TỔNG QUAN Ô TÔ THIẾT KẾ
YÊU CẦU LÀM VIỆC
- Trọng lượng chuyên chở, G (kG)0
- Tốc độ lớn nhất, ứng với loại đường, V (km/h)max
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 , mômen xoắn có ích N e M e , tiêu hao nhiên liệu trong một giờ G T và suất tiêu hao nhiên liệu theo số vòng quay n hoặc vận tốc góc ω của trục khuỷu.g e e
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 tối đa, với cánh bướm ga mở hoàn toàn đối với động cơ xăng sử dụng Carburetor, hoặc thanh răng bơm cao áp ở chế độ cấp nhiên liệu tối đa cho động cơ diesel Trong khi đó, đường đặc tính cục bộ được xác định khi cánh bướm ga hoặc thanh răng ở vị trí trung gian Các điểm đặc trưng của đường đặc tính này phụ thuộc vào số vòng quay ne của trục khuỷu động cơ.
Để xây dựng đường đặc tính chính xác cho động cơ đốt trong loại piston, cần thực hiện thí nghiệm hoặc áp dụng công thức thực nghiệm Các đường cong N, M e e, g e được xác định dựa trên số vòng quay trục khuỷu (n) trong một đơn vị thời gian Đường đặc tính ngoài của động cơ thể hiện các điểm quan trọng như: nmin - số vòng quay tối thiểu 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 tương ứng với công suất lớn nhất N emax; và nmax - số vòng quay lớn nhất của trục khuỷu động cơ.
Đường đặc tính ngoài của động cơ đốt trong loại piston bao gồm các loại 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 bộ chế hòa khí thường không có bộ phận giới hạn số vòng quay, chủ yếu được áp dụng trên xe con và thỉnh thoảng trên xe khách Số vòng quay tối đa (n) được quy định để không vượt quá giới hạn tương ứng với công suất lớn nhất của động cơ.
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 được sử dụng rộng rãi trên xe tải, xe khách và cả xe con, với bộ điều tốc hai hoặc nhiều chế độ Hệ thống này giúp duy trì công suất gần cực đại mà không vượt quá số vòng quay tối đa tương ứng với công suất lớn nhất Công suất động cơ khi có bộ điều tốc được gọi là công suất định mức N, và mô men xoắn tương ứng với công suất định mức n được gọi là mô men xoắn định mức M, phù hợp với số vòng quay n.
Theo thực nghiệm, các đặc điểm trên đường đặc tính của động cơ phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng và tỷ số λ = n N max / n N, trong đó n max là tốc độ tối đa và n là tốc độ hiện tại của trục khuỷu Những giá trị này xác định các khoảng giá trị của các điểm đặc trưng trên đường đặc tính theo số vòng quay của động cơ.
1.1 c Các điểm đặc trưng theo 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 (n) và số vòng quay tương ứng của trục khuỷu (eN) được xác định trên đường đặc tính ngoài Các hệ số thực nghiệm (a, b, c) của động cơ phụ thuộc vào loại nhiên liệu, số kỳ và cấu trúc buồng đốt Giá trị cụ thể 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 hệ thống truyền lực là rất quan trọng, đặc biệt khi gặp tình huống quá tải như phanh đột ngột mà không nhả ly hợp Ly hợp ô tô có thể được phân loại theo phương pháp truyền mô men xoắn, giúp cải thiện 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 như đĩa ma sát, đĩa ép, vỏ và lò xo Nó hoạt động dựa trên lực ma sát giữa các đĩa ma sát và bề mặt bánh đà, nhằm 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 loại ly hợp ma sát, sử dụng lực điện từ từ cuộn dây để kéo phần ứng ma sát ép vào rotor, giúp truyền mô men Loại ly hợp này chủ yếu được áp 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 được chia thành ba loại chính: lò xo đặt xung quanh, lò xo trung tâm và lò xo màng, trong đó loại lò xo này được sử dụng phổ biến nhất trên ô tô hiện nay Ly hợp sử dụng lò xo để tạo áp lực lên đĩa ma sát, giúp ép chặt vào 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, và đây chính là loại 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 và ngắt ly hợp Hiện nay, hệ dẫn động này ít được sử dụng trên ô tô so với loại dẫn động thủy lực, 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 trên ô tô hiện nay Hệ thống này bao gồm các thành phần chính như xilanh chính, xilanh cắt ly hợp và đường ống dẫn chất lỏng, giúp tăng cường hiệu suất và độ chính xác trong việc điều khiển 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.
Bộ truyền động được sử dụng để điều chỉnh tỷ số truyền, từ đó thay đổi mô men xoắn ở các bánh xe chủ động của xe Điều này giúp điều chỉnh tốc độ di chuyển của xe sao cho 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 nhươc 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 kỹ năng cao hơn so với xe số tự động, khiến nhiều người cảm thấy áp lực Đặc biệt, những người mới lái hoặc có tay lái yếu có thể gặp khó khăn khi vừa phải chú ý đến đường đi vừa thực hiện nhiều 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 phải thường xuyên thao tác với hộp số, đặc biệt là việc "rà ly hợp" để tránh tình trạng xe tắt máy khi lưu lượng giao thông đông đúc.
Việc sử dụng bàn đạp ly hợp liên tục có thể gây đau nhức cho chân người lái, đặc biệt sau những chuyến đi dài Điều này càng nghiêm trọng hơn đối với người lớn tuổi hoặc những ai gặp vấn đề về xương khớp Hộp số tự động (Automatic Transmission) mang lại nhiều ưu điểm, giúp giảm thiểu sự mệt mỏi cho người lái và cải thiện trải nghiệm lái xe.
Hộp số tự động mang lại trải nghiệm lái xe dễ dàng và thoải mái hơn cho người dùng, đặc biệt là cho những người có kỹ năng lái xe chưa vững.
Hộp số tự động rất tiện lợi khi lái xe trong khu vực đô thị đông đúc Khác với hộp số tay, người lái phải tập trung cao độ và có thể cảm thấy mệt mỏi khi giữ xe không tắt máy ở tốc độ thấp Với hộp số tự động, người điều khiển có thể thoải mái và tự tin hơn trong việc điều khiển xe.
- 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.
- 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 cần trải qua hiện tượng vòng tua lên cao rồi giảm xuống như ở các loại hộp số khác.
Tiếng ồn phát ra khi tăng tốc và khi vận hành ở tua máy cao là một trong những nhược điểm đặc trưng của hộp số CVT, bất kể việc hộp số 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, có thể kèm theo 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 hỗ trợ và ổn định cấu trúc 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 chính, vi sai và các bán trục truyền đến bánh xe.
HỆ THỐNG TREO
Hệ thống treo đóng vai trò quan trọng trong việc 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 các lực và mô men từ bánh xe lên sườn và khung thân xe, đảm bảo sự ổn định và an toàn cho phương tiện.
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, đóng vai trò liên kết giữa 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 di chuyển theo ý muốn của người lái, đồng thời đảm bảo tâm quay vòng của bánh xe tuân thủ đúng quy tắc động học Điều này không chỉ giúp ô tô vận hành mượt mà mà còn hạn chế hiện tượng mòn bánh xe khi quay vòng.
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 h漃c 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 Điều này giúp cải thiện khả năng điều khiển và ổn định cho phương tiện.
- 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 không có tính ổn định cao, vì vậy chỉ thích hợp cho các xe cơ giới di chuyển chậm, thường thấy ở xe công trình và xe siêu trường, siêu trọng Trong khi đó, động học lái kiểu Ackerman là một giải pháp khác trong lĩnh vực này.
Động học lái Ackerman khác biệt so với kiểu bàn xoay, khi tất cả bánh xe tự quay quanh trục của chúng, với đường tâm trục đứng (Kingpin) được xác định bởi hai điểm khớp quay của hệ thống treo Phương pháp này được áp dụng cho các loại xe cơ giới có hai vệt bánh xe, giúp duy trì hình chiếu bằng của xe 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 rất quan trọng, vì đây là hệ thống lái chủ yếu được áp dụng trên hầu hết các loại xe hiện có trên thị trường ô tô.
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 gặp nhau trên đường nối dài của tâm các bánh xe dầm cầu Điều này giúp các bánh xe chạy trên các đường tròn đồng tâm, đảm bảo sự ổn định và hiệu quả trong quá trình lái xe.
Trong các cơ cấu động học lái, cơ cấu động học hình thanh lái là loại duy nhất cho phép điều chỉnh góc đánh lái khác nhau giữa hai bánh xe dẫn hướng.
Hình 1.6 Động h漃c 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 cảm nhận dao động từ mặt đường Ngoài ra, hệ thống này cũng cần đảm bảo an toàn cho người lái trong trường hợp va chạm, như làm gãy trục lái hoặc kích hoạt túi khí, mặc dù đây chỉ là nhiệm vụ phụ Các thành phần chính của dẫn động lái bao gồm vành tay lái và trụ lái.
Vành tay lái, hay còn gọi là vô lăng, có vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận mô men xoay từ người điều khiển và truyền lực đến trục lái Ngoài chức năng chính này, vành tay lái còn được trang bị thêm các bộ phận cần thiết như còi, công tắc tổng hợp và túi khí, nhằm nâng cao tính năng và an toàn cho người sử dụng.
- 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 động từ cơ cấu lái đến cam xoay dẫn hướng bánh xe Bộ phận này đảm bảo mối quan hệ cần thiết về góc quay của các bánh xe dẫn hướng, giúp duy trì động học chính xác khi xe thực hiện quay vòng.
Hình thang lái bao gồm các thanh dẫn động và khớp liên kết, được bố trí khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc khung gầm của từng loại xe Cơ cấu lái là một phần quan trọng trong hệ thống này.
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 rục vít – cung răng, trục t vít – con lăn, trục vis – thanh răng và hệ thống liên hợp như trục vít – ê cu – đòn quay hoặc 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 khả năng điều khiển chính xác và an toàn cho 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 hệ thống phanh có vị trí từ cần phanh tay đến cơ cấu phanh nằm trên trục thứ cấp của hộp số, thường thấy ở xe tải hoặc xe buýt, hoặc đến cơ cấu phanh 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: phanh tang trống, sử dụng dãi phanh hoặc guốc phanh, và phanh đĩa, sử dụng giá cố định hoặc di động Hệ thống phanh liên kết kết hợp giữa khí nén và chất lỏng, trong đó dẫn động phanh của hệ thống chất lỏng được tác động bởi khí nén Ngoài ra, hệ thống phanh cơ bản còn được hỗ trợ bởi các yếu tố khác để nâng cao hiệu quả hoạt động.
+ 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, G e = 7495 kG
- Số người tham gia, n h = 3 người
(tính cho cả người điều khiển và hành khách)
- Tốc độ lớn nhất V = 90 km/hmax Ứng với loại đường: nhựa
CHỌN XE MẪU
a Tốc độ xe: VMmax = 90 km/h b Tr漃ng lương ô tô b.1 Tr漃ng lương bản thân
Trọng lượng bản thân, hay tự trọng, hoặc trọng lượng không tải:
GM0 = 3950 kG Được phân bố lên:
- Phía trục sau, GM02 = 2962,5 kG; b.2 Tr漃ng lương toàn bộ khi đủ tải
Trọng lượng toàn bộ khi đủ tải:
GMa = 11445 kG Được phân bố lên:
- Phía trục trước, G = 2861.25 kG;Ma1
- Phía trục sau, GMa2 = 8583.75 kG; b.3 Tr漃ng lương người tham gia
Số lượng người tham gia kể cả người điều khiển: n = 3 người Trọng lượng tung bình 1 người:
Trọng lượng người tham gia:
Ge1 = n.G = 225 kGh b.4 Tr漃ng lương hàng hóa
Trọng lượng hữu ích: G = G - G = 7495 kGe a 0
Trọng lượng hàng hóa: G = G - G = 7075 kGe2 e e1 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, L = 4500 mm;0
Chiều rộng cơ sở xe, W = 1665 mm;0
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 hơp
- 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 hơp ma sát
Hình 2.5 Dẫn động ly hơp bằng chất lỏng; có trơ 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 trang bị loại 1 lớp vỏ xylanh Hệ thống này giúp cải thiện hiệu suất và độ ổn định của xe Bên cạnh đó, dầm cầu sau cũng có thể sử dụng loại 2 lốp vỏ xylanh để tối ưu hóa khả năng giảm chấn và nâng cao trải nghiệm lái.
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 cân bằng cho hai hệ thống treo trên một trục dầm cầu, giúp cải thiện hiệu suất và độ ổn định của phương tiện.
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 Trơ lưc lái, loại trơ 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 đạp phanh, pít tông điều khiển nén lò xo và mở van khí nén, cho phép khí nén từ bình chứa đến bầu phanh Lò xo nén 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, giúp tang trống và moayơ bánh xe giảm tốc độ quay hoặc dừng lại theo yêu cầu của người lái.
2.3.8 Thông số kích thước và tr漃ng lương
Dựa theo xe mẫu, ch漃n kích thước
Chiều rộng tổng thể xe, W = 2290 mm;D
Chiều cao tổng thể xe, HD = 2520 mm;
Chiều dài tổng thể xe, L = 8230 mm;D
Chiều dài cơ sở xe, LD0 = 4600 mm;
Chiều rộng cơ sở xe, W = 1695 mm;D0
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 (G ), di chuyển đạt vận tốc lớn nhất (va 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 ) từ nhỏ nhất (ne e min) tiến đến lớn nhất (ne max) tức (ne 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 Ne v max = (1/ηt).(ψ.G.va e max + W.ve 3 max) [kW] hoặc Ne v max = (1/η t ).[(fv max + i).Ga.ve max + W.ve 3 max] [kW] Trong đó, ηt là hiệu suất của hệ thống truyền lực, phụ thuộc vào hiệu suất của các cơ cấu như ly hợp (ηlh), hộp số chính (ηh), hộp số phụ (ηp), trục truyền cardan (ηcd), bộ truyền lực chính (ηo), bộ vi sai (ηv), bán trục (ηbt) và truyền lực cuối cùng (ηcc) Hiệu suất tổng quát của hệ thống được tính bằng η t = η lh η η η η η η h p cd o v cc Hệ số cản mặt đường ψ ứng với vận tốc lớn nhất được xác định bởi ψ = fv max + i, trong đó fv max là hệ số cản lăn và i là độ dốc mặt đường mà ô tô đạt vận tốc lớn nhất.
Ga – trọng lượng ô tô khi đủ tải, [N] ve 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 qua biểu thức (2-2) Theo tài liệu [tr 15/100], với thiết kế xe là ô tô tải và lực truyền chính một cấp, có thể chọn sơ bộ hệ suất η t = 0,89 (2-4) b.2 Đồng thời, cần xem xét hệ số cản mặt đường để đánh giá hiệu suất tổng thể.
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 (f ) của xe ứng với loại đường trên, khi xe:v e
- Chưa vượt qua tốc độ 80 km/h [tr 54/100], f = 0,015 o (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 ) = f (1+ ve o e 2 max /1500) [tr 53/100] (2-8)
- Nếu là đường nhựa bê tông hay bê tông tốt, thì f được xác định:v e fv e = f(v ) = (32 + v )/2800 [tr 53/100] e e (2-9)
Hệ số cản lăn (f) của loại đường đã chọn để xe đạt vận tốc lớn nhất được xác định bằng biểu 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 Tr漃ng lương toàn tải ô tô
Trọng lượng của ô tô khi chất đủ tải (G ) [tr 138/100] xác định: a
Go – trọng lượng bản thân, hay tự trọng, hoặc trọng lượng không tải, [N]
Khi xe thiết kế chưa hoàn thành thì chắc chắn G chưa thể xác định được, nêno 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 sau, G = 2905kG; o 2 (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: G = (65 ÷ 80) kG;h
Trọng lượng hành lý của một người, trung bình: G = (20 ÷ 30) kG;hl
Trọng lượng người và hành lý mang n.Gh + G = 2250 + 74950 Nhl 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 (G ) này, theo [tr 138/100] chọn sơ bộ phân bố lên:a
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 ] được tính, đối với: 2 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, W D = 1695 mm
WDo – chiều rộng tổng thể xe, W = 2290 mm;Do
HD – chiều cao tổng thể xe, H D = 2520 mm Diện tích cản chính diện của xe được tính:
Chiều rộng cơ sở xe, W = 1695 mm;D
Chiều cao tổng thể xe, H = 2520 mm;D
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 xác định bằng công thức: Ne max = Nev max/(a.λ + b.λ - c.λ ) [kW] [tr 140/100] Trong đó, λ được tính theo công thức λ = ne max/n eN, từ đó n có thể được tính bằng n = n eN e max/λ Các tham số n eN và ne max lần lượt là số vòng quay ứng với công suất lớn nhất và số vòng quay lớn nhất, được đo bằng vòng/phút (vg/ph) Các hệ số 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, n = 500 vg/ph e min (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, = 0,8λ (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 = 3250 eN (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 được tính bằng công thức: \( v = \frac{2\pi.r \cdot n}{i_t} \) [m/s] Trong đó, \( r_b \) là bán kính lăn bánh của xe, \( n_e \) là số vòng quay của trục khuỷu động cơ tính bằng vòng/phút, và \( i_t \) là tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực trên ô tô.
Vận tốc chuyển động của ô tô (v) được xác định bởi ba yếu tố chính: bán kính nê lăn bánh xe chủ động (r), số vòng quay của trục khuỷu động cơ (n), và tỷ số truyền b e chung của hệ thống truyền lực trên ô tô (it nm).
2.5.1 Bán kính lăn bánh xe chủ động
Bán kính lăn bánh xe (r )chủ động bằng bán kính bánh xe thực tế nhân với hệ sốb 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 (G ), đặt lên bánh xe nàya
- Vận tốc lớn nhất của ô tô, vn emax = 25 m/s
- Tải trọng khi xe chất đủ tải (G ), đặt lên bánh xe chủ động thuộc dầm cầua 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
Với loại lốp áp suất thấp [tr 38/100], = (0,945 ÷ 0,95)λ
Chọn, = 0,95λ (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 của các cơ cấu khác nhau Tỷ số truyền của hộp số chính tại tay số n được ký hiệu là i h n, cho thấy hộp số có n tay số Đồng thời, tỷ số truyền của hộp số phụ hay hộp phân phối được ký hiệu là ip m, với tỷ số truyền m, trong đó loại hộp này có hai tỷ số truyền [tr 143/100].
- Tỷ số truyền thấp, i = i = (1.00 ÷ 1.50)p m p c 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 ở số truyền (n, m)t nm trên ô tô được xác định bởi công thức it nm = ih n i i ip m o c, trong đó ih n p m là tích của ih n và ip 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 ) phải là lớn nhất tức (n = n e e e max);
+ Tỷ số truyền của hộp số phụ hay hộp phân phối, là tỷ số truyền thấp: ip m = i = 1 p t (2-43)
+ Tay số truyền của hộp số chính ở vị trí cao nhất (k), [tr 141/100], là:
- Hoặc số truyền tăng, i < 1, thường i = (0,75 ÷ 0,85) [tr 142/97] h k h k
Từ biểu thức (2-34), vận tốc ô tô lớn nhất được xác định bằng công thức v n emax = 2π.r b n e max/i i ip t h k oc [m/s] (2-45) Giá trị i – tích tỷ số truyền của truyền lực chính và truyền lực cuối cùng được tính từ biểu thức (2-44) là ioc = 2π.r b n e max/vn emax i ip t h k (2-46) Nếu io ic ≤ i, hệ thống truyền lực không cần truyền lực cuối cùng; ngược lại, nếu io ic > i, hệ thống truyền lực cần có truyền lực cuối cùng.
Với: i – tỷ số truyền của truyền lực chính ô tô mẫu o M
Lấy giá trị đã chọn và tính ở các biểu thức (2-30), (2-39), (2-43), (2-44), và giá trị của vn emax vào biểu thức (2-46) rồi so sánh với i o M i io c = 2x 3,14 x 0,458 x 2600 /60 x 25 x 1 x 0,85 = 5,86 io ic = 5,86 (2-47)
=6,66 , có giá trị lớn hơn với tỷ số truyền truyền lực chính của xe mẫu Nên, xe thiết kế cần có bộ truyền lực cuối cùng.
Như vậy, truyền lực chính ô tô thiết kế, chọn: 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 (vn emin ), [tr 143/97], thường thuộc khoảng v n emin = (3.00 ÷ 5.00) km/h = (0.83 ÷ 1.38),
Chọn, vn emin = 1,1 m/s (2-48) Lúc này: số vòng quay ĐCĐT (n ) phải là nhỏ nhất tức (n = n e e 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/i i ip c h 1 oc [m/s] (2-49)
Tỷ số truyền của tay số truyền 1 (i) trong hộp số chính và tỷ số truyền 1 cao (i) của hộp số phụ hay hộp phân phối được xác định từ biểu thức p c i ip c h 1 = 2π.r b n e min/vn emin ioc [m/s] Nếu ih 1 ip c ≤ i, hệ thống truyền lực không cần hộp số phụ hay hộp phân phối Ngược lại, nếu h 1 M i i h 1 p c > i, hệ thống truyền lực cần có hộp số phụ hay hộp phân phối.
Với: i – tỷ số truyền tay số truyền 1 trong hộp số chính của ô tô mẫu h 1 M
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 ih 1 p c = 2x 3,14 x 0,458 x 500 /1,1 x 6,66 x 60 = 3,72 i ih 1 p c = 3,72 (2-51)
Vì ih 1 ip c ≤ i nên hệ thống truyền lực không cần hộp số phụ hay hộp phân phốih 1 M
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 ) thường thuộc khoảng (1.1÷1.3) i , [tr 142/100]h l h l
Chọn, i = 1.3x i =1.3x3.72 = 4.836 h l h l (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
Để thiết kế hộp số có cấp, quy luật "cấp số nhân" được áp dụng với công bội q làm thông số để tính toán giá trị tỷ số truyền của các số truyền trung gian Công bội q được xác định qua các biểu thức sau: q = ih1 / ih2, q = ih2 / ih3, …, q = ih(n-2) / ih(n-1), và q = ih(n-1) / ihn Trong đó, ih1, ih2, và ih3 lần lượt là tỷ số truyền của tay số 1, tay số 2 và tay số 3.
………. ihn – 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) = ih1/ihn (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 = (132/100) Như vậy, tỷ số truyền:
Tay số truyền 5 (i ): h 5 ih 5 Như vậy, tỷ số truyền:
Tay số truyền 5 (i ): h 5 ih 5 = = 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 của các số truyền trung gian trong thiết kế hộp số có cấp, lấy hằng số điều hòa "a" làm thông số chính.
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: ih1 - tỷ số truyền tay số 1 i h2 - tỷ số truyền tay số 2 i h3 - tỷ số truyền tay số 3
………. ih(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 )/(i i h2 h1 h2 ) → a.i h1 i +i h2 h2 = i → i = i h1 h2 h1 /(1+a.i ) h1 a = 1/ih3-1/ih2= (ih2-i )/(i ih3 h2 h3) → a(ih2-i )/(i ih3 h2 h3) → i = ih3 h2/(1+a.i )h2
Tương tự a = 1/ih(n-2)-1/ih(n-3) = (ih(n-3)-ih(n-2))/(ih(n-3) h(n-2).i ) → ih(n-2) = ih1/(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) )/(ih(n-2) h(n-1).i ) → ih(n-1) = ih1/(1+(n-2)a.i ) h1 a = 1/i hn -1/i h(n-1) = (i h(n-2) hn -i )/(i h(n-2) hn i ) → i hn = i /(1+(n-1)a.i ) h1 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). vn e = 2π.r n /i i ib e h n p m oc [m/s] (2-61)
Hay: v n e = 2π.r n b e nm [m/s] (2-62) với: ne n.m = ne/i i ih n p m oc (2-63) ne n.m – số vòng bánh xe, khi xe đang di chuyển hướng thẳng.
Số vòng quay trục khuỷu ĐCĐT (n e) phụ thuộc vào tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực (i) trên ô tô, và sẽ thay đổi khi điều chỉnh từng tay số truyền (n)t n.m của hộp số chính cũng như tỷ số truyền của hộp số phụ hoặc hộp phân phối (m).
Hàm ne n.m thay đổi theo số vòng quay 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 Có thể biểu diễn hàm này dưới dạng: ne n.m = f(n) = n e e /i i ih n p m oc [vg/ph] Vận tốc tương ứng với ne n.m được tính bằng công thức: v n e = f(n) e = 2π.r n b e n.m [m/s] Để xác định các giá trị tương ứng của hàm số ne n.m và v, cần lập bảng biến thiên 2.1p m với sự thay đổi của biến số n e, dựa trên từng tỷ số truyền trong hộp số chính (i) và hộp số phụ (h n) hoặc hộp phân phối (i).
Bảng 2.1 Bảng biến thiên của n e n.m và v theo số vòng quay n [Phụ lục 1] n e e 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)
……… 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
Hình 2.26 minh họa đường đặc tính giá trị số vòng quay trục bánh xe chủ động và vận tốc của ô tô, cho thấy mối quan hệ giữa số vòng quay trục bánh xe chủ động (n e n.m) và tốc độ ô tô (v n e).
Số vòng quay của trục bánh xe chủ động (ne n.m) được xác định dựa trên số vòng quay của trục khuỷu động cơ (n) và tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực Công thức liên quan được thể hiện như sau: e ne n.m = f(n) = n e e /i i i h n p m oc [vg/ph].
- Vận tốc (v ) tương ứng với nn e e n.m v n e = f(n ) = 2π.r e 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 = f(n ) n e 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 ) hay (O → n ) n e e 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 ), có thứ nguyên là mét/giây (m/s) n e
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]:
Ne – công suất có ích ứng với số vòng quay của ĐCĐT (n ), W;e n e – số vòng quay của ĐCĐT, vg/ph
Giá trị n thay đổi từ n → n e min max với: n – số vòng quay nhỏ nhất, (theo biểu thức 2-29) min n – số vòng quay lớn nhất; (theo biểu thức 2-30) max
Công suất có ích lớn nhất (Ne max) được xác định theo biểu thức 2-34, tính bằng watt (W) Số vòng quay của động cơ tương ứng với công suất lớn nhất (n N) được tính theo biểu thức 2-32, đo bằng vòng/phút (vg/ph) Các hệ số thực nghiệm của động cơ đốt trong được ký hiệu là a, b, c, và được tính theo biểu thức 2-33.
Công suất của động cơ điện (N) sẽ biến đổi theo số vòng quay, từ ne min đến ne max Do đó, có thể biểu diễn N dưới dạng một hàm số phụ thuộc vào số vòng quay e.
Ne = f (n ) = Ne e max.[a.(n /ne N) + b.(ne/n N ) 2 - c.(ne/n ) N 3 ] [kW] (2-66) b Xác định moment xoắn trục khuỷu động cơ
Moment xoắn trục khuỷu ĐCĐT – M [tr 12/100], được xác định qua biểu thị: e
Biểu thức (2-67) cho thấy M thay đổi theo số vòng quay từ e ne min đến ne max Do đó, M có thể được biểu diễn dưới dạng một hàm số.
2.5.4.2 Bảng biến thiên Để có những giá trị tương ứng của hàm số N , M = f(n ) với sự thay đổi của biến e e e số n , nên lập bảng biến thiên như bảng 2.2 e
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 , M theo số vòng quay trục khuỷu (n ) ĐCĐT e e e
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 → ne
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 và OM ; e e
Chiều dương: từ thấp lên cao, O → N và M e e
Có 2 trục số, thể hiện: công suất có ích và moment xoắn của ĐCĐT trên ô tô
