TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BỘ MÔN KỸ THUẬT Ô TÔ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN Ô TÔ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ LIÊN QUAN Khánh Hòa – 2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BỘ MÔN KỸ THUẬT Ô TÔ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN Ô TÔ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ LIÊN QUAN Thông số cần thiết cho ô tô thiết kế Trọng lượng chuyên chở G0 = 7495 kg Số chỗ ngồi 3 Tốc độ
TỔNG QUAN Ô TÔ THIẾT KẾ
YÊU CẦU LÀM VIỆC
- Trọng lượng chuyên chở, G0 (kG)
- Tốc độ lớn nhất, ứng với loại đường, Vmax (km/h)
CHỦNG LOẠI Ô TÔ THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM
Xe có cấu trúc và trang bị chủ yếu để vận chuyển người, hành lý và hàng hóa, với tổng số chỗ ngồi, bao gồm cả chỗ cho người điều khiển, không vượt quá 9 chỗ.
Hình 1.1.a Sơ đồ kích thước xe con Ô tô con cũng có thể kéo theo một rơ moóc.
Có kết cấu và trang bị dùng để chở người và hành lý mang theo, có số chỗ ngồi bao gồm cả chỗ người điều khiển 10 trở lên (hình 1.1.b).
Hình 1.1.b Sơ đồ kích thước xe khách Ô tô khách có thể có 1 hoặc 2 tầng và cũng có thể kéo theo rơ moóc
1.2.3 Ô tô tải Ô tô tải bao gồm: ô tô chở hàng hóa (hình 1.1.b); ô tô chở hàng chuyên dùng; ô tô kéo rơ moóc; ô tô đầu kéo …
Hình 1.1.c Sơ đồ kích thước xe tải
G - trọng tâm xe khi chất đầy tải;
L 0 - chiều dài cơ sở xe, mm; a - khoảng cách từ trục trước đến trọng tâm G, mm; b - khoảng cách từ trục sau đến trọng tâm G, mm.
L - chiều dài tổng thể xe, mm;
W 0 - chiều rộng cơ sở xe, mm
H - chiều cao tổng thể xe, mm.
NGUỒN CUNG CẤP CÔNG SUẤT
1.3.1 Khái quát Động cơ lắp trên ô tô là thiết bị chuyển hóa dạng năng lượng nào đó thành động năng làm quay trục động cơ (hình 1.2).
Hình 1.2 Các loại động cơ a Động cơ đốt trong; b Động cơ điện; c Động cơ diesel
Hiện nay, động cơ lắp trên ô tô bao gồm: động cơ đốt trong, động cơ điện, động cơHybrid.
+ Động cơ đốt trong, sử dụng nhiên liệu được đốt cháy bên trong buồng đốt, nếu nhiên liệu là:
- Xăng, gọi là động cơ xăng;
- Diesel, gọi là động cơ diesel;
- Khí đốt, gọi là động cơ khí đốt. Động cơ đốt trong có thể là động cơ 2 hay 4 kỳ
+ Động cơ điện, dùng năng lượng điện để hoạt động;
+ Động cơ Hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện.
1.3.2 Đường đặc tính tốc độ động cơ đốt trong a Khái niệm Để xác định mô men hay lực kéo của động cơ đốt trong tác dụng lên các bánh xe chủ động cần phải nghiên cứu đường đặc tính tốc độ của nó Đường đặc tính tốc độ động cơ đốt trong là đường chỉ sự phụ thuộc của công suất có ích N e , mômen xoắn có ích M e , tiêu hao nhiên liệu trong một giờ G T và suất tiêu hao nhiên liệu g e theo số vòng quay n e hoặc vận tốc góc ω của trục khuỷu.
Có hai loại đường đặc tính tốc độ của động cơ:
- Đường đặc tính tốc độ cục bộ;
Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ được xây dựng khi cung cấp nhiên liệu ở mức tối đa, tức là mở hoàn toàn cánh bướm ga đối với động cơ xăng sử dụng Carburetor hoặc thiết lập thanh răng của bơm cao áp ở chế độ cấp nhiên liệu hoàn toàn cho động cơ diesel Trong khi đó, đường đặc tính cục bộ được xác định khi cánh bướm ga hoặc thanh răng được đặt ở vị trí trung gian Các điểm đặc trưng theo số vòng quay ne của trục khuỷu động cơ cũng rất quan trọng trong việc phân tích hiệu suất động cơ.
Để xây dựng đường đặc tính chính xác cho động cơ đốt trong loại piston, cần xác định các điểm đặc trưng theo số vòng quay trục khuỷu (n e) trong một đơn vị thời gian, có thể thực hiện thông qua thí nghiệm hoặc công thức thực nghiệm Các thông số quan trọng bao gồm: n min - số vòng quay nhỏ nhất để động cơ hoạt động ổn định ở chế độ toàn tải; n M - số vòng quay tương ứng với mô men động cơ lớn nhất (M emax); n N - số vòng quay ứng với công suất lớn nhất (N emax); và n max - số vòng quay lớn nhất của trục khuỷu động cơ.
Đường đặc tính ngoài của động cơ đốt trong loại piston bao gồm động cơ xăng không hạn chế vòng quay, động cơ xăng có hạn số vòng quay và động cơ Diesel Tốc độ quay thường được đo bằng đơn vị vòng/phút, viết tắt là [vg/ph] hoặc [rpm].
Số vòng quay lớn nhất của trục khuỷu động cơ, đối với:
Động cơ xăng sử dụng chế hòa khí thường không có bộ phận hạn chế số vòng quay, phổ biến trên xe con và đôi khi trên xe khách Số vòng quay tối đa (n max) được giới hạn ở mức không vượt quá số vòng quay tương ứng với công suất lớn nhất.
Bảng 1.1 Các khoảng giá trị số vòng quay ứng với động cơ sử dụng nhiên liệu
LIÊN QUAN ĐẾN SỐ VÒNG QUAY ĐCĐT
Không Có n min (vg/ph) n max (vg/ph) λ = n max /n N
Động cơ diesel hiện nay được sử dụng rộng rãi trên xe tải, xe khách và cả xe con, với bộ điều tốc hai hoặc nhiều chế độ Động cơ hoạt động chủ yếu ở công suất gần cực đại, được điều chỉnh để đảm bảo số vòng quay không vượt quá giới hạn của công suất lớn nhất Công suất động cơ khi có bộ điều tốc được gọi là công suất định mức N n, trong khi mô men xoắn tương ứng với công suất này được gọi là mô men xoắn định mức M n, đi kèm với số vòng quay n n.
Theo thực nghiệm, các loại nhiên liệu khác nhau ảnh hưởng đến động cơ, với tỷ số λ = n max / n N xác định các khoảng giá trị của các điểm đặc trưng trên đường đặc tính theo số vòng quay trục khuỷu (n e) Bảng 1.1 c thể hiện các điểm đặc trưng liên quan đến công suất và mô men xoắn.
Khi không có đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ bằng thực nghiệm, có thể xây dựng chúng bằng công thức thực nghiệm S.R.Laydecman như sau:
N e , n e – công suất của động cơ và số vòng quay tương ứng của trục khuỷu động cơ ở một điểm bất kỳ trên đường đặc tính ngoài;
Công suất cực đại của động cơ, ký hiệu là n emax và n eN, cùng với số vòng quay tương ứng của trục khuỷu động cơ được thể hiện trên đường đặc tính ngoài Các hệ số thực nghiệm a, b, c của động cơ phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng, số kỳ và cấu trúc buồng đốt Giá trị của các hệ số này được trình bày trong bảng 1.2.
Bảng 1.2 Giá trị các hệ số thực nghiệm của ĐCĐT
Kỳ Buồng cháy Các hệ số thực nghiệm a b c
HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
Hình 1.4 Các cách bố trí hệ thống truyền lực trên ô tô 1.4.2 Các cụm tổng thành
1.4.2.1 Ly hợp ô tô a Công dụng [6]
Là một cơ cấu được dùng để nối hoặc ngắt truyền động từ động cơ đến hộp số của ô tô trong những trường hợp cần thiết.
Bảo đảm an toàn cho các chi tiết trong hệ thống truyền lực khi gặp tình trạng quá tải, như phanh đột ngột mà không nhả ly hợp, là rất quan trọng Ly hợp ô tô được phân loại theo phương pháp truyền mô men xoắn, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của hệ thống.
Theo phương pháp truyền mô men từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thống truyền lực người ta chia ly hợp thành các loại sau:
Ly hợp ma sát: đây là loại ly hợp được sử dụng phổ biến trên ô tô hiện nay.
Ly hợp ma sát bao gồm các thành phần chính như đĩa ma sát, đĩa ép, vỏ và lò xo Nó hoạt động dựa trên lực ma sát giữa các đĩa ma sát được ép lên bề mặt bánh đà, giúp truyền mô men từ động cơ đến trục sơ cấp của hộp số.
Ly hợp thủy lực: truyền năng lượng bằng chất lỏng.
Ly hợp liên hợp: thường kết hợp 2 trong các loại trên: phổ biến ly hợp thủy lực kết hợp ly hợp ma sát.
Ly hợp điện từ là một dạng ly hợp ma sát, sử dụng lực điện từ từ cuộn dây để ép phần ứng ma sát vào rotor, nhằm truyền mô men Loại ly hợp này chủ yếu được ứng dụng trong việc điều khiển máy nén điều hòa, quạt tản nhiệt và phanh điện từ.
Theo trạng thái làm việc của ly hợp, thường chia ly hợp ra thành 2 loại sau:
- Ly hợp thường mở. b.3 Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép
Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép, chia ra các loại ly hợp sau:
Lò xo trong ly hợp ô tô, bao gồm lò xo đặt xung quanh, lò xo trung tâm và lò xo màng, là loại phổ biến nhất hiện nay Chức năng của lò xo là ép lên đĩa ma sát, giúp nó tiếp xúc với mặt bích bánh đà Quá trình này tạo ra lực ma sát cần thiết để truyền mô men từ động cơ đến trục sơ cấp của hộp số, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của ly hợp ma sát.
Loại nửa ly tâm: Lực ép sinh ra ngoài lực ép của lò xo còn có lực ly tâm của trọng khối phụ ép thêm vào
Loại ly tâm: Ly hợp ly tâm sử dụng lực ly tâm để tạo lực ép đóng và mở ly hợp. b.4 Theo phương pháp dẫn động ly hợp
Theo phương pháp dẫn động ly hợp, chia ly hợp ra thành các loại sau:
Ly hợp dẫn động cơ khí sử dụng cơ cấu đòn bẩy hoặc cáp để điều khiển việc nối - ngắt ly hợp Hệ dẫn động này hiện nay ít được sử dụng trên ô tô, chủ yếu phổ biến trong xe mô tô côn tay.
Ly hợp dẫn động thủy lực là phương pháp điều khiển ly hợp phổ biến hiện nay trên ô tô Hệ thống này bao gồm xilanh chính, xilanh cắt ly hợp và đường ống dẫn chất lỏng, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của ly hợp.
Ly hợp dẫn động có cường hóa:
+ Ly hợp dẫn động cơ khí cường hóa khí nén;
+ Ly hợp dẫn động thủy lực cường hóa khí nén.
Hệ thống này được sử dụng để điều chỉnh tỷ số truyền, nhằm thay đổi mô men xoắn ở các bánh xe chủ động của xe Đồng thời, nó cũng giúp điều chỉnh tốc độ di chuyển của xe phù hợp với các yếu tố cản trở bên ngoài.
- Thay đổi chiều chuyển động của xe (tiến và lùi)
- Tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong khoảng thời gian tùy ý mà không cần tắt động cơ và ngắt ly hợp.
- Dẫn động lực học ra ngoài cho các bộ phận công tác của xe chuyên dùng. b Phân loại b.1 Phân theo cấp số, hộp số trên ô tô có 2 loại:
- Truyền vô cấp - CVT b.2 Phân theo cách điều khiển cho hộp số, có:
- Điều khiển bằng tay - MT;
- Tự động điều khiển - AT;
- Bán tự động. b.3 Phân theo sử dụng ly hợp, có:
- Biến mô thủy lực. c Ưu và nhược điểm c.1 Hộp số điều khiển bằng tay – Manual Tranmission Ưu điểm
- Thường tiết kiệm nhiên liệu hơn hộp số tự động hay hộp số vô cấp CVT.
- Giá thành rẻ hơn so với các loại hộp số khác.
- Việc bảo trì, bảo dưỡng thường dễ dàng và ít tốn kém chi phí hơn.
- Giúp người điều khiển kiểm soát xe tốt hơn trong nhiều tình huống.
- Việc phải sử dụng nhiều thao tác để điều khiển ly hợp, số hợp lý giúp người điều khiển tập trung hơn.
- Mang lại cảm giác điều khiển chân thật và thú vị hơn.
Việc điều khiển xe số tay đòi hỏi nhiều kỹ năng hơn so với xe số tự động, gây khó khăn cho những người mới lái Những tài xế ít kinh nghiệm có thể cảm thấy áp lực khi vừa phải chú ý đến đường đi vừa thực hiện các thao tác phức tạp của hộp số điều khiển bằng tay.
Kẹt xe và tắc đường gây ra sự bất tiện và khó chịu cho người lái, vì họ thường phải thao tác liên tục với hộp số, đặc biệt là việc "rà ly hợp" để tránh tình trạng xe tắt máy trong những lúc đông đúc.
Việc sử dụng bàn đạp ly hợp liên tục có thể gây đau nhức chân cho người điều khiển, đặc biệt là sau những hành trình dài, và tình trạng này càng nghiêm trọng hơn đối với người lớn tuổi hoặc những người có vấn đề về xương khớp Hộp số tự động (Automatic Transmission) sẽ là giải pháp lý tưởng, giúp giảm bớt áp lực lên chân người lái và mang lại trải nghiệm lái xe thoải mái hơn.
Hộp số tự động mang lại trải nghiệm lái xe dễ dàng và thoải mái hơn cho người điều khiển, đặc biệt là cho những tài xế không tự tin hoặc có kỹ năng lái yếu.
Hộp số tự động rất hữu ích khi lái xe trong khu vực thành phố đông đúc, mang lại sự thoải mái và tự tin cho người điều khiển Khác với hộp số tay, nơi người lái phải tập trung cao độ để tránh xe tắt máy ở tốc độ thấp, hộp số tự động giúp giảm bớt căng thẳng và mệt mỏi trong quá trình điều khiển.
- Độ tiêu hao nhiên liệu lớn hơn so với hộp số điều khiển bằng tay truyền thống do sự hao hụt công suất ở biến mô thủy lực.
Chi phí bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế hộp số tự động vô cấp (CVT) thường cao do cấu trúc phức tạp của hệ thống này.
- Giữ lại được khả năng điều khiển nhẹ nhàng, thoải mái của một hộp số tự động.
- Khả năng tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn so với hộp số tự động có cấp truyền thống.
- Cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ và khối lượng nhẹ hơn so với hộp số tự động có cấp.
Quá trình vận hành của hộp số này diễn ra mượt mà và chính xác, giúp người điều khiển không cảm nhận được sự chuyển đổi số thông thường, mà không có hiện tượng vòng tua máy tăng cao rồi giảm xuống như ở các loại hộp số khác.
Tiếng ồn khi tăng tốc và khi hoạt động ở tua máy cao là nhược điểm đặc trưng của hộp số CVT, bất kể có được trang bị chế độ giả lập cấp số hay không.
DẦM CẦU
Dầm cầu là dầm liên kết giữa 2 bánh xe trên một trục b Phân loại
Theo kết cấu, dầm cầu có 2 dạng: liền và ghép
Theo công dụng, có các loại sau:
- Dầm cầu chủ động và dầm cầu bị động
- Dầm cầu dẫn hướng và dầm cầu không dẫn hướng.
Trên ô tô, dầm cầu dẫn hướng được đặt ở phía trước và có thể bao gồm cả dầm cầu trung gian, trong khi dầm cầu không dẫn hướng nằm ở phía sau, cũng có thể có dầm cầu trung gian Các dầm cầu này đóng vai trò quan trọng trong việc điều hướng và ổn định cho xe.
- Đỡ trọng lượng của 2 hệ thống treo trên một trục dầm cầu và phần trọng lượng được treo của xe;
Dầm cầu liền không chỉ có chức năng chính mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các chi tiết của cụm truyền lực, vi sai và các bán trục dẫn đến bánh xe.
HỆ THỐNG TREO
Hệ thống treo là phần quan trọng kết nối khung xe với dầm cầu, giúp ô tô di chuyển êm ái trên những đoạn đường gồ ghề Ngoài ra, nó còn có chức năng truyền tải lực và mô men từ bánh xe lên khung và thân xe, đảm bảo sự ổn định và an toàn trong quá trình di chuyển.
Hệ thống treo cho 2 bánh xe trên:
- Dầm cầu liền, gọi là hệ thống treo phụ thuộc (dependent suspension);
- Dầm cầu ghép, gọi là hệ thống treo độc lập (independent suspension).
1.6.3 Bộ phận chính hệ thống treo
Có 3 bộ phận chính thuộc hệ thống treo, bao gồm: giữ hướng; đàn hồi; giảm chấn. a Bộ phận giữ hướng
+ Đối với dầm cầu liền
Bộ phận giữ hướng có các loại:
- Nhịp đặt dọc theo xe
+ Đối với dầm cầu ghép
Bộ phận giữ hướng có các loại:
- 1 đòn chữa A (ngang; dọc; xiên)
- 2 đòn chữa A (trên, dưới): bằng nhau, không bằng nhau; Macpherson
- Nến b Bộ phận đàn hồi
Bộ phận đàn hồi, được:
+ Chế tạo từ vật liệu kim loại, có các loại:
- Lò xo lá hay nhíp;
+ Chế tạo từ vật liệu phi kim loại, có các loại:
- Cao su e Bộ phận giảm chấn
Có 2 loại giảm chấn: 1 ống; 2 ống
Ngoài ra, 2 hệ thống treo thuộc trên một dầm cầu thường có thêm thanh cân bằng
ĐIỀU KHIỂN HƯỚNG
Dầm cầu dẫn hướng được trang bị cam xoay, một cơ cấu quan trọng liên kết với bánh xe dẫn hướng và trục trụ đứng của dầm cầu Đường tâm của trụ đứng tạo ra góc KingPin và Caster, ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định của xe.
1.7.2 Hệ thống lái ô tô a Công dụng [8]
Hệ thống lái ô tô giúp điều khiển hướng đi theo mong muốn của người lái, đồng thời đảm bảo tâm quay vòng của các bánh xe tuân thủ đúng nguyên tắc động học khi quay vòng Điều này góp phần hạn chế hiện tượng mòn bánh xe trong quá trình di chuyển.
Có 2 loại động học lái cơ bản được sử dụng trên các xe cơ giới hiện nay đó là động học lái kiểu bàn xoay và động học lái kiểu Ackerman.
Hình 1.5 Động học lái cơ bản a Kiểu bàn xoay; b Kiểu ackerman b.1 Động học lái kiểu bàn xoay
Việc đánh lái được thực hiện bằng cách quay một trục cứng, thường là cầu trước, thông qua chốt hoặc giàn xoay.
- Khi đánh lái tối đa, xu hướng xe bị lật nghiêng tăng lên Do đó làm mất ổn định;
- Bán kính vòng quay nhỏ do góc đánh lái lớn, nên có khả năng quay vòng ở chỗ hẹp rất tốt.
Động học lái kiểu bàn xoay có tính ổn định thấp, do đó chỉ phù hợp cho các xe cơ giới di chuyển chậm, thường thấy ở xe công trình và xe siêu trường, siêu trọng Ngược lại, động học lái kiểu Ackerman mang lại khả năng điều khiển tốt hơn cho các phương tiện.
Động học lái Ackerman khác biệt với kiểu bàn xoay, khi tất cả bánh xe tự quay quanh trục của chúng, với đường tâm trục đứng (Kingpin) hình thành từ hai điểm khớp quay của hệ thống treo bánh xe Phương pháp này được áp dụng cho xe cơ giới có hai vệt bánh xe, giúp duy trì hình chiếu bằng của xe gần như không thay đổi khi điều khiển hướng, điều này rất quan trọng trong không gian hạn chế của hệ thống lái trên ô tô.
Đối với ô tô con, việc nắm vững động học lái Ackerman là điều cần thiết, vì đây là hệ thống lái chủ yếu được áp dụng trên hầu hết các loại xe hiện có trên thị trường ô tô ngày nay.
Trong động học lái Ackerman, mỗi bánh xe có tâm quay riêng, nhưng nguyên tắc chính là các bánh xe dẫn hướng phải đảm bảo rằng đường nối dài của tâm trụ bánh xe lăn trong và ngoài sẽ gặp nhau trên đường nối dài của tâm các bánh xe dầm cầu Điều này cho phép các bánh xe chạy trên các đường tròn đồng tâm, giúp cải thiện khả năng điều khiển và ổn định cho phương tiện.
Trong hầu hết các hệ thống lái, chỉ có cơ cấu động học hình thanh lái cho phép điều chỉnh góc đánh lái khác nhau cho hai bánh xe dẫn hướng.
Hình 1.6 Động học hình thang lái c Thành phần chính của hệ thống lái
Hệ thống lái ô tô gồm: hệ thống lái cơ bản và hệ thống hỗ trợ a Hệ thống lái cơ bản
Gồm: dẫn động lái, cơ cấu lái a.1 Dẫn động lái
Dẫn động lái có vai trò quan trọng trong việc truyền chuyển động từ người điều khiển đến hệ thống lái, giúp thay đổi hướng di chuyển của ô tô và cung cấp cảm giác về mặt đường cho người lái Ngoài ra, dẫn động lái còn đảm bảo an toàn cho người điều khiển trong trường hợp va chạm, mặc dù nhiệm vụ này không phải là chính Các thành phần chủ yếu của dẫn động lái bao gồm vành tay lái và trụ lái.
Vành tay lái, hay còn gọi là vô lăng, đóng vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận mô men xoay từ người điều khiển và truyền lực cho trục lái Ngoài chức năng điều khiển, vành tay lái còn có thể được trang bị các bộ phận cần thiết như còi, công tắc tổng hợp và túi khí, góp phần nâng cao tính năng an toàn và tiện ích cho người lái.
- Trục lái: dùng để truyền mô men quay từ vành tay lái đến cơ cấu
Hình thang lái là bộ phận quan trọng trong hệ thống lái của xe, có chức năng truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến cam xoay dẫn hướng bánh xe Nó đảm bảo mối quan hệ cần thiết về góc quay của các bánh xe dẫn hướng, giúp thực hiện quay vòng một cách chính xác và hiệu quả.
Hình thang lái là hệ thống bao gồm các thanh dẫn động và khớp liên kết, được thiết kế khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc khung gầm của từng loại xe Cơ cấu lái đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và ổn định phương tiện.
Có công dụng điều khiển các đòn xoay trong cơ cấu hình thang lái bảo đảm chuyển động theo đúng động học lái Ackerman
Hiện nay, các loại cơ cấu lái trên ô tô bao gồm trục vít – cung răng, trục vít – con lăn, trục vít – thanh răng, và hệ thống liên hợp như trục vít – ê cu – đòn quay hay trục vít – ê cu - thanh răng – cung răng Những cơ cấu này đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ hệ thống lái, đảm bảo sự ổn định và chính xác khi điều khiển xe.
Hỗ trợ cho hệ thống lái có thể có một trong những hệ thống sau:
+ Trợ lực thủy lực – HPS
+ Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện – EPHS
+ Hệ thống lái trợ lực điện – EPS
+ Hệ thống lái chủ động – AFS
+ Hệ thống lái Steer by wire
+ Hệ thống lái tự động
HỆ THỐNG PHANH
1.8.1 Công dụng, các loại phanh trên một ô tô và vị trí a Công dụng
Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ, dừng chuyển động, hoặc giữ cho ô tô đứng yên trên dốc. b Các loại phanh trên một ô tô và vị trí
Trên một ô tô có 2 loại phanh:
Phanh tay, hay còn gọi là phanh phụ, là một hệ thống phanh quan trọng trên xe, được kết nối từ cần phanh tay đến cơ cấu phanh trên trục thứ cấp của hộp số, thường thấy ở xe tải hoặc xe buýt, cũng như tại các bánh xe phía sau.
- Phanh chân hay còn gọi là phanh chính, có vị trí từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh đặt tại các bánh xe
1.8.2 Thành phần chính của hệ thống phanh
Hệ thống phanh ô tô gồm: hệ thống phanh cơ bản và hệ thống hỗ trợ a Hệ thống phanh cơ bản
Bao gồm: bàn đạp phanh, dẫn động phanh, cơ cấu phanh
- Dẫn động phanh ô tô có các loại sau: cơ khí; chất lỏng; khí nén
Cơ cấu phanh ô tô bao gồm hai loại chính: tang trống, sử dụng dãi phanh hoặc guốc phanh, và đĩa phanh, sử dụng giá cố định hoặc di động Hệ thống phanh liên kết là sự kết hợp giữa khí nén và chất lỏng, trong đó dẫn động phanh của hệ thống phanh chất lỏng được kích hoạt bởi khí nén Hệ thống này hỗ trợ cho phanh cơ bản, nâng cao hiệu suất và độ an toàn khi lái xe.
+ Trợ lực phanh cho hệ thống phanh dẫn động bằng chất lỏng
- Hệ thống chân không, được điều khiển bằng đòn đẩy hoặc bằng chất lỏng;
- Hệ thống khí nén được điều khiển bằng chất lỏng.
+ Chống hãm cứng khi phanh bánh xe
THIẾT KẾ Ô TÔ LÂM TƯỞNG QUÂN
YÊU CẦU LÀM VIỆC
- Trọng lượng chuyên chở, Ge = 7495 kG
- Số người tham gia, nh = 3 người
(tính cho cả người điều khiển và hành khách)
- Tốc độ lớn nhất Vmax = 90 km/h Ứng với loại đường: nhựa
CHỌN XE MẪU
a Tốc độ xe: VMmax = 90 km/h b Trọng lượng ô tô b.1 Trọng lượng bản thân
Trọng lượng bản thân, hay tự trọng, hoặc trọng lượng không tải:
GM0 = 3950 kG Được phân bố lên:
- Phía trục trước, GM01 = 987,5 kG;
- Phía trục sau, GM02 = 2962,5 kG; b.2 Trọng lượng toàn bộ khi đủ tải
Trọng lượng toàn bộ khi đủ tải:
GMa = 11445 kG Được phân bố lên:
- Phía trục trước, GMa1 = 2861.25 kG;
- Phía trục sau, GMa2 = 8583.75 kG; b.3 Trọng lượng người tham gia
Số lượng người tham gia kể cả người điều khiển: n = 3 người Trọng lượng tung bình 1 người:
Gh = (65 ÷ 80) kG; chọn, Gh = 75 kG Trọng lượng người tham gia:
Ge1 = n.Gh = 225 kG b.4 Trọng lượng hàng hóa
Trọng lượng hữu ích: Ge = Ga - G0 = 7495 kG
Trọng lượng hàng hóa: Ge2 = Ge - Ge1 = 7075 kG c kích thước
Chiều rộng tổng thể xe, W = 2240 mm;
Chiều cao tổng thể xe, H = 2420 mm;
Chiều dài tổng thể xe, L = 8180 mm;
Chiều dài cơ sở xe, L0 = 4500 mm;
Chiều rộng cơ sở xe, W0 = 1665 mm;
Khoảng cách 2 đường tâm trụ đứng
CHỌN SƠ BỘ
2.3.1 Nguồn cung cấp công suất
+ Xe theo yêu cầu thiết kế là: ô tô tải
+ Nguồn cung cấp công suất là: động cơ đốt trong –ĐCĐT– 4 kỳ
+ Năng lượng chuyển hóa: nhiên liệu diesel
- Không có bộ phận hạn chế số vòng quay [tr 140/100];
- Buồng cháy trực tiếp [tr 11/100].
+ Vị trí trên xe: theo chiều dài xe, động cơ đặt phía trước; nằm dọc
+ Công suất và momen động cơ truyền đến bánh xe chủ động dầm cầu xa. Động cơ được bố trí theo sơ đồ hình 2.1
Hình 2.1 Sơ đồ vị trí động cơ và cầu chủ động 2.3.2 Thân khung và sườn xe
Chọn: Thân khung và sườn xe rời cho xe thiết kế (hình 2.2) [9]
Hình 2.2 Thân khung và sườn xe rời 2.3.3 Hệ thống truyền lực
2.3.3.1 Đường truyền công suất ô tô
Sơ đồ hình 2.3 thể hiện truyền công suất và momen ô tô, đã chọn.
2.3.3.2 Các cụm tổng thành trong hệ thống truyền lực
Sẽ chọn từng cụm tổng thành dựa trên sơ đồ đã chọn (hình 2.3) a Ly hợp
- Sử dụng ly hợp ma sát lực ép đĩa ép bằng lò xo trụ để truyền hay cắt dòng công suất, momen động cơ đến hộp số (hình 2.4
Hình 2.3 Sơ đồ đường truyền công suất và momen ô tô
1 Động cơ; 2 Ly hợp; 3 Hộp số; 4 Trục Cardan; 5 Vỏ vi sai; 6 Bán trụ; 7 Truyền lực chính và vi sai; 8 Bánh răng vành chậu quả dứa; 9 Bánh xe chủ động; 10.
Hình 2.4 Sơ đồ ly hợp ma sát
Hình 2.5 Dẫn động ly hợp bằng chất lỏng; có trợ khí nén.
- Dẫn động ly hợp bằng chất lỏng; có trợ khí nén được thể hiện trên hình 2.5. b Hộp số
- Điều khiển bằng tay với cơ cấu dẫn động điều khiển gài số loại trực tiếp (hình 2.6)
Hình 2.6 Sơ đồ dẫn động điều khiển hộp số
- Sử dụng hộp số có cấp (hình 2.7)
Hình 2.7 Hộp số có cấp c Trục truyền động c.1 Trục cardan
Trục thép rỗng; khớp cardan chữ thập (+) (hình 2.8); số lượng khớp 3
Hình 2.8 Trục truyền động cardan chữ thập c.2 Bán trục
Trục thép đặc; loại trục giảm tải hoàn toàn (hình 2.9)
Hình 2.9 Sơ đồ bán trục d Truyền lực chính và vi sai
Truyền lực chính: sử dụng bộ truyền bánh răng côn – nón (hình 2.10);
Vi sai: sử dụng vi sai đối xứng, VS thông thường (hình 2.11)
Hình 2.11 Vi sai 2.3.4 Dầm cầu
Chọn dầm cầu cho xe thiết kế a Dầm cầu phía trước
Dầm cầu phía trước chọn làm dầm cầu dẫn hướng xe; dạng dầm cầu liền; bị động (hình 12)
Hình 2.12 Dầm cầu phía trước b Dầm cầu phía sau
Dầm cầu phía sau là dầm cầu dẫn hướng; dạng dầm cầu liền; chủ động (hình 13)
Hình 2.13 Dầm cầu phía sau
2.3.5 Hệ thống treo a Tên gọi của hệ thống treo
Dầm cầu trước: hệ thống treo phụ thuộc
Dầm cầu sau: hệ thống treo phụ thuộc b Bộ phận giữ hướng của hệ thống treo
Dầm cầu trước: bộ phận giữ hướng của hệ thống treo loại nhíp bộ đặt dọc theo chiều dài xe (hình 2.14)
Hình 2.14 Bộ phận giữ hướng hệ thống treo thuộc dầm cầu trước
Dầm cầu sau: bộ phận giữ hướng của hệ thống treo loại nhíp bộ đặt dọc theo chiều dài xe (hình 2.15)
Hình 2.15 Bộ phận giữ hướng hệ thống treo thuộc dầm cầu sau c Bộ phận đàn hồi của hệ thống treo
Dầm cầu trước: bộ phận đàn hồi của hệ thống treo thuộc dầm cầu trước chọn lò xo lá (nhíp) (hình 2.16)
Hình 2.16 Bộ phận đàn hồi hệ thống treo thuộc dầm cầu trước
Dầm cầu sau: bộ phận đàn hồi của hệ thống treo thuộc dầm cầu sau chọn loại lò xo lá (nhíp) (hình 2.17)
Hình 2.17 Bộ phận đàn hồi hệ thống treo thuộc dầm cầu sau d Bộ phận giảm chấn của hệ thống treo
Dầm cầu trước là bộ phận giảm chấn quan trọng trong hệ thống treo, thường được lựa chọn với loại 1 lớp vỏ xylanh (hình 2.18.a) Trong khi đó, dầm cầu sau thường sử dụng loại 2 lốp vỏ xylanh để đảm bảo hiệu suất và độ ổn định của xe.
Hình 2.18 Bộ phận giảm chấn hệ thống treo
Dầm cầu sau là bộ phận giảm chấn quan trọng trong hệ thống treo, được thiết kế với loại 2 lớp vỏ xylanh (hình 2.18.b) Nó đóng vai trò kết nối thanh cân bằng giữa hai hệ thống treo trên cùng một trục dầm cầu.
Dầm cầu trước: không có thanh cân bằng
Dầm cầu sau: có thanh cân bằng (hình 2.19)
Hình 2.19 Thanh cân bằng liên kết 2 hệ thống treo trên 1 dầm cầu 2.3.6 Hệ thống lái [10] a Vành tay lái và vị trí
Vành tay lái nằm ở gần đầu xe và lệch sang trái (hình 2.20)
Hình 2.20 Vị trí vành tay lái trên ô tô thiết kế b Trục lái
Trục lái điều chỉnh được (hình 2.21)
Hình 2.21 Vành tay lái trên ô tô thiết kế c Cơ cấu lái
Dùng cơ cấu lái kiểu trục vít ê cu bi hồi chuyển chốt (hình 2.22)
Hình 2.22 Cơ cấu lái kiểu trục vít ê cu bi hồi chuyển chốt cho xe thiết kế d Dẫn động lái
Dẫn động lái là hình thang lái, đòn ngang của hình thang lái chọn loại 1 đòn (hình 2.23)
Hình 2.23 Hình thang lái, loại 1 đòn cho xe thiết kế c Trợ lực lái
Trợ lực lái chọn trợ lực thủy lực – HPS (hình 2.24)
Hình 2.24 Trợ lưc lái, loại trợ lực thủy lực – HPS cho xe thiết kế
2.3.7.1 Hệ thống phanh phụ a Chọn hệ thống phanh, với:
- Dẫn động phanh sử dụng loại:Khí nén
- Cơ cấu phanh sử dụng loại: Tang trống
- Điều hòa lực phanh: Không sử dụng
- Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh: Không sử dụng [11] b Sơ đồ hệ thống phanh, phân tích
2.3.7.2 Hệ thống phanh chính a Chọn hệ thống phanh, với:
- Dẫn động phanh sử dụng loại Khí nén
- Cơ cấu phanh sử dụng loại: Tang trống
- Điều hòa lực phanh: Có sử dụng
- Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh: Không sử dụng [12] b Sơ đồ hệ thống phanh, phân tích
Hình 2.25 : Sơ đồ hệ thống phanh khí nén.
1 Máy nén khí; 2 Ống dẫn khí nén; 3 Đồng hồ áp suất; 4 Bình chứa khí nén; 5 Bầu phanh bánh xe; 6 Cam tác động; 7 Lò xo; 8 Má phanh; 9 Guốc phanh; 10 Van điều khiển; 11 Bầu phanh bánh xe; 12 Bàn đạp
Khi người lái xe đạp phanh, lực tác động qua ty đẩy làm cho pít tông điều khiển nén lò xo và mở van khí nén, cho phép khí từ bình chứa phân phối đến các bầu phanh Lò xo nén sẽ đẩy cần và xoay cam, khiến hai guốc phanh ép chặt má phanh vào tang trống Quá trình này tạo ra áp lực ma sát, làm giảm tốc độ quay của tang trống và moayơ bánh xe, đáp ứng yêu cầu dừng lại hoặc giảm tốc của người lái.
2.3.8 Thông số kích thước và trọng lượng
Dựa theo xe mẫu, chọn kích thước
Chiều rộng tổng thể xe, WD = 2290 mm;
Chiều cao tổng thể xe, HD = 2520 mm;
Chiều dài tổng thể xe, LD = 8230 mm;
Chiều dài cơ sở xe, LD0 = 4600 mm;
Chiều rộng cơ sở xe, WD0 = 1695 mm;
Khoảng cách 2 đường tâm trụ đứng
Với, Bề rộng bánh xe, = 209,55 mm
CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRÊN Ô TÔ
2.4.1 Công suất động cơ ứng với vận tốc lớn nhất ô tô a Khái quát Để ô tô có tổng trọng lượng toàn bộ (Ga), di chuyển đạt vận tốc lớn nhất (v e max) trên mặt đường đã chọn, cần phải xác định công suất của nguồn cung cấp Ở đây, chọn nguồn cung cấp công suất cho ô tô là động cơ đốt trong – ĐCĐT Muốn cung cấp nhiên liệu cho ĐCĐT ở chế độ cực đại, đối với động cơ:
- Xăng là phải mở cánh bướm ga hoàn toàn
- Diesel, thì đặt thanh răng của bơm cao áp với chế độ cấp nhiên liệu hoàn toàn
Thì số vòng quay động cơ (n e ) từ nhỏ nhất (n e min) tiến đến lớn nhất (n e max) tức (n e min
Công suất ĐCĐT ứng với vận tốc lớn nhất của một ô tô (Ne v max), được xác định:
Công thức tính công suất tối đa của hệ thống truyền lực được biểu thị bằng hai phương trình: Ne v max = (1/ηt t ).(ψ.Ga.ve max+W.ve 3 max) và N e v max = (1/ηt t ).[(fv max + i).Ga.v e max+W.v e 3 max] Trong đó, ηt t là hiệu suất của hệ thống truyền lực, phụ thuộc vào hiệu suất của các cơ cấu như ly hợp (ηtlh), hộp số chính (ηth), hộp số phụ (ηtp), trục truyền cardan (ηtcd), bộ truyền lực chính một cấp (ηto), bộ vi sai (ηtv), và truyền lực cuối cùng (ηtcc) Hiệu suất tổng thể của hệ thống truyền lực được tính bằng công thức ηt t = ηt lh ηt h ηt p ηt cd ηt o ηtv.ηt cc Hệ số cản mặt đường ψ, tương ứng với vận tốc lớn nhất, được xác định bởi ψ = fv max + i, trong đó fv max là hệ số cản lăn của mặt đường và i là độ dốc mặt đường mà ô tô đạt được vận tốc lớn nhất.
Ga – trọng lượng ô tô khi đủ tải, [N] v e max – vận tốc lớn nhất của ô tô khi chất đủ tải, [m/s];
W – nhân tố cản không khí của ô tô, với biểu thức liên hệ:
Như vậy, nhân tố cản không khí phụ thuộc vào:
K – hệ số cản không khí, [Ns 2 /m 4 ]
F – diện tích cản chính diện của ô tô, [m 2 ] b Xác định các trị số cho xe thiết kế b.1 Hiệu suất hệ thống truyền lực ô tô
Hiệu suất hệ thống có thể được xác định theo biểu thức (2-2), và theo tài liệu [tr 15/100], xe thiết kế là ô tô tải với lực truyền chính một cấp Do đó, có thể chọn sơ bộ hệ suất truyền ηt t = 0,89 (2-4) b.2 Hệ số cản mặt đường cũng cần được xem xét.
Yêu cầu: vận tốc lớn nhất cho xe thiết kế, ve max = 90 km/h = 25 m/s Ứng với loại mặt đường nhưa tốt, có:
Mặt đường trên, có hệ số cản ψ bao gồm: ψ = i + fv emax (2-5)
+ Độ dốc mặt đường [tr 137/100] thường thuộc khoảng, i = (0.005 ÷ 0.015);
+ Hệ số cản lăn (fv e) của xe ứng với loại đường trên, khi xe:
- Chưa vượt qua tốc độ 80 km/h [tr 54/100], fo = 0,015 (2-7)
- Đã vượt qua tốc độ 80 km/h, [tr 53/100], sẽ tiếp tục tính theo biểu thức: f(>80km/h) = f(v e ) = fo.(1+ v e 2 max /1500) [tr 53/100] (2-8)
- Nếu là đường nhựa bê tông hay bê tông tốt, thì fv e được xác định: fv e = f(v e ) = (32 + v e )/2800 [tr 53/100] (2-9)
Hệ số cản lăn (fv e) cho loại đường đã chọn, nhằm đạt được vận tốc tối đa cho xe, được xác định theo công thức fv emax = 0,02125.
Thay các trị số đã tính và chọn của các biểu thức (2-6) và (2-1) vào biểu thức (2-5) ψ = 0,005 + 0,02 = 0,025 ψ = 0,025 (2-11) b.3 Trọng lượng toàn tải ô tô
Trọng lượng của ô tô khi chất đủ tải (Ga) [tr 138/100] xác định:
Ga = Go + n.(Gh + Ghl) [N] (2-12) Trong đó:
Go – trọng lượng bản thân, hay tự trọng, hoặc trọng lượng không tải, [N]
Khi xe thiết kế chưa hoàn thành thì chắc chắn Go chưa thể xác định được, nên có thể chọn sơ bộ tương đương với xe mẫu đã chọn:
Trọng lượng bản thân này [tr 138/100] chọn sơ bộ phân bố lên:
- Phía trục trước, Go 1 = 1245 kG; (2-14)
- Phía trục sau, Go 2= 2905kG; (2-15) n – số lượng người tham gia theo yêu cầu thiết kế, [người] n = 3 người; (2-16)
– Trọng lượng người và hành lý mang theo:
Trọng lượng một người, trung bình: Gh = (65 ÷ 80) kG;
Chọn, Gh = 75 kG = 750 N Trọng lượng hành lý của một người, trung bình: Ghl = (20 ÷ 30) kG;
Chọn, Ghl = 25 kG = 250 N Trọng lượng người và hành lý mang n.Gh + Ghl = 2250 + 74950 N n.Gh + Ghl = 77200 N (2-17) Lấy trị số các biểu thức (2-13), (2-17) đã chọn thay vào biểu thức (2-12):
Ga = 118700 N (2-18) Trọng lượng toàn bộ (Ga) này, theo [tr 138/100] chọn sơ bộ phân bố lên:
Phía trước, Ga 1 = (0,25 ÷ 0,30) Ga, [N]; Chọn, Ga 1 = 0,30 Ga, [N];
Phía sau, Ga 2 = (0,75 ÷ 0,7) Ga, [N]; Chọn, Ga 2 = 0,7 Ga, [N];
Ga 2 = 83090 N (2-20) b.4 Hệ số cản không khí, diện tích cản chính diện, nhân tố cản không khí
Nhân tố cản không khí của một ô tô [tr 28/100], W [Ns 2 /m 2 ], được tính:
- Hệ số cản không khí với ô tô tải [tr 29/100], K = (0,6 ÷ 0,7) [Ns 2 /m 4 ]
- Diện tích cản chính diện của một ô tô [tr 28/100], F [m 2 ] được tính, đối với: Ô tô con: F = 0.8WDoxHD [m 2 ] (2-23) Ô tô tải hay khách: F = WD0xHD [m 2 ] (2-23) Ở đây:
WD – chiều rộng cơ sở xe, WD = 1695 mm
WDo – chiều rộng tổng thể xe, WDo = 2290 mm;
HD – chiều cao tổng thể xe, HD = 2520 mm Diện tích cản chính diện của xe được tính:
Chiều rộng cơ sở xe, WD = 1695 mm;
Chiều cao tổng thể xe, HD = 2520 mm;
Lấy trị số của các biểu thức (2-22) và (2-24) thay vào biểu thức (2-21)
W = 2,6 Ns 2 /m 2 (2-24) b.5 Công suất động cơ ứng với vận tốc lớn nhất ô tô
Lấy trị số đã chọn và tính trong các biểu thức (2-4), (2-11), (2-18), (2-24) và vận tốc lớn nhất thế vào biểu thức (2-1.b):
2.4.2 Công suất lớn nhất của động cơ đốt trong a Khái quát Đối với động cơ đốt trong, công suất lớn nhất liên hệ giữa công suất (Nev max) ứng với vận tốc lớn nhất, được xác định qua biểu thức thực nghiệm:
Công thức tính công suất lớn nhất của động cơ đốt trong được biểu diễn như sau: Ne max = Nev max/(a.λ + b.λ² - c.λ³) [kW] [tr 140/100] Trong đó, λ được xác định bằng λ = ne max/n eN, từ đó có thể tính n eN = ne max/λ Ở đây, n eN là số vòng quay ứng với công suất lớn nhất (vòng/phút), ne max là số vòng quay lớn nhất (vg/ph), và a, b, c là các hệ số thực nghiệm của động cơ đốt trong.
- Hệ thống nhiên liệu diesel, thường: ne min = (500 ÷ 600) vg/ph [tr 142/100];
Chọn, ne min = 500 vg/ph (2-29) ne max = (2000 ÷2600) vg/ph [tr 142/100];
Chọn, ne max = 2500 vg/ph (2-30)
- Không có bộ phận hạn chế số vòng quay λ = (0,8 ÷ 0,9) Chọn, λ = 0,8 (2-31)
Lấy giá trị đã tính và chọn của các biểu thức (2-30), (2-31) thay vào biểu thức (2-28), nên, n eN = 3250 (2-32)
Xác định công suất lớn nhất của ĐCĐT (Ne max)g Động cơ đốt trong, với hệ thống nhiên liệu
Lấy trị số đã tính và chọn trong các biểu thức (2-25), (2-31), (2-33) thay vào biểu thức (2-26)
VẬN TỐC CHUYỂN ĐỘNG
Vận tốc chuyển động của ô tô (v n e) được tính theo công thức: v n e = 2π.r b n e /it nm [m/s] Trong đó, rb là bán kính lăn bánh của xe chủ động (m), ne là số vòng quay của trục khuỷu động cơ (vg/ph), và it nm là tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực trên ô tô.
Vận tốc chuyển động của ô tô (v n e) phụ thuộc vào ba yếu tố chính: bán kính lăn bánh của bánh xe chủ động (rb), số vòng quay của trục khuỷu động cơ (ne) và tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực (it nm).
2.5.1 Bán kính lăn bánh xe chủ động
Bán kính lăn bánh xe (rb)chủ động bằng bán kính bánh xe thực tế nhân với hệ số biến dạng lốp xe rb = λ.ro (2-36)
Trong đó: λ – hệ số kể đến sự biến dạng của lốp, được chọn phụ thuộc vào loại lốp [tr
38/100] ro – bán kính thiết kế của bánh xe, [m], phụ thuộc vào:
- Vận tốc lớn nhất của ô tô
- Tải trọng xe khi chất đủ tải (Ga), đặt lên bánh xe này Như vậy, ứng với:
- Vận tốc lớn nhất của ô tô, v n emax = 25 m/s
- Tải trọng khi xe chất đủ tải (Ga), đặt lên bánh xe chủ động thuộc dầm cầu phía trước/phía sau theo (2-19)/(2-20)
Thông số lốp xe ở bánh xe phía trước/sau được chọn: 228/55 R 20 190 G
Do đó, r o = (B + d/2)×25,4[mm] = 482 mm (2-37) Với loại lốp áp suất thấp [tr 38/100], λ = (0,945 ÷ 0,95)
Chọn, λ = 0,95 (2-38) Lấy trị số đã chọn trong các biểu thức (2-37), và (2-38) thay vào biểu thức (2-36)
2.5.2 Tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực ô tô
Hệ thống truyền lực ô tô bao gồm các tỷ số truyền quan trọng như sau: i h n là tỷ số truyền của hộp số chính ở tay số n, cho thấy hộp số có n tay số Bên cạnh đó, ip m là tỷ số truyền của hộp số phụ hay hộp phân phối với tỷ số truyền m, loại hộp này thường có hai tỷ số truyền [tr 143/100].
- Tỷ số truyền thấp, i p m = i p c = (1.00 ÷ 1.50) io – tỷ số truyền của truyền lực chính; ic – tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng.
Tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực trên ô tô, ký hiệu là it nm, được tính bằng công thức: it nm = i h n i p m io ic = i h n p m ioc Trong đó, i h n p m là tích của i h n và i p m, và ioc là tích của io và ic.
2.5.2.1 Tỷ số truyền của truyền lực chính và truyền lực cuối cùng
Với loại mặt đường đã chọn, muốn vận tốc của ô tô đạt vận tốc lớn nhất (v n emax), cần:
+ Số vòng quay ĐCĐT (n e ) phải là lớn nhất tức (n e = n e max);
+ Tỷ số truyền của hộp số phụ hay hộp phân phối, là tỷ số truyền thấp: i p m = i p t = 1 (2-43)
+ Tay số truyền của hộp số chính ở vị trí cao nhất (k), [tr 141/100], là:
- Hoặc số truyền tăng, i h k < 1, thường i h k = (0,75 ÷ 0,85) [tr 142/97]
Theo biểu thức (2-34), vận tốc ô tô lớn nhất được xác định bởi công thức v n emax = 2π.r b n e max/i p t i h k ioc [m/s] (2-45) Từ đó, giá trị ioc – tích tỷ số truyền của truyền lực chính và truyền lực cuối cùng được tính qua biểu thức (2-44) là ioc = 2π.r b n e max/v n emax.i p t i h k (2-46) Nếu io ic ≤ ioM, hệ thống truyền lực không cần truyền lực cuối cùng; ngược lại, nếu io ic > ioM, hệ thống truyền lực cần có truyền lực cuối cùng.
Với: io M – tỷ số truyền của truyền lực chính ô tô mẫu
Lấy giá trị đã chọn và tính toán theo các biểu thức (2-30), (2-39), (2-43), (2-44) và giá trị của v n emax vào biểu thức (2-46) để so sánh với io M io Kết quả tính toán cho thấy io ic = 5,86 và i 0 i cc = 6,66, với giá trị lớn hơn tỷ số truyền lực chính của xe mẫu Do đó, xe thiết kế cần có bộ truyền lực cuối cùng.
Như vậy, truyền lực chính ô tô thiết kế, chọn: i 0 =i 0 i cc = 6,66
2.5.2.2 Tỷ số truyền của tay số truyền 1 hộp số chính và tỷ số truyền cao hộp số phụ hay hộp phân phối
Với loại mặt đường đã chọn, vận tốc nhỏ nhất (v n emin), [tr 143/97], thường thuộc khoảng v n emin = (3.00 ÷ 5.00) km/h = (0.83 ÷ 1.38),
Chọn, v n emin = 1,1 m/s (2-48) Lúc này: số vòng quay ĐCĐT (n e ) phải là nhỏ nhất tức (n e = n e min);
Từ biểu thức (2-35), ứng với vận tốc ô tô nhỏ nhất, viết lại: v n emin = 2π.r b n e min/ip c i h 1 ioc [m/s] (2-49)
Tỷ số truyền của tay số truyền 1 (i h 1) trong hộp số chính và tỷ số truyền cao (i p c) của hộp số phụ được xác định qua công thức i p c i h 1 = 2π.r b n e min/v n emin ioc [m/s] Nếu i h 1 i p c ≤ i h 1 M, hệ thống truyền lực không cần hộp số phụ; ngược lại, nếu i h 1 i p c > i h 1 M, hệ thống truyền lực cần có hộp số phụ hay hộp phân phối Trong đó, i h 1 M là tỷ số truyền tay số truyền 1 trong hộp số chính của ô tô mẫu.
Lấy giá trị đã chọn và tính ở các biểu thức (2-29), (2-39), (2-47), (2-48) vào biểu thức (2-50) rồi so sánh với i h 1 M i h 1 i p c = 2x 3,14 x 0,458 x 500 /1,1 x 6,66 x 60 = 3,72 i h 1 i p c = 3,72 (2-51)
Vì i h 1 i p c ≤ i h 1 M nên hệ thống truyền lực không cần hộp số phụ hay hộp phân phối
2.5.2.3 Tỷ số truyền số lùi và tỷ số các số truyền trung gian trong hộp số chính a Tỷ số truyền số lùi
Tỷ số truyền của số lùi (i h l ) thường thuộc khoảng (1.1÷1.3) i h l , [tr 142/100]
Chọn, i h l = 1.3x i h l =1.3x3.72 = 4.836 (2-52) b Tỷ số truyền cho các tay số trung gian
Số lượng tay số truyền (n) của hộp số chính, thông thường n = (3 ÷ 6);
Chọn, n = 5 (2-53) b.1 Phân bố tỷ số truyền theo cấp số nhân
Trong thiết kế hộp số có cấp, quy luật “cấp số nhân” được áp dụng để tính toán giá trị tỷ số truyền của các số truyền trung gian, với công bội q là thông số chính Công bội q được xác định theo các biểu thức: q = i h1 /i h2, q = i h2 /i h3, , q = i h(n-2) /i h(n-1), và q = i h(n-1) /i hn, trong đó i h1, i h2, i h3 lần lượt là tỷ số truyền của tay số 1, tay số 2, và tay số 3.
………. i hn – tỷ số truyền tay số n.
Nếu chọn được số lượng tay số truyền là n, thì:
- Số công bội q theo số lượng tay số truyền là: n-1;
- Và, tích số công bội q theo lượng tay số truyền: q (n-1) = i h1 /i hn (2-55) Giá trị công bội q theo cấp số nhân được tính: q = (i h1 /i hn ) 1/(n-1) (2-56)
Theo thực nghiệm, công bội q:
Còn được tính theo biểu thức: q = i h1 /i h2 = i h2 /i h3 = … = i h(n-2) /i h(n-1) = i h(n-1) /i hn (2-57)
Vì đây là số truyền tăng=> vậy tỉ số truyền các tay số trung gian được xác định: ik = n−2 √ i h1 n−(1+k) (132/100)
Như vậy, tỷ số truyền:
Như vậy, tỷ số truyền:
Tay số truyền 5 (i h 5 ): i h 5 = 5−2 √ 3,24 5−6 = 0,64 b.2 Phân bố tỷ số truyền theo hằng số điều hòa
Sử dụng quy luật “hằng số điều hòa” để xác định tỷ số truyền trong thiết kế hộp số có cấp, với hằng số điều hòa “a” làm thông số cho các số truyền trung gian.
Hằng số điều hòa (a) được tính theo biểu thức: a = 1/i h2 -1/i h1 = 1/i h3 -1/i h2 = … = 1/i h(n-2) -1/i h(n-3) = 1/i h(n-1) -1/i h(n-2) = 1/i h(n-2) -1/i hn Trong đó: i h1 - tỷ số truyền tay số 1 i h2 - tỷ số truyền tay số 2 i h3 - tỷ số truyền tay số 3
………. i h(n-1) – tỷ số truyền tay số n-1 i hn – tỷ số truyền tay số n a = 1/i h2 -1/i h1 = (i h1 -i h2 )/(i h1 i h2 ) → a.i h1 i h2 +i h2 = i h1 → i h2 = i h1 /(1+a.i h1 ) a = 1/i h3 -1/i h2 = (i h2 -i h3 )/(i h2 i h3 ) → a(i h2 -i h3 )/(i h2 i h3 ) → i h3 = i h2 /(1+a.i h2 )
Tương tự a = 1/i h(n-2) -1/i h(n-3) = (i h(n-3) -i h(n-2) )/(i h(n-3) i h(n-2) ) → i h(n-2) = i h1 /(1+(n-3)a.i h1 ) a = 1/i h(n-1) -1/i h(n-2) = (i h(n-2) -i h(n-1) )/(i h(n-2) i h(n-1) ) → i h(n-1) = i h1 /(1+(n-2)a.i h1 ) a = 1/i hn -1/i h(n-1) = (i h(n-2) -i hn )/(i h(n-2) i hn ) → i hn = i h1 /(1+(n-1)a.i h1 )
Hằng số điều hòa “a” được tính: a = [(i h1 /i hn ) – 1]/(n-1).i h1
2.5.3 Xác định vận tốc ô tô a Biểu thức
Từ biểu thức (2-39) và (2-40), viết lại biểu thức (2-35). v n e = 2π.r b n e /i h n i p m ioc [m/s] (2-61)
Hay: v n e = 2π.r b ne nm [m/s] (2-62) với: ne n.m = n e /i h n i p m ioc (2-63) ne n.m – số vòng bánh xe, khi xe đang di chuyển hướng thẳng.
Số vòng quay trục khuỷu của động cơ (n e) phụ thuộc vào tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực (it n.m) trên ô tô, khi điều chỉnh từng tay số truyền (n) của hộp số chính cùng với tỷ số truyền của hộp số phụ hoặc hộp phân phối (m).
Hàm ne n.m phụ thuộc vào số vòng quay n e, với các giá trị từ n e min đến n e max, tương ứng với từng tay số truyền n của hộp số chính và tỷ số truyền của hộp số phụ hoặc hộp phân phối Cụ thể, hàm số được biểu diễn như sau: ne n.m = f(n e ) = n e /i h n i p m ioc [vg/ph] Vận tốc tương ứng với ne n.m được tính bằng công thức: v n e = f(n e ) = 2π.r b ne n.m [m/s] Để xác định các giá trị của hàm số ne n.m và v n e theo biến số n e, cần lập bảng biến thiên 2.1, phản ánh sự thay đổi của n e theo từng tỷ số truyền trong hộp số chính (i h n) và hộp số phụ hay hộp phân phối (i p m).
Bảng 2.1 Bảng biến thiên của n e n.m và v n e theo số vòng quay n e [Phụ lục 1] n e n e min 2 3 … k … n e max - 2 n e max - 1 n e max
Ghi chú: ne min = đã chọn, theo biểu thức (2-29)
2 = tròn số cận ne min
……… ne max-2 = {[(ne max-3)-1)]+50} vg/ph ne max-1 = {[(ne max-1)-1)]+50} vg/ph ne max = đã chọn, theo biểu thức (2-30) c Đường biểu diễn Đặt các giá trị (hình 2.97):
0.00000 5.00000 10.00000 15.00000 20.00000 25.00000 30.00000 35.00000 ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH GIÁ TRỊ SỐ VÒNG QUAY nen.m1 nen.m2 nen.m3 nen.m4 nen.m5 nen.mlui vne1 vne2 vne3 vne4 vne5 vnelui ne nen.m vne
Đường đặc tính giá trị số vòng quay trục bánh xe chủ động và vận tốc ô tô thể hiện mối quan hệ giữa số vòng quay của trục bánh xe và tốc độ của xe Hình 2.26 minh họa rõ nét đặc tính này, giúp người đọc hiểu rõ hơn về sự tương tác giữa các yếu tố này trong quá trình vận hành của ô tô.
Số vòng quay của trục bánh xe chủ động (ne n.m) được xác định theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ (ne) và tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực, theo công thức: ne n.m = f(ne) = ne / (i h n i p m ioc) [vg/ph].
- Vận tốc (v n e) tương ứng với ne n.m v n e = f(n e ) = 2π.r b ne n.m[m/s]
Lên trục số đã chọn là một đường thẳng có:
Chọn tỷ lệ: (v n e)max/(ne n.m)max = 1, với:
(v n e)max – giá trị lớn nhất trong hàm số v n e = f(n e )
(ne n.m)max – giá trị lớn nhất trong hàm số ne n.m = f(n e )
Chiều dương: hướng từ trái → phải (O → v n e) hay (O → ne) Đơn vị của các trục số, đối với:
- Trục số của số vòng quay (ne n.m), có thứ nguyên là vòng/phút (vg/ph)
- Trục số của vận tốc ô tô (v n e), có thứ nguyên là mét/giây (m/s)
2.5.4 Xác định công suất và moment xoắn động cơ
2.5.4.1 Biểu thức a Xác định công suất động cơ
Biểu thức thực nghiệm của S.R.Lay Decman [tr 11/100]:
N e – công suất có ích ứng với số vòng quay của ĐCĐT (n e ), W; n e – số vòng quay của ĐCĐT, vg/ph
Giá trị n e thay đổi từ n min → n max với: n min – số vòng quay nhỏ nhất, (theo biểu thức 2-29) n max – số vòng quay lớn nhất; (theo biểu thức 2-30)
Công suất có ích lớn nhất (Ne max) được xác định theo biểu thức 2-34, với đơn vị đo là watt (W) Số vòng quay của động cơ (n N) tương ứng với công suất lớn nhất được tính theo biểu thức 2-32, đơn vị là vòng/phút (vg/ph) Các hệ số thực nghiệm của động cơ đốt trong được ký hiệu là a, b, c và được thể hiện qua biểu thức 2-33.
Nhìn vào biểu thức (2-65), nhận thấy công suất của ĐCĐT (N e ) sẽ thay đổi theo số vòng quay từ n e min → n e max Do đó, biểu thị N e dưới dạng một hàm số:
N e = f (n e ) = Ne max.[a.(n e /n N ) + b.(n e /n N ) 2 - c.(n e /n N ) 3 ] [kW] (2-66) b Xác định moment xoắn trục khuỷu động cơ
Moment xoắn trục khuỷu ĐCĐT – M e [tr 12/100], được xác định qua biểu thị:
Biểu thức (2-67), tương tự như (2-65), M e cũng sẽ thay đổi theo số vòng quay từ n e min → n e max Nên, biểu thị M e cũng được biểu thị dưới dạng một hàm số:
2.5.4.2 Bảng biến thiên Để có những giá trị tương ứng của hàm số N e , M e = f(n e ) với sự thay đổi của biến số n e , nên lập bảng biến thiên như bảng 2.2
Bảng 2.2 Giá trị công suất và moment xoắn ĐCĐT [Phụ lục 2] n e n e min 2 3 … k … n e max - 2 n e max - 1 n e max
Các đường biểu diễn N e , M e theo số vòng quay trục khuỷu (n e ) ĐCĐT
600 ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ
Hình 2.27 Đường đặc tính công suất có ích, và moment xoắn có ích của ĐCĐT
N e – đường công công suất có ích theo số vòng quay của trục khuỷu ĐCĐT
M e – đường công moment xoắn trục khuỷu ĐCĐT Được lập trên hệ trục tọa độ Đề – Các (hình 2.98) thuộc trong một mặt phẳng + Trục hoành: có phương nằm ngang
+ Trục tung: có phương vuông góc với phương ngang
+ Chọn: góc phần tư thứ nhất để thiết lập đường biểu diễn, như sau:
- Trục hoành: là trục On e ;
Chiều dương: từ trái sang phải, O → n e
Là trục số, thể hiện: số vòng quay trục khuỷu ĐCĐT Đơn vị: thứ nguyên là vòng/phút (vg/ph)
- Trục tung: là 2 trục ON e và OM e ;
Chiều dương: từ thấp lên cao, O → N e và M e
Có 2 trục số, thể hiện: công suất có ích và moment xoắn của ĐCĐT trên ô tô
Trục thứ nhất biểu thị công suất có ích của động cơ đốt trong, được đo bằng kiloWatt (kW) Trục thứ hai thể hiện moment xoắn có ích của trục khuỷu động cơ đốt trong, với đơn vị đo là kiloNewton (kN).
2.5.5 Cân bằng lực kéo tại các bánh xe chủ động
2.5.5.1 Các trường nghiên cứu khi ô tô di chuyển
Có 2 trường hợp nghiên cứu khi ô tô di chuyển: