Hệ thống truyền lực trên ô tô

hệ thống truyền lực ô tô ( Nguyễn Trọng Hoan Nguyễn Khắc Tuân) Hệ thông truỳên lực ôtô được biên soạn với m ục đích chính là phục vụ cho công tac đào tạo sau đại học ở các trường đại học kỹ thuật. Vì vậy, tư tường chú đạo là tống hợp các kiến thức nâng cao về hệ thống truyền lực (HTTL) và trình bày m ột cach có hệ thõng, phù hợp với các yêu cầu của trình độ đào tạo thạc sĩ N gành kỹ thuật ôtô. N ội du n g chính của cuốn sách được trình bày trong 6 chương: C hương 1: H ệ thống truyền lực ôtô Chưcmg 2: Lực kéo C hương 3: M ô phóng hệ thống truyền lực C hương 4: Các chế độ tải trọng đặc trưng trong hệ thống truyền lực ôtô Chưcmg 5: Tương tác giữa hệ thống truyền lực với các hệ thống trên ôtô C hương 6: Rung ồn trong hệ thống truyền lực ôtô. Các chưcmg 1, 2, 3 và 6 do N guyễn Trọng H oan biên soạn; Các chương 4, 5 do N guyễn Khắc Tuân biên soạn.

NGUYỀN TRỌNG HOAN - NGUYỄN KHẮC TUÂN HỆ THỐNG TRUYỀN Lực TƠ NGUYỄN T R Ọ N G H O A N - NGUYỄN KHẮC TUÂN n iẾ L Ị lC Ũ Ĩ Ô I ĩ NHÀ XUẤT BÁN GIÁO DỤC VIỆT NAM LỜI N Ó I Đ Ầ U Hệ thông truỳên lực ôtô đ ợc b iên soạn với m ục đích p h ụ c v ụ cho công tac đ o tạo sau đại học trư n g đại học kỹ th u ật Vì vậy, tư tư n g đạo tống hợ p kiến thức n ân g cao hệ thống tru y ề n lực (HTTL) trìn h bày m ột cach có h ệ thõng, p h ù h ợ p với yêu cầu trìn h đ ộ đ tạo thạc sĩ N gành kỹ thuật ôtô N ội d u n g sách trình bày tro n g chương: C h n g 1: H ệ thống tru y ền lực ôtô Chưcm g 2: Lực kéo C h n g 3: M phóng hệ th ố n g tru y ền lực C hư ng 4: C ác ch ế đ ộ tải trọ n g đ ặc trư n g tro n g hệ th ố n g tru y ền lực ôtô Chưcm g 5: T ươ ng tác hệ th ố n g tru y ền lực với hệ th ố n g ôtô C h n g 6: R ung - n tro n g hệ thống tru y ền lực ôtô Các chưcmg 1, 2, d o N g uy ễn T rọng H o an biên soạn; Các chư ơng 4, N guyễn Khắc T uân biên soạn M ột số nội d u n g tro n g sách có th ể tài liệu th am khảo b ổ ích cho ng h iên u sírih n h nghiêri cứu, thiết k ế HTTL ôtô M ặc dù cố gắng q u trìn h biên soạn, tu y n hiên khơng trán h khỏi n h ữ n g khiếm khuyết Các tác giả m ong n h ậ n đư ợc ý kiến đ ó n g g ó p đ n g nghiệp, chuyên gia tro ng Enh vực h ộ p số tự đ ộ n g ôtô tất , bạn đọc đ ế lâ n tái sau đư ợc h ồn thiện Mọi ý kiến đóng góp xin vui lịng gửi về: Cơng ty cơ’ p h ần Sách Đại học - Dạy nghề, N hà xuất Giao dụ c Việt NarrC 73 Lố Đ ú c H Nọi C uối cùng, tác già xin bày tỏ lời cảm n sâu sắc tói b ạn bè, đồng n ghiệp đ ã n h iệt tinh g iú p đ ỡ tro n g trình biên soạn sách Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2018 CÁC TÁC GIẢ MỤC LỤC Chương HỆ THỐNG TRUYỀN L ự c ÔTÔ 1.1 Giói thiệu chung hệ thống truyền lự c 1.2 Hệ thống truyền lực khí .11 1.3 Hệ thống truyền lực thúy lực 24 1.4 Hệ thống truyền lực điện 34 1.5 Hệ thống truyền lực ôtô lai (hybrid) 35 1.6 Tý số truyền hệ thống truyền lực 40 1.7 Các tiêu chí phương pháp đánh giá hệ thống truyền lực ô tô 51 Chương L ự c KÉO 2.1 Hiệu suất truyền lực k é o 60 2.2 Quan hệ lực kéo trượt cúa bánh xe đ ộ n g 72 2.3 Hệ số truyền lực dọc thông số ảnh hư ớng .78 2.4 Một số mơ hình lốp thông dụng 84 2.5 Quan hệ lực dọc lực ngang 89 2.6 Các hệ thống điều khiên lực k éo 94 Chương MƠ PHỊNG HỆ THỐNG TRUYỀN L ự c 3.1 Đặt vấn đề .96 3.2 Các phuơng pháp mơ phóng hệ thống truyền lực 97 3.3 Mơ phịng hệ thống truyền lực mồ hình dao động xoắn 99 3.4 Mơ phóng hệ thống truyền lực phương pháp mạng liên kết(Bondgraph) 124 3.5 Các phương pháp giái tốn mơ hệ thống truyền lực 141 Chương CÁC CHẾ ĐỘ TẢI TRỌNG ĐẶC TRƯNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN L ự c ÔTÔ 4.1 Các cạng tái trọng tác dụng lên hệ thống truyền lực ô tô 142 4.2 Tái trọng cực đại hệ thống truyền lực ô tô 145 •13 Tài tiọng động chê' độ khới h àn h 155 4.4 Tải trọng từ dao động mômen xoắn cùa động 160 4.5 Tái trọng từ mấp mô mặt đường 167 Chương TƯƠNG TÁC GIỮA HỆ THỐNG TRUYỀN L ự c VỚI CÁC HỆ THỐNG TRÊN ÔTÔ 5.1 Đặt vãn đề 175 5.2 Phối hợp hoạt động cúa động đốt với hệ thống truyền lực 176 5.3 Ánh hướng cùa hệ thống truyền lực đến mức tiêu thụ nhiên liệu cùa ô tô .205 5.4 Liên kết đàn hồi hệ thống truyền lực ôtô khung vò xe .206 5.5 Tương tác dao động xoắn hệ thống truyền lực dao động thẳng đứng ôtô 209 5.6 Đặc tính phân tử liên kết 211 Chương RUNG - ỒN TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN L ự c ÔTÔ 6.1 Khái niệm 213 6.3 Các giải pháp giảm rung 221 ty Chương HỆ THỐNG TRUYỀN Lực ỊTƠ 1.1 Giới thiệu chung hệ thống truyền lực 1.1.1 Vai trò h ệ thắng truyền lục ôtô Hệ thống tmyền lực (HTTL) ơtơ đóng vai trị phận kết nối động với bánh xe chủ động, giúp cho xe chuyển động loại đường xá theo điều kiện sừ dụng cụ thể v ề chất, hệ thống truyền lực hệ thống truyền công suất động tới bánh xe chủ động Nếu gọi hiệu suất cùa HTTL Tfr mối quan hệ công suất cực đại động N rnax với lực kéo bánh xe chủ động Pli vận tốc chuyển động ôtô V viết sau: /» = * « & (U ) Biều thức mô tả đồ thị đường hyperbol hình 1.1 Đồ thị thường đuợc gọi đặc tính kéo lý tưởng, thể khả nâng sử dụng tối đa công suất động co để đáp úng điều kiện chuyển động ơtơ Hình 1.1 Đặc tính kéo lý tưởng cùa ôtô đáp ứng cùa động đốt Trên thực tế, phạm vi hoạt động ôtô rộng, nên lực kéo bánh xe vận tốc chuyến động phải có khả thay đổi đề đáp ứng điều kiện chuyển động cụ thể Với đặc tính kéo hình 1.1 vùng làm việc cùa ơtơ nằm bên đuờng đặc tính lý tường đường giới hạn khả bám Tuy nhiên, động sừ dụng ôtô chủ yếu động đốt Irong lon hai dạng động xăng động diesel Các loại động không đáp ứng vùng làm việc mong muốn theo đặc tính lý tướng, mà chi cung cấp lực kéo phạm vi giới hạn cùa đặc tính làm việc cùa (vùng trăng hình 1.1) Như vậy, kết nối trực tiếp động với bánh xe chủ động cùa ôtô mà cần có phận truyền biến đồi thơng số cùa động cho phù hợp với điều kiện chuyển động thực tế Bộ phận hệ thống truyền lực cùa ôtô Đe làm điều này, hệ thống truyền lực thiết kế biến đoi mômen với hệ số bién đối gọi tỷ số truyền ¡T- Khi đó, lực kéo bánh xe đuợc tính sau: p = M ¿ !t r„ (1.2) đó: Me mơmen cùa động n bán kính cùa bánh xe Hiện nay, hệ thống truyền lực ôtô biến đổi mômen theo hai cách sau: - Biến đổi theo cấp: hệ thống truyền lực có số tỳ số truyền xác định, tỳ số truyền tương ứng với cấp số; - Biến đối vô cấp: tý số truyền cùa hệ thống truyền lực thay đổi cách liên tục vùng biến thiên (giữa ¡max ¡mfr) Đối với HTTL có cấp, tý số truyền tương ứng với đường đặc tính lcéo Chẳng hạn, hình 1.2 thể dặc tính kéo ơtơ có trang bị hệ thống truyền lực khí cấp với đường lực càn chuyền động đường mô tả giới hạn bám bánh xe đường Vùng làm việc ơtơ vùng tráng đồ thị Có thể nhận thấy rằng, hệ thống truyền lực có cấp chi tạo vùng làm việc theo đặc tính kéo lý tường có vô số cấp Trên thực tế điều thực Vì vậy, tùy theo mục đích sừ dụng điều kiện làm việc loại ịtơ người ta lựa chọn số cấp số cùa hệ thống truyền lực cho phù hợp Vận tóc V Hi'ti ¡ Vùhịị lùm Viét i 'to ỒIÓ vri h ệ ft ọ ‘I I h r c < khỉ cõ*i ( // Biên độ dao động cùa bậc tự phụ thuộc vào tần số kích thích độ ữễ bậc tụ so với kích động Trong hệ nhiều bậc tự do, kích động có thề tác động tức thời vào khâu cùa hệ Đối với hệ tuyến tính, đáp ứng bậc tự tồng tất đáp ứng cùa lực kích thích Coi hệ thống nhiều bậc tự có giảm chấn chịu kích động dạng điều hịa {F(t) I = (F}f(t) = {F }sin(cot) Phương trình chuyến động hệ có dạng: [Af ]{*} + [* ]{ * } + [C ]{ * } = { F } /(0 (6.24) Thực biến đồi Laplace phương trình ưên vớicác điềukiện đầu 0, sau thay tốn tứ Laplace bàng ioa nhân cà vế với -iũỉ[M] + iũịK \ + c y ' ta được: { /#,(»)} = [/f(ffl)]{ F } (6.25) } véctơ đáp ứng tần số bậc tự ịH(ũj)] ma trận hàm đáp ứng tần số với H,J = đáp ứng tần số i kích động đơn vi j gây nên Ha { » (* )} - ô2 ằ22 Hu ã Hu H.2 ■ Hm (6.26) Đáp ứng tần số bậc tự thứ i là: + + “ í H r , (6.27) Bíéu thức trền thể đồng gổp cầc kích dộng ỏr bậc tự ttong hệ thống Các hàm đáp ứng tần số (và đáp ứng tần sổ) phức tạp, hệ thống cố kể đển hiệu ứng tắt chấn Biên độ pha đáp ứng bậc tự xác định cách tính mơđun argument phần tủ [Hx(ai)} tương ứng d) Rung động cuỡng có giảm chấn với kích thích nạẫu nhiên (random excitation) Hầu hết hệ thống ôtô chịu kích thích dạng ngẫu nhiên Để nghiên cứu dạng rung dộng, người ta phái sử.dụng jđến.các công cụ thống kê xác suất Tuy nhiên, hài tốn phức tạp, nên cơng cụ chi cho phép nghiên cứu sổ tính chất 6.2.3 Các nguồn gây rung động HTTL Trong HTTL nguồn gây rung động bánh răng, trục bi Ngồi nguvên nhân chung phổ biến khơng cân cùa chi tiết chuyền động quay, nguyên nhân gây rung thường xuất phát từ lỗi thiết kế, chế tạo lắp đặt phận chi tiết HTTL 219 a) Các nguồn gây rung cùa bánh Các lỗi chế tạo: Có ba loại lỗi thường gặp chế tạo bánh răng: - Lệch tâm (eccentricity) - Sai bước (pitch eưor) - Lỗi dạng (tooth form error) Lồi lệch tâm dẫn đến cân mặt khổi lượng, quay bánh trục bánh xuất lực ly tâm nguyên nhân dao động tần số thấp hộp !ố Lỗi sai bước lỗi dạng gây nên va chạm, cọ xát bề mặt Đây nguyên nhân tạo xung lực tác động lên gây dao động 'ẩn số cao xung lực có tần số tần số ăn khớp Các lỗi lắp đặt: Nếu bánh chế tạo xác việc láp đặt lại gặp phài sai sót khơng đồng trục, trục khơng song song tải ưọng không phân bố lên bẻ mặt lên vị trí khác bánh Sự thay đồi tái trựig nguyên nhân gây dao động Ngoài ra, liên kết hộp số với móng, với động co với trục các-đăng yếu tố có thề gây nên rung động đáng kể Do lỗi cộng với chất lượng bôi ươn dẫn đến hư hỏng rúư: mòn (wear), mỏi bề mặt (surface fatigue), biến dạng dèo (plastic deformation), mẻ ring (tooth braking) Với hư hỏng mức rung động HTTL tăng lên đột biỉn b) Các nguồn gây rung từ ố vòng bi Rung động sinh ữong ổ sổ nguyên nhân sau: - Khuyết tật ổ lỗi chế tạo: viên bi có đường kính khơng đều, biên dạng vành ửong, vành viên bi khơng xác, - Khuyết tật ổ q tìn h sử dụng: sứt tróc rỗ, mịn khơng vành vành viên bi, - Khuyết tật trục lỗi chế tạo: trục bị cong, biến dạng mức chịu cải, khuyết tật bề mặt cổ trục, - Khuyết tật lỗi lắp đặt: nghiêng, không đồng tâm, lắp ráp lõng cic Vinh ngoài, c) Các nguồn gây rung lừ trục truyền Trong HTTL có trục dài trục các-đăng, bán trục Mặc dù chúnỉ đtu đĩợc cân bang động không tuyệt đối, nên trình hoạt động chịu lực lv lâm ;ây 220 nên l ung có tần số tương ứng với vận tốc quay cùa trục Đặc biệt, trục các-đăng thường có chiều dài rat lớn, nên coi nguồn gây rung HTTL 6.3 Các giải pháp giảm rung Giai pháp bàn đế giám rung HTTL xứ lý từ nguồn gây rung, nghĩa khác phục nguyên nhân nêu mục 6.2.3 Tuy nhiên, kỹ thuật chấp nhận các' sai sồ phạm vi cho phép vậy, nguồn rung ln tồn ỡ mức độ định Với nhiều nguồn hợp lại hệ thống phải chịu rung động lớn, ảnh hướng trực tiếp đén bàn thân nó, đồng thời làm giám tính tiện nghi chung ơtơ (do rung ịn) Vì người ta thường phâi sứ dụng giải pháp giảm rung cho phận HTTL Dưới số giải pháp thông dụng [4], 6.3 Ị Cách ly nguồn rung Đây coi giải pháp thụ động, đom giàn rẻ tiền nên thường sử dụng Bán chất phương pháp đặt phần tứ ngăn cách làm từ vật liệu đàn hồi đề hạn chế tối đa việc lan truyền dao động sang phận lằn cận Các phần từ đa dạng, từ cao su đơn giàn đến giảm chấn thủy lực phức tạp Nguyên lý phương pháp giảm rung A F (t) = (mjr)afsina* tẩm cách mơ tả mơ hình đom gián bậc tự hình 6.4 Vật có khối luợng m chịu lực tach động điều hòa khối lượng quay m* bị lệch tâm khoang r Hình 6.4 Mơ hình bậc tự đặt Độ cứng cách mô tả sau: cách ly c* = c (l + Tji) đó: c độ cứng động T] hệ số tổn thất Hiệu quà việc cách ly đánh giá thông qua hệ số truyền rung T (hàm tần số (ứ r T(ũ)) = — *0 (6.28) đó: p biên độ lực truyền lên giá đỡ (khung) Ffì biên độ cùa lực kích thích Áp dụng đ nh luật hai Newton ta được: mx+c(\+Tji)x = m rar sino» = (6.29) Lục truyền lên giá đờ là: 221 p ( t) = c (l + rji)x(t) (630) Vận dụng kết quà lý thuyết mục 6.2.2 trường hợp kích thích điều ta đuợc: 1+31 T(ú)) = c (6 31) (c - m ũ ? ) +(cĩ])1 Đe đánh giá biến thiên T{ù>) theo tần số người ta thường sử dụng dạng khcng thứ nguyên cùa công thức trên: 1+ r » = 1-1 (632) —