao động xoắn, khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu và sử dụng tới hoạt động của ly hợp " cho luận văn tốt nghiệp cao học

Luận văn gồm 4 chương:

Chương I: Tổng quan

Chương II: Phương pháp mô phỏng bằng mô hình dao động xoắn

Chương III: Xây dụng mô hình mô phỏng ly hợp ma sát trong HTTL

Chương IV: Khảo sát một số chế độ làm việc của ly hợp trong HTTL

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

Trong quá trình thực hiện đề tài, với trình độ và thời gian hạn chế, chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, vậy tôi rất mong sẽ nhận được sự đóng góp, giúp đỡ của các thày cô trong Hội đồng và các bạn đồng nghiệp để tiếp tục hoàn thành đề tài này

hướng dẫn tôi hoàn thành đề tài này

Nguyễn Ngọc Sơn

Chương I- TỔNG QUAN

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

mẫu ôtô đã được sản xuất để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và các nền kinh tế

- K hông ngừng nghiên cứu 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

năm 1995 đến năm 2002 hàng năm số phương tiện ôtô tăng trưởng hàng năm từ 12 ÷

tại thị trường Việt Nam có nhiều chủng loại, phong phú về kiểu dáng, đa dạng về nhãn hiệu xe Xe nhập khẩu, xe chế tạo và các xe được lắp ráp trong nước của các liên doanh ôtô

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 16 liên doanh sản xuất và lắp ráp ôtô Các liên doanh đó 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 gần 20 năm kể từ khi có liên doanh ôtô đầu tiên tại Việt Nam, hiện nay ngoài 16 liên doanh ô tô và trên 160 doanh nghiệp tham gia sản xuất, lắp ráp, sửa chữa

và chế tạo phụ tùng ôtô Trong đó khoảng 60 đơn vị chuyên chế tạo phụ tùng ôtô Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa có nhà máy nào đầu tư hoàn chỉnh, một số phụ tùng vẫn phải nhập khẩu, công suất trung bình của hơn chục doanh doanh nghiệp liên doanh sản xuất, láp ráp ôtô đạt trên chục nghìn xe/năm, nhưng công suất này vẫn thấp, trong khi nhu cầu xe tải ở Việt Nam vào năm 2005 chỉ khoảng 68 nghìn xe, năm 2010 là 127 nghìn

năm 2006 tất cả các liên doanh lắp ráp và sản xuất ôtô trong nước phải đảm bảo đạt tỷ

lệ nội địa hoá 30% và đến năm 2010 đạt tỷ lệ nội địa hoá 60%, đáp ứng 80% nhu cầu đối với ôtô phổ thông và chuyên dùng Trong khi đó định hướng của Chính Phủ là sản xuất các loại xe ô tô thông dụng (xe tải nhỏ, xe du lịch, xe chở khách nhỏ, xe buýt,… )

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 mô phỏng hoạt động của ly hợp ma sát bằng mô hình dao động xoắn, tối ưu hóa các thông số kết cấu phục vụ cho quá trình thiết kế ly hợp và hệ thống truyền lực của ô tô tải 5 tấn

Hình 1.1 – Sơ đồ bố trí chung hệ thống truyền lực cơ khí ôtô 4x2

Hệ thống truyền lực cơ khí (hình 1.1) được dùng khá phổ biến trên các ôtô tải đang

được lắp ráp chế tạo ở Việt Nam do nó có các ưu điểm là:

cầu

Tuy nhiên, hệ thống truyền lực thường phụ thuộc vào hệ số thích ứng của động cơ đốt trong được lắp đặt trên ôtô Hệ số thích ứng của động cơ được xác định theo công thức sau:

eN

M M

Trong đó: đối với động cơ xăng k = 1,2 ÷ 1,25

đối với động cơ Diesel k = 1,1 ÷ 1,15

Để mở rộng vùng điều chỉnh mô men trong hệ thống truyền lực sử dụng hộp số

lực kéo nhỏ nhất PR kmin R(ứng với vR max R) và lực kéo lớn nhất PR kmax Rđược chọn trước Trong

Đề tài tập trung vào nghiên cứu, xây dựng mô hình mô phỏng ly hợp ma sát bằng mô hình dao động xoắn

1.3 Các nghiên cứu về hệ thống truyền lực bằng mô hình dao động xoắn ở trong nước và nước ngoài

1.3.1 Các nghiên cứu ở trong nước

Đã có rất nhiều tác giả trong nước công bố các cong trình nghiên cứu về hệ thống truyền lực của ôtô Trong đó chủ yếu là các luận văn cao học và một số bài báo trên các tạp chí chuyên ngành

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 5.3 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 lượng 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 P

“

P

Khảo sát dao động xoắn của

”

P

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

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 Dao 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 Hệ thống truyền lực 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

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

Khái quát về nghiên cứu hệ thống truyền lực bằng mô hình dao động xoắn, ta

có thể thấy nội dung lĩnh vực này bao hàm các vấn đề sau:

- Mô hình dao động tập trung với các khối lượng được gom lại thành một khối lượng và được đặc trưng bởi tính chất quán tính (Ii) ;

khâu nối các khối lượng chỉ có độ cứng (c) mà không kể đến cản nhớt, trong khi đó thực tế trong vùng biến dạng đàn hồi của vật liệu tồn tại cả hệ số cản nhớt (b)

Các đề tài này có ưu điểm là mô hình của hệ thống truyền lực được đơn giản

độ cứng c đo đó các sơ đồ trở nên đơn giản

Nhược điểm của các mô hình này là bỏ qua hệ số cản nhớt b, thực tế cụm chi tiết là tập hợp nhiều chi tiết, các chi tiết có mô men quán tính riêng, có độ cứng riêng chứ không thể coi một cụng chi tiết là một khối lượng Các chi tiết làm việc trong vùng biến dạng đàn hồi của vật liệu luôn tồn tại hệ số cản nhớt b Do vậy mức độ chính xác của các thông số lấy ra trong quá trình nghiên cứu còn rất nhiều hạn chế, chưa phản ánh đầy đủ đặc tính của các chi tiết khi làm việc

1

1.4 Nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu của đề tài

1

1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài

Dựa vào phần tổng quan về tình hình nghiên cứu dao động xoắn của hệ thống truyền lực 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 Nghiên cứu mô phỏng hệ thống truyền lực bằng

mô hình dao động xoắn, trong đó mô hình hệ thống truyền lực được chi tiết hoá bằng cách tách ra thành nhiều khối lượng theo cấu tạo của chúng Mỗi một phần tử khối lượng tập trung được đặc trưng bởi cả 3 thông số là khối lượng quán tính m, độ cứng c

và hệ số cản nhớt b Các phần tử nối được đặc trưng bởi 2 thông số là độ cứng c và hệ

số cản nhớt b

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

của ô tô"

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn là nghiên cứu lý thuyết,

thông số thực để kiểm chứng và đánh giá

Cách thức tiến hành là tách hệ thống truyền lực thành từng cụm trong hệ thống để nghiên cứu mô phỏng ly hợp ma sát

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài nghiên cứu mô phỏng ly hợp bằng mô hình dao động xoắn 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

Bảng tính dao động xoắn của ly hợp là yêu cầu bắt buộc của các cơ quan đăng kiểm, đây là cơ sở để ngành công nghiệp chế tạo ôtô của Việt Nam tiếp cận làm chủ

Kết quả của đề tài bổ xung cho việc đánh giá, dự đoán tìm ra các thông số ảnh hưởng đến các chi tiết, các cụm trong hệ thống truyền lực từ giai đoạn thiết kế, góp phần làm giảm thời gian, chi phí thiết kế, thử nghiệm chi tiết trong 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 hệ thống truyền lực ôtô bằng mô hình dao động xoắn Trên cơ sở đó, em đã

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 ly hợp cơ khí trên xe ôtô

Chương II - PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC

BẰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XOẮN

2.1 Đặt vấn đề

Tính toán động lực học của các hệ thống nói chung cho phép xác định được các thông số như lực, mô men tác dụng lên hệ thống trong quá trình hệ thống làm việc Các thông số này là cơ sở đánh giá chất lượng của hệ thống Đối với hệ thống đã được thiết

kế sẵn, các thông số này có tính chất kiểm nghiệm, đối với hệ thống thiết kế chế tạo mới thông số này có ý nghĩa hết sức quan trọng cho việc tìm ra kết cấu tối ưu cho hệ thống

Việc tính toán động lực học của các hệ thống có nhiều phương pháp khác nhau, công nghệ hiện nay với sự hỗ trợ của các máy tính có các cấu hình mạnh, việc tính toán động lực học cho các hệ thống đã rút ngắn đáng kể về thời gian và chi phí cho các quá trình đó

Trước khi tính toán động lực học và các tính toán khác đối với một hệ thống, thường phải sơ đồ hoá hệ thống cần tính toán, với mục tiêu của từng bài toán, với các giả thiết khác nhau để đơn giản hoá hệ thống ban đầu việc đơn giản hoá sao cho, các thông số nhận được từ quá trình tính toán trên hệ thống tương đương có sai số nằm trong phạm vi cho phép với việc tính toán trên hệ thống thực Như vậy, hệ thống tương đương đã mô phỏng lại hệ thống thực ban đầu với một độ chính xác nhất định tuỳ thuộc vào các mục tiêu của quá trình mô phỏng

Với sự hỗ trợ mạnh của máy tính và các chương trình phần mềm chuyên dùng, kết quả tính toán phụ thuộc nhiều vào phương pháp mô phỏng Như vậy, trình tự để giải bài toán mô phỏng hệ thống thông thường như sau:

- Xây dựng sơ đồ động lực học từ mô hình cơ học đã có

Mô phỏng các cụm hay mô phỏng toàn bộ hệ thống truyền lực của ôtô bằng mô hình dao động xoắn, cũng phải thực hiện tuần tự các bước như trên

2.2 Mô hình cơ học với các thông số tập trung

Mô hình cơ học của một hệ thống chính là sơ đồ động học của hệ thống đó Trong

mô hình cơ học các phần tử của hệ thống được thể hiện dưới dạng sơ đồ hoá và có hai dạng:

- Sơ đồ với các thông số tập trung

Trên thực tế, các hệ thống truyền lực đều là hệ thống phân bố Mỗi phần tử của hệ thống được đặc trưng bởi hai hay nhiều tính chất đó là tính chất quán tính, tính chất

đàn hồi (trong đề tài nghiên cứu các phần tử được xét đến bởi đầy đủ các tính chất đặc trưng)

Tất cả các hệ thống thực đều là hệ thống phân bố, nhưng để đơn giản trong quá trình phân tích người ta quy chúng về dạng thông số tập trung bằng cách, bỏ bớt những tính chất ít quan trọng và ảnh hưởng không lớn của các phần tử đó trong hệ thống Trên ôtô, hệ thống truyền lực là dạng hệ thống phân bố, tải trọng tác động lên hệ thống truyền lực được phân bố trên toàn bộ hệ thống, nhưng để đơn giản khi phân tích

ta quy chúng về dạng tập trung

Việc quy đổi từ dạng phân bố về dạng tập trung (còn gọi là rời rạc hoá) được thực hiện trên cơ sở, các dao động xoắn của hệ thống truyền lực có phổ không liên tục, có

tần số riêng nằm trong miền dưới 300Hz, có thể sử dụng sơ đồ dạng tập trung để tính toán các quá trình dao động xoắn trong miền tần số trên

Các hệ thống được quy về dạng tập trung, các khối lượng được coi là tập trung và

có thể chỉ có quán tính hoặc cả tính chất quán tính và tính chất đàn hồi, Các chi tiết

có nhiệm vụ nối các khối lượng với nhau là các trục dẫn động có dạng phần tử đàn hồi và được đặc trưng bởi một độ cứng (c) và hệ số cản nhớt (b) Vì vậy, trong sơ đồ mô phỏng bằng

mô hình dao động xoắn, mỗi phần tử được đặc trưng bởi 3 thông số:

- Mô men quán tính;

- Hệ số cản nhớt

trục quay không vượt quá hai lần đường kính là các phần tử khối lượng tập trung Các phần tử này có thể được mô tả trong sơ đồ mô phỏng thông qua một thông số đặc trưng

không đáng kể Ngược lại, những phần tử có tỷ lệ đường kính/chiều dài nhỏ lại thường được mô tả trên sơ đồ mô phỏng với hai thông số đặc trưng là hệ số độ cứng và hệ số cản nhớt do có mô men quán tính nhỏ

cơ sở nghiên cứu kỹ cấu tạo các chi tiết trong hệ thống

Khi lập sơ đồ mô phỏng hệ thống truyền lực, thông thường người ta phân các phần tử trong hệ thống làm hai loại Loại chỉ có tính quán tính (khối lượng tập trung), loại chỉ có tính đàn hồi (các phần tử nối), nhưng trong đề tài này, các phần tử trong cụm ly hợp được mô tả với đầy đủ cả 3 thông số đặc trưng: quán tính, độ cứng và hệ số cản nhớt

Các phần tử được coi là là chỉ có tính đàn hồi là các trục và một số chi tiết đàn hồi thông dụng trong hệ thống truyền lực có đủ hai thành phần độ cứng và cản nhớt

Trong hệ thống truyền lực của ôtô, ngoài các phần tử đàn hồi các phần tử quán tính còn có các khối lượng liên kết phản lực Đó là các phần tử vỏ nối với khung xe và tham gia vào quá trình dao động của hệ thống truyền lực như vỏ ly hợp, vỏ hộp số 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 xe và được xem là cố định Như

bao gồm tập hợp các các khối lượng tập trung đặt vào đó đầy đủ các thông số cần thiết

Các khối lượng được nối với nhau bằng các khâu đàn hồi không quán tính Những thông số cơ bản của mô hình cơ học là mô men quán tính của các khối lượng quán tính Iitính theo trục quay và độ đàn hồi ei (ci;bi) Ngoài ra trên 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 lượng dao động

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 chịu mô men xoắn bằng 1N.m đặt vào một đầu trục khi đầu kia bị ngàm cứng Độ đàn hồi và mô men quán tính được xác định bằng thực nghiệm hoặc tính theo bản vẽ cấu tạo, có thể sử dụng các phần mềm chuyên dụng để xác định mô men quán tính của các chi tiết trong hệ thống truyền lực

Độ đàn hồi của các phần tử ghép với nhau được xác định như sau Trường hợp các trục ghép nối tiếp với nhau thì độ cứng là tổng nghịch đảo các độ cứng thành phần

và độ đàn hồi tổng được tính

=n

Trường hợp các trục ghép song song độ cứng là tổng các độ cứng thành phần và

độ đàn hồi được tính như sau

Độ đàn hồi của các mối ghép then và then hoa được tính

Trong đó:

kT: hệ số tuỳ thuộc vào mối ghép then

l: chiều dài mối then

h: chiều cao then

Độ đàn hồi của các khớp các đăng được tính:

đối với bánh răng chữ V

Khi nghiên cứu quá trình dao động quá độ xẩy ra trong thời gian ngắn là tổn thất

do ma sát, sự thất thoát năng lượng là không đáng kể khi tính toán ta có thể bỏ qua Trong quá trình dao động, năng lượng dao động bị mất mát trong bản thân các chi tiết, các mối nghép then, then hoa, các ổ lăn, các phớt, đệm làm kín và trong các cơ cấu giảm chấn

2.3 Xây dựng sơ đồ động lực học

Để chuyển từ sơ đồ cơ học sang sơ đồ động lực học, người ta quy các thông số của sơ đồ cơ học về một hoặc vài trục và thể hiện hệ thống đó theo các quy ước và các

công thức quy dẫn Dưới đây là một ví dụ việc chuyển đổi từ mô hình cơ học về sơ đồ

động lực học của hệ thống truyền lực trên ôtô

Các công thức chuyển đổi:

Các công thức chuyển đổi I1=I1 P

sơ đồ hình 2.2 là mô hình vật lý của hệ thống và sơ đồ 2.3 được gọi là mô hình mô phỏng với các thông số đặc trưng Mô hình mô phỏng được thiết lập dựa trên những giả thiết, những nguyên tắc, quy định của phương pháp mô phỏng Đây cũng chính là

cơ sở để xây dựng hệ phương trình mô tả hệ thống

I1

i

e2 e2

Hình 2.2 Mô hình cơ học hệ thống truyền lực

Hình 2.3 Sơ đồ động lực học (mô hình mô phỏng) hệ thống truyền lực

Bản chất của của quá trình quy đổi trên là việc chuyển đổi hệ tọa độ của mô hình

cơ học với các điều kiện cơ bản là bảo toàn cơ năng (động năng và thế năng) và hàm thất thoát năng lượng của các phần tử trước và sau chuyển đổi

Giả sử các khối lượng 1 và 2 (Hình 2.1) bị xoắn đi một góc tương ứng là θ1 và θ2

so với vị trí ban đầu (khi mô men xoắn bằng 0) thì động năng được tính bằng tổng động năng của các khối lượng:

2 1 2 1

2

E E

+

∆

=+

Trong đó: ∆1,∆2 là các biến dạng góc của các trục 1 và 2

2

2 2 1

1

e

M e

(2.3) Quan hệ giữa các mô men xoắn của hai trục là:

1

2 1 2 2 2 1 1 2

2 1 2

2

e

e i ie

e ie

M e

2 1 1

1

e i e

i e

2 1 1 2

e i e

i ie

2 2

2

1

e i e

/ 2 2 1

/ 1

2

12

i

I I

2 2 2 2 2 1

2

12

=

i i

i e i e

1

2

(2.10) Trong đó:

e i: độ đàn hồi của trục nối với khối lượng thứ i

thứ i trong điều kiện tất cả các khối lượng khác đều đứng yên

được tính theo công thức sau:

/

i

i i

i

I

i i

I i , e i: các thông số của sơ đồ động lực học

chuyển động tính tiến của khối lượng treo và khối lượng không được treo Vì vậy, khi nghiên cứu chế độ tải trọng phải tính đến các khối lượng chuyển động tịnh tiến, các khối lượng chuyển động tịnh tiến thể hiện trên sơ đồ tính toán bằng một bánh đà tương đương với điều kiện là động năng của các bánh đà này bằng động năng của các khối lượng chuyển động tịnh tiến ta có:

22

v

Trong đó:

m a: khối lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô

I a: mô men quán tính của bánh đà tương đương (I a = m a r aP

2

P

)

v: vận tốc của khối lượng chuyến động tịnh tiến

R o : bán kính lăn của bánh xe trong điều kiện lăn không trượt

Quá trình truyền mô men từ bánh xe tới các khối lượng chuyến động tịnh tiến được thực hiện nhờ thành phần phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe theo phương dọc và bị hạn chế bởi khả năng bám của bánh xe lên mặt đường Trong đó độ đàn hồi

của lốp là e L

Trên sơ đồ tính toán bánh xe và các khối lượng chuyển động tịnh tiến được sơ đồ hoá bằng hai bánh đàn hồi nối với bằng khâu đàn hồi tương ứng với độ đàn hồi tiếp tuyến của lốp và có bộ truyền ma sát với nhiệm vụ hạn chế mô men truyền không quá

Trong đó:

ôtô được xác định theo công thức:

bánh đà tương đương của khối lượng chuyển động tịnh tiến trên ôtô Các hệ số cản không đàn hồi của 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

22

2 / /

ω,ω/: vận tốc góc của bánh đà tương đương

2.4 Sử dụng chương trình Simulink trong phần mềm MATLAB để khảo sát dao động xoắn của ly hợp ma sát khô loại một đĩa

Để giải hệ phương trình vi phân trước đây người ta thường giải bằng tay sử dụng phương pháp số gần đúng như phương pháp Runge-Kutta, Euler, Cauchy, phương pháp đạo hàm liên tiếp…v v Với các phương pháp này để giải một hệ phương trình vi phân là khá phức tạp và mất nhiều thời gian tính toán, nhất là với hệ phương trình vi phân với các hệ số phi tuyến thì sẽ rất khó khăn Hiện nay nhờ sự phát triển của công nghệ tin học người ta đã xây dựng nhiều phần mềm để giải quyết bài toán trên giúp việc giải hệ phương trình vi phân là rất dễ ràng và nhanh chóng Một phần mềm

hiện nay đang đang được sử dụng nhiều trong kỹ thuật đó là MATLAB với nhiều Toolbox như: Simulink, SimMechanics, SimDriveline…giải quyết rất tốt những bài toán kỹ thuật như vậy

a Giới thiệu sơ lược về MATLAB – Simulink

Vì chương trình Simulink trong phần mềm MATLAB đã được sử dụng nhiều trong chương trình đại học và trong các trung tâm nghiên cứu nên ở đây chỉ giới thiệu

sơ lược về Matlab - Simulink

điểm của Simulink là lập trình ở dạng sơ đồ cấu trúc của hệ thống Nghĩa là, để mô phỏng một hệ thống đang được mô tả ở dạng phương trình vi phân, phương trình trạng thái, hàm truyền đạt hay sơ đồ cấu trúc, chúng ta cần chuyển sang chương trình

trình như vậy người nghiên cứu sẽ thấy trực quan và dễ hiểu

Trong môi trường Simulink có thể tận dụng được các khả năng tính toán, phân tích dữ liệu, đồ hoạ của Matlab và sử dụng các khả năng của toolbox khác như toolbox

xử lý tín hiệu số, logic mờ và điều khiển mờ, nhận dạng, điều khiển thích nghi, điều khiển tối ưu …v v Việc Simulink kết hợp được với các toolbox đã tạo ra công cụ rất mạnh để khảo sát động học các hệ tuyến tính và phi tuyến trong một môi trường thống nhất, trong miền thời gian liên tục, hay gián đoạn hoặc một hệ gồm cả liên tục và gián đoạn

Để sử dụng tốt chương trình này, người sử dụng phải có kiến thức cơ bản về điều khiển, xây dựng mô hình toán học theo quan điểm của lý thuyết điều khiển và từ

đó thành lập nên mô hình của bài toán

Để mô hình hoá, Simulink cung cấp một dao diện đồ họa với thư viện các khối (Block) chức năng Để xây dựng mô hình, người dùng chỉ việc lựa chọn các khối và sử dụng thao tác "nhấn và kéo" chuột sắp xếp, nối các khối với nhau trên cơ sở mô hình toán học đã có (hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống) Với dao diện đồ họa và các

hỗ trợ soạn thảo như cắt, dán, di chuyển ta có thể xây mô hình và khảo sát mô hình một cách trực quan hơn Đây là sự khác xa các phần mềm trước đó mà người sử dụng phải đưa vào các phương vi phân và các phương trình sai phân bằng một ngôn ngữ lập trình

Simulink là một môi trường mở, nó cho phép người dùng tạo dựng thư viện các đối tượng đồ họa mới cho mình

Khi đã xây dựng được mô hình để khảo sát hệ thống, ta cần nhập các thông số đầu vào cho mô hình Việc làm này có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau trong

đó có hai cách cơ bản nhất hay được sử dụng đó là:

+ Nhập trực tiếp vào mô hình (kích đúp chuột vào các khối Lúc này sẽ xuất hiện cửa sổ Block Parameters Tại đây ta có thể nhập, thay đổi dữ liệu theo mong muốn) Cách này chỉ dùng khi mô hình là đơn giản và việc khảo sát không phức tạp, không yêu cầu phải tự động hoá

+ Nhập thông số đầu vào cho mô hình bằng cách soạn thảo mfile sau đó vào vào

trực tiếp mfile Cách này cho phép nhập thông số đầu vào và điều khiển việc khảo sát

giải các bài toán mô phỏng có nhiều phương pháp giải khác nhau Sau đây là các cách giải được áp dụng trong Simulink:

+ Phương pháp Euler: là phương pháp cổ điển với biến là bước Phương pháp này khả thi cho bất cứ hệ thống nào có những bước nhỏ Do đó những bài toán có liên

quan đến việc tính toán quá nhiều thì không bao giờ chính xác Phương pháp này chỉ nên dùng cho việc kiểm tra kết quả

+ Phương pháp Runge-Kutta 3 và Runge-Kutta 5: Đây là phương pháp thông dụng áp dụng cho mọi loại bài toán và nó có thể đạt chỉ tiêu chất lượng so với các phương pháp đặc biệt khác Phương pháp này thích hợp cho hệ liên tục và hệ phi tuyến Không làm việc với hệ có ma sát

+ Phương pháp Adams: là phương pháp tự chỉnh áp dụng cho hệ không có ma sát

+ Phương pháp Gear: là phương pháp tự chỉnh áp dụng cho hệ có ma sát Phương pháp này không làm việc tốt khi hệ bị rối loạn do ngõ vào thay đổi liên tục

+ Phương pháp Adams / Gear: Chọn giữa hai phương phápAdams và Gear + Phương pháp LinSim: là phương pháp dùng cho hệ tuyến tính Nếu hệ mang tính chất tuyến tính nhưng có vài khối phi tuyến thì hệ cũng làm việc tốt

+ Thư viện các khối Sources (Khối phát tín hiệu): Thư viện này gồm các khối tạo nguồn tín hiệu khác nhau Trong thư viện Sources có các khối như trong bảng dưới đây:

không đổi

From Workspace Đọc dữ liệu trong vùng nhớ đệm

bước nhảy)

+ Thư viện các khối Sinks: ở đây gồm các khối dùng để hiển thị hoặc ghi lại kết quả mô phỏng ở đầu ra một khối trong hệ thống được khảo sát Trong thư viện

khác không

XY graph Hiển thị đồ thị XY của tín hiệu trên cử sổ đồ

thị MATLAB

+ Thư viện các khối Continuous: Trong thư viện nμy có các khối của hệ thống liên tục tuyến tính, các khối biểu diễn các hàm tuyến tính chuẩn Thư viện Linear gồm các khối sau:

+ Thư viện các khối Nonlinear (các khâu phi tuyến): Thư viện Nonlinear có

Cụ thể bao gồm các khối sau:

Tên khối Chức năng

xác định

+ Thư viên khối Signal & System: Thư viện Signal & System có các khối biểu diễn tín hiệu và hệ thống Cụ thể bao gồm các khối chính như sau:

+ Thư viện chứa các khối toán học Math: Thư viện Math có các khối biểu diễn

Tên khối Chức năng

+ Thư viện chứa các khối Function & Tables:

lượng vào

lượng vào

2.5 Xây dựng mô hình Simulink

Việc xây dựng mô hình Simulink mô phỏng một hệ nào đó có thể bằng nhiều cách khác nhau ví dụ như cùng thể hiện một phương trình nhưng có thể sử dụng các khối