Nghiên ứu á phương án thiết kế hệ truyền lự xe on

Hệ thống truyền lực, bao gồm Ly hợp/ Biến mô, hộp số chính phụ, các đăng, cầu xe, truyền lực cạnh.. Thiết kế Hệ thống truyền lực có hai vấn đề cơ bản: i Thiết kế động lực học, gồm các tí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HUỲNH VĂN XÍ

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN LỰC XE CON

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS ĐỖ TIẾN MINH

Hà Nội – Năm 2013

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131675561000000

M ỤC LỤC

DANH M ỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 5

Chương 1 T ỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE CON 9

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN CHIA TỶ SỐ TRUYỀN 15

2.1 Cơ sở phân chia tỷ số truyền 15

2.1.1 Cơ sở chọn tỷ số truyền hệ truyền lực xe con 18

2.1.2 Tính toán lực kéo 30

2.2 Xây dựng đặc tính động cơ 32

Chương 3 THI ẾT KẾ CẤU TRÚC HỆ THỐNG XE CON 39

3.1 Tiêu chuẩn đánh giá hệ truyền lực hệ truyền lực xe con 39

3.2 Các dạng sơ đồ hộp số 40

3.3 Các thiết kế cơ bản 43

3.4 Hộp số xe con 46

3.3.1 Hộp số thường sang số bằng tay MT 46

3.3.2 Hệ thống truyền lực sang số tự động xe con (Automated Manual Passenger Car Transmissions (AMT) 54

3.3.3 Hộp số ly hợp kép DCT 57

3.3.4 Hộp số tự động xe con AT 62

3.3.5 Hệ truyền lực lai (Hybrid transmission system) 71

3.3.6 Truyền động vô cấp 73

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 81

DANH M ỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1a Sơ đồ Hệ thống truyền lực xe con……….9

Hình 1.1b Sơ đồ Hệ thống truyền lực xe con 10

Hình 1.2 Các h ộp số cơ khí có cấp (z) 12

Hình 1.3 H ộp số thủy cơ 12

Hình 1.4 H ộp số vô cấp 13

Hình 1.6 Sơ đồ hệ truyển lực chung 14

Hình 2.1 Đường đặc tính kéo lý tưởng và thực tế 16

Hình 2.2 Đặc tính kéo thực tế (4 số) và đặt tính kéo lý tưởng 16

Hình 2.4 Đặc tính động và các điểm là việc lý tưởng 20

Hình 2.5 Sơ đồ xác định số tay số 21

Hình 2.6b Bi ểu đồ vận tốc và lực kéo 27

Hình 2.7 Đặc tính kéo 27

Hinh 2.8 Quan h ệ vận tốc-số vòng quay động cơ với tỷ số truyền 28

Hình 2.9 Quan h ệ công suất khi chọn tỷ số truyền lực cuối iA,min 29

Hình 2.10 Đặc tính mô men của ô tô 30

Hình 2.11 Đồ thị đặc tính biến mô [kt: v/phut)/(Nm)1/2] 31

Hình 2.12 Đặc tính của động cơ đốt trong 31

Hình 2.13 Đặc tính động cơ 33

Hình 3.1 B ố chung hệ truyền lực xe con (a,b,c,d,e,f) 41

Hình 3.2 H ệ truyền lực bố trí hỗn hợp 41

Hình 3.6 Sơ đồ cơ bản hộp số trục cố định 43

Hình 3.7 C ụm cơ bản hộp số cơ khí có trục 43

Hình 3.9 Hộp số Wilson(a) và Simpson (b) 45

Hình 3.12b Hộp số ZF S 5-31 theo sơ đồ 3.12a (b) 48

Hình 3.13c Hộp số 2 trục 6 số của Opel theo sơ đồ 3.13a (b) 50

Hình3.14 Hộp số đơn 6 số 3 trục (a Getrag), (b Mercedes-Benz) 51

Hình 3.15 H ộp số 3 trục 6 số (Getrag) 52

Hình 3.15c Kêt c ấu hộp số Getrag theo sơ đồ 3.15a 52

Hình 3.16 H ộp số đơn 6 số (a) cho cầu trước chủ động, (b) cho 4WD 53

Hình 3.17 H ộp số thủy cơ bán tự động 54

Hình 3.18 (a) H ộp số đơn 6 số AMT hai cấp L và H (Getrag), (b) hộp số 7 số AMT (Getrag) 56

Hình 3.20 H ộp số Getrag AMT 7 số theo sơ đồ 3.18 (b) 57

Hình 3.21 H ộp số ly hợp kép DCT 58

Hình 3.22 H ộp số ly hợp kép của VW DSGR 59

Hình 3.23 H ộp số 7 số DCT (ZF) 59

Hình 3.24 K ết cấu hộp số DCT ZF 60

Hình 3.25 Sơ đồ ly hợp kép (a) hướng kính, (b,c) hướng trục 61

Hình 3.26 Ly h ợp kép DSG của VW 61

Hình 3.27 Các b ộ phận AT và tổn hao công suât PV 62

Hình 3.29 Nguyên lý Bi ển mô thủy lực 64

Hình 3.30 H ộp số hành tinh 65

Hình 3.31 H ộp số Thủy cơ ZF Revigneaux 65

Hình 3.32 Sơ đồ lực các số của HS Ravigneaux 66

Hinh 3.33 Sơ đồ hộp số Mercedes-Benz W5A 580 67

Hình 3.34 K ết cấu hộp số Mercedes Benz W5A 580 67

Hình 3.35 H ộp số Mercedes Benz W7A 700 68

Hình 3.36 H ộp số Mercedes Benz W7A 700 68

Hình 3.37 H ộp số Lepelletier (ZF) kiểu Ravigneaux 69

Hình 3.38 H ộp số 6 số Lepelletier (ZF 6 HP 26) kiểu Ravigneaux 69

Hình 3.39 H ộp số 6 số Lepelletier (ZF) kiểu Ravigneaux (cho xe Aisin AW) 70

Hình 3.40 H ộp số 5 số Mercedes Benz W7A 700 70

Hình 3.41 H ộp số 5 số Mercedes Benz W5A 180 71

Hinh 3.43 H ộp số lai 6 số (BMW, ZF,Continental) 72

Hình 3.45 H ộp số Hybrid P310 (Toyota/Lexus) 73

Hình 3.46 Nguyên lý b ộ truyền con quay 74

Hình 3.47 Nguyên lý b ộ truyền đai 74

Hình 3.48 H ộp số vô cấp dùng Pully 75

Hình 3.49 H ộp số vô cấp điều khiển điện tử 76

Hình 3.51 H ộp số ZF Ecotronic CFT 30 77

Hình 3.52 Sơ đồ hộp số tự động 78

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

λ: Hệ số ảnh hưởng của các chi tiết quay đến khối lượng

M T : Mô men tua bin

M B : Mô men bơm

ZF: Tên hãng

M Ở ĐẦU

Hệ thống động lực ô tô là hệ thống tạo ra lực kéo và công suất cho các bánh xe chủ động, bảo đảm lực kéo đủ lớn để khởi động, lên dốc, tăng tốc trong các điều kiện vận hành khác nhau Hệ thống động lực gồm động cơ đốt trong và hệ truyền lực Hệ thống truyền lực, bao gồm Ly hợp/ Biến mô, hộp số chính phụ, các đăng, cầu xe, truyền lực cạnh Hệ thống truyền lực là hệ thống quan trọng;

nó đa dạng nên rất phức tạp Đề tài “Nghiên cứu các phương án thiết kế truyền lực xe con” có mục tiếu nghiên cứu hệ thống và đề xuất tiến trình thiết kế (Algoritmus) nhằm giúp học viên, kỹ sư trẻ nắm được quy trình thiết kế Thiết

kế Hệ thống truyền lực có hai vấn đề cơ bản:

(i) Thiết kế động lực học, gồm các tính toán chọn động cơ, xây dựng tỷ số

truyền hệ truyền lực;

(ii) Thiết kế kết cấu: bao gồm chọn sơ đồ cấu trúc, định hình các cụm và thiết

kế kết cấu Sau đó là thiết kế chi tiết

Trong khuôn khổ của luận văn cao học hạn chế về thời gian, đề tài “Nghiên cứu các phương án thiết kế truyền lực xe con” chỉ trình bày các phương án lựa chọn

và tiến trình thiết kế, không trình bày thiết kế chi tiết các cụm Nội dung thiết kế chi tiết thuộc lĩnh vực “Chi tiết máy và Công nghệ chế tạo máy”

Luận văn được trình bày các vấn đề sau:

(i) Cơ sơ lý thuyết chọn tỷ số truyền hệ truyền lực xe con gồm Phương pháp

chọn động cơ, Phân chia tỷ số truyền;

(ii) Nghiên cứu tổng thể các hệ thống truyền lực phổ biến và phương hướng

chọn các sơ đồ phù hợp theo mục tiêu của người thiết kế Nêu các tiêu chí thiết kế hệ truyền lực xe con

Đề tài“Nghiên cứu các phương án thiết kế hệ truyền lực xe con” được thực hiện tại Bộ môn Ô tô của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội trong khuôn khổ một luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trong khi làm đồ án, được sự giúp đỡ của TS Đỗ

Tiến Minh, tác giả đã có nhiều cố gắng để hoàn thành các nhiệm vụ đề ra Tuy

vậy, do năng lực hạn chế và chưa có kinh nghiệm nên luận văn có thể còn hạn chế Tác giả mong được sự đóng góp của các thầy để bản đồ án hoàn chỉnh hơn Tác giả

Huỳnh Văn Xí

Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE CON

Xe con là đối tượng phải cạnh tranh khốc liệt trên thị trường quốc tế Vì vậy, khi thiết kế phải bảo đảm tối đa những yêu cầu kỹ thuật hiện hành Đặc biệt đối với xe con thì hệ thống truyền lực có ý nghĩa to lớn nhằm bảo đảm khả năng động lực học Thứ nhất là khả năng tăng tốc Trong sơ đồ 1.1a và 1.1b là hai sơ

đồ bố trí điển hình

Trong sơ đồ 1.1a là hệ truyền lực xe con hai cầu chủ động, động cơ đặt dọc phía trước, kế tiếp là hộp số, đến hộp phân phối và vi sai giữa truyền mô men ra

cầu trước và cầu sau Đây là một dạng truyền lực đặc trưng có khả năng truyền

hết mô men và đạt được khả năng gia tốc lớn

Hình 1.1b động cơ dọc đặt trước cầu tạo không gian sử dụng hiệu quả hơn Hệ truyền lực xe con có yêu cầu lớn về vận tộc cực đại và khả năng tăng tốc lớn Vì vậy nó có yêu cầu riêng về bô trí chung nhằm bảo đảm các yếu cầu đặc trưng

Hình 1.1a Sơ đồ Hệ thống truyền lực xe con

Hình 1.1b Sơ đồ Hệ thống truyền lực xe con

Hệ thống truyền lực gồm các cụm sau:

(1) Ly hợp ma sát hoặc biến mô thủy lực BM: bảo đảm điều kiện khởi động vì động cơ không làm việc ở số vòng quay thấp Nó còn là khớp mềm bảo đảm cho hệ thống truyền lực an toàn Đồng thời là cơ cấu gài số

(2) Hộp số chính (trục cố định hoặc trục quay hành tinh), là cơ quan sang số thường xuyên trong miền số cao và miền số thấp, có nhiệm vụ thay đổi mô men

và số vòng quay của động cơ cho phù hợp yêu cầu sử dụng;

(3) Hộp số phụ: Trong nhiều trường hợp miền lực kéo lớn, không thể thiết kế nhiều tay số làm cho hộp số chính làm cho hộp số cồng kềnh, khó sang số và tổn hao công suất, người ta thiết kế hộp số phụ sau và trước cho xe tải, thường là 2

số, có một số truyền thẳng nhằm tăng gấp đôi số tay số mà hộp số vẫn gọn gàng

Hộp số phụ tạo ra hai miền vận tốc là miền vận tốc cao (H) và thấp (L) Hộp số

phụ thường sang số một lần trong một miền làm việc

(4) Các đăng: Mối các cụm trong hệ truyền lực với nhau;

(5) Cầu xe: Truyền lực chính và vi sai, thay đổi hướng truyền mô men Trong các ô tô cơ điện tử, vi sai có điều khiển có nhiệm vụ phân phối mô men ra các cầu,các bánh xe một cách hợp lý theo điều kiện chuyển động

(6) Hộp phân phối: chia mô men ra các cầu chủ động, vi sai giữa Vi sai giữa

có nhiệm vụ phân phối mô men theo tỷ lệ nhất định giữa 2 cầu

Tổng quan về các hộp số: Người ta thường phân loại hộp số theo hai cách:

ly hợp Dễ dàng thiết kế hộp số tự động Trên thực tế có 3 loại hộp số hành tinh

cơ bản: Simpson, Wilson, Ravigneaux Đặc biệt đối với máy kéo, cấu trúc hộp

số cực kỳ phức tạp Phải tạo ra nhiều miền số khác nhau Hộp số có nhiều hộp

số phụ

Trong phần này các cấu trúc hộp số được phân tích, hệ thống nhằm nếu các cơ

sở khi quyết định lựa chọn trong thiết kế Hinh (2.1) là các hộp số cơ khí có cấp (a,b,c.d,e)

Hình 1.2 Các hộp số cơ khí có cấp (z)

Hình 1.2 (f,g,h) là các hộp số thủy cơ, gồm biến mô thủy lực và hộp số cơ khí, thường là hộp số hành tinh Biến mô thủy lực một cấp có thể tăng mô men lên 2,1 lần; tạo ra đặc tính gần giống đặc tính của ô tô Hộp số hành tinh là hộp số

có cấp, trục quay, bánh răng luôn ăn khớp, có chiều dài ngắn nên có độ cứng vững cao, dễ bố trí, dễ điều khiển vào số thông qua các phanh giải và các ly hợp

Sự kết hợp biến mô với hốp số hành tinh, gọi là hộp sô thủy cơ, tạo ra hộp số tự động với tỷ số truyền thay đổi

Hình 1.3 Hộp số thủy cơ

Hình 1.3 là hộp số thủy cơ vô cấp, gồm một biến mô thủy lực đặt trước, sau đó

là hộp số hành tinh có cấp và một bộ truyền đai (hình 1.3 j) Hộp số này có ba bộ

phận, phần đầu (biến mô) và sau (truyền đai) tạo ra tỷ số vô cấp, còn phần giữa (hành tinh) tạo các cấp để tăng tỷ số truyền cho cả hệ vì biến mô và truyền đai

có tỷ số truyền hạn chế Hình (1.3 i) là sự kết hợp giữa một bộ truyền hành tinh

và bơm pít tông để tạo ra đặc tính gần lý tưởng cho xe Loại này thường thấy cho các xe chuyên dụng có bánh xe truyền lực độc lập Hình (1.3 k) là một bộ truyền bánh răng quay, tựa như truyền đai

Hình 1.4 Hộp số vô cấp

Hình 1.4 là hộp số lai (Hybrid transmission system); hỗn hợp Hộp số (l) gồm

một động cơ điện, sau đó là hộp số hành tình đến một hộp số cơ khí thông thường Hình (1.4 m) sứ dụng một máy phát, sau đó là bộ hành tình và một động

cơ điện

Hình 1.5 H ệ truyền lực lại/ Hybrid transmission system

Hình 1.6 Sơ đồ hệ truyển lực chung

Hệ truyền lực tổng quát có thể xem sơ đồ 1.5, gồm Ly hợp ma sát LH (có thế thêm Biến mô thủy lực MB); Hộp số phụ đặt trước; Hộp số chính; Hộp số phụ sau; hộp phân phối (1); cầu chủ động (2); truyền lực cạnh (3) Với xe tải cỡ lớn,

hệ truyền lực đầy đủ các khâu; với xe con chỉ như sơ đồ hình 1.1

Sau đây hai vấn đề cơ bản được trình bày: (i) cơ sơ lý thuyết phân chia tỷ số truyền trong hệ truyền lực và (ii) cơ sở chọn sơ đồ cấu trúc khi thiết kế

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN CHIA TỶ SỐ TRUYỀN 2.1 Cơ sở phân chia tỷ số truyền

Hầu hết các ô tô ngày nay đều được truyền động bằng động cơ đôt trong: động

cơ xăng hoặc động cơ Diesel Động cơ đốt trong có nhiều ưu điểm như tỷ lệ công suất-khối lượng lớn (công suất riêng), hiệu suất tương đối cao, dễ tích tụ năng lương Tuy vậy nó có ba hạn chế sau:

(i) Không như động cơ hơi nước hoặc động cơ điện, động cơ đốt trong

không cho mô ment khi số vòng quay thấp; không có khả năng cấp mô men khi khởi động

(ii) Công suất lớn nhất chỉ đạt được tại một số vòng quay nhất định; công

suất cực đại không cùng số vòng quay với mô men cực đại

(iii) Tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc nhiều vào các điểm làm việc của động

cấp có dạng

k e e o j

F = η M i i r (2.2) Ngoài ra, lực kéo còn bị giới hạn bởi khả năng bám giữa lốp và đường Các quan

hệ (2.24), (2.25) được biểu diễn như trong hình (2.2)

Hình 2.1 Đường đặc tính kéo lý tưởng và thực tế

Như vậy cần có một cơ cấu nào đó để lý tưởng hóa đặc tính đông cơ đốt trong, đưa nó gần với đặc tính lý tưởng Bộ phận đó trong ô tô gọi là Hộp số, xem hình (2.2)

Hình 2.2 Đặc tính kéo thực tế (4 số) và đặt tính kéo lý tưởng

Như vậy nhiệm vụ hệ thống truyền lực là:

(i) Thay đổi vận tốc xe thông qua ly hợp ma sát hoặc ly hợp thủy lực

(ii) Thay đổi mô men theo vận tốc nhờ hộp số có cấp hoặc vô cấp

Nhìn vào hình 2.3 ta thấy rằng, với hộp số có cấp, số tay số càng cao đặc tính động cơ càng gần đặc tính lý tưởng (đặc tính xe); chỉ có hộp số vô cấp mới có

thể tạo ra đặc tính lý tưởng Khi khởi hành động cơ đốt trong cũng không tao ra

mô men Với ly hợp ma sát hoặc biến mô thủy lực có thể tạo lực đẩy khi khởi hành

Khi chuyển động, động cơ phải phát ra cho bánh xe chủ động một lực kéo đủ

lớn để khắc phục 4 loại lực cản là lực cản không khí, lực cản lặn, lực cản lên dốc

và lực gia tốc:

F = η i i i i M r (2.3) Trong đó: Fk Lực kéo tại bánh xe chủ động

iw Tỷ số truyền biến mô thủy lực

= (2.5)

Trong đó: Fϕ ϕmax là tr ọng lượng bám và hệ số bám

2.1.1 Cơ sở chọn tỷ số truyền hệ truyền lực xe con

Với xe con, hệ truyền lực có 3 tỷ số truyền là: iw=2 Tỷ số truyền biến mô thủy

lực; io Tỷ số truyền cầu xe và ij Tỷ số truyền hốp số cơ khí Như vậy khi thiết

kế hộp số cần xác định tỷ số truyền cầu xe, số tay sô j và quy luật thay đổi số của các số trung gian

it = i i i0 j w

(2.6)

- Tỷ số truyền phụ thuộc mức biến thiên vận tốc và lực kéo

- Tỷ số truyền in1 phải tạo ra lực kéo lớn nhất

= (2.8)

αη

+

≥1

,max 0

( R St) G

e

r f tg F i

iođược xác định nhờ điều kiện cân bằng lực kéo ở tay số cao nhất, thường

là truyền thẳng và tại đó xe đạt vmax

max

12

12

N ội dung thứ 3 trong phần tìm tỷ số truyền cho hệ truyền lực là xác định số tay số và

ch ọn bước nhảy của các số Công thức xác định số tay số dựa vào Jante [17]

Hình 2.3 Đặc tính động cơ và đặc tính kéo của xe

Hình 2.4 Đặc tính động và các điểm là việc lý tưởng

Hình (2.3) là sơ đồ 3 đặc tính động cơ (phía trên) với 3 đặc tính đầu ra của hộp

số (phía dưới) Nếu động cơ có đặc tính dạng Parabol (hình trái) thì xe chỉ cần

một số; nếu động cơ làm việc tại một số vòng quay (hình giữa) thì hộp số phải

có vô số số; nếu động cơ có dạng như hình phía phải thì hộp số chỉ cần một số hữu hạn số (trong hình là 3 số) Đặc tính động cơ đôt trong có dạng như hình (2.4) và vì vậy, trên thực tế chỉ cần hộp số có một số số hữu hạn là có thể biến đặc tính của nó thành đặc tính lý tưởng

Trong hình (2.5) đường nét đứt là đặc tính mô men của động cơ, đường Hyberbol là đặc tính mô men lý lý tưởng M e(2 πn e) =P e=const Như vậy chỉ có một khoảng (n k n max ) là gần đặc tính lý tưởng; ta gọi là miền biến thiên trong Đường nét đậm giống như phần phải của hình (2.4) Trong thực thế ô tô cần một khoảng biến thiến lực kéo khá rộng, ta cần một số cấp số nữa (khoảng biến thiên ngoài) Số tay số sẽ được xác định bới khoảng lực kéo(F k m, ax F k,min ) Vận tốc tương ứng là (v A v B) Đồ thị 2.6 biểu diến sơ đồ thiết kế hộp số xe con Thông thường, vận tốc cực đại là thông sô bắt buộc, tai đó lực cản tối thiêu tính với hệ

số cản lăng f=0,02 (2%), phải vượt dốc q=0,3; lực kéo riêng cực đại sẽ là 32% Đường hyberbol là đặc tính kéo lý tưởng của xe ứng với một công suất, hệ số sử dụng công suất γPe =P e/P e m, ax Như vậy khoảng AB là miền thay đổi vận tốc (lực kéo) của xe, được tạo thành do thay đổi số vòng quay động cơ (miền biến thiên trong) và tỷ số truyền hộp số (miền biến thiên ngoài) Tỷ số của toàn miền:

αchung = ( vnk4 / vnk1) = ( vn m, ax4 / vn m, ax1) = ( vB / vA) (2.15)

Trong thực tế người ta có thể không thiết kế vmax tại ns mà tại đó ns<nmax, khi đó

n N được gọi là miền biên thiên trong và thay đổi theo tỷ số truyền

hộp số αhs gọi là biến thiên ngoài đặc trưng bởi tỷ số truyền i1và in Sự biến thiên chung đặc trưng bởi:

αch = α αhs i (2.18)

, ax, ax

hI

e m i ch

ch i

Nếu đã chọn được số tay số z và xác định được các bước nhảy, ta có thể xác định tỷ số truyền như sau:

(i) Phương pháp cấp số nhân

1

1 1

z

i = α − (2.22) (ii) Tính với hai bước nhảy

1 ( 1)( 2)/2

1 1 2

z z z

i = α α− − − (2.23) (iii) Tính với ba bước nhảy

1 ( 1)( 2)/2 ( 1)(( 2)/2)( 3)/3

i = α α− − − α − − − (2.24)

(iv) Tính với bốn bước nhảy

Tỷ số truyền chung của toàn hệ phụ thuộc yêu cầu thiết kế: giải vận tốc và khoảng lực kéo yêu cầu Số tay số nhiều hay ít để bám sát đặc tính lý tưởng lại phụ thuốc động cơ; nếu động cơ có hệ số thích ứng cao như động cơ xăng thì khoảng nk…n(Pe,max) lớn; miền biến thiên trong lớn Nếu miền này lớn ta cần ít

số, nếu miền đó bé ta phải tăng số Phải có giải pháp tối ưu cho sự lựa chọn này Thông thường chọn α α1 = i là tỷ số lý tương, công suất sử dụng là tối đa Nếu không chọn theo kinh nghiện

Đặc điểm của cấp số nhân là bước nhảy không thay đổi, các số làm việc trong

một vùng số vòng quay như nhau, hình (2.7)

1

2 1 1

1 2

1 1 2

j

i i i i

c t i

ω ω ω ω ω ω ω

i i v r

(ii) Cấp số điều hòa: Đặc điểm cấp số này là khoảng vận tốc không đổi, càng

số cao miền biến thiên trong càng hẹp, không phù hợp cho xe con

1 1

12

j j j

i i i

− +

2 vj = vj+1+ vj−1

j j j

i i i

− +

Hình 2.6b Biểu đồ vận tốc và lực kéo

Hình 2.7 Đặc tính kéo

Hình 2.8 là đặc tính kéo của hộ số 4 số; đặc tính động cơ lấy từ đặc tính thực nghiệm Hệ động lực ô tô gồm đông cơ đốt trong, hệ truyền lực gồm ly hợp, hộp

số và truyền lực cuối Ly hợp là cơ cấu khởi động, tạo ra mô men khởi động ban đầu Nếu là Biến mô thì nó có tỷ số truyền i s =2,1 Hộp số đầy đủ gồm một hộp

sô phụ đặt trước, hộp số chình đặt giữa và hộp số phụ đặt sau Tỷ số truyền của hộp số là iG = i i iGV GH GN Truyền lực sau cùng gồm hộp trích công suất, truyền lực chính, truyền lực cạnh Khi một ô tô có miền biến thiên lực kéo và vận tốc lớn cần có tỷ số truyền lớniA = i i i iS( GV GH GN)( i i iEV EA EN) Với tỷ số truyền lớn

cần có nhiều cấp số và một hộp số không thể cồng kềnh và sang số nhiều lần Vì

vậy nhóm tỷ số truyền sau cùng là cố định; tỷ số truyền được thay đổi theo số vòng quay của biến mô i s =2,1; còn thay đổi tỷ số truyền thực hiện trong hộp số với tỷ số truyềniG = i i iGV GH GN Tùy vào điều kiện vận hành mà ta chia ra các miền sang số: số cao số thấp, nhất là máy kéo có các vùng lực kéo, vùng vận tốc canh tác và vùng vận tải Như vậy hộp số chính là cơ cấu thay đổi số thường xuyên, cần hạn chế số tay số nhỏ hơn 6 để hộp số không cồng kềnh, ít thay đổi

số, tiết kiệm tiêu hao nhiện liệu và tăng vận tốc trung bình của xe Hình (2.8) là quan hệ giữa số vòng quay động cơ với tỷ số truyền Như vậy vận tốc thay đổi theo số vòng quay động cơ, phụ thuộc vị trí chân ga, trong khoảng min ax

( n nm ) Sự thay đổi đó ta gọi là vùng biến thiên trong Vận tốc ô tô cũng được thay đổi bới tỷ số truyền hộp số trong miền tỷ số truyền( iA,min iA m, ax)

Hinh 2.8 Quan hệ vận tốc-số vòng quay động cơ với tỷ số truyền

Hình 2.9 Quan hệ công suất khi chọn tỷ số truyền lực cuối iA,min

Đồ thị trong hình (3.5) biểu thị công suất phụ thuộc vận tốc với các tỷ số truyền

lực chính khác nhau Đường liền với iA,min = 3, 25, ta đạt vận tốc cực đại 195

km/h tại công suất cực đại P=100 kW Với iA,min = 2,7tương tự đạt vận tốc cực đại 240 km/h VớiiA,min = 3,7 ta chỉ đạt vận tốc 170 km/h tại công suất cực đại Tuy nhiên, nếu xét theo điêu kiện cản, từ đường công suất cản PZ, ta thấy vận cực đại là khác nhau:( vmax 3 < vmax2 < vmax1) Cùng tại một vận tốc 170 km/h,

Dự trữ công suất có quan hệ: (P z,Ex2 > P z,Ex1 >P z,Ex3) Phương pháp chọn các số trung gian cũng ảnh hưởng đến chất lượng kéo Ta so sánh hai cấp số nhân và điều hòa Hình (2.6b) là đồ thị lực kéo Fz: phía phải phân theo cấp số nhân, phía trái cấp số điều hòa Các đường lực kéo của động cơ ở các tay số gần với đặc tính lý tưởng hơn, khoảng trống là ít hơn Miền biến thiên trong là không thay đổi, hình (2.6b) trái Với cấp số điều hòa, vận tốc giãn cách các thay số không đổi, nhưng miền biến thiên trong thì cang lên số cao càng hẹp, hình (2.6b) phải

Ở các số thấp, đặc tính động cơ không sát đặc tính lý tưởng, khoảng hổng lớn,

có thể xe rơi vào vùng mất ổn định Hình (2.6b) Quan hệ số vòng quay và vận

tốc của cấp số nhân và điều hòa Hinh 3.8 là sự phụ thuộc của mô men động cơ

= = && = (2.36)

2.1.3 Tính toán sức kéo với hộp số thủy cơ

Để tính toán kéo cho hộp số thủy cơ cần thiết phải có Đặc tính động cơ và Đặc tính biến mô như hình 2.11 và 2.12

Hình 2.11 Đồ thị đặc tính biến mô [kt: v/phut)/(Nm)1/2]

Hình 2.12 Đặc tính của động cơ đốt trong

Ta có công thức tính lực kéo của ô tô khi có biến mô :

0 w

0 w

2 ,

= (2.41)

Từ đặc tính động cơ đốt trong M n e( )e ta dựng đường k ne( )e như trong

hình (2.12) Ta biết rằng, khi Động cơ đốt trong và biến mô làm việc đồng bộ thì

e T

k = k Khi biết i kn, T ta có thể xác định được số vòng quay nT và MT Sau

khi xác định được giá trị i kn t ta xác định các giá trị nT và MT Như vậy các hệ

số i in, w hoàn toàn xác định được, thay chúng vào các công thức (2.41) ta có thể

tính toán kéo theo cách thông thường

2.2 Xây dựng đặc tính động cơ

Khi tính toán sức kéo ta cần có đường đặc tính động cơ; là thông số đầu vào

cho mọi tính toán sau đó Nếu với một động cơ cho trước ta có thể biết (i) đặc

tính động cơ đầy đủ như hình (2.13) hoặc biết một số thông số đặc theo Catalog

như số vòng quay cực tiểu, số vòng quay cực đại; mô men cực đại và công suất

cực đại ứng với số vòng quay tại đó

Hình 2.13 Đặc tính động cơ

Trong trường hợp chưa có đặc tính động cơ đốt trong đầy đủ, dựa vào một số thông số cơ bản ta có thể xây dựng đường đặc tính động cơ cho bài toán thiết kế Sau đây là một số phương pháp Tất cả các phương pháp đều xuất phát từ nhận định theo kinh nghiệm là đường đặc tính động cơ đốt trong có dạng là đường bậc 3 Với một số điểm hữu hạn lấy từ thực nghiệm ta có thể xây dựng đường đặc tính khá phù hợp cho các tính toán ban đầu

(a) Tính theo Jazar [5]

Trong trường hợp này ta cần biết số vòng quay cực tiểu và cực đại, công suất cực đai PMax ứng với số vòng quay tại đó nPmax Ta biểu diễn đường công suất theo số vòng quay Pe = Pe(2 π ne); ωe = 2 π ne;M e = P e /ωe

P P

e

m

P P

n

π

= (2.44)

P P

n

π

= (2.45) Với động cơ Diesel phun gián tiếp ta có:

P P

P P

P P

P P

P P

P P

n

π

= (2.51) Viết lại các công thưc tinh công suât:

(i) Động cơ xăng

Từ đó ta viết lại công thức tính đặc tính mô men cho các loại động cơ:

(i) Đông cơ xăng

(b) Tính theo Le- đec-man có hiệu chỉnh

Công thức Le-đéc-man là một hàm bậc 3 có dang:

( 1)1( 1)

e

e a a e a e

= = (2.61) (c) Tính theo Le-đec-man hiệu chỉnh theo [6]

Nhiều tài liệu ở Việt Nam đều sử dụng công thức Le-đec-man để xây dựng đặc tính động cơ đốt trong và cho các hệ số a,b,c Công thức có dạng như biểu thức (2.58;2.59) Ngày nay đông cơ có nhiều thay đổi như tăng áp, phun xăng hỗn hợp…, do vậy các hệ đó không còn phù hợp Ta biết rằng, khi một động cơ được đưa ra thị trường người ta cho biết một số thông số cơ bản như số vòng quay cực

tiểu,cực đại, mô men và công suất cực đại và các số vòng quay tương ứng Đường đặc tính mô men (2.13) là một đường bậc 2 với số vòng quay của động

cơ Một đường bậc 2 như (2.13) ta có thể xác định các hệ số a,b,c khi biết cực trị tại Mô men cực đại và xác định cặp giá trị tai hai điểm của số vòng quay cực

tiểu và cực đại

Thông thường ta có thể xác định 3 điểm sau và với một đường bậc 2 với 3 điểm

ta hoàn xác định được dáng điệu của M n e( ),e P n : e( )e

Đường công suất và mô men:

, ax

, ax , ax , ax

2 , ax

• Điểm 1:( Me,min; ne,min)

Do không có số liệu thực tế về đặc tính ngoài của động cơ mà chỉ có thông

số của hai điểm đặc biệt trên đặc tính ngoài (n eM,M emax ), (n eN,M eN). Các thông số này lấy theo tài liệu của xe

Lấy đạo hàm M e theo n e ta có: e 0

bn n

Chương 3 THIẾT KẾ CẤU TRÚC HỆ THỐNG XE CON 3.1 Tiêu chuẩn đánh giá hệ truyền lực hệ truyền lực xe con

Hệ động lực gồm động cơ và Hệ truyền lực, có thể có 6 phương án bố trí cho xe con: (1) động cơ đặt trước và cầu chủ động đặt trước; (2) động cơ đặt trước và

cầu chủ động đặt sau; (3) động cơ đặt trước và 4WD; (4) động cơ đặt sau, 4WD; (5) động cơ đặt sau và cầu sau chủ động; (6) động cơ đặt sau và cầu chủ động đặt trước Phương án 2 là phương án tiêu chuẩn

Người ta đánh giá bố trí chung hệ truyền lực theo 5 tiêu chí:

(1) Không gian sử dụng và an toàn thụ động: Kích thước ngoài, không gian

sử dụng, không gian vào gara Không gian cần đủ cho người và cóp Không gian cho hệ thống treo, lái và động cơ, hệ thống lái, hệ thống phanh cũng cần tính toán tỷ mỉ Khung vỏ cần có độ cứng vững Tiêu chí này cũng liên quan đến đỗ xe, lực quay vô lăng và cung quay vòng

(2) Trọng lượng và tải hữu ích: Trọng lượng riêng, trọng lượng hữu ích và lực kéo mooc Bố trí hệ truyền lực có liên quan đế phân bố khối lượng (hệ thống treo, lái) Phân bố khối lưởng ảnh hưởng nhiều đến các hệ thống treo, lái, phanh; tất nhiên là có ảnh hưởng trong quá trính phanh và tăng

tốc

(3) Khả năng kéo: Khả năng gia tốc, khả năng lên dốc Bố trí hệ truyền lực có ảnh hưởng đến phân bố trọng lượng bám và như vậy ảnh hưởng đến quá trình phanh và tăng tốc

(4) Tính tiện ích: Hệ thống treo, tiếng ồn, dao động, điều khiển Phân bố tải

trọng ảnh hưởng đến hệ thống treo, tần số cộng hưởng, dao động lắc dọc

và lắc ngang