Xây dựng quy trình thiết kế và đánh giá hệ thống truyền lự sử dụng biến mô thủy lự

Hệ thống truyền lực trên ô tô Công dụng chính của hệ thống truyền lực là: - Truyền và biến đổi mô men xoắn từ động cơ đến bánh xe chủ động sao cho phù hợp giữa chế độ làm việc của động c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN TRỌNG BẰNG

THỐNG TRUYỀN LỰC SỬ DỤNG BIẾN MÔ THỦY LỰC

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1

DANH MỤC CÁC BẢNG 2

DANH MỤC HÌNH VẼ 3

LỜI NÓI ĐẦU 6

CHƯƠNG 1 8

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 8

1.1 Giới thiệu chung về sự phát triển của ô tô và hệ thống truyền lực 8

1.2 Giới thiệu về hệ thống truyền lực nói chung 11

1.2.1 Ly hợp 12

1.2.2 Hộp số 13

1.2.3 Trục các đăng 14

1.2.4 Cầu chủ động 14

1.3 Tổng quan về hệ thống truyền lực thủy cơ có biến mô thủy lực 14

1.3.1 Yêu cầu, phân loại hệ thống truyền lực thủy cơ 15

1.3.2 Hệ thống truyền động thủy động 16

1.3.3 Các đặc điểm cơ bản của HTTL có biến mô (Đặc điểm về phối hợp làm việc giữa động cơ và biến mô) 28

1.4 Ưu nhược điểm của HTTL có biên mô 32

1.4.1 Ưu điểm: 32

1.4.2 Nhược điểm: 33

CHƯƠNG 2 34

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHỐI HỢP ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 34

2.1 Đặc tính của động cơ đốt trong 34

2.1.1 Đường đặc tính ngoài của động cơ 35

2.1.3 Tính kinh tế nhiên liệu 39

2.2 Hệ thống truyền lực trên ô tô 41

2.2.1 HTTL cơ khí có cấp 41

2.2.2 Đặc tính của HTTL có bộ biến mô men 53

2.2.3 Đặc tính của HTTL vô cấp sử dụng bộ truyền đai CVT 63

CHƯƠNG 3 67

TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC PHỐI HỢP GIỮA ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 67

3.1 Xây dựng đặc tính kéo cho HTTL có cấp: 67

3.1.1 Các số liệu ban đầu 67

3.1.2 Xây dựng đặc tính ngoài của động cơ 68

3.1.3 Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo 69

3.1.4 Đồ thị nhân tố động lực học 71

3.1.5 Gia tốc của ôtô 75

3.2 Xây dựng đặc tính biến mô: 76

3.2.1 Các thông số cơ bản của biến mô: 76

3.2.2 Lựa chọn biến mô 79

3.3 Tính toán và chọn biến mô thuỷ lực 79

3.3.1 Các thông số của biến mô thuỷ lực được chọn 81

3.3.2 Xây dựng đường đặc tính trên trục vào của biến mô 81

3.3.3 Xây dựng đường đặc tính trên trục ra của biến mô 83

3.4 Tính toán HTTL sử dụng biến mô thủy lực 85

3.4.1 Nhiệm vụ của tính toán kéo thiết kế HTTL sử dụng biên mô thủy lực 85

3.4.2 Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính 85

3.4.3 Xác định tỷ số truyền của hộp số: 85

3.4.4 Vận tốc của xe ở các tay số tương ứng với số vòng quay n2 của động cơ mới ( kết hợp động cơ và biến mô) 88

3.4.5 Xác định lực kéo tiếp tuyến và các dạng lực cản – Lập đồ thị cân

bằng lực kéo của ôtô 89

3.4.6 Xác định nhân tố động lực học và lập đồ thị đặc tính động lực học của ôtô 91

3.4.7 Tính gia tốc của xe và lập đồ thị gia tốc 93

3.5 So sánh đặc tính kéo của ô tô khi lắp HTTL cơ khí thường và khi có HTTL có biến mô thủy lực 95

3.6 Xác định vùng làm việc hiệu quả của động cơ khi có biến mô men thủy lực 96

KẾT LUẬN 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

PHỤ LỤC 103

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Những nội dung trình bày trong luận văn này do chính tôi thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.Nguyễn Trọng Hoan, các thầy giáo, cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cùng với sự giúp đỡ của các bạn bè, đồng nghiệp Nội dung của Luận văn hoàn toàn phù hợp với tên Đề tài đã được đăng ký và phê duyệt của Hiệu trưởng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Trọng Bằng

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 3.2 Kết quả tính toán đặc tính ngoài động cơ xe tham khảo 103

Bảng 3.3 Kết quả tính toán vận tốc của ô tô theo các tỷ số truyền 103

Bảng 3.4 Kết quả tính toán lực kéo 103

Bảng 3.5 Kết quả tính toán nhân tố động lực học 104

Bảng 3.6 Kết quả tính toán gia tốc của ôtô 104

Bảng 3.7 Đặc tính trên trục vào biến mô 104

Bảng 3.8 Đặc tính quy dẫn trên trục ra của biến mô 105

Bảng 3.9 Kết quả tính toán lực kéo ở tay số 1 106

Bảng 3.10 Kết quả tính toán lực kéo ở tay số 2 106

Bảng 3.11 Kết quả tính toán lực kéo ở tay số 3 106

Bảng 3.12 Kết quả tính toán lực kéo và lực cản ở tay số 4 106

Bảng 3.13 Kết quả tính toán nhân tố động lực học ở tay số 1 107

Bảng 3.14 Kết quả tính toán nhân tố động lực học ở tay số 2 107

Bảng 3.15 Kết quả tính toán nhân tố động lực học ở tay số 3 107

Bảng 3.16 Kết quả tính toán nhân tố động lực học ở tay số 108

Bảng 3.18 Kết quả tính toán gia tốc của xe ở tay số 108

Bảng 3.19 Kết quả tính toán gia tốc của xe ở tay số 2 108

Bảng 3.20 Kết quả tính toán gia tốc của xe ở tay số 3 108

Bảng 3.21 Kết quả tính toán gia tốc của xe ở tay số 4 108

Bảng 3.22 Thông số lực cản và mô men cản ứng với tỷ số truyền số 1 109

Bảng 3.23 Thông số lực cản và mô men cản ứng với tỷ số truyền số 2 109

Bảng 3.24 Thông số lực cản và mô men cản ứng với tỷ số truyền số 3 109

Bảng 3.25 Thông số lực cản và mô men cản ứng với tỷ số truyền số 4 109

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.3 Kết cấu bánh bơm 18

Hình 1.4 Kết cấu bánh tuốc bin 19

Hình 1.5 Bánh phản ứng 20

Hình 1.6 Khớp một chiều dạng bi trụ 21

Hình 1.7a Khớp một chiều dạng cam 22

Hình 1.7b Khớp một chiều dạng cam 23

Hình 1.8a Sơ đồ nguyên lý của biến mô men thủy lực 24

Hình 1.8b Chuyển động của dòng dầu trong biến mô 25

Hình 1.8c Sơ đồ nguyên lý làm việc của biến mô men thủy lực 26

Hình 1.9 Phối hợp hoạt động của động cơ và HTTL 29

Hình 1.10 Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên liệu của động cơ xăng 2.0l Các đường lực cản ứng với tỷ số truyền nhỏ nhất (iA, min) và lớn nhất 30

(iA, max) tạo thành vùng các điểm làm việc với chế độ không gia tốc 30

Hình 1.11 Đặc tính động cơ với các tiêu chí điều khiển đối với HTTL vô cấp 31

Hình 2.1 Đường đặc tính tự điều chỉnh của động cơ điêzen 35

Hình 2.2 Đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ xăng 36

Hình 2.3: Đường đặc tính cục bộ 38

Hình 2.4 Biều đồ tiêu thụ của động cơ xăng Lượng tiêu thụ tuyệt đối babs (g/h) 40

Hình 2.5 Biểu đồ động cơ (sơ đồ hình củ hành), lượng tiêu hao nhiên liệu riêng be được tính bằng g/kWh Biểu đồ lượng tiêu hao nhiên liệu của động cơ xăng 2.0, công suất danh định 111 kW, 6 xi-lanh, 24 xuppap 41

Hình 2.6 Biểu đồ vận tốc/tốc độ động cơ, tỷ số truyền hộp số 42 Hình 2.7 Các giá trị tham khảo của tỷ số truyền hộp số với những dạng xe khác

2-Hình 2.8 – Những tốc độ thiết kế xác định iA, min cho hệ thống truyền lực của những

dòng xe vận tải Tốc độ tối đa tham khảo của Đức 46

Hình 2.9 Lựa chọn tỷ số truyền cao nhất của ô tô con Mức độ vượt quá và tốc độ động cơ liên quan được chọn ở vận tốc 170 km/h Thiết kế: 1/tại vmax, th; 2/vượt quá số vòng quay; 3/dưới số vòng quay 47

Hình 2.10 – Lựa chọn các tỷ số truyền của hệ thống truyền lực dưới số vòng quay để tăng tính kinh tế nhiên liệu Điểm bắt đầu: Hình 4.10a 48

Hình 2.11 Đồ thị vận tốc/tốc độ động cơ của xe buýt 8 số 2 dải truyền lực Tốc độ lớn nhất trên đường trong dải tốc độ hạn chế của động cơ diesel 50

Hình 2.12 – Các bước số Ảnh hưởng của đồ thị lực kéo và đồ thị vận tốc/tốc độ động cơ (đồ thị răng cưa) a)Bước số theo cấp số nhân;b) Bước số theo cấp số tiến tăng dần 52

Hình 2.13 Đồ thị đặc tính kéo của ô tô 54

Hình 2.14 Sơ đồ biến mô thủy lực 55

Hình 2.15 Đồ thị đặc tính không thứ nguyên của biến mô thủy lực 59

Hình 2.16 Đồ thị đặc tính tải trọng của hệ thống động cơ- biến mô thủy lực 60

Hình 2.17 Đường đặc tính ra của hệ thống động cơ − biến mô thủy lực 61

a − đường đặc tính tải trọng (vào); b − đường đặc tính ra 61

Hình 2.18 Đồ thị đặc tính động lực học của ô tô có biến mô thủy lực kết hợp với hộp số cơ khí có 3 số truyền 62

Hình 2.19 Sơ đồ nguyên lý của truyền động đai 63

Hình 2.20 Đồ thị lực kéo của ô tô có HTTL vô cấp 65

Hình 2.21 Đồ thị đặc tính động lực học của ô tô có HTTL vô cấp 66

Hình 3.1 Đường đặc tính ngoài động cơ xe tham khảo 69

Hình 3.2 Đồ thị cân bằng lực kéo động cơ xe tham khảo 71

Hình 3.3 Đồ thị nhân tố động lực học 72

Hình 3.4 Đồ thị gia tốc của ôtô 75

Hình 3.5 Tỷ số truyền và hiệu suất của biến mô 77

Hình 3.6 Điểm dừng và điểm li hợp 78

Hình 3.7 Đồ thị đặc tính không thứ nguyên của biến mô 80

Hình 3.8 Đồ thị đặc tính trên trục vào của biến mô 82

Hình 3.9 Đồ thị thị đặc tính quy dẫn trên trục ra của biến mô 84

Hình 3.10 Đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô 91

Hình 3.11 Đồ thị nhân tố động lực học khi xe chở đủ tải 93

Hình 3.12 Đồ thị gia tốc của xe ở các tay số 95

Hình 3.13 Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên liệu của động xe tham khảo Các đường lực cản ứng với tỷ số truyền nhỏ nhất (ih min) và lớn nhất (ih max) tạo thành vùng các điểm làm việc với chế độ không gia tốc 97

Hình 3.14 Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên liệu của động xe tham khảo Các đường lực cản ứng với tỷ số truyền số 1 98

Hình 3.15 Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên liệu của động xe tham khảo Các đường lực cản ứng với tỷ số truyền số 2 99

Hình 3.16 Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên liệu của động xe tham khảo Các đường lực cản ứng với tỷ số truyền số 3 99

Hình 3.17 Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên liệu của động xe tham khảo Các đường lực cản ứng với tỷ số truyền số 4 100

LỜI NÓI ĐẦU

Truyền động thủy động là một tổ hợp các cơ cấu thủy lực và máy thủy lực, thông thường chủ yếu là có hai máy thủy lực cánh dẫn: bơm ly tâm và tua bin thủy lực

Trong truyền động thủy động dùng môi trường chất lỏng làm không gian để truyền cơ năng mà dùng chủ yếu là động năng của dòng chất lỏng chuyển động còn

dòng chất lỏng từ (50 – 60) m/s)

Cơ năng được truyền từ bộ phận dẫn động đến bộ phận công tác, trong đó có thể biến đổi vận tốc, lực, mô men và biến đổi dạng theo quy luật của chuyển động Truyền động thủy động phù hợp với việc truyền công suất lớn và đặc điểm êm dịu ổn định và dễ tự động hóa mà các truyền động khác không có

Truyền động thủy động ra đời từ đầu thế kỷ thứ 20, xuất phát từ việc tìm phương pháp truyền công suất lớn với vận tốc cao của các động cơ đến chân vịt tàu thủy Nhưng nó được nghiên cứu kỹ và sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp trong khoảng 50 năm gần đây, nhất là trong ngành động lực

Năm 1907 truyền động thủy động được dùng trên các hạm đội để truyền và biến mô men quay, nhưng lúc này có kết cấu rất cồng kềnh, nặng và hiệu suất chung rất thấp (nhỏ hơn 70%) do bơm và tua bin đặt xa nhau, chất lỏng được truyền từ bơm đến tua bin thông qua hệ thống các đường ống và mối nối

Do đó, Fttinger (người Đức) đã nghiên cứu và đề xuất ghép bánh bơm và bánh tua bin lại gần nhau trong một vỏ chung, loại bỏ các ống dẫn, mối nối và các bộ phận phụ khác Trên cơ sở đó người ta thực hiện hai kết cấu của mômen động thủy động khác nhau rõ rệt là khớp nối thủy lực và biến mô men thủy lực

Nhược điểm lớn nhất của truyền động thủy động là khả năng khuếch đại mômen khoảng 2-3 lần nếu tăng lên nữa thì hiệu suất sẽ giảm thấp Để tăng mômen động cơ lên đáng kể và mở rộng phạm vi vận tốc làm việc đồng thời để tăng hiệu suất chung, người ta dùng truyền động thủy cơ Nó gồm truyền lực thủy lực kết hợp

với biến tốc cơ khí Phần thủy lực đảm bảo tính chất làm việc êm, tự động thay đổi

vô cấp vận tốc của trục bị dẫn phù hợp với tải trọng tác dụng lên trục đó Phần cơ khí tỷ số giữa các trục dẫn và bị dẫn được lớn hơn, làm cho hiệu suất chung của bộ truyền có trị số cao đáp ứng yêu cầu sử dụng nhiều loại

Trong thiết kế HTTL thì giữa động cơ- HTTL- ô tô có mối liên hệ chặt chẽ và kết quả cuối cùng của quá trình thiết kế HTTL được đánh giá bằng vận tốc của ô tô

Do đó vấn đề đặt ra khi thiết kế HTTL là trong quá trình làm việc của ô tô thì động

cơ hoạt động ở chế độ tốt nhất (mô men lớn nhất để tạo lực kéo lớn và tăng tốc nhanh, lượng tiêu hao nhiên liệu nhỏ, độ hao mòn thấp) Đây là vấn đề tương đối khó khăn, nhất là đối với xe sử dụng HTTL vô cấp có biến mô vì trong hệ thống này thường bao gồm các cụm chi tiết phức tạp như bộ biến mô men và hộp số sử dụng

bộ truyền bánh răng hành tinh Việc tính toán, thiết kế và ghép nối phối hợp làm việc giữa chúng với động cơ để đạt được chất lượng động lực học tốt nhất cho xe là vấn đề đặc biệt khó khăn, cần phải có những nghiên cứu sâu rộng để giải quyết điều này

Xuất phát từ thực tế trên, tôi chọn đề tài: “Xây dựng quy trình thiết kế và

đánh giá hệ thống truyền lực sử dụng biến mô thủy lực” Với mục đích là “trên cơ

sở lý thuyết chung về HTTL ô tô và hiểu biết của bản thân về HTTL sử dụng biến

mô từ đó phân tích đưa ra một quy trình thiết kế HTTL sử dụng biến mô hợp lý nhất và đánh giá những ưu nhược điểm của HTTL này” Đây là một lĩnh vực nghiên cứu khá mới mẻ và tương đối phức tạp, hy vọng kết quả của đề tài sẽ góp phần đáng

kể trong khai thác, sử dụng các loại xe ô tô có HTTL sử dụng biến mô thủy lực

thầy giáo, cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cùng với sự giúp đỡ của các bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này!

Hà nội, ngày 20 tháng 3 năm 2013

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Giới thiệu chung về sự phát triển của ô tô và hệ thống truyền lực

Chiếc xe ô tô đầu tiên chạy bằng động cơ xăng (động cơ Otto) được Karl Benz phát minh ra ở Đức năm 1885 Đây là -“chiếc ô tô đầu tiên được thiết kế và chế tạo theo đúng nghĩa” Mặc dù Karl Benz được công nhận là người sáng tạo ra chiếc ô tô hiện đại, nhưng nhiều kỹ sư người Đức khác cũng đã làm việc để chế tạo ra những chiếc ô tô khác trong cùng thời gian như: Gottlieb Daimler và Wilhelm Maybach ở Stuttgart năm 1886 Trong số những thiết bị mà Karl Benz phát minh cho xe hơi có chế hoà khí, hệ thống điều chỉnh tốc độ cũng được gọi là chân ga, đánh lửa sử dụng các tia lửa điện từ một ắc quy, bugi, khớp ly hợp, sang số, và làm mát bằng nước Ông đã chế tạo thêm các phiên bản cải tiến năm 1886 và 1887 – đưa vào sản xuất năm 1888 - chiếc xe đầu tiên trên thế giới được đưa vào sản xuất Chúng được lắp các động cơ bốn thì theo thiết kế của riêng ông

Chiếc ô tô Hoa Kỳ đầu tiên bằng động cơ đốt trong chạy nhiên liệu gas đã được thiết kế năm 1877 bởi George Selden ở Rochester- New York Ông đã xin cấp một bằng sáng chế cho một chiếc ô tô năm 1879

Hình 1.1 Chiếc xe do George Selden thiết kế vào năm 1877

Ngày 5 tháng 11, 1895, George B Selden được trao bằng sáng chế của Hoa

Kỳ cho một động cơ ô tô hai thì Bằng sáng chế này gây trở ngại nhiều hơn là góp phần phát triển ôtô ở Mỹ Các ôtô dùng động cơ hơi nước, điện và xăng đã cạnh tranh với nhau trong nhiều thập kỷ, cuối cùng động cơ xăng đốt trong đã giành ưu thế áp đảo trong thập niên 1910

Ransom E Oldsmobile, người sáng tạo ra dây chuyền lắp ráp và sản xuất ô tô lớn đầu tiên năm 1902, sau này được Henry Ford phát triển thêm trong thập kỷ

1910 Kỹ thuật ô tô phát triển nhanh chóng, một phần nhờ sự cạnh tranh lẫn nhau giữa hàng trăm nhà sản xuất Những phát triển quan trọng gồm hệ thống đánh lửa

và tự khởi động điện, bộ treo độc lập và phanh bốn bánh Các loại xe ngày càng được cải tiến và thay đổi về thiết kế Xe hơi không chỉ đơn thuần là một công cụ cơ khí được hoàn thiện mà kể từ những năm 1920 gần như tất cả đã được sản xuất hàng loạt để đáp ứng nhu cầu thị trường và yêu cầu của người dùng Alfred P Sloan

là người thiết lập ý tưởng nhiều kiểu xe được sản xuất bởi một hãng Những kiểu khác nhau này dùng chung một số linh kiện do vậy số lượng sản xuất nhiều sẽ làm giảm giá thành cho từng mệnh giá khác nhau

Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô luôn gắn liền với sự ra đời và phát triển của các loại HTTL nói chung và hộp số nói riêng Được ví như trái tim của hệ thống truyền lực, hộp số biến đổi mô-men, tốc độ làm việc của động cơ sao cho phù hợp với điều kiện làm việc của bánh xe trên đường Kể từ khi phát minh nổi tiếng của George Selden về bộ truyền động cầu trước kết hợp với động cơ 3 xi lanh đặt nằm ngang trở thành thiết kế trên xe hơi, có rất ít ý tưởng mới phù hợp Bản phác thảo đầu tiên của hộp số cận đại do hai kỹ sư người Pháp, Louis-Rene Panhard và Emile Levassor đưa ra vào năm 1894 Thời kì đó, kết cấu truyền động khá đơn giản bằng bộ truyền đai hoặc bộ truyền bánh răng côn Xe chỉ có thể chạy với tốc độ đa

32 km/h Khi gặp vật cản trên đường, tài xế phải dừng lại gài số thấp Panhard and Levassor nổi danh không những chỉ với riêng hộp số mà còn toàn bộ hệ thống truyền lực Lần này, họ đã có chiếc xe đầu tiên sẵn sàng chạy khi đạp ga Bên cạnh

được hầu hết các yêu cầu của xe được xây dựng vào những năm 90 và cả những năm sau đó Không giống như mẫu xe hiện thời, thiết kế mới có động cơ đặt dọc phía trước, truyền công suất ra cầu sau thông qua ly hợp và hộp số trượt 3 cấp và cầu chuyển động bằng xích Nó gần giống như hệ thống truyền lực trên các xe hiện đại, nhưng chưa có vi sai và bán trục chủ động

Vào năm 1898, Louis Renault kết nối công suất thành công từ động cơ đặt dọc, qua hộp số tới cầu sau “sống” bằng trục kim loại Cầu sau “sống” hay còn gọi

là vi sai cầu sau Vì đã khắc phục vấn đề mòn lốp, nên phát minh này được hầu hết các nhà sản xuất ôtô áp dụng Vi sai bao gồm một cụm bánh răng răng khớp làm nhiệm vụ phân chia công suất cho hai bánh của cầu sau Nó cho phép bánh phía ngoài quay nhanh hơn bánh trong khi xe quay vòng

Năm 1904, hộp số sàn sang số trượt của Panhard-Levassor đã được hiện thực hóa bởi hầu hết các nhà sản xuất ôtô Dù tồn tại dưới dạng này hay dạng khác thì chúng vẫn còn được sử dụng cho đến thời gian gần đây và đã có những cải tiến, thay đổi quan trọng nhất là trang bị bộ đồng tốc cho phép quá trình ăn khớp giữa cách bánh răng diễn ra một cách dễ dàng, không phát sinh va đập Khoảng thời gian

kể từ khi hộp số sàn xuất hiện cho đến thời điểm phát minh ra bộ đồng tốc, có một phát minh khác cũng nhằm đơn giản quá trình sang số Đó chính là hộp số có cấu tạo từ bộ truyền bánh răng hành tinh, xuất hiện lần đầu tiên trên mẫu Ford Model T

1908 Ngày nay, bộ truyền hành tinh được sử dụng trên hộp số tự động là chủ yếu

Kể từ khi hộp số Panhard-Levassor ra đời, tất cả các phát minh hay cải tiến khác đều nhằm mục đích làm cho quá trình sang số dễ dàng hơn Tất nhiên dễ nhất

là quá trình chuyển số được thực hiện một cách tự động Sturtevant, giới thiệu hộp

số tự động đầu tiên vào năm 1904 Quả văng ly tâm điều khiển sự ăn khớp của các bánh răng theo tốc độ Quá trình sang số không cần đến sự đóng mở của ly hợp Tuy nhiên bộ truyền này gặp lỗi, trọng lượng thường lệch bề một bên

Reo đã có một sự cố gắng đầy ý nghĩa vào năm 1934 khi cho ra đời hộp số Reo Self-Shifter gồm hai bộ truyền mắc nối tiếp Bộ truyền thứ nhất tự động chuyển

số bằng cách điều khiển quá trình đóng mở ly hợp ma sát nhiều đĩa theo tốc độ xe

Bộ truyền thứ 2 được điều khiển bằng tay nhưng chỉ sử dụng khi động cơ cần tỷ số truyền thấp

Năm 1937, Oldsmobile tung ra hộp số bán tự động 4 cấp được gọi là “ hộp số

an toàn tự động” Tài xế không cần sử dụng tới bàn đạp ly hợp và cần số khi xe chuyển từ số 1 sang số 2 hoặc từ 3 lên 4 Áp suất dầu điều khiển bộ truyền hành tinh Điểm sang số được thiết lập sẵn theo tốc độ động cơ Đã có 28.000 chiếc Oldsmobile

1938 trang bị hộp số này Khía cạnh an toàn mà các nhà sản xuất đưa ra ở đây: lái xe

có thể tập trung trên đường nhiều hơn vì không cần thao tác chuyển số Trên cơ sở đó hộp số GM Hydra-Matic xuất hiện vào năm 1939 Hydra-Matic gồm 3 bộ truyền bánh răng hành tinh, điều khiển thủy lực Bộ kết nối thủy lực làm nhiệm vụ truyền công suất từ động cơ sang hộp số thay cho ly hợp Tuy đây không phải hộp số tự động, nhưng nó là hộp số tiêu chuẩn cùng kết nối thủy lực, không có ly hợp

Ý tưởng đã có từ lâu, nhưng đến năm 1948 hộp số tự động hoàn toàn mới xuất hiện, sử dụng biến mô thủy lực và bộ truyền bánh răng hành tinh như ngày nay Chiếc Buick Roadmaster vinh dự là mẫu xe đầu tiên trang bị Dynaflow, một trong những mẫu hộp số tự động hiện đại

Các nhà nghiên cứu về ô tô cho rằng phát triển cuối cùng có lẽ là hộp số tự động vô cấp kiểu CVT Một điều thú vị là sau hơn 100 năm phát triển, người ta lại quay trở về với bộ truyền động đai

1.2 Giới thiệu về hệ thống truyền lực nói chung

HTTL bao gồm các cụm nối giữa động cơ và bánh xe chủ động Hệ thống truyền lực của ô tô có tác dụng truyền chuyển động (tốc độ góc, lực hoặc mô men xoắn) từ động cơ đến các bánh xe chủ động Trị số của lực hay mô men xoắn này có thể thay đổi, tùy theo điều kiện làm việc của ôtô đảm bảo thay đổi lực kéo và tốc độ của xe trong dải rộng

Có rất nhiều loại HTTL khác nhau, đối với các xe ô tô hiện nay thường sử dụng hai loại chính là HTTL cơ khí có cấp và HTTL vô cấp

HTTL cơ khí có cấp thông thường bao gồm: Li hợp, hộp số chính, hộp phân phối, cầu chủ động, trục các đăng, bánh xe Còn HTTL vô cấp thường bao gồm các cụm chính là: Bộ biến mô men, hộp số vô cấp và có thể có ly hợp

Hình 1.2 H ệ thống truyền lực trên ô tô

Công dụng chính của hệ thống truyền lực là:

phù hợp giữa chế độ làm việc của động cơ và mô men cản sinh ra trong quá trình ô

tô chuyển động

- Thực hiện đổi chiều chuyển động giúp ô tô chuyển động lùi

- Tạo khả năng chuyển động êm dịu và thay đổi tốc độ cần thiết trên đường

1.2.1 Ly hợp

Ly hợp được đặt giữa động cơ và hộp số Có nhiệm vụ đóng và ngắt công suất từ động cơ đến hệ thống truyền lực Cắt truyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực nhanh và dứt khoát trong những trường hợp cần thiết như khi chuyển số một cách êm dịu Nó cũng cho phép động cơ hoạt động khi xe dừng và không cần chuyển hộp số về số trung gian

Công dụng chính của li hợp:

- Nối động cơ với hệ thống truyền lực một cách êm dịu và ngắt truyền động đến hộp số một cách nhanh chóng, dứt khoát trong những trường hợp cần thiết (khi chuyển số, khi phanh)

quá tải cho hệ thống truyền lực và động cơ

1.2.2 Hộp số

Mô men sinh ra bởi động cơ hầu như không đổi Tuy nhiên khi khởi động hoặc khi lên dốc xe đòi hỏi mô men quay phải lớn hơn, còn khi xe chạy ở tốc độ cao mô men quay lớn lại không cần thiết nữa Hộp số là cụm đặt trên ô tô để giải quyết vấn đề này bằng cách thay đổi tỷ số truyền nhằm biến công suất đầu ra của động cơ thành mô men và tốc độ quay phù hợp với điều kiện xe chạy Công dụng chính của hộp số là:

- Biến đổi mô men xoắn của động cơ truyền tới các bánh xe sao cho phù hợp với các chế độ tải

- Tăng mô men dẫn động bánh xe khi ôtô khởi động và leo dốc

- Dẫn động các bánh xe đạt được tốc độ cao khi cần thiết

- Đảo chiều chuyển động của ôtô

- Cắt chuyển động từ động cơ đến bánh xe chủ động (tay số N)

Hiện nay trên các xe ô tô dùng hai loại hộp số là: Hộp số cơ khí thường và hộp số tự động Với hộp số tự động lại được chia làm hai loại là hộp số tự động có cấp và hộp số tự động vô cấp Khi tài xế đang lái xe có hộp số thường, cần sang số được sử dụng để chuyển số khi đạp chân ga nhằm mục đích tăng tốc độ xe Khi lái

xe lên dốc hay khi động cơ không có đủ lực để leo dốc tại số đang chạy, hộp số được chuyển về số thấp.Vì các lý do trên, nên điều cần thiết với lái xe là phải thường xuyên nhận biết tải và tốc độ động cơ để chuyển số một cách phù hợp Ở hộp số tự động, những nhận biết như vậy của lái xe là không cần thiết, lái xe không cần phải chuyển số mà việc chuyển số lên hay xuống đến số thích hợp nhất được

thực hiện một cách tự động tại thời điểm thích hợp nhất theo tải động cơ và tốc độ

xe

1.2.3 Trục các đăng

Truyền động các đăng dùng để truyền mô men xoắn giữa các trục không nằm trên cùng một đường thẳng, mà cắt nhau dưới một góc α nào đó (trị số góc α thay đổi), tức là dùng để truyền mô men quay từ trục của hộp số (hộp phân phối) đến các cầu chủ động và các bánh xe chủ động

1.2.4 Cầu chủ động

Cầu chủ động nhận công suất từ động cơ truyền tới để phân phối đến các bánh

xe theo phương vuông góc Cầu xe nâng đỡ các phần gắn lên nó như hệ thống treo, sắc xi

Công dụng chính của cầu xe:

- Truyền công suất từ trục chủ động đến các bánh xe sau

- Thay đổi hướng quay của trục chủ động một góc 900 để quay trục bánh xe

- Tạo ra sự giảm tốc cuối cùng giữa trục truyền động và bánh xe thông qua các bánh răng truyền động cuối cùng

- Chia tổng mô men xoắn tới các bánh xe chủ động

- Cho phép sai lệch tốc độ giữa các bánh xe khác nhau trong khi xe quay vòng

- Nâng đỡ trọng lượng cầu sau, toàn bộ hệ thống treo và sắt xi

- Tác động như một thành phần mô men xoắn khi có gia tốc và thắng

1.3 Tổng quan về hệ thống truyền lực thủy cơ có biến mô thủy lực

Truyền động thủy cơ là sự kết hợp giữa truyền động cơ khí và truyền động thủy lực Bao gồm các cơ cấu truyền, cắt, đổi chiều quay, biến đổi giá trị mômen truyền nối từ động cơ đến bánh xe chủ động

Truyền động thủy cơ được coi là truyền động tốt nhất vì nó kết hợp các ưu điểm của truyền lực cơ khí và truyền lực thủy lực

1.3.1 Yêu cầu, phân loại hệ thống truyền lực thủy cơ

1.3 1.1 Yêu cầu

- Dễ dàng thực hiện việc điều chỉnh vô cấp và tự động điều chỉnh chuyển động trục sơ cấp ngay khi ô tô đang chuyển động

- Cho phép đảo chiều của ô tô một cách dễ dàng

- Truyền động êm, không gây ra tiếng ồn

- Có thể đề phòng sự cố khi động cơ và dẫn động quá tải

- Đảm bảo cho động cơ làm việc ổn định không phụ thuộc vào sự thay đổi tải trọng bên ngoài

- Vận tốc truyền động đảm bảo không có xảy ra va đập thủy lực, tổn thất công suất và xâm thực

- Truyền được công suất lớn với độ êm dịu cao

- Hiệu suất truyền động cao, hệ số thay đổi mô men lớn

- Kết cấu gọn nhẹ, có quán tính nhỏ

1.3.1.2 Phân loại

Truyền lực cơ khí kết hợp với truyền động thủy động Sự truyền năng lượng từ trục khuỷu động cơ sang trục bị dẫn chủ yếu nhờ động năng của chất lỏng, phần áp năng chỉ tạo áp suất dư nhất định tránh hiện tượng lọt khí từ bên ngoài vào làm giảm hiệu suất truyền động Kết cấu gồm có biến mô men và hộp số cơ khí

Dựa vào kết cấu hộp số cơ khí có thể chia thành các loại sau:

+ Biến mô thủy lực với hộp số cơ khí (trục cố định)

+ Biến mô thủy lực với hộp số cơ khí (trục di động)

Truyền động cơ khí kết hợp với truyền động thủy thủy tĩnh Truyền năng lượng từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ áp năng của dòng chất lỏng Nó chỉ thực hiện việc truyền mômen mà không thay đổi giá trị mômen truyền

Khi vận hành ô tô cần thiết phải thay đổi tốc độ chuyển động và giá trị lực kéo trong một phạm vi rộng Để đảm bảo một phạm vi điều chỉnh như vậy nên trên xe ô

tô người ta sử dụng truyền lực cơ khí kết hợp với truyền động thủy động

1.3.2 Hệ thống truyền động thủy động

1.3 2.1 Tổng quan

Truyền động thủy động là một tổ hợp các cơ cấu thủy lực và máy thủy lực, thông thường chủ yếu là có hai máy thủy lực cánh dẫn: bơm ly tâm và tua bin thủy lực

Trong truyền động thủy động dùng môi trường chất lỏng làm không gian để truyền cơ năng mà dùng chủ yếu là động năng của dòng chất lỏng chuyển động còn

dòng chất lỏng từ (50 – 60) m/s)

Cơ năng được truyền từ bộ phận dẫn động đến bộ phận công tác, trong đó có thể biến đổi vận tốc, lực, mô men và biến đổi dạng theo quy luật của chuyển động Truyền động thủy động phù hợp với việc truyền công suất lớn và đặc điểm êm dịu ổn định và dễ tự động hóa mà các truyền động khác không có

Truyền động thủy động ra đời từ đầu thế kỷ thứ 20, xuất phát từ việc tìm phương pháp truyền công suất lớn với vận tốc cao của các động cơ đến chân vịt tàu thủy Nhưng nó được nghiên cứu kỹ và sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp trong khoảng 50 năm gần đây, nhất là trong ngành động lực

Năm 1907 truyền động thủy động được dùng trên các hạm đội để truyền và biến mô men quay, nhưng lúc này có kết cấu rất cồng kềnh, nặng và hiệu suất chung rất thấp (nhỏ hơn 70%) do bơm và tua bin đặt xa nhau, chất lỏng được truyền từ bơm đến tua bin thông qua hệ thống các đường ống và mối nối

Do đó, Fttinger (người Đức) đã nghiên cứu và đề xuất ghép bánh bơm và bánh tua bin lại gần nhau trong một vỏ chung, loại bỏ các ống dẫn, mối nối và các bộ phận phụ khác Trên cơ sở đó người ta thực hiện hai kết cấu của mômen động thủy động khác nhau rõ rệt là khớp nối thủy lực và biến mô men thủy lực

Nhược điểm lớn nhất của truyền động thủy động là khả năng khuếch đại mômen khoảng 2-3 lần nếu tăng lên nữa thì hiệu suất sẽ giảm thấp Để tăng mômen động cơ lên đáng kể và mở rộng phạm vi vận tốc làm việc đồng thời để tăng hiệu

với biến tốc cơ khí Phần thủy lực đảm bảo tính chất làm việc êm, tự động thay đổi

vô cấp vận tốc của trục bị dẫn phù hợp với tải trọng tác dụng lên trục đó Phần cơ khí tỷ số giữa các trục dẫn và bị dẫn được lớn hơn, làm cho hiệu suất chung của bộ truyền có trị số cao đáp ứng yêu cầu sử dụng nhiều loại

1.3 2.2 Biến mô thủy lực

Các chức năng của bộ biến mô:

động cơ đến hộp số

- Hấp thụ các dao động xoắn của động cơ và hệ thống truyền lực

- Có tác dụng như một bánh đà để làm đều chuyển động quay của động cơ

- Dẫn động bơm dầu của hệ thống điều khiển thuỷ lực

Phân loại biến mô: biến mô thuỷ lực được phân loại dựa theo

- Dựa vào số bánh tuabin trong một buồng làm việc:

phản ứng

phản ứng

+ Biến mô nhiều cấp: có nhiều bánh tuabin trong một buồng làm việc

- Dựa vào dạng bánh tuabin:

+ Biến mô thuỷ lực có bánh tuabin ly tâm làm cho cánh bơm được cường hoá + Biến mô thuỷ lực có bánh tuabin hướng trục

+ Biến mô thuỷ lực có banh tuabin ly tâm

- Dựa theo chiều quay của bánh tuabin so với bánh bơm:

+ Biến mô thuận: chiều quay của bánh bơm cùng chiều với chiều quay của

bánh tuabin loại nay mô men thay đổi cả về trị số và dấu

+ Biến mô nghịch: chiều quay của bánh tuabin ngược chiều với chiều quay của bánh bơm loại này chỉ có mô men thay đổi ìê giá trị mà không thay đổi về dấu

a Kết cấu

- Bá nh bơm: Được gắn với vỏ biến mô và có rất nhiều cánh có dạng cong lắp

theo hướng kính ở bên trong, số lượng cánh và biên dạng cánh được chọn theo công suất động cơ sử dụng chúng và loại hệ thống truyền lực phía sau Trên cánh bơm còn lắp đặt vành dẫn hướng ở phía cạnh trong của cánh để dẫn hướng cho dòng chảy của bơm được êm

Ngày nay đa số các biến mô thủy lực dùng trên ô tô điều chế tạo theo phương pháp lắp từng cánh rời nhưng nếu là biến mô này sử dụng trên tàu biển hay phương tiện thuộc lĩnh vực quân sự thì phương pháp đúc liền các cánh với vỏ biến mô được dùng nhiều hơn

- Tuốc bin: Rất nhiều cánh quạt được lắp trong tuốc bin Hướng cong của các

cánh này ngược chiều với các cánh trên cách bơm Tuốc bin lắp trên trục sơ cấp hộp

số sao cho các cánh của nó đối diện với các cánh trên bánh bơm, giữa chúng có khe

hở rất nhỏ

Hình 1.4 Kết cấu bánh tuốc bin 1- Bánh tuốc bin; 2- Vành dẫn hướng; 3- Vỏ bộ biến mô;4 - Vỏ hộp số; 5- Trục sơ cấp hộp số; 6- Cánh van M t , n t - Mômen và số vòng quay tua bin

Cánh tua bin được thiết kế với góc đặt cánh lớn hơn so với cánh bơm Vì cánh tua bin có nhiệm vụ thu nhận động năng và áp năng được vận chuyển theo dòng dầu

đi ra từ cánh bơm Ngoài ra về số lượng cánh là bằng số lượng cánh mang trên bánh bơm, cũng được thiết kế các vành dẫn hướng để dòng chảy được êm Công nghệ chế tạo và yêu cầu bề mặt của bánh tua bin có nhiều điểm tương đồng với nhau

- Bộ đảo chiều : là bộ phận đặt giữa bánh bơm và tua bin Công dụng của bộ

đảo chiều là thay đổi chiều dòng dầu chuyển động từ tâm tua bin đến tâm bánh bơm

Chiều dòng dầu chuyển động từ bánh bơm sang bánh tua bin là cùng chiều với chiều quay kim đồng hồ, nhưng chiều dòng dầu đi qua bánh tua bin thì ngược lại Nếu để dòng dầu trở lai bánh bơm thì chiều của nó sẽ đối diện với chiều dòng dầu

đi ra từ bánh bơm Bánh bơm phải sử dụng một phần mômen từ động cơ để làm

1 2

4

5

6 2

M t , n t

Khi áp dụng bộ đảo chiều, nó điều chỉnh chiều chuyển động của dòng dầu sau khi ra khỏi bánh tua bin cùng chiều với chiều dòng dầu đi ra khỏi bánh bơm

Bộ đảo chiều gồm có : bánh phản ứng lắp ghép với khớp một chiều

- Bánh phản ứng :

Hình 1.5 Bánh phản ứng 1- Bánh phản ứng; 2- Khớp một chiều; 3- Trục stator; 4- Vỏ hộp số;

5- Trục sơ cấp hộp số M, n – Mô men và số vòng quay trục sơ cấp hộp số

Trên bánh phản ứng bố trí nhiều cánh để tiếp nhận dòng dầu đi ra từ cánh tuabin và hướng cho chúng đập vào mặt sau của cánh bơm làm cho cánh bơm được

“cường hóa” Khi chất lỏng qua bánh phản ứng sẽ truyền cho nó một mômen quay, nhưng do bánh cố định với vỏ nên có tác dụng như một điểm tựa và truyền lại cho chất lỏng một mômen động lượng Nếu bánh phản ứng quay tự do thì mômen quay của trục dẫn truyền cho trục bị dẫn không thay đổi Khi đó biến mômen làm việc như một khớp nối thủy lực

Tuy không đóng vai trò chủ đạo trong việc truyền công suất nhưng bánh phản ứng lại có vai trò quyết định tới hiệu suất của cả biến mô thủy lực trong một số trường hợp, đồng thời là khả năng giúp biến mô khuếch đại mô men do động cơ sinh ra trong một số trường hợp Đây là lý do chính bánh phản ứng được thiết kế cùng bánh bơm và bánh tua bin trong cùng một biến mô thủy lực

4

5

M , n

2 3 1

- Khớp một chiều:

Bánh phản ứng với mục đích khuếch đại mômen động cơ sinh ra và ngăn chặn hiện tượng giảm hiệu suất của biến mô thủy lực, khi tốc độ bánh tua bin gần bằng tốc độ bánh bơm thì bánh phản ứng cần phải có khớp một chiều đi liền cùng kết cấu của nó Hiện nay trong các loại hộp số tự động có hai loại khớp một chiều hay sử

dụng nhiều nhất là loại dùng bi trụ và loại dùng con lăn

Nguyên lý làm việc:

Gồm một vành trụ trong trơn và một vành ngoài có mặt cong theo hướng tạo nên chiều rộng chứa bi thay đổi Các viên bi trụ nằm trong rãnh chêm này và luôn luôn được tỳ sát vào thành bằng các lò xo tạo xu hướng luôn khóa giữa hai vành với nhau Khi các viên bi chạy vào chỗ hẹp tạo trạng thái khóa Sự dịch chuyển của viên

bi phụ thuộc vào chiều quay, chiều nghiêng của mặt chêm

+ Khớp một chiều dạng cam

Loại thứ hai hay được dùng là loại dùng con lăn dạng cam để thực hiện khóa

2 1

3

5 4

6

nhiệm vụ giữ cho các con lăn luôn có xu hướng tỳ vào hai vành và khóa vành ngoài với vành trong (hình 1.7a và 1.7b) Tuy chỉ với kết cấu rất đơn giản như vậy nhưng khớp một chiều này lại đóng vai trò rất quan trọng trong việc giúp cho bánh phản

ứng đạt được ý đồ thiết kế đưa ra

Hình 1.7a Khớp một chiều dạng cam

1- Vành ngoài; 2- Cam; 3- Vành trong; 4- Lò xo giữ

Con lăn dạng cam được lắp giữa hai vành trong và ngoài của bánh phản ứng,

có nhiệm vụ chỉ cho hai vành trong và ngoài của stator quay tự do với nhau theo chiều A

còn theo chiều B thì không được

Khi vòng ngoài có hướng quay theo hướng như (hình 1.7a), nó sẽ ấn vào đầu

quay

Khi vòng ngoài có hướng quay theo chiều ngược lại, con lăn không thể

miếng chêm khóa vành ngoài và giữ cho nó không chuyển động Lò xo giữ được lắp thêm để trợ giúp thêm con lăn, nó giữ cho các con lăn luôn nghiêng một chút theo hướng khóa vòng ngoài

Hình 1.7b Khớp một chiều dạng cam

b Sơ đồ và nguyên lý làm việc

Sơ đồ nguyên lý làm việc của biến mômen thủy lực (hình 1.8a) Ngoài các bánh bơm và bánh tua bin còn có thêm một bộ phận nữa là bánh phản ứng Bánh phản ứng được đặt trên khớp hành trình tự do (khớp một chiều) cho phép quay tự do theo một chiều

Nguyên lý làm việc:

Bánh bơm 1 được gắn cố định với tấm dẫn động 7 nối cứng với trục khuỷu

Bánh tua bin 11 được lắp trên trục bị động 1 (trục sơ cấp hộp số) bằng then

Hình 1.8a Sơ đồ nguyên lý của biến mô men thủy lực

1- Bá nh bơm; 2- Vành dẫn hướng; 3- Vỏ biến mô; 4- Vỏ hộp số; 5- Trục sơ cấp hộp số; 6- Bu lông; 7- Tấm dẫn động; 8- Khớp một chiều; 9- Trục khuỷu động cơ; 10 - Bánh phản ứng; 11- Bánh tua bin; 12- Vành dẫn hướng bánh tua bin; M b ,

n b - Mô men và số vòng quay bánh bơm M t , n t - Mô men và số vòng quay bánh tua bin

Các bánh nằm trong một vành xuyến khép kín tạo buồng công tác và được nạp đầy chất lỏng có áp suất dư Hình dạng buồng công tác đảm bảo tổn thất năng lượng

ít nhất khi chất lỏng chuyển từ bánh này sang bánh khác

Trong biến mô men tryền năng lượng qua chất lỏng Chất lỏng có áp suất đóng vai trò truyền năng lượng giữa tua bin và bánh bơm Cụ thể bánh bơm (B), tua bin (T), bánh phản ứng (P) đặt trong dầu có áp suất và đặt trong vỏ kín, khi bánh bơm quay cùng với động cơ làm cho dầu chuyển động, dưới tác dụng của lực ly tâm dầu

6

5432

R2 R 1

78

1011

129

1

chạy ra ngoài và tăng tốc độ Ở mép bên ngoài dầu đạt tốc độ cao nhất và hướng theo các bánh trong bánh bơm đập vào bánh của tua bin, tại tua bin nó truyền năng lượng và giảm dần tốc độ theo các cánh dẫn của tua bin chạy vào trong Khi dầu tới mép trong bánh tua bin nó rơi vào cánh của bánh phản ứng và theo các cánh dẫn chuyển sang bánh bơm Cứ như thế chất lỏng chuyển động tuần hoàn theo đường

Hình 1.8 b Chuyển động của dòng dầu trong biến mô

Quá trình dầu chuyển động trong bánh bơm là quá trình tích năng, quá trình

phản ứng là quá trình đổi hướng chuyển động

Nguyên lý làm việc của biến mô men thủy lực dựa trên cơ sở của định luật biến thiên mô men động lượng và được giải thích như sau: Tại điểm dòng dầu đi vào bánh bơm, tốc độ dòng chất lỏng trung bình, biểu diễn bằng đường chấm gạch

Hình 1.8c Sơ đồ nguyên lý làm việc của biến mô men thủy lực

Sau khi đi vào bánh bơm, chất lỏng chuyển động theo profin cánh dẫn đi từ tâm ra mép ngoài (hình 1.8c) Dòng chất lỏng có tốc độ là v b2 =u b2+w b2 (1.1) Khi chuyển động từ trong ra ngoài bánh bơm trong vòng lưu thông, năng lượng và động lượng của dòng chất lỏng tăng lên nhờ mô men truyền cho bánh bơm

từ trục khuỷu động cơ Hiệu mô men động lượng của chất lỏng đối với trục quay của bánh bơm khi đi vào và đi ra khỏi nó chính bằng mô men trên trục bánh bơm và xác định theo biểu thức :

M b =m(R2.νb2.cosα −R1.νb1.cosβ) (1.2)

Ở đây:

G

trên quỹ đạo trung bình

a, b: Góc tương ứng giữa các vec-tơ tốc độ tuyệt đối vb1, vb2 và các

lỏng khi ra khỏi bánh bơm và vào bánh tua bin không thay đổi, nhưng vận tốc tuyệt đối của dòng chất lỏng khi ra khỏi bánh tua bin sẽ thay đổi chiều (do hình dạng của bánh tua bin)

Điều này có nghĩa là khi đi từ ngoài vào trong, chất lỏng truyền cho tua bin một mômen bằng về trị số với mô men trên trục bánh bơm Mặc khác theo định luật biến thiên mômen động lượng thì mô men tác dụng lên bánh tua bin cũng chính bằng hiệu mô men động lượng của chất lỏng đối với trục quay tua bin khi đi vào và

Ở đây: γ - Góc giữa u và t1 v t1 tại điểm ra của bánh tuốc bin

Khi ra khỏi bánh tua bin, dòng chất lỏng chảy qua bánh phản ứng được gắn cố

men trong biến mô men thủy lực

lỏng hướng ngược chiều với dòng chảy trong bánh đó giảm, làm lưu lượng chất

lỏng tuần hoàn qua bánh tua bin tăng Tốc độ Vt1 tăng và góc γτgiảm Kết quả

Nếu tải trọng bên ngoài giảm thì số vòng quay của bánh tua bin tăng lên và do

đó mô men xoắn của bánh đó giảm tới trạng thái cân bằng mới với mô men cản Quá trình tự động điều chỉnh chế độ làm việc của biến mô men thủy lực lúc này ngược với quá trình đã trình bày ở trên

Nguyên lý khuyếch đại mô men

Khi biến mô ở chế độ khuyếch đại mô men, biến mô sử dụng năng lượng còn

lại của dòng dầu sau khi đi qua tua bin và bánh phản ứng tiếp tục tác động vào cánh bơm bằng cách nhờ vào tác dụng chuyển hướng của bánh phản ứng thay đổi hướng

va đập của dòng dầu quay về vào sau cánh bơm Bánh phản ứng khóa cứng với vỏ của biến mô men thủy lực nên dòng chất lỏng không trao đổi năng lượng với nó, nghĩa là trong bánh phản ứng chỉ có biến đổi áp năng thành động năng Động năng

có được này sẽ truyền cho bánh bơm khi dòng dầu quay về bánh bơm Vì vậy mô men quay trên trục bánh tua bin có được sẽ lớn hơn mômen trên trục bánh bơm tại cùng một thời điểm

Nếu bánh phản ứng quay tự do thì mô men xoắn của trục chủ động truyền cho trục bị động không thể tăng được Khi đó biến mô men thủy lực làm việc như ly hợp thủy động

1.3.3 Các đặc điểm cơ bản của HTTL có biến mô (Đặc điểm về phối hợp làm việc giữa động cơ và biến mô)

Trong HTTL có biên mô thường sử dụng hai cụm chi tiết chính là bộ biến

mô men thủy lực và hộp số hành tinh, ngoài ra còn một số cụm chi tiết khác Đây là những cụm tương đối phức tạp khi tính toán thiết kế và phối hợp làm việc giữa chúng và động cơ Việc phối hợp hoạt động của động cơ với HTTL và xe là bài toán động lực học dọc của ô tô Mục tiêu của bài toán là tối ưu hóa hệ thống động truyền lực, nhờ đó mà động cơ và các bộ phận của HTTL sẽ được liên kết với nhau một cách hợp lý nhất nhằm đạt được các chỉ tiêu đồng bộ gồm: Công suất; mức tiêu hao nhiên liệu; mức ô nhiễm khí xả; tính tiện nghi

Quá trình này được thực hiện theo cả hai chiều: động cơ tới HTTL và ngược lại Tuy nhiên, trong thực tế, đặc tính của động cơ cần được ưu tiên đáp ứng, vì vậy quá trình đồng bộ phải tập trung vào việc điều chỉnh đặc tính của HTTL cho phù hợp với đặc tính của động cơ

Hệ thống truyền lực nằm trung gian giữa động cơ và mặt đường, nó biến đổi các yêu cầu từ mặt đường sao cho phù hợp với khả năng đáp ứng của động cơ Nghĩa là, vùng tốc độ làm việc của động cơ phải phù hợp với dải tốc độ của xe Tương tự như vậy, đặc tính mô men của động cơ phải đáp ứng được các yêu cầu về lực kéo tại các bánh xe chủ động Đặc tính của động cơ cùng với vùng biến thiên tỷ

số truyền của HTTL được kết hợp với nhau để hình thành vùng đáp ứng về lực kéo của tổ hợp động cơ – HTTL Một trong những tiêu chí cơ bản của quá trình kết hợp động cơ với HTTL là duy trì động cơ hoạt động trong vùng tiết kiệm nhiên liệu

Hình 1.9 Phối hợp hoạt động của động cơ và HTTL

Mômen và tốc độ động cơ có thể được tự do lựa chọn với truyền động vô cấp nhưng chúng phải được xác định trên đường đặc tính công suất yêu cầu và trong biểu đồ hoạt động xác định bởi tỷ số truyền tổng của hộp số Ở đây, tốc độ động cơ

và tỷ số truyền của hệ thống truyền lực có quan hệ trực tiếp với nhau

Hình 1.10 Đặc tính động cơ đốt trong với các đường đẳng nhiên liệu của động cơ xăng 2.0l Các đường lực cản ứng với tỷ số truyền nhỏ nhất (i A, min ) và lớn nhất (i A, max ) tạo thành vùng các điểm làm việc với chế độ không gia tốc

Mức tiêu hao nhiên liệu chịu ảnh hưởng lớn của tỷ số truyền của HTTL Trong chế độ vận hành không gia tốc, trạng thái làm việc được thể hiện trên đồ thị bằng các đường cách nhau (đối với hộp số có cấp) hoặc cả vùng trên đồ thị (đối với hệ

nhất đến tỷ số truyền lớn nhất của hệ thống động lực Đối với truyền lực có cấp, các điểm làm việc là giao điểm của các đường lực cản ứng với tỷ số truyền xác định và đường công suất động cơ tương ứng T(P = const) Vì vậy, các điểm làm việc chỉ có thể nằm trong miền xác định Biểu đồ làm việc thay đổi theo tốc độ tăng hoặc giảm khi có gia tốc, vì khi đó lực cản sẽ thay đổi

Đối với HTTL có cấp, vùng làm việc với mức tiêu hao nhiên liệu hợp lý nhất ứng với một đường lực cản thường là vùng nằm phía trên đường đó Ví dụ, trên hình 5.2 chỉ rõ, ở công suất 40kW, T(P=40kW) xe có thể chuyển động không gia

chọn tỷ số truyền cao trong phạm vi có thể để đưa điểm làm việc về vùng có mức tiêu hao nhiên liệu tối thiểu (be, min)

Hình 1.11 Đặc tính động cơ với các tiêu chí điều khiển đối với HTTL vô cấp

HTTL có CVT cho phép lựa chọn điểm làm việc của động cơ trên các đường hyperbol công suất yêu cầu theo một cơ chế được xác định trước Điểm hoạt động được lấy từ giao của đường T(P) với đường cong đặc trưng điều khiển Về nguyên tắc cơ bản những điểm bên trong biểu đồ hoạt động đã bao phủ bằng toàn bộ tỉ số truyền hộp số được đã được chọn (Hình 1.11) Trong trạng thái chuyển động ổn

định trên một cấp số truyền, tất cả điểm điều hoạt động là bên trong biểu đồ hoạt động

Kết quả của sự khác nhau của đặc tính điều khiển, được định hướng theo hai tiêu chí là công suất hoặc lượng tiêu hao tối ưu (Hình 1.11) Đặc tính điều khiển tối

ưu trong điều kiện lượng tiêu hao nhiên liệu được cho bởi đường cong của lượng tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất Đặc tính điều khiển cho công suất tối ưu làm tăng lực kéo dư ở tất cả các điểm hoạt động

Hiệu suất truyền động là yếu tố quan trọng đối với HTTL Trong quá trình thiết

kế HTTL có biến mô cần đặc biệt quan tâm đến chỉ tiêu này Nhưng để nâng cao hiệu suất cho HTTL vô cấp là vấn đề rất khó khăn vì chúng ta đều biết các cụm cơ cấu trong HTTL này như bộ biến mô men và hộp số CVT đều là các cụm có hiệu

suất rất thấp so với truyền động bánh răng

Như vậy qua những phân tích trên đây ta nhận thấy khi thiết kế HTTL có biên mô thì việc phối hợp hoạt động giữa động cơ và biến mô để cùng lúc đạt được các chỉ tiêu tốt nhất về công suất, lượng tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất truyền động

là không thể thực hiện được Ta chỉ có thể đáp ứng các yêu cầu đó trong một giới hạn nào đó (thể hiện bằng một vùng theo đặc tính điều khiển) Do đó cần có những phân tích, đánh giá cụ thể để có thể đưa ra được phương án thết kế tối ưu cho HTTL

- Truyền được công suất lớn

- Đảm bảo việc ổn định không phụ thuộc vào tải trọng (cản) ngoài

- Kết cấu gọn nhẹ, có quán tính nhỏ

- Điều kiện bôi trơn các chi tiết dễ dàng

- Truyền động êm

- Chống quá tải

1.4.2 Nhược điểm:

áp, tổn thất công suất do xâm thực

- Khó làm kín các bộ phận làm việc, chất lỏng công tác dễ bị rò rỉ hoặc bọt khí làm giảm tính chất làm việc ổn định

- Yêu cầu đối với chất lỏng công tác cao, có độ nhớt, ít thay đổi theo nhiệt độ,

ổn định cao và bền vững về mặt hóa học, khó bị ô xy hóa, khó cháy, ít hòa tan trong

nước

2.1 Đặc tính của động cơ đốt trong

Động cơ đặt trên các máy kéo và ô tô chủ yếu là động cơ đốt trong loại pitông Các chỉ tiêu năng lượng và tính kinh tế của động cơ được thể hiện rõ trên đường đặc tính làm việc của nó Tính chất hoạt động của động cơ ảnh hưởng rất lớn đến tính năng sử dụng của ô tô máy kéo Vì vậy cần thiết phải nắm vững các đường đặc tính của động cơ để giúp cho việc giải quyết vấn đề cơ bản trong lý thuyết ô tô máy kéo như nghiên cứu các tính năng kéo và tính năng động lực học của ô tô, máy kéo Các đường đặc tính của động cơ có thể chia làm 2 loại: đường đặc tính tốc độ

và đường đặc tính tải trọng

phí nhiên liệu để sản ra một đơn vị công suất hiệu dụng) theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc ω của trục khuỷu

Các loại động cơ điezen lắp trên máy kéo đều có bộ điều tốc (máy điều chỉnh

thay đổi Đường đặc tính tốc độ của động cơ điezen phụ thuộc rất lớn vào đặc tính của bộ điều tốc, do đó nó còn gọi là đường đặc tính tự điều chỉnh

Có hai loại đường đặc tính tốc độ :

− Đường đặc tính cục bộ