Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của nội ma sát trong vi sai tới khả năng phát huy lực kéo trên cầu chủ động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRỊNH TRUNG DUY NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NỘI MA SÁT TRONG VI SAI TỚI KHẢ NĂNG PHÁT HUY LỰC KÉO TRÊN CẦU CHỦ ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC GVHD:PGS.TS.NGUYỄN TRỌNG HOAN HÀ NỘI - 2014 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC BẢNG 10 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 11 MỞ ĐẦU 14 1.Lý chọn đề tài 14 2.Mục đích nghiên cứu 14 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 14 3.1 Đối tượng nghiên cứu 14 3.2 Phạm vi nghiên cứu 14 Nhiệm vụ nghiên cứu 14 Phương pháp nghiên cứu 15 Cấu trúc luận văn 15 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VI SAI TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ 16 Công dụng phân loại vi sai 16 1.1 Công dụng 16 1.2 Phân loại 16 1.2.1 Theo công dụng: 16 1.2.2 Theo mức độ tự động: 16 1.2.3 Theo kết cấu: 16 1.2.4 Theo giá trị hệ số hãm vi sai: 17 Đặc điểm cấu tạo loại vi sai điển hình 17 2.1 Vi sai đối xứng ( hai bánh xe sau chủ động ) 17 2.2 Vi sai tăng ma sát 19 2.2.1 Vi sai tăng ma sát ly hợp nhiều đĩa 20 2.2.2 Vi sai tăng ma sát sử dụng bánh trụ 22 2.2.3 Vi sai tăng ma sát sử dụng trục vít – bánh vít 23 2.2.4 Vi sai tăng ma sát sử dụng cam 24 Bôi trơn vi sai 26 Nhược điểm vi sai giải pháp khắc phục 26 4.1 Nhược điểm 26 4.2 Các giải pháp khắc phục 27 Truyền lực tơ có chủ động vi sai cầu 27 5.1 Sự cần thiết việc bố trí cầu chủ động 27 5.2 Hiện tượng tuần hồn cơng suất 28 5.3 Các giải pháp tránh tượng tuần hồn cơng suất 30 5.4 Vai trò vi sai cầu 30 5.5 Hệ thống truyền lực tơ có chủ động 31 5.5.1 Giới thiệu 31 5.5.2 Phân loại 32 Các cơng trình nghiên cứu cơng bố 35 Chương 2: ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC VI SAI BÁNH RĂNG CÔN 37 Quan hệ động học động lực học vi sai [3]: 37 Vai trò nội ma sát vi sai 38 Một số loại vi sai tăng nội ma sát 42 3.1 Vi sai bánh côn 42 3.2 Vi sai cam 43 3.3 Vi sai trục vít 46 Ma sát hiệu suất cấu hành tinh 49 4.1 Vi sai khơng có nội ma sát 49 4.2 Vi sai có nội ma sát [1]: 50 Gia tốc lớn đạt 51 Chương 3:ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NỘI MA SÁT TỚI KHẢ NĂNG PHÁT HUY LỰC KÉO TRÊN CẦU CHỦ ĐỘNG 56 Khảo sát ảnh hưởng nội ma sát tới khả phát huy lực kéo cầu chủ động số xe 56 1.1 Xe tải cẩu HD 120, HINO 72013, HINO 72813 56 1.1.1 Thông số kỹ thuật 56 1.1.2 Khảo sát 59 1.2 Xe BMW X5 x DRIVE 35i ( cầu chủ động) 65 1.2.1 Thông số kỹ thuật 65 1.2.2 Khảo sát 66 2 Tính tốn khả gia tốc tối đa mà xe đạt 74 2.1 Tính tốn khả gia tốc loại xe khảo sát 75 2.1.1 Cơ sở lý thuyết 75 2.1.2 Tính tốn khả gia tốc cho xe HD 120; HINO 72013; 76 HINO 72813 76 2.1.3 Tính tốn khả gia tốc cho xe BMW X5 x Drive 35i 77 2.1.4 Khảo sát phụ thuộc ax theo thông số khác 78 Đánh giá hiệu nội ma sát việc tăng cường lực kéo điều kiện đường xá xấu 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đề tài nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan Đề tài thực Bộ mơn Ơ tơ Xe chun dụng, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, số liệu, kết trình bày luận văn hoàn toàn trung thực chưa cơng bố cơng trình Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả Trịnh Trung Duy LỜI CẢM ƠN Với tư cách tác giả luận văn này, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan, thầy hướng dẫn cho em tận tình chu đáo mặt chun mơn để em hồn thành luận văn Đồng thời tơi xin chân thành cảm ơn q thầy, cô bạn đồng nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện sở vật chất thời gian học làm luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, người động viên chia sẻ với nhiều suốt thời gian học tập làm luận văn Tác giả Trịnh Trung Duy DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU 1.Các chữ viết tắt ECU : Electronic Control Unit 4WD: Wheel Drive 2WD: Wheel Drive FF: Front - Front FR: Front - Rear CVT: Continuously Variable Transmission Các kí hiệu TT Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa k Hệ số hãm vi sai k Hệ số khóa vi sai Mms Nm Moment ma sát M0 Nm Moment từ trục đầu vào vi sai Mt Nm Moment bánh xe bên trái Mp Nm Moment bánh xe bên phải -Pk N Lực kéo tiếp tuyến (ở trục có bánh xe quay nhanh) Pk N Lực kéo tiếp tuyến (ở trục có bánh xe quay chậm)  10 min Hệ số bám nhỏ 11 max Hệ số bám lớn 12 n1 v/ph Vận tốc bán trục bên trái 13 n2 v/ph Vận tốc bán trục bên phải 14 M1 Nm Moment bán trục bên trái 15 M2 Nm Moment bán trục bên phải 16 M0 Nm Moment trục đầu vào vi sai Hệ số bám 17 Mms Nm Moment ma sát vi sai 18 Nms 19 0 rad/s Vận tốc góc trục đầu vào vi sai 20 1 rad/s Vận tốc góc bán trục bên trái 21 2 rad/s Vận tốc góc bán trục bên phải 22 Pk1 N Lực kéo tiếp tuyến bánh xe bên trái 23 Pk2 N Lực kéo tiếp tuyến bánh xe bên phải 24 Pkmax N Lực kéo lớn phát huy cầu chủ Năng lượng ma sát vi sai động N Trọng lượng tác dụng lên cầu chủ động 25 G 26  Hiệu suất vi sai 27  Hệ số ma sát 28  Góc ăn khớp bánh vi sai 29 rb mm Bán kính vịng lăn trung bình bánh đầu bán trục 30 rd mm Bán kính trung bình mặt 31 rmd mm Bán kính trung bình mặt đầu đĩa 32 rh mm Bán kính trung bình mặt tì bánh hành tinh 33  độ Góc vát trục bánh hành tinh vi sai bánh côn tăng ma sát mm Bán kính điểm đặt lực mặt vát vỏ vi sai 34 R 35 zb Số bánh đầu bán trục 36 zh Số bánh hành tinh 37 F N Lực tác dụng lên trượt từ vòng cách 38 F1 N Lực tác dụng lên trượt từ vòng 39 F2 N Lực tác dụng lên trượt từ ống 40 F1 Hình chiếu lực F1 41 F2 42 cd 43 1 Hình chiếu lực F2 N/mm2 Ứng suất chèn dập Bán kính cong bề mặt tiếp xúc cam điểm đặt lực F1 44 2 Bán kính cong bề mặt tiếp xúc cam điểm đặt lực F2 45 l mm Độ dài vết tiếp xúc trượt cam dọc theo đường sinh biến dạng cam 46  Hiệu suất truyền động tất cặp bánh vít - trục vít nối tiếp vi sai trục vít 47 12 Hiệu suất truyền động cặp bánh vít - trục vít 1,2 vi sai trục vít 48 23 Hiệu suất truyền động cặp bánh vít - trục vít 2,3 vi sai trục vít 49 34 Hiệu suất truyền động cặp bánh vít - trục vít 3,4 vi sai trục vít 50 45 Hiệu suất truyền động cặp bánh vít - trục vít 4,5 vi sai trục vít 51  độ Góc nghiêng đường ren trục vít vi sai trục vít 52  53 HRC 54  độ Góc ma sát bánh vít – trục vít Độ cứng bề mặt rad/s Vận tốc góc trục đầu vào cấu hành tinh 55 1 rad/s Vận tốc góc trục đầu thứ cấu hành tinh 56 2 rad/s Vận tốc góc trục đầu thứ cấu hành tinh 57 M Nm Moment trục đầu vào cấu hành tinh 58 M1 Nm Moment trục đầu thứ cấu hành tinh 59 M2 Nm Moment trục đầu thứ cấu hành tinh 60 r 61 h mm Trọng tâm theo chiều cao 62 L mm Chiều dài sở 63 Z1 , Z N Tỉ số truyền động học cấu hành tinh Phản lực thẳng đứng cầu trạng thái tăng tốc 64 Fz1, Fz2 N Phản lực thẳng đứng cầu trạng thái tĩnh; 65 Pj N Lực quán tính; 66 Fx1, Fx2 N Lực kéo cầu chủ động; 67 x N Hệ số lực kéo 68 G N Trọng lượng ô tô 69 ax g Gia tốc dọc 70 i 71 Pktrmax N Lực kéo lớn cầu trước 72 Pksmax N Lực kéo lớn cầu sau 73 a0 ; b mm Trọng tâm ô tô theo chiều dọc không tải 74 hg*c mm Trọng tâm ô tô theo chiều cao không tải 75 a ;b mm Trọng tâm ô tô theo chiều dọc đầy tải 76 hg**c mm Trọng tâm ô tô theo chiều cao đầy tải Hệ số phân bô lực kéo Nhận xét Xem xét kết tính tốn quan sát đồ thị ta thấy: - Lực kéo Pkmax tăng dần tăng k k - Khi thiết kế cần lưu ý chọn k k hợp lý, chọn k k lớn quay vòng sinh lực cản lớn, bánh xe quay cưỡng bức, gây mịn lốp Cũng lí trên, thiết kế không nên chọn k >8 k = 0,6 Tính tốn khả gia tốc tối đa mà xe đạt Xác định trọng tâm ô tô -Trọng tâm theo chiều dọc: + Khi không tải : a0 = G02.L/G0 b = L – a0 G02 : phân bố trọng lượng lên cầu sau không tải G0 : trọng lượng thiết kế ô tô không tải L : chiều dài sở + Khi đầy tải a = G2.L/G b=L–a G2 : phân bố trọng lượng lên cầu sau đầy tải G : trọng lượng thiết kế ô tô đầy tải L : chiều dài sở - Trọng tâm theo chiều cao Ta có bảng tính tốn trọng tâm sau : Loại xe Chiều cao trọng tâm Khơng tải Đầy tải Ơ tơ con, ô tô khách (0,39  0,02)H* (1,03  0,02)hg c* Ô tô tải (0,40  0,03)Н* (1,23  0,13)hg c Mooc (0,40  0,03)Н* (1,50  0,10)hg c 74 (0,62  0,02)Н*** Bán mooc (0,960,03)hg c (0,32  0,07)Н**** Đầu kéo Н*: chiều cao lớn ô tô không tải hg* c: chiều cao trọng tâm trạng thái không tải hg** c: chiều cao trọng tâm trạng thái đầy tải H*** : chiều cao lớn mooc (khơng tính bạt che khung dựng thêm) H**** : Giá trị lớn tương ứng với ô tô có động đặt ca bin Sau thay thơng số vào cơng thức tính tốn ta bảng kết sau : Bảng 3.5 : Bảng kết tính tốn trọng tâm tơ Trọng tâm ô tô Loại xe Khi đầy tải Khi không tải a0 b0 hg*c a b hg**c (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) HD120 1973 1822 1002 2693 1102 1233 HINO 72013 1605 1740 1192 2058 1287 1466 HINO 72813 2213 2397 1338 3388 1222 1645 BMW X5 x Drive 35i 1144 999 710 1656 1277 874 2.1 Tính tốn khả gia tốc loại xe khảo sát 2.1.1 Cơ sở lý thuyết Trường hợp lý tưởng: ax = g.x (3.13) Dẫn động cầu trước: 𝑎𝑥 = 𝑥 𝑔 𝐹𝑧1 ℎ 𝐺 (1 + 𝑥 ) 𝐿 (3.14) 75 Dẫn động cầu sau: 𝑎𝑥 = 𝑥 𝑔 (1 − 𝐹𝑧1 ) 𝐺 (1 −  ℎ) 𝑥𝐿 (3.15) Hai cầu chủ động: 𝑎𝑥 = 𝑔 𝑥 𝐹𝑧1 𝐺 (𝑖 +  ℎ) 𝑥𝐿 (3.16) Với: 𝑖= 𝐹𝑥1 𝐹𝑥1 + 𝐹𝑥2 (3.17) 2.1.2 Tính tốn khả gia tốc cho xe HD 120; HINO 72013; HINO 72813 Thay thông số bảng 3.1; bảng 3.2; bảng 3.3; bảng 3.5 vào cơng thức (3.13) (3.15), sau cho giá trị 𝑥 từ 0.1 đến 1.0 ta tính ax tương ứng Kết đồ thị đây: Hình 3.17: Đồ thị quan hệ hệ số lực kéo x gia tốc không thứ ngun ax/g 76 2.1.3 Tính tốn khả gia tốc cho xe BMW X5 x Drive 35i Thay thông số bảng 3.4; bảng 3.5 vào công thức (3.13); (3.14); (3.15) (3.16), sau cho giá trị 𝑥 từ 0.1 đến 1.0 ta tính ax tương ứng Kết đồ thị đây: *Với i =0.6 Hình 3.18: Đồ thị quan hệ hệ số lực kéo x gia tốc không thứ nguyên ax/g 77 *Với i = 0.7 Hình 3.19: Đồ thị quan hệ hệ số lực kéo x gia tốc không thứ nguyên ax/g 2.1.4 Khảo sát phụ thuộc ax theo thông số khác a Chiều dài sở L * Khi tăng L (L > 30%) 78 *Với i= 0.6 Hình 3.20: Đồ thị quan hệ hệ số lực kéo x gia tốc khơng thứ ngun ax/g *Với i= 0.7 Hình 3.21: Đồ thị quan hệ hệ số lực kéo x gia tốc không thứ nguyên ax/g 79 *Khi giảm L (L < 30%) * Với i = 0.6 Hình 3.22: Đồ thị quan hệ hệ số lực kéo x gia tốc không thứ nguyên ax/g *Với i = 0.7 Hình 3.23: Đồ thị quan hệ hệ số lực kéo x gia tốc không thứ nguyên ax/g 80 b Tọa độ trọng tâm h *Khi tăng h (h >30%) *Với i = 0.6 Hình 3.24: Đồ thị quan hệ hệ số lực kéo x gia tốc khơng thứ ngun ax/g *Với i = 0.7 Hình 3.25: Đồ thị quan hệ hệ số lực kéo x gia tốc không thứ nguyên ax/g 81 *Khi giảm h (h