Do đó vấn đề nghiên cứu, chế tạo hoàn thiện và đảm bảo chất lượng các chi tiết cụm chi tiết và , hệ thống của ôtô là việc làm tất yếu đối với sự phát triển của nghành công nghiệp ôtô Việ
Tình hình sản xuất và sử dụng ôtô trên thế giới và ở Việt Nam
Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp sản xuất ôtô đã có sự phát triển mạnh mẽ, với nhiều mẫu ôtô mới được ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng và hỗ trợ sự phát triển của các nền kinh tế.
Xu hướng phát triển ôtô nằm trong các xu hướng lớn sau:
- K hông ngừng nghiên cứu nâng cao năng suất và tăng tính kinh tế trong sử dụng ôtô;
Hiện đại hóa công nghệ sản xuất ô tô và tự động hóa quá trình điều khiển ô tô không chỉ nâng cao tính kinh tế và độ tin cậy mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
- Ứng dụng các công nghệ hiện đại để rút ngắn thời gian chế tạo sản phẩm ôtô và phụ tùn g ôtô
Ngành công nghiệp ôtô Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ từ năm 1995 đến 2002, với tỷ lệ tăng trưởng hàng năm từ 12 đến 18,8% Ôtô đóng góp từ 60 đến 70% khối lượng vận chuyển hàng hóa cho các ngành kinh tế Thị trường ôtô tại Việt Nam rất đa dạng, bao gồm nhiều chủng loại và kiểu dáng, với sự hiện diện của xe nhập khẩu, xe chế tạo và xe lắp ráp trong nước từ các liên doanh ôtô.
Mặc dù chính phủ đã triển khai nhiều biện pháp nhằm giảm số lượng ô tô cũ, chất lượng ô tô tại Việt Nam vẫn còn nhiều vấn đề cần cải thiện Các sản phẩm ô tô sản xuất trong nước gặp hạn chế về công nghệ, độ bền và giá thành, điều này ảnh hưởng đến sự cạnh tranh trên thị trường.
Ngành ôtô Việt Nam đã đạt được một số thành tựu đáng kể, nhưng vẫn còn ở mức thấp so với khu vực và thế giới về số lượng, chất lượng và mức độ hiện đại của phương tiện Hiện tại, Việt Nam có hơn 16 liên doanh sản xuất và lắp ráp ôtô, tuy nhiên, các liên doanh này chủ yếu chỉ dừng lại ở việc lắp ráp các cụm, chi tiết nhập khẩu từ nước ngoài và mới chỉ có khả năng sản xuất một số cụm, chi tiết đơn giản.
Ngành công nghiệp ôtô tại Việt Nam được Chính phủ xác định là quan trọng, với gần 20 năm phát triển từ liên doanh ô tô đầu tiên Hiện có 16 liên doanh và hơn 160 doanh nghiệp tham gia sản xuất, lắp ráp và chế tạo phụ tùng ôtô, trong đó khoảng 60 đơn vị chuyên chế tạo phụ tùng Tuy nhiên, chưa có nhà máy nào hoàn chỉnh, dẫn đến việc một số phụ tùng vẫn phải nhập khẩu Công suất sản xuất của các doanh nghiệp liên doanh đạt trên chục nghìn xe/năm, nhưng vẫn thấp so với nhu cầu tăng trưởng, với 68 nghìn xe tải vào năm 2005 và 127 nghìn xe vào năm 2010 Chính phủ đặt mục tiêu nội địa hoá 30% vào năm 2006 và 60% vào năm 2010, nhằm đáp ứng 80% nhu cầu ôtô phổ thông và chuyên dùng Định hướng sản xuất các loại xe thông dụng đã đặt ra thách thức lớn cho ngành, đặc biệt là tỷ lệ nội địa hoá và làm chủ công nghệ chế tạo ôtô Do đó, nghiên cứu và chế tạo hoàn thiện các chi tiết ôtô là điều thiết yếu cho sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô Việt Nam.
Nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu của đề tài
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu trong luận văn bao gồm nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng tính toán bằng phần mềm chuyên dụng, và khảo sát thực tế để kiểm chứng và đánh giá các thông số.
Cách thức tiến hành là tách hệ thống truyền lực thành từng cụm trong hệ thống để nghiên cứu mô phỏng ly hợp ma sát.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Bảng tính dao động xoắn của ly hợp là yêu cầu bắt buộc từ các cơ quan đăng kiểm, giúp ngành công nghiệp ôtô Việt Nam tiếp cận và làm chủ công nghệ thiết kế, đồng thời hỗ trợ trong việc chế tạo các cụm thuộc hệ thống truyền lực.
Đề tài này cung cấp những kết quả quan trọng trong việc đánh giá và dự đoán các thông số ảnh hưởng đến các chi tiết và cụm trong hệ thống truyền lực Những phát hiện này giúp tối ưu hóa giai đoạn thiết kế, từ đó giảm thiểu thời gian và chi phí cho việc thiết kế và thử nghiệm các chi tiết trong hệ thống truyền lực.
Chương này trình bày tổng quan về sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô Việt Nam trong những năm qua và mục tiêu tương lai Bên cạnh đó, nó cũng đề cập đến nghiên cứu hệ thống truyền lực ôtô thông qua mô hình dao động xoắn Từ đó, đề tài được xác định, cho phép định hướng nghiên cứu tổng quát và phương pháp xác lập đối tượng nghiên cứu cụ thể là ly hợp cơ khí trên xe ôtô.
Chương II PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC -
BẰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XOẮN
Mô hình cơ học với các thông số tập trung
Mô hình cơ học của một hệ thống thể hiện sơ đồ động học của nó, trong đó các phần tử được biểu diễn dưới dạng sơ đồ hóa Có hai dạng chính của mô hình cơ học.
- Sơ đồ với các thông số tập trung
- Sơ đồ với các thông số phân bố
Các hệ thống truyền lực thực chất là hệ thống phân bố, trong đó mỗi phần tử được xác định bởi nhiều tính chất như tính chất quán tính và tính chất đàn hồi Nghiên cứu này xem xét các phần tử với đầy đủ các tính chất đặc trưng của chúng.
Hệ thống truyền lực trên ôtô là một hệ thống phân bố, với tải trọng tác động được phân bố đồng đều Tuy nhiên, để dễ dàng trong việc phân tích, chúng ta có thể quy về dạng tập trung.
Quy đổi từ dạng phân bố sang dạng tập trung (rời rạc hoá) được thực hiện dựa trên dao động xoắn của hệ thống truyền lực có phổ không liên tục Các tần số riêng nằm trong miền dưới 300Hz cho phép sử dụng sơ đồ dạng tập trung để tính toán các quá trình dao động xoắn trong miền tần số này.
Các hệ thống được tổ chức theo dạng tập trung, trong đó các khối lượng được xem là tập trung và có thể chỉ có tính quán tính hoặc kết hợp cả tính quán tính và tính đàn hồi Các chi tiết nối các khối lượng là các trục dẫn động có dạng phần tử đàn hồi, được đặc trưng bởi độ cứng (c) và hệ số cản nhớt (b) Do đó, trong mô hình mô phỏng bằng dao động xoắn, mỗi phần tử được xác định bởi ba thông số chính.
Khi lập sơ đồ mô phỏng hệ thống truyền lực, các phần tử được phân thành hai loại: loại có tính quán tính và loại có tính đàn hồi Tuy nhiên, trong đề tài này, các phần tử trong cụm ly hợp được mô tả với đầy đủ ba thông số đặc trưng: quán tính, độ cứng và hệ số cản nhớt.
Các phần tử trong hệ thống truyền lực, như trục và một số chi tiết đàn hồi thông dụng, được xem là có tính đàn hồi khi chúng sở hữu cả hai thành phần quan trọng: độ cứng và cản nhớt.
Trong hệ thống truyền lực của ôtô, ngoài các phần tử đàn hồi và quán tính, còn tồn tại các khối lượng liên kết phản lực Những phần tử này, như vỏ l hợp và vỏ hộp số, được kết nối với khung xe và đóng vai trò quan trọng trong quá trình dao động của hệ thống truyền lực.
Các khối lượng liên kết phản lực được biểu diễn dưới dạng lò xo xoắn trong sơ đồ Một đầu của lò xo kết nối với vỏ cơ cấu, trong khi đầu còn lại gắn với khung xe và được xem là cố định Do đó, hệ thống truyền lực trên ôtô được mô phỏng thành một hệ dao động, bao gồm các khối lượng tập trung với đầy đủ thông số cần thiết cho quá trình nghiên cứu.
Các khối lượng trong hệ thống được kết nối bằng các khâu đàn hồi không quán tính, với mô men quán tính Ii tính theo trục quay và độ đàn hồi ei (ci; bi) là các thông số cơ bản của mô hình cơ học Sơ đồ mô hình thể hiện các lực và mô men tác động lên các phần tử, trong đó lực ma sát là yếu tố tiêu thụ năng lượng dao động Độ đàn hồi của phần tử đàn hồi là nghịch đảo của độ cứng, được tính bằng góc quay (rad) của mặt cắt trục khi chịu mô men xoắn 1N.m tại một đầu trục cố định Cả độ đàn hồi và mô men quán tính có thể được xác định qua thực nghiệm hoặc tính toán dựa trên bản vẽ cấu tạo, và phần mềm chuyên dụng cũng có thể hỗ trợ trong việc xác định mô men quán tính của các chi tiết Đối với các phần tử ghép nối tiếp, độ cứng tổng là tổng nghịch đảo của các độ cứng thành phần, từ đó tính được độ đàn hồi tổng.
Trường hợp các trục ghép song song độ cứng là tổng các độ cứng thành phần và độ đàn hồi được tính như sau
1 n e = ∑i ei Σ Độ đàn hồi của các mối ghép then và then hoa được tính k e = T
Hệ số kT phụ thuộc vào mối ghép then, với các thông số d (đường kính), l (chiều dài), h (chiều cao) và z (số then) Độ đàn hồi của nhíp cầu chủ động theo phương dọc xe, hay còn gọi là độ đàn hồi liên kết, được tính bằng công thức n 4 e = cL.
Trong đó: c: độ cứng của nhíp.
L: chiều dài của nhíp. Độ đàn hồi của các khớp các đăng được tính:
= 5.10 9 ecd d3Trong đó: d: đường kính các trục nối. Độ đàn hồi riêng của các bánh răng quy về một trong hai trục là: br 2 k br 2 e = bR cos α
Hệ số bánh răng (kbr) được xác định theo công thức khác nhau tùy thuộc vào loại bánh răng: đối với bánh răng thẳng, kbr = 6.10 P -11 P; đối với bánh răng nghiêng, kbr = 3,6.10 -11 P P; và đối với bánh răng chữ V, kbr = 4,4.10 -11 P P Bề rộng làm việc của bánh răng (b) cũng là một yếu tố quan trọng trong thiết kế và tính toán bánh răng.
R: bán kính vòng chia của bánh răng trên trục quy dẫn. α: góc ăn khớp
Trong công thức trên, các kích thước được tính bằng mét (m), lực được tính bằng newton (N) và độ đàn hồi được tính bằng rad/N.m
Xây dựng sơ đồ động lực học
Để chuyển đổi từ sơ đồ cơ học sang sơ đồ động lực học, cần quy các thông số của sơ đồ cơ học về một hoặc vài trục, đồng thời thể hiện hệ thống theo các quy ước và công thức quy dẫn Ví dụ điển hình là quá trình chuyển đổi mô hình cơ học sang sơ đồ động lực học cho hệ thống truyền lực trên ôtô.
Các công thức chuyển đổi:
Các công thức chuyển đổi I1=I1 P /
Bằng cách sử dụng phương pháp tương tự, một hệ thống phức tạp có nhiều phần tử có thể được mô tả qua sơ đồ mô phỏng, trong đó các phần tử khối lượng có mô men quán tính và các trục nối với thông số mô phỏng là độ cứng chống xoắn hoặc độ đàn hồi Sơ đồ đầu tiên được gọi là mô hình vật lý của hệ thống, trong khi sơ đồ thứ hai là mô hình mô phỏng với các thông số đặc trưng Mô hình mô phỏng được xây dựng dựa trên các giả thiết và quy định của phương pháp mô phỏng, từ đó hình thành cơ sở cho việc thiết lập hệ phương trình mô tả hệ thống.
Hình 2.1 Mô hình cơ học Sơ đồ động lực học
Hình 2.2 Mô hình cơ học hệ thống truyền lực
Hình 2.3 Sơ đồ động lực học (mô hình mô phỏng) hệ thống truyền lực
Quá trình quy đổi trong mô hình cơ học là sự chuyển đổi hệ tọa độ, đảm bảo bảo toàn cơ năng, bao gồm động năng và thế năng, đồng thời tính đến hàm thất thoát năng lượng của các phần tử trước và sau khi chuyển đổi.
Khi các khối lượng 1 và 2 (Hình 2.1) bị xoắn một góc θ1 và θ2 so với vị trí ban đầu (khi mô men xoắn bằng 0), động năng của hệ thống được xác định bằng tổng động năng của các khối lượng này.
Thế năng của hệ thống bằng tổng thế năng của hai phần tử:
Trong đó: ∆ 1 ,∆ 2 là các biến dạng góc của các trục 1 và 2
Các mô men gây nên xoắn các trục được tính:
Quan hệ giữa các mô men xoắn của hai trục là:
Nếu các góc quay của hai bánh răng là thì: i
Kết hợp với biểu thức (2.4) ta có:
Thay thế các tọa độ θ1 và θ2 bằng ϕ1 và ϕ2, với ϕ1 = θ1 và ϕ2 = θ2, cùng với độ đàn hồi tổng e12 = e1 + iP2Pe2, sẽ cho ra biểu thức xác định thế năng.
Và biểu thức tính động năng có dạng:
Hệ thống truyền lực với các cụm như hộp phân phối và bộ vi sai có khả năng phân chia dòng công suất, và độ đàn hồi chung của hệ thống được xác định theo công thức cụ thể.
Trong bài viết này, ei đại diện cho độ đàn hồi của trục nối với khối lượng thứ i, trong khi ii là tỉ số truyền của cơ cấu, được tính từ khối lượng quay quy dẫn tới khối lượng thứ i, với điều kiện tất cả các khối lượng khác đều đứng yên.
Mô men quán tính của các chi tiết trong các cơ cấu có phân chia dòng công suất được tính theo công thức sau:
I P / P i, e / P P i : các thông số của mô hình cơ học
Ii, ei : các thông số của sơ đồ động lực học.
Trên ôtô, dao động xoắn của hệ thống truyền lực liên quan chặt chẽ đến chuyển động tịnh tiến của khối lượng treo và khối lượng không treo Khi nghiên cứu chế độ tải trọng, cần xem xét các khối lượng chuyển động tịnh tiến, được thể hiện trên sơ đồ tính toán bằng bánh đà tương đương Điều kiện này đảm bảo rằng động năng của bánh đà bằng động năng của các khối lượng chuyển động tịnh tiến.
Trong đó: ma: khối lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô
Ia: mô men quán tính của bánh đà tương đương (Ia = ma ra P 2
P) v: vận tốc của khối lượng chuyến động tịnh tiến. ω: vận tốc góc của bánh đà tương đương
Ro: bán kính lăn của bánh xe trong điều kiện lăn không trượt.
Quá trình truyền mô men từ bánh xe đến các khối lượng chuyển động tịnh tiến diễn ra nhờ lực phản lực từ mặt đường tác động lên bánh xe theo phương dọc, trong khi khả năng bám của bánh xe lên mặt đường đóng vai trò hạn chế Độ đàn hồi của lốp, ký hiệu là eL, là yếu tố quan trọng trong quá trình này.
Sơ đồ tính toán bánh xe và các khối lượng chuyển động tịnh tiến được thể hiện qua hai bánh đàn hồi kết nối bằng khâu đàn hồi, phản ánh độ đàn hồi tiếp tuyến của lốp Hệ thống này bao gồm bộ truyền ma sát nhằm hạn chế mô men truyền, đảm bảo không vượt quá mô men bám của bánh xe với mặt đường.
Trong đó: ϕ : hệ số bám bánh xe với mặt đường
Rz: thành phần phản lực thẳng đứng của mặt đường tác dụng lên bánh xe
Các mô men xoắn quy đổi tác dụng lên các phần tử của hệ thống truyền lực trên ôtô được xác định theo công thức: i
= với M / P P là mô men xoắn trong mô hình cơ học.
Mô men cản mô phỏng sức cản của không khí và lực cản lên dốc được áp dụng cho bánh đà tương đương với khối lượng chuyển động tịnh tiến trên ôtô Hệ số
Trong đó: k, k P / P : hệ số cản ω,ω / : vận tốc góc của bánh đà tương đương
Chương trình Simulink trong phần mềm MATLAB được sử dụng để khảo sát dao động xoắn của ly hợp ma sát khô loại một đĩa Trước đây, việc giải hệ phương trình vi phân thường được thực hiện bằng tay với các phương pháp số gần đúng như Runge-Kutta, Euler và Cauchy, tuy nhiên, những phương pháp này phức tạp và tốn nhiều thời gian, đặc biệt là với hệ phương trình phi tuyến Nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin, nhiều phần mềm đã được xây dựng để giải quyết vấn đề này, giúp việc giải hệ phương trình vi phân trở nên dễ dàng và nhanh chóng MATLAB, với các Toolbox như Simulink, SimMechanics và SimDriveline, hiện đang được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật để giải quyết hiệu quả các bài toán kỹ thuật phức tạp.
Chương trình Simulink trong phần mềm MATLAB đã được ứng dụng rộng rãi trong các chương trình đại học và các trung tâm nghiên cứu Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về MATLAB và Simulink, nhấn mạnh tầm quan trọng của chúng trong lĩnh vực học thuật và nghiên cứu.
Simulink là một Toolbox mở rộng của phần mềm MATLAB, cho phép lập trình hệ thống dưới dạng sơ đồ cấu trúc Để mô phỏng các hệ thống được mô tả bằng phương trình vi phân, phương trình trạng thái, hàm truyền đạt hay sơ đồ cấu trúc, người dùng cần chuyển đổi chúng thành các khối cơ bản trong Simulink Phương pháp lập trình này giúp người nghiên cứu dễ dàng hình dung và hiểu rõ hơn về hệ thống đang khảo sát.
Simulink là một công cụ mạnh mẽ trong môi trường Matlab, cho phép người dùng tận dụng khả năng tính toán, phân tích dữ liệu và đồ họa, đồng thời tích hợp các toolbox như xử lý tín hiệu số, logic mờ và điều khiển thích nghi Việc kết hợp này giúp khảo sát động học các hệ tuyến tính và phi tuyến trong một môi trường thống nhất, bao gồm cả miền thời gian liên tục và gián đoạn Để sử dụng hiệu quả Simulink, người dùng cần có kiến thức cơ bản về điều khiển và xây dựng mô hình toán học Simulink cung cấp giao diện đồ họa với thư viện các khối chức năng, cho phép người dùng dễ dàng xây dựng mô hình bằng cách kéo thả các khối và kết nối chúng, mang lại sự trực quan và tiện lợi hơn so với các phần mềm trước đó yêu cầu lập trình phức tạp.
Simulink là một môi trường mở, nó cho phép người dùng tạo dựng thư viện các đối tượng đồ họa mới cho mình
Công dụng của ly hợp
Sơ đồ cấu tạo của ly hợp loại đĩa ma sát khô
Trong luận văn chỉ đi sâu nghiên cứu mô phỏng ly hợp ma sát khô một dĩa ma sát
12 11 10 9 8 Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô một đĩa
1 - Bánh đà ; 2 - Đĩa ma sát ; 3 - đĩa ép
4 - Lò xo ép ; 5 - Vỏ ly hợp ; 6 - bạc mở
7 - Bàn đạp ; 8 - Lò xo hồi vị bàn đạp
9 - Đòn kéo ; 10 - Càng mở ; 11 - bi "T"
12 - Đòn mở ; 13 - Lò xo giảm chấn.
Cấu tạo chung của ly hợp loại đĩa ma sát khô
Đối với hệ thống ly hợp, về mặt cấu tạo thì người ta chia thành 2 bộ phận:
- Cơ cấu ly hợp: là bộ phận thực hiện việc nối và ngắt truyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực
- Dẫn động ly hợp: là bộ phận thực hiện việc điều khiển đóng mở ly hợp.
Phần chủ động của hệ thống ly hợp bao gồm bánh đà, vỏ ly hợp, đĩa ép, đòn mở và các lò xo ép Khi ly hợp được mở hoàn toàn, các chi tiết trong nhóm chủ động sẽ quay đồng nhất với bánh đà.
- Phần bị động gồm đĩa ma sát, trục ly hợp Khi ly hợp mở hoàn toàn các chi tiết thuộc nhóm bị động sẽ đứng yên
Theo sơ đồ cấu tạo hình 3.1, vỏ ly hợp 5 được gắn cố định với bánh đà 1 bằng các bulông Đĩa ép 3 có khả năng dịch chuyển tịnh tiến trong vỏ và có bộ phận truyền mô men từ vỏ 5 vào đĩa ép Các chi tiết bánh đà 1, đĩa ép 3, lò xo ép 4, và vỏ ly hợp 5 được gọi là phần chủ động của ly hợp, trong khi chi tiết đĩa ma sát 2 được xem là phần bị động Các chi tiết còn lại thuộc bộ phận dẫn động ly hợp.
Bộ phận dẫn động điều khiển ly hợp bao gồm các thành phần chính như bàn đạp ly hợp, đòn dẫn động, càng mở ly hợp, đòn mở ly hợp và bạc mở ly hợp Tùy thuộc vào loại ly hợp, có thể bổ sung thêm các bộ phận dẫn động bằng thủy lực hoặc khí nén, bao gồm các xilanh chính và xilanh công tác.
Nguyên lý làm việc của ly hợp loại đĩa ma sát khô
Trong trạng thái đóng của ly hợp, lò xo 4 tạo ra lực ép chặt giữa đĩa bị động 2 và bánh đà 1, giúp kết nối phần chủ động và phần bị động thành một khối cứng Mô men từ động cơ được truyền qua các bề mặt ma sát của đĩa bị động 2 và đĩa ép 3, sau đó đi vào xương đĩa bị động qua bộ giảm chấn 13, tiếp tục đến moayơ và cuối cùng là trục ly hợp.
11 và đầu đòn mở 12 có một khe hở từ 3 4 mm tương ứng với hành trình tự do của -
Khi cần ngắt truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số, người lái sẽ tác dụng một lực vào bàn đạp 7 thông qua đòn kéo 9 và càng mở 10 Quá trình này khiến bạc mở 6 mang bi "T" 11 dịch chuyển sang trái, và sau khi loại bỏ hoàn toàn khe hở của bi "T", trạng thái mở ly hợp được thiết lập.
Khi đầu đòn mở 12 được tác động, khớp bản lề kết nối với vỏ 5 sẽ kéo đĩa ép 3, làm nén lò xo 4 và di chuyển sang phải Quá trình này tách rời các bề mặt ma sát giữa phần chủ động và bị động của ly hợp, ngắt sự truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số.
Xây dựng mô hình cơ học để mô phỏng ly hợp
Hệ phương trình vi phân mô tả ly hợp
Trong thực tế phần chủ động và phần bị động của ly hợp được nối với nhau
Vỏ ly hợp được kết nối chắc chắn với bánh đà thông qua các bulông, trong khi đĩa ép được liên kết với vỏ ly hợp nhờ các lò xo lá Các lò xo lá không chỉ truyền mô men xoắn mà còn đóng vai trò là thành phần đàn hồi cho phần chủ động của ly hợp.
Hình 3.4 Mô hình ly hợp
Các trục nối của mô hình được ứng xử là một thành phần đàn hồi có độ cứng c (N.m/rad) và hệ số cản xoắn b (N.m.s/rad)
1 - mô men quán tính phần chủ động của ly hợp
2 - mô men quán tính phần bị động của ly hợp
3 - trục chủ động của ly hợp
4 - trục bị động của ly hợp
IĐC - mô men quán tính của động cơ được quy dẫn về bánh đà
IC là mô men quán tính của bánh đà, tương đương với khối lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô Các hệ số b1 và c1 đại diện cho cản xoắn và độ cứng của phần chủ động ly hợp, trong khi b2 và c2 thể hiện cản xoắn và độ cứng của trục bị động ly hợp.
Tách phần chủ động và bị động của ly hợp, đặt các mô men, xét cân bằng của hệ và lập phương trình vi phân mô tả ly hợp
Hình 3.5 Sơ đồ động lực học của toàn bộ ly hợp
Hệ phương trình vi phân mô tả ly hợp như sau: ψ ϕ ϕ ψ
Mô men từ động cơ, được xác định là mô men đầu vào của ly hợp, có thể biến thiên theo quy luật của hàm Sin, với công thức Mdc = 100 + 3.sin(5t).
Mô men cản Môtô là đại lượng mô men từ các chi tiết chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến, quy về trục bị động của ly hợp, được xác định theo quy luật nhất định.
Môtô = k.ψ 2 k là hệ số; ψ 2 là vận tốc góc phần bị động của ly hợp ψ
Sử dụng Mathlab Simulink để giải hệ phương trình vi phân (3.6) với các điều kiện (3.7) và (3.8), chúng ta có thể xây dựng chương trình tính toán các thông số động lực học của ly hợp trong quá trình đóng ly hợp.
Sơ đồ tính toán trong Simulink, như hình dưới đây, chỉ ra các khối chương trình chính, trong khi các chương trình con được ẩn bên trong Thời gian tính toán thay đổi tùy thuộc vào đối tượng khảo sát, và kết quả có thể được trình bày dưới dạng đồ thị hoặc tệp số liệu.
Các số liệu để chạy chương trình tính toán được lấy như sau: c1 = 11500(N.m/rad); c2 = 7740 (N.m/rad) ;
Ic = 0.7 (kg.m2); b1 = 2*0.3*sqrt(c1*Id*I1/(Id+I1)) (N.m.s/rad); b2 = 2*0.3*sqrt(c2*Ic*I2/(Ic+I2)) (N.m.s/rad); k = 0.4; muy = 0.3; r1 = 0.06 (m); r2 = 0.09 (m);
Mô phỏng ở thời điểm ban đầu t = 0 ψ 1 =ϕ 1 00rad s/
Mô men của động cơ coi như có quy luật sin, mô men cản được giả thiết tỷ lệ thuận với vận tốc phần bị động: ψ
Thời gian mô phỏng hệ thống trong 6 giây với các số liệu trên ta thu được kết quả như sau
Trên hình 3.7 là quy luật biến thiên mô men của động cơ dưới dạng hình sin với các giới hạn (97 – 103) Nm.
Hình 3.8 Mô men phần chủ động của ly hợp M1
Hình 3.9 Mô men trục bị động ly hợp M2
Hình 3.10 Góc quay phần chủ động của ly hợp
Khi người điều khiển đóng ly hợp, vận tốc góc của phần chủ động giảm do tải trọng của ôtô Mô men của ly hợp tăng dần khi người điều khiển nhả bàn ly hợp Khi mô men của ly hợp vượt qua mô men cản của ôtô, ôtô bắt đầu chuyển động và vận tốc góc của phần chủ động tăng dần đến giá trị ổn định.
Hình 3.13 Vận tốc góc phần bị động ly hợp
Vận tốc góc của trục bị động trong ly hợp tăng từ 0 rad/s khi ôtô bắt đầu tăng tốc Khi ly hợp đóng hoàn toàn, vận tốc góc của hai trục bằng nhau, và vận tốc trục bị động tăng theo quy luật của phần chủ động của ly hợp.
Sử dụng Simulink để mô phỏng hoạt động của ly hợp cho thấy rằng khi người điều khiển bắt đầu đóng ly hợp, vận tốc góc của phần chủ động giảm dần trong khi vận tốc góc của phần bị động tăng dần cho đến khi mô men ma sát vượt qua mô men cản của ô tô, dẫn đến việc ô tô bắt đầu chuyển động Khi ly hợp được đóng hoàn toàn, vận tốc góc của cả phần chủ động và bị động tăng lên cho đến khi đạt giá trị ổn định, phản ánh chính xác hoạt động thực tế của cụm ly hợp.
Khi sử dụng, người điều khiển cần bắt đầu đóng ly hợp và đồng thời tăng ga cho phần chủ động của ly hợp Điều này giúp tăng tốc độ góc của ly hợp và khắc phục sức cản ban đầu của ôtô.
Khi người điều khiển bắt đầu đóng ly hợp, xung mô men xuất hiện trong các phần tử chuyển động quay của hệ thống truyền lực Các xung mô men này có giá trị lớn và phụ thuộc vào tốc độ đóng ly hợp, sau đó giảm dần và dao động quanh giá trị ổn định Những dao động ở giai đoạn ổn định chính là dao động từ động cơ truyền tới.
Chương IV – KHẢO SÁT MỘT SỐ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA LY HỢP
Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ đóng ly hợp đối với hệ thống truyền lực
Tốc độ đóng ly hợp phụ thuộc vào quy luật tăng mô men ma sát, nhưng quy luật này không xác định do ảnh hưởng từ người lái Do đó, mô men truyền của ly hợp (Mlh) được giả thiết là biến thiên theo một quy luật nhất định.
Mlh = Mcmax.(1 - e P -kt P ) trong đó k c
3 t ; tclà thời gian đóng ly hợp (thể hiệ tốc độ n đóng ly hợp);
Mcmax là mô men tĩnh của ly hợp ở trạng thái đóng hoàn toàn, k là hệ số đặc trưng cho tốc độ đóng ly hợp;
Tải trọng động tác trong hệ thống truyền lực xe ô tô chịu ảnh hưởng từ tốc độ đóng ly hợp và lực cản, cùng với các yếu tố như mô men quán tính và độ đàn hồi của chi tiết Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát tốc độ đóng ly hợp trong khoảng thời gian từ 0,01 giây đến 2,4 giây, nhằm so sánh các số liệu tính toán thu được từ hệ thống truyền lực của xe ô tô.
Trên hình dưới đây là các ví dụ kết quả tính toán (ví dụ: tc = 0,01; t = 0,5 và tc c 2,4s)
M ô m en p h ân b i d o n g c u a ly h o p M 2 ( N m ) Thoi gian dong ly hop t = 0.01s
Hình 4.1- Mô men trên trục bị động của ly hợp khi tc = 0,01 s
Thoi gian dong ly hop t= 0.5 giay
Hình 4.2- Mô men trên trục bị động của ly hợp khi tc = 0,5 s
Thoi gian dong ly hop t = 2.4 giay
Kết quả tính toán cho các thời gian đóng ly hợp khác nhau được cho trong bảng sô 4.1
Bảng 4 Ảnh hưởng của thời gian đến hệ số tải trọng động của ly hợp1 t 0,01 0,2 0,6 1,0 1,2 1,4 1,8 2,0 2,4 kd 273 226 215 209 206 202 196 193 189
Dựa trên các kết quả trong bảng (4.1) ta có thể vẽ đồ thị như trên hình 4.4 Trong đó hệ số tải trọng động được tính bằng công thức:
Hình 4.4 - Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đóng ly hợp đến hệ số tải trọng động của ly hợp kd
Mô tả và nhận xét kết quả:
Tốc độ đóng ly hợp nhanh làm tăng mô men tác động lên hệ thống truyền lực, ảnh hưởng lớn đến độ bền và ổn định của hệ thống Thời gian để mô men đạt giá trị ổn định kéo dài hơn.
Tốc độ đóng ly hợp ảnh hưởng trực tiếp đến mô men tác động lên hệ thống truyền lực; nếu thời gian đóng ly hợp quá lâu, mô men sẽ giảm và ly hợp có thể trượt, dẫn đến tình trạng mòn nhanh chóng Thời gian đạt giá trị mô men ổn định là ngắn, nhưng việc duy trì tình trạng trượt sẽ gây hại cho ly hợp.
Xung mô men sinh ra trong quá trình đóng ly hợp có thể dẫn đến quá tải cho hệ thống truyền lực, gây hại và giảm độ bền của hệ thống.
Để giảm thiểu xung mô men tác động lên ly hợp, người điều khiển cần có kỹ năng lái tốt và thời gian đóng ly hợp phải được thực hiện một cách phù hợp, không được quá ngắn (thời gian tối thiểu là 0,9 giây).
- Có thể tăng thời gian đóng ly hợp bằng kết cấu dẫn động ly hợp có trợ lực thuỷ lực hoặc trợ lực khí nén
Vận tốc góc của phần chủ động ly hợp giảm nhanh chóng khi tốc độ đóng ly hợp tăng, dẫn đến thời gian đóng ly hợp ngắn Nếu sử dụng động cơ ôtô không có khả năng thích ứng tốt, có thể xảy ra tình trạng động cơ ngừng hoạt động khi ly hợp được đóng đột ngột, gây khó khăn trong việc khởi hành ôtô.
4.3 Ảnh hưởng của giảm chấn đến tải trọng động của ly hợp
4.3.1 Ảnh hưởng của lò xo giảm chấn đến tải trọng động của ly hợp (c2)
Hiện nay, ly hợp ma sát trên ô tô được trang bị bộ phận giảm chấn, giúp giảm độ cứng của hệ thống truyền lực Điều này không chỉ giảm tải trọng động truyền vào hệ thống mà còn ngăn chặn dao động cộng hưởng ở tần số cao, đặc biệt là tần số gần với tần số biên thiên mô men xoắn của động cơ.
Giảm chấn bao gồm hai thành phần chính: lò xo và tấm ma sát Lò xo giúp giảm độ cứng của hệ thống truyền lực, trong khi tấm ma sát có chức năng dập tắt nhanh chóng các dao động.
Độ cứng của lò xo giảm chấn c2 có ảnh hưởng lớn đến tần số dao động của ly hợp và tải trọng động tác dụng lên hệ thống truyền lực Điều này xảy ra trong quá trình sử dụng, bao gồm các yếu tố như tốc độ đóng ly hợp và lực cản.
Tần số dao động được tính bằng công thức ν = 1
Bài viết tập trung vào việc khảo sát tần số dao động của ly hợp trong khoảng tần số từ 1000 N.m/rad đến 8000 N.m/rad Mục tiêu là so sánh các trường hợp khác nhau để đưa ra yêu cầu về độ cứng c của lò xo giảm chấn.
Trên hình dưới đây là các ví dụ kết quả tính toán (ví dụ: c2 = 1000; 2 = 4000 2 c ; c
Hình 4.5 - Tần số dao động của ly hợp khi 2 = 1000 N.m/radc
Hình 4.6- Tần số dao động của ly hợp khi c2 = 4000 N.m/rad
Kết quả tính toán cho các trường hợp với các độ cứng khác nhau được cho trong bảng sô 4.2
Bảng 4.2 Ảnh hưởng của độ cứng lò so giảm chấn đến tần số dao động của ly hợp c2 1000 2000 4000 6000 8000 10.000
Dựa trên các kết quả trong (bảng 4 ) ta có thể vẽ đồ thị như 2 trên (hình 4.8) như sau
Hình 4.8 - Đồ thị ảnh hưởng của độ cứng lò so giảm chấn đến tốc độ dao động của ly hợp ν c2 (X 1000) (Hz)
Mô tả và nhận xét kết quả:
Theo đồ thị, khi độ cứng của lò xo giảm chấn giảm, tần số dao động cũng giảm theo Tuy nhiên, biên độ dao động d gia tăng sau khi ly hợp đóng hoàn toàn, điều này ảnh hưởng đáng kể đến độ bền và độ ổn định của hệ thống truyền lực Thời gian để mô men đạt giá trị ổn định trở nên lâu hơn.
Độ cứng của lò so giảm chấn ảnh hưởng đến tần số dao động trong thời gian đóng ly hợp; khi độ cứng tăng lên, tần số dao động cũng tăng Tuy nhiên, biên độ dao động sau khi ly hợp đã đóng hoàn toàn lại giảm xuống.
4.3.2 Ảnh hưởng của ma sát trong giảm chấn (b2) đến tốc độ dập tắt dao động của ly hợp
Hình 4.9 - S ố lần dao động của ly hợp khi b2 = 9 N.m.s/rad
Hình 4.10 - Số lần dao động của ly hợp khi b2 = 12 N.m.s/rad
Hình 4.11 - S ố lần dao động của ly hợp khi b2 = 17 N.m.s/rad
Kết quả tính toán cho các trường hợp với các hệ số cản b2 khác nhau được cho trong bảng sô 4.3
Bảng 4.3 Ảnh hưởng của ma sát trong giảm chấn đến số lần dao động của ly hợp b2 9 12 14 17 20 n2 7 4 3 2 2
Dựa trên các kết quả trong (bảng 4 ) ta có thể vẽ đồ thị như 3 trên (hình 4.12) như sau
Hình 4.12 - Đồ thị ảnh hưởng của ma sát trong giảm chấn đến số lần dao động của ly hợp.
Mô tả và nhận xét kết quả:
Hệ số cản b2 nhỏ làm tăng số lần dao động của trục bị động b2, ảnh hưởng đến độ bền và độ ổn định của hệ thống truyền lực Thời gian để mô men đạt giá trị ổn định cũng kéo dài hơn.