Đề tài luận văn: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CHO Ô TÔ ĐIỆN TỐC ĐỘ CHẬM 2. Nhiệm vụ: Tìm hiểu tổng quan về ô tô điện và hệ thống truyền lực. Phân tích lựa chọn các nguồn năng lƣợng sử dụng cho ô tô điện. Phân tích lựa chọn động cơ dùng cho ô tô điện. Tính toán công suất động cơ điện và bộ nguồn ắc quy. Tính toán các thông số động học của ô tô điện tốc độ chậm. Tính toán thiết kế các bộ phận truyền động cơ khí. Số bản vẽ dự kiến: 3 A0, 1 A1 dự kiến gồm các bản vẽ về sơ đồ bố trí các bộ phận truyền động trên ô tô điện, nguyên lý hệ thống điều khiển ô tô điện, các phƣơng án truyền động trên ô tô điện và bản vẽ lắp cầu chủ động của ô tô điện. 3. Ngày giao nhiệm vụ: 2092010 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 27122010 5. Họ và tên ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS Đặng Văn Nghìn, BM Chế tạo máy. Nội dung và yêu cầu LVTN đã đƣợc thông qua Bộ môn
XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA Ô TÔ ĐIỆN
Lịch sử phát triển của ô tô điện
Ô tô điện đã có lịch sử phát triển từ rất sớm, trước cả ô tô động cơ đốt trong, với chiếc ô tô điện đầu tiên được chế tạo bởi Thomas Davenport vào năm 1835, sử dụng năng lượng từ ắc quy Việc khởi động và điều khiển động cơ điện dễ dàng cùng với sự thiếu hụt trạm cung cấp nhiên liệu đã thúc đẩy việc sử dụng ô tô điện Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng của động cơ đốt trong và việc phát minh ra động cơ khởi động bằng điện đã kìm hãm sự tiến bộ của ô tô điện, dẫn đến việc sử dụng ô tô điện chỉ giới hạn trong một số lượng nhỏ xe ô tô và xe tải nhỏ dùng để phân phát hàng hóa.
Vào năm 1920, hàng ngàn chiếc xe điện, bao gồm xe hơi, xe tải nhỏ, xe taxi và xe buýt, đã được sản xuất Tuy nhiên, do giá dầu mỏ khai thác rẻ, nhiều nhà sản xuất đã chuyển hướng đầu tư vào xe động cơ đốt trong Hơn nữa, công nghiệp pin thời điểm đó chưa phát triển mạnh, khiến việc tạo ra công suất tương đương với động cơ đốt trong trở nên khó khăn, bởi khối lượng pin cồng kềnh không thể lắp đặt trên xe.
Vào cuối thập niên 60, tình trạng ô nhiễm gia tăng đã thúc đẩy sự phát triển của ô tô điện thử nghiệm, nhưng ngành công nghiệp ô tô lúc bấy giờ lại tập trung vào các phương pháp giảm khí thải, cản trở sự phát triển này Đến những năm 1970, cuộc khủng hoảng năng lượng do cấm vận dầu mỏ của Ả Rập đã làm tăng sự quan tâm đến ô tô điện, tuy nhiên, sản lượng sản xuất vẫn rất hạn chế, không đủ đáp ứng nhu cầu giao thông xã hội Bên cạnh đó, bán kính hoạt động hạn chế của ô tô điện cũng là một yếu tố kìm hãm sự phát triển của chúng.
Ngày nay, chính phủ các nước đang ngày càng chú trọng đến vấn đề môi trường và năng lượng tái tạo Tại Mỹ và châu Âu, nhiều đạo luật và tiêu chuẩn về khí thải đã được ban hành nhằm hạn chế ô nhiễm từ các loại xe Ô tô điện hiện nay được xem là phương tiện không gây ô nhiễm, và sự cần thiết phải giảm ô nhiễm không khí đã thúc đẩy mạnh mẽ nghiên cứu và phát triển ô tô điện Các hãng sản xuất ô tô lớn trên thế giới đang nỗ lực cải tiến và sản xuất những mẫu ô tô điện ngày càng tiên tiến để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.
Vào đầu thập kỷ 90, Hãng GM đã đầu tư hàng tỷ USD vào nghiên cứu xe điện và cho ra mắt mẫu xe điện đầu tiên mang tên EV1 EV1 thế hệ đầu tiên sử dụng ắc quy chì - axit, với khả năng di chuyển hạn chế.
Thế hệ thứ 2 của xe điện EV1 sử dụng ắc quy niken hydrua, nâng giới hạn quãng đường chạy lên từ 120 đến 240 km, nhưng vẫn không đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng Mặc dù được coi là một trong những chiếc xe điện tốt nhất thế giới, EV1 vẫn không thể so sánh với động cơ đốt trong về hiệu suất Giá thành cao khiến GM chỉ cho phép thuê EV1 trong 3 năm hoặc 48.000 km với mức giá từ 34.000 đến 44.000 USD, dẫn đến việc xe không có tính kinh tế và cuối cùng dừng sản xuất.
Vào năm 2008, Chrysler đã đầu tư vào Global Electric Motocar, nhận thấy tiềm năng của thị trường xe điện tốc độ thấp (NEV) với vận tốc tối đa 40 km/h và giới hạn chạy 48 km Các mẫu xe của GEM, bao gồm e2 (2 chỗ), e4 (4 chỗ), e6 (6 chỗ), eS, eL và eL XD, được sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích như đi dạo, tuần tra, chở khách du lịch, bán hàng lưu động, và phục vụ trong bệnh viện, sân bay hay sân golf Đến nay, hơn 35 nghìn chiếc GEM đã được sản xuất và tiêu thụ, cho thấy tiềm năng phát triển của GEM vẫn còn rất lớn.
Hình 1.2 Ô tô NEV của GM
Ngành công nghiệp xe điện đang chứng tỏ tiềm năng to lớn nhờ sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật Các nhà chế tạo không ngừng cải tiến để mở rộng phạm vi hoạt động và khả năng tăng tốc của ô tô điện Tuy nhiên, giá thành vẫn là một trong những thách thức lớn nhất đối với sự phát triển của xe điện, và điều này đang được các nhà chức trách chú trọng Hình 1.3 minh họa xu hướng phát triển mạnh mẽ của ô tô điện cùng với các loại xe tiết kiệm nhiên liệu khác, phản ánh sự tiến bộ của nhân loại.
Hình 1.3 Biểu đồ sự phát triển của các loại ô tô Động cơ hơi nước ( 1770-
Dầu được tìm thấy lần đầu năm 1859
Giá dầu cao hơn 100$/ 1 thùng Ô tô điện được cải tiến, số lượng ô tô điện và ô tô hybrid tăng mạnh
(1830 – tương lai) Động cơ đốt trong ( 1885- bao lâu?)
ZEV cùng với xe dùng pin nhiên liệu, xe hybrid được khuyến khích phát triển năm 2008
Những động cơ thúc đẩy việc phát triển ô tô điện
1.2.1 Sự gia tăng số lƣợng ô tô :
Giao thông vận tải, đặc biệt là vận tải ô tô, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội của mỗi quốc gia và toàn cầu Sự di chuyển của con người và hàng hóa là nhu cầu thiết yếu, dẫn đến sự hình thành của ngành giao thông vận tải như một mạch máu của nền kinh tế Ô tô, với tính cơ động và linh hoạt, đã trở thành phương tiện thiết yếu, không thể thiếu trong đời sống xã hội Nó không chỉ góp phần vào sự phát triển công nghiệp và kinh tế mà còn nâng cao tiện nghi cuộc sống, hỗ trợ giao lưu văn hóa và phát triển xã hội.
Số lượng ô tô trên thế giới hiện nay khoảng 740 triệu chiếc và dự đoán sẽ tiếp tục tăng, với xu hướng ô tô hóa quãng đường di chuyển ngày càng rõ rệt Tốc độ gia tăng ô tô đặc biệt nhanh tại Đông Nam Á, như Hàn Quốc với 20% và Malaysia tới 70% mỗi năm Đồng thời, số lượng xe gắn máy đang giảm dần Dự báo cho thấy thị trường ô tô tiềm năng trong thế kỷ 21 sẽ chuyển từ Đông Âu và Mỹ La Tinh sang Đông Nam Á, Trung Á và cuối cùng là Châu Phi Số lượng ô tô ở khu vực Châu Á Thái Bình Dương được dự đoán sẽ tăng từ 0,7 chiếc/1000 người dân năm 1985 lên 10 chiếc/1000 người dân vào năm 2020 và 20 chiếc/1000 người dân vào năm 2060.
Việt Nam đang trải qua thời kỳ hội nhập và phát triển kinh tế nhanh chóng, với mức sống của người dân ngày càng được nâng cao (GDP/người tăng) Sự nâng cấp và xây dựng mới của cơ sở hạ tầng giao thông đã thúc đẩy nhu cầu sử dụng ô tô thay cho xe máy, nhằm tăng tính tiện nghi và an toàn trong giao thông Điều này dẫn đến xu hướng tăng nhanh số lượng ô tô trên thị trường.
Sự phát triển tất yếu đang đặt ra cho thế giới và Việt Nam nhiều thách thức cần khắc phục để đảm bảo sự bền vững và hiệu quả Hai vấn đề nổi bật nhất hiện nay là ô nhiễm môi trường và sự cạn kiệt nguồn dầu mỏ.
Hình Error! No text of specified style in document 4 Sự gia tăng số lượng ô tô ở Việt Nam
1.2.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường:
Quá trình cháy lý tưởng của hỗn hợp hydrocacbon với không khí chỉ tạo ra CO2, H2O và N2 Tuy nhiên, do tính không đồng nhất của hỗn hợp và sự phức tạp của các hiện tượng lý hóa trong quá trình cháy, khí xả từ động cơ ô tô thường chứa một lượng đáng kể các chất độc hại, bao gồm oxyde nitơ (NO, NO2, N2O).
Khí thải từ động cơ bao gồm các chất ô nhiễm như NOx, monoxydecarbon (CO), hydrocarbon chưa cháy (HC) và hạt rắn, đặc biệt là bồ hóng Nếu nhiên liệu chứa tạp chất như lưu huỳnh, sẽ sinh ra SO2, và khi pha thêm Pb(C2H5)4 để tăng tính chống kích nổ, khí thải có thể chứa các hạt chì lơ lửng trong không khí Nồng độ các chất ô nhiễm này phụ thuộc vào loại động cơ và chế độ vận hành của nó.
Bảng 1.1: Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm ở Mỹ (tính theo %)
Nguồn phát phát ô nhiễm CO HC NOx Ô tô 64.7 45.7 36.6
Các phương tiện giao thông khác 9.0 7.2 10.5
Quá trình cháy công nghiệp 9.1 16.8 42.8
Sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp, đặc biệt là sự gia tăng số lượng ô tô, đã góp phần làm gia tăng đáng kể các chất ô nhiễm trong không khí Các chất ô nhiễm này chủ yếu xuất phát từ khí xả của động cơ đốt trong, và hiện nay đã được xác định rõ nồng độ cũng như nguồn gốc từ các hoạt động của con người.
Sự gia tăng nhanh chóng số lượng ô tô trên toàn cầu đã dẫn đến một lượng lớn khí CO2 được thải vào khí quyển, góp phần làm gia tăng tỷ lệ phát thải CO2 toàn cầu.
Tỷ lệ lượng CO2 thải ra hàng năm thể hiện qua đồ thị sau :
Hình 1.5 Phân bố lượng ô nhiễm Cacbon dioxide từ 1980 đến 1999
1.2.3 Sự cạn kiệt nguồn năng hóa thạch:
Năng lượng hóa thạch đã đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của nhân loại, đặc biệt trong thời kỳ cách mạng công nghiệp, khi nhu cầu sử dụng phương tiện giao thông gia tăng Tuy nhiên, việc tiêu thụ lớn năng lượng hóa thạch đang đặt nguồn năng lượng này trước nguy cơ cạn kiệt trong thời gian ngắn.
Vào năm 1970, các chuyên gia dự báo rằng với tốc độ tiêu thụ 2,4 tỷ tấn/năm, nguồn dầu mỏ sẽ chỉ đủ dùng trong 30 năm tới, khi trữ lượng còn khoảng 72 tỷ tấn Dự đoán này đã dẫn đến cuộc khủng hoảng năng lượng năm 1973, khi giá dầu tăng gấp 4 lần do lo ngại về sự cạn kiệt nguồn tài nguyên này.
Sử dụng năng lượng mới
Hình 1.6 Trữ lượng dầu phát hiện và nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ
Tính đến năm 2005, thế giới đã tiêu thụ 110 tỷ tấn dầu, trong khi vẫn còn 140 tỷ tấn có thể khai thác, đủ để đáp ứng nhu cầu trong khoảng 36 năm tới nếu mức tiêu thụ hiện tại không thay đổi.
Dự báo rằng đến năm 2040, nguồn dầu mỏ sẽ cạn kiệt được coi là chính xác hơn so với những dự báo từ năm 1970, nhờ vào sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật Mặc dù nhu cầu sử dụng dầu mỏ vẫn tăng cao và liên tục, dẫn đến trữ lượng khai thác hàng năm và giá dầu cũng gia tăng Đặc biệt, trong những năm gần đây, giá dầu đã tăng nhanh chóng và liên tục lập kỷ lục mới, có thời điểm vượt qua ngưỡng 100 USD/thùng, với đỉnh điểm vào năm 2008 khi giá dầu thô đạt tới 115 USD/thùng, gây ra nhiều thách thức cho nền kinh tế thế giới trong bối cảnh khủng hoảng kinh tế.
Hình 1.7 Trữ lượng dầu còn lại của các vùng khác nhau trên thế giới ( BP Statistical Review, 2007)
Liên Xô cũ Châu Âu Trung Đông Châu Phi Châu Á-
Mặc dù than đá có thời hạn sử dụng lâu hơn dầu mỏ (114 năm), nhưng nó gặp nhiều nhược điểm, đặc biệt trong lĩnh vực giao thông vận tải Than đá chủ yếu được sử dụng trong thời kỳ trước khi công nghệ phát triển, như trong động cơ hơi nước Tuy nhiên, với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, than đá không còn phù hợp cho ngành giao thông, và dầu mỏ vẫn là nhiên liệu quan trọng nhất Đến nay, vẫn chưa tìm được nguồn năng lượng nào có thể thay thế hoàn toàn dầu mỏ trong lĩnh vực này.
Hình 1.8 Nhu cầu tiêu thụ dầu của các phương tiện giao thông vận tải.
Xu hướng phát triển ô tô sạch
Trước hai thách thức lớn là ô nhiễm môi trường và cạn kiệt nguồn năng lượng truyền thống, các nhà sản xuất ô tô đang nỗ lực phát triển những phương tiện thân thiện với môi trường Mục tiêu chính hiện nay là tạo ra ô tô sạch với mức phát thải bằng 0 (Zero emission) Nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, tập trung vào việc cải tiến quá trình cháy của động cơ Diesel và sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống như LPG, khí thiên nhiên, methanol và ethanol cho ô tô.
+ Hoàn thiện động cơ đốt trong:
Các kỹ thuật mới trong động cơ đốt trong đã cải thiện đáng kể hiệu suất, bao gồm hệ thống phun ray chung điều khiển điện tử, lọc bồ hóng và xử lý khí thải bằng bộ xúc tác ba chức năng Việc nâng cao chất lượng nhiên liệu, đặc biệt là sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp, cũng đóng vai trò quan trọng Thêm vào đó, động cơ đốt trong sử dụng đồng thời nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng là một giải pháp hiệu quả để tối ưu hóa tính năng của động cơ.
+ Ô tô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế:
Các loại nhiên liệu lỏng thay thế quan tâm hiện nay là cồn, colza, có nguồn từ thực vật
Do nhiên liệu có thành phần carbon thấp, quá trình cháy sản sinh ít chất ô nhiễm carbon, đặc biệt là giảm thiểu CO2 - khí gây hiệu ứng nhà kính Mặc dù ứng dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế trên phương tiện vận tải, đặc biệt là xe buýt, vẫn còn hạn chế do giá thành cao, nhưng giải pháp này rất hữu ích ở những khu vực có nguồn nhiên liệu dồi dào hoặc khi các loại nhiên liệu được chiết xuất từ chất thải công nghiệp.
Dimethyl ether (DME) là một loại nhiên liệu lỏng thay thế mới được sản xuất từ khí thiên nhiên, có khả năng sử dụng cho động cơ diesel tương tự như LPG DME được đánh giá là nhiên liệu cực sạch, với mức độ phát thải ô nhiễm thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn California ULEV Nếu sản xuất DME được triển khai trên quy mô công nghiệp, nó sẽ trở thành nhiên liệu lỏng lý tưởng trong tương lai, nhờ vào sự phân bố rộng rãi của khí thiên nhiên trên toàn cầu và trữ lượng tương đương với dầu mỏ.
+ Ô tô chạy bằng khí thiên nhiên:
Sử dụng ô tô chạy bằng khí thiên nhiên là một giải pháp năng lượng thay thế hiệu quả, giúp giảm ô nhiễm môi trường trong các thành phố Hiện tại, có hai phương pháp sử dụng khí thiên nhiên cho xe buýt: khí thiên nhiên dạng khí và dạng lỏng Tuy nhiên, việc lưu trữ khí thiên nhiên trên phương tiện vẫn là một thách thức lớn Công nghệ và vật liệu chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đã có nhiều tiến bộ, điển hình là việc sử dụng bình chứa composite gia cố bằng sợi carbon.
+ Ô tô chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG:
Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày càng trở thành nhiên liệu ưa chuộng cho ô tô nhờ vào khả năng giảm ô nhiễm môi trường và tính tiện lợi trong chuyển đổi hệ thống nhiên liệu Việc chuyển đổi ô tô từ nhiên liệu lỏng sang LPG có thể thực hiện theo ba phương pháp: sử dụng hoàn toàn LPG, kết hợp giữa xăng và LPG, hoặc sử dụng đồng thời diesel và LPG (dual fuel) Hỗn hợp LPG và không khí có thể được tạo ra bằng bộ chế hòa khí Venturie hoặc phun LPG trên đường nạp, trong khi các hệ thống phun mới đang được nghiên cứu để phun LPG dạng lỏng vào buồng cháy nhằm nâng cao hiệu suất động cơ Mặc dù áp suất hóa lỏng của LPG thấp hơn nhiều so với khí thiên nhiên, việc lưu trữ LPG trên ô tô vẫn gặp khó khăn Tuy nhiên, các bình chứa nhiên liệu LPG đã được cải tiến đáng kể nhờ vào sự phát triển của vật liệu và công nghệ mới.
+ Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu:
Một trong những giải pháp năng lượng sạch cho ô tô tương lai là pin nhiên liệu, hệ thống điện hóa chuyển đổi trực tiếp năng lượng từ nhiên liệu thành điện Ban đầu, pin nhiên liệu chỉ được nghiên cứu cho các con tàu không gian, nhưng hiện nay đã được thương mại hóa để cung cấp năng lượng cho ô tô Do không có quá trình cháy, sản phẩm phụ của pin nhiên liệu chỉ là điện, nhiệt và hơi nước, khiến ô tô sử dụng pin nhiên liệu trở thành phương tiện sạch với lượng phát thải ô nhiễm gần như bằng 0 Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu không cần nạp điện mà chỉ cần nạp nhiên liệu hydrogen, tuy nhiên, việc lưu trữ hydro dưới áp suất cao hoặc trong vật liệu hấp thụ trên phương tiện vẫn là một thách thức lớn.
Ô tô lai (hybrid) là loại xe sử dụng ít nhất hai nguồn sức kéo bổ sung cho nhau, kết hợp giữa động cơ điện và động cơ xăng Trong khi ô tô chạy hoàn toàn bằng điện vẫn gặp nhiều thách thức, ô tô lai thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội Xe sử dụng động cơ điện một chiều với accu nạp điện từ lưới điện khi dừng và nhận thêm điện từ cụm động cơ nhiệt-máy phát điện trên xe Ô tô lai đã được nghiên cứu từ những năm 1990, với chiếc ô tô lai đầu tiên, Toyota Prius, ra đời tại Nhật Bản vào năm 1997.
Ô tô chạy bằng điện là phương tiện hoàn toàn sạch với khí thải bằng không (zero emission), giúp cải thiện chất lượng không khí trong thành phố Quá trình hoạt động của ô tô điện phụ thuộc vào khả năng tích trữ năng lượng của ắc quy Nếu điện năng được sản xuất từ nguồn tái tạo như thủy điện hay năng lượng mặt trời, ô tô điện trở thành lựa chọn lý tưởng về mặt bảo vệ môi trường Tuy nhiên, nếu điện được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch, lợi ích này sẽ bị giảm sút do mức độ phát thải tổng thể Hiện nay, ô tô chạy bằng ắc quy đã đạt được hiệu suất vận hành tương đương với ô tô sử dụng nhiên liệu lỏng truyền thống.
Ô tô sạch, hay còn gọi là ô tô sinh thái, là chìa khóa cho kỷ nguyên mới của ngành ô tô, giúp giảm ô nhiễm môi trường Để đạt được mục tiêu phát triển bền vững và phát triển xanh, Việt Nam cần nắm bắt công nghệ mới và ứng dụng vào thực tiễn Ô tô đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển và hội nhập của đất nước, đòi hỏi các giải pháp để giải quyết những vấn đề môi trường và cạn kiệt tài nguyên Trong số đó, ô tô điện nổi lên như một giải pháp hiệu quả, phù hợp với xu hướng hiện nay.
TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
Tổng quan về ô tô điện và hệ thống truyền lực
2.1.1 Khái niệm: Ô tô điện là loại xe sử dụng động cơ điện sinh ra lực kéo thay vì dùng động cơ đốt trong cũng như các nguồn năng lượng khác Các ô tô điện có nhiều ưu điểm hơn các ô tô động cơ đốt trong như: trong quá trình hoạt động nó không sinh khí thải, hiệu quả cao, không phụ thuộc dầu mỏ, động cơ hoạt động yên tĩnh Các nguyên tắc hoạt động trong ô tô điện và ô tô động cơ đốt trong là tương tự Tuy nhiên có một số khác biệt giữa ô tô động cơ đốt trong và ô tô điện, chẳng hạn như ô tô động cơ đốt trong sử dụng xăng so với ắc quy trong ô tô điện Ngoài ra động cơ đốt trong và với động cơ điện khác nhau theo yêu cầu của cơ cấu truyền động
Ô tô điện vẫn còn nhiều nhược điểm, chủ yếu do dung lượng năng lượng trong ắc quy hạn chế, khiến xe chỉ hoạt động được khoảng 100 Km trước khi cần sạc lại Hơn nữa, do yêu cầu về tổng khối lượng và đặc điểm của động cơ điện, vận tốc tối đa của ô tô điện cũng khá thấp Hiện nay, ô tô điện thường được sử dụng trong các lĩnh vực cần vận tốc nhỏ, như di chuyển trong nội thành, khuôn viên trường học và bệnh viện.
2.1.2 Cấu trúc hệ thống truyền lực ô tô điện:
Trước đây, ô tô điện thường được chuyển đổi từ ô tô động cơ đốt trong bằng cách thay thế động cơ và thùng chứa nhiên liệu bằng động cơ điện và ắc quy, nhưng cấu trúc này gặp nhiều hạn chế như khối lượng nặng, tính linh hoạt thấp và hiệu suất giảm Hiện nay, ô tô điện được thiết kế theo mục đích sử dụng, dựa vào yêu cầu ban đầu và các thiết kế cơ sở, giúp chúng đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người sử dụng và trở nên linh hoạt hơn.
Hình 2.1 Hệ thống truyền lực ô tô điện
Hệ thống truyền động được mô tả chi tiết trong hình 2.2, bao gồm ba hệ thống nhỏ: hệ thống truyền lực bằng động cơ điện, hệ thống năng lượng và các phần phụ trợ Hệ thống truyền lực bằng động cơ điện có các thành phần chính như bộ điều khiển xe, bộ chuyển đổi công suất, động cơ điện, bộ truyền dẫn cơ khí và cơ cấu dẫn động Hệ thống năng lượng bao gồm phần nạp nhiên liệu, bộ phận quản lý năng lượng và ắc quy, trong khi các hệ thống phụ trợ bao gồm tay lái trợ lực, bộ điều hòa không khí và các bộ phận phụ khác.
Hình 2.2 Các thành phần của ô tô điện
Bộ điều khiển xe điện điều chỉnh tín hiệu dựa trên đầu vào từ bàn đạp ga và bàn đạp thắng, giúp điều tiết dòng năng lượng giữa động cơ điện và ắc quy Sự hãm tái sinh của ô tô điện cho phép phục hồi năng lượng vào ắc quy, trong khi bộ phận quản lý năng lượng và bộ điều khiển xe kiểm soát quá trình này Các ắc quy ô tô điện thường có dung lượng lớn và bánh đà có khả năng tiếp nhận năng lượng tái tạo Ngoài ra, bộ điều khiển còn quản lý bộ tiếp nhiên liệu và giám sát khả năng sử dụng nguồn năng lượng Bộ phận cung cấp năng lượng phụ đảm bảo cung cấp điện áp cần thiết cho các thiết bị phụ trợ như điều hòa nhiệt độ và hệ thống lái trợ lực.
Phân tích lựa chọn phương án truyền động cho ô tô điện
Tất cả ô tô điện đều cần một bộ truyền dẫn cơ khí để kết nối đầu ra của động cơ với bánh xe Khác với ô tô sử dụng động cơ đốt trong, ô tô điện không cần ly hợp, nhưng vẫn yêu cầu hệ thống truyền động bao gồm hộp số, trục truyền động và bộ vi sai để truyền lực đến trục bánh xe.
Các cơ cấu trong ô tô điện gây ra mất mát công suất và năng lượng Hệ thống truyền động của ô tô điện đơn giản hơn so với ô tô sử dụng động cơ đốt trong, vì không cần ly hợp do động cơ có khả năng cung cấp mô men xoắn từ nhỏ và tăng dần khi tải tăng Hộp số cũng có thể được đơn giản hóa với bộ truyền bánh răng cơ bản Hiện có 4 phương án cho hệ thống truyền động trong ô tô điện.
2.2.1 Phương án 1: hệ thống truyền động dùng hộp số cơ khí:
Phương án thiết kế ô tô điện này tương tự như hệ thống của ô tô động cơ đốt trong, nhưng thay thế động cơ bằng động cơ điện và cần lắp đặt bộ nguồn ắc quy để cung cấp năng lượng Tuy nhiên, thiết kế này tạo ra hệ thống truyền lực phức tạp, có khối lượng và kích thước lớn, dẫn đến thất thoát năng lượng trong các cơ cấu cơ khí Điều này gây khó khăn trong việc lắp đặt các hệ thống khác và làm tăng giá thành ô tô Phương án này phù hợp cho các loại ô tô yêu cầu cao về tốc độ và khả năng tăng tốc nhanh, nhưng không khả thi đối với ô tô có yêu cầu thấp về tốc độ và cần giảm giá thành.
Hình 2.3: hệ thống truyền động dùng hộp số cơ khí
1– Bánh xe chủ động; 2 – bán trục; 3 – vỏ cầu chủ động; 4 – nối trục 1; 5 – hộp giảm tốc;
6 – nối trục 2; 7 – động cơ điện; 8 – vi sai; 9 – bánh răng truyền lực chính
2.2.2 Phương án 2: hệ thống truyền động dùng động cơ điện, truyền lực chính và vi sai:
Hình 2.4: hệ thống truyền động dùng động cơ điện, truyền lực chính và vi sai 1– Bánh xe chủ động; 2 – bán trục; 3 – vỏ cầu chủ động; 4 – nối trục đàn hồi;
Phương án sử dụng cặp bánh xe chủ động kết nối với bộ vi sai mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tính an toàn và độ tin cậy đã được kiểm chứng từ nhà sản xuất Việc không cần hộp số cơ khí giúp giảm khối lượng ô tô và điều khiển tốc độ thông qua động cơ, đồng thời cấu trúc nhỏ gọn của phương án này cũng góp
2.2.3 Phương án 3: hệ thống truyền động dùng hai động cơ điện:
Bộ vi sai có thể được thay thế bằng cách sử dụng động cơ dẫn động cho mỗi bên bánh xe thông qua cặp bánh răng đơn giản hoặc bộ truyền đai răng Để đảm
Hình 2.5: hệ thống truyền động dùng hai động cơ điện
1– Bánh xe chủ động; 2 – vỏ truyền lực chính; 3 – động cơ điện;
4 – bánh răng truyền lực chính; 5 –bán trục cầu chủ động
2.2.4 Phương án 4: hệ thống truyền động chỉ dùng động cơ điện:
Hình 2.6: hệ thống truyền động chỉ dùng động cơ điện
1– Bánh xe chủ động; 2 – động cơ điện; 3 – trục nối động cơ và bánh xe
Gắn động cơ điện trực tiếp vào bánh xe thông qua một trục là phương án hiệu quả, cho phép truyền tải 100% năng lượng mà không bị mất mát công suất qua các bộ truyền cơ khí Động cơ có thể được đặt ngoài hoặc bên trong bánh xe, với phần tĩnh gắn liền với trục bánh xe và phần động gắn với bánh xe Phương pháp này thường thấy ở xe máy điện và xe đạp điện, giúp tiết kiệm không gian nhưng có thể ảnh hưởng đến hệ thống treo Tuy nhiên, việc sử dụng động cơ thiết kế đặc biệt và số lượng động cơ lớn có thể làm tăng chi phí sản xuất của xe.
Hiệu suất của bộ truyền động đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện quãng đường di chuyển của xe Khi thiết kế ô tô điện, cần cân nhắc giữa hiệu suất và giá thành sản phẩm Với những yếu tố đã đề cập, tác giả đã lựa chọn phương án tối ưu cho việc phát triển ô tô điện.
2 trong mẫu thiết kế Tuy hiệu suất của động cơ điện bị mất mát trong bộ truyền bánh răng và
Bố trí hệ thống truyền lực và hệ thống điều khiển
2.3.1 Phân tích, chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực a) Bố trí cầu sau chủ động: việc bố trí hệ thống truyền lực đối với cầu sau chủ động có ưu điểm: như tầm quan sát người lái tốt hơn, dễ tiếp cận động cơ để bảo dưỡng và sửa chữa Phân bố trọng lượng trên cầu sau lớn hơn cầu trước nên khả năng vượt dốc và chuyển động trên đường trơn trượt của xe tốt hơn Dễ bố trí ghế ngồi, cách nhiệt và cách âm cho người lái
Xe có nhược điểm là động cơ được đặt phía sau, điều này làm giảm khả năng bảo vệ người lái khi xảy ra va chạm hoặc đâm vào chướng ngại vật Bên cạnh đó, khoang hành lý được bố trí ở phía trước, dẫn đến chiều ngang bị hạn chế bởi hai bánh trước.
Tỷ lệ phân bố tải trọng trên cầu trước và sau khi đầy tải khoảng 42-58%, khiến cầu sau hơi quá tải và làm xe kém ổn định, đặc biệt ở tốc độ cao Điều này yêu cầu sử dụng hệ thống treo độc lập ở cầu sau, dẫn đến cấu trúc phức tạp và các bộ phận điều khiển dài, gây khó khăn cho việc thiết kế sàn xe phẳng Hơn nữa, không thể sử dụng thùng xe có cửa mở phía sau và khả năng vượt chướng ngại vật kém hơn so với cầu trước chủ động Do đó, dẫn động phía sau chỉ phù hợp cho các xe nhỏ với tốc độ thấp Ngược lại, nếu bố trí cầu trước chủ động, xe sẽ an toàn hơn cho người lái, với tỷ lệ phân bố trọng lượng khoảng 60-40% giữa cầu trước và cầu sau, đảm bảo tính quay vòng và ổn định cao với tải trọng bất kỳ.
Bố trí một cầu chủ động có nhược điểm là khả năng vượt dốc kém và dễ mất điều khiển trên đường trơn trượt do lực kéo lớn Nếu không có bộ điều chỉnh lực phanh, khả năng hãm cứng bánh xe sau khi phanh cũng cao Tuy nhiên, sơ đồ này thường được sử dụng trên xe du lịch hiện đại với tốc độ cao Ngược lại, bố trí hai cầu chủ động tích hợp ưu điểm của cả hai phương án trước, loại bỏ nhược điểm nhưng lại phức tạp hơn trong việc lắp đặt các hệ thống khác Phương án này phổ biến trong các loại ô tô chịu tải trọng cao và yêu cầu hoạt động an toàn Chúng ta chọn bố trí hệ thống truyền lực ở cầu sau làm cầu chủ động cho xe điện.
2 chổ ngồi, hệ số phân bố tải trọng giữa hai cầu 55% - 45% Cầu xe sử dụng kiểu treo độc lập
2.3.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ điện cho ô tô hai chỗ ngồi
Hệ thống động cơ điện của ô tô điện hai chỗ ngồi hoạt động hoàn toàn dựa trên sự điều khiển của người lái Sơ đồ nguyên lý của hệ thống này được trình bày trong hình 2.7.
Hệ thống điều khiển động cơ điện bao gồm đầu xạc điện kết nối với nguồn điện 220 V, nơi bộ xạc được lắp đặt trên xe để thực hiện quá trình sạc Dòng điện được chuyển qua bộ chuyển đổi năng lượng trước khi cung cấp cho ắc quy, và bộ xạc có chức năng ngắt dòng điện khi ắc quy đã đầy Khi ô tô hoạt động, năng lượng từ ắc quy sẽ được chuyển đến bộ chuyển đổi năng lượng, sau đó cung cấp cho động cơ điện một chiều.
Bơm thủy lực cung cấp dòng thủy lực cho chân phanh và chân ga, giúp các cơ cấu này gửi tín hiệu đến bộ điều khiển ô tô Bộ điều khiển sau đó điều chỉnh dòng điện đến động cơ điện, từ đó thay đổi tốc độ động cơ và điều khiển tốc độ ô tô theo ý muốn của người lái.
Khi ô tô lùi, người lái bật công tắc ở vị trí lùi, khiến điện áp đổi chiều qua bộ điều khiển, làm động cơ điện quay ngược lại Sau đó, khi chuyển công tắc sang vị trí tiến, ô tô sẽ trở lại chế độ hoạt động bình thường.
Khi ô tô leo dốc, người lái bật công tắc leo dốc để bộ điều khiển điều chỉnh dòng điện cung cấp cho động cơ điện Tín hiệu điều khiển này giúp động cơ hoạt động ở tốc độ tối ưu, đạt mô men xoắn lớn nhất Sau khi vượt qua dốc, người lái tắt công tắc, và ô tô trở lại chế độ hoạt động bình thường.
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG CHO Ô TÔ ĐIỆN
Giới thiệu các loại ắc quy dùng cho ô tô điện
Vào đầu những năm 1990, thiết kế ô tô điện không thể cạnh tranh với động cơ đốt trong do tốc độ và phạm vi hoạt động vượt trội của chúng Sự gia tăng nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch đã dẫn đến những lo ngại về nguy cơ giảm sản lượng dầu, từ đó kích thích nghiên cứu về nguồn năng lượng thay thế Đến giữa những năm 1970, khủng hoảng thiếu hụt dầu mỏ đã thúc đẩy sự phát triển các chương trình ô tô điện Tuy nhiên, sự ổn định tạm thời của nguồn cung dầu và sự phát triển chậm chạp của công nghệ thay thế đã cản trở sự tiến bộ của ô tô điện.
Bộ Năng lượng Mỹ đã thành lập Tập đoàn Pin Tiên tiến của Mỹ (U.S ABC) nhằm thúc đẩy phát triển pin hiện đại cho ô tô điện Tập đoàn này là sự hợp tác giữa DOE và ba nhà sản xuất ô tô lớn nhất: Daimler-Chrysler, Ford và General Motors, cùng với Viện Nghiên cứu Năng lượng Điện (EPRI) U.S ABC đã nghiên cứu và phát triển loại ắc quy tối ưu cho ô tô điện, với mục tiêu cạnh tranh hiệu suất, giá thành và phạm vi hoạt động so với xe truyền thống sử dụng động cơ đốt trong Các loại ắc quy đang được phát triển bao gồm Pb-axít, NiMH, Li-ion và Lithium-Polymer Daimler-Chrysler, Ford và General Motors đã sử dụng ắc quy axít-chì đầu tiên, trong khi Honda và Toyota sản xuất xe dùng ắc quy NiMH, và Nissan dự kiến sẽ ra mắt xe sử dụng ắc quy Li-ion.
Các đặc trưng nỗi bật của ắc quy dùng cho ô tô điện:
Có thể đạt được mật độ năng lượng cao trong một lần sạc để cung cấp cho phạm vi làm việc rộng ( quãng đường đi dài)
Việc tạo ra mật độ năng lượng cao giúp đạt được mức độ năng lượng ổn định, đồng thời cung cấp khả năng phóng điện mạnh mẽ, cho phép gia tốc nhanh và khai thác công suất tiềm năng tối ưu cho ô tô điện.
Chu kỳ nạp điện dài với yêu cầu bảo dưỡng thấp và độ an toàn về cơ khí cao được tạo ra cho bình ắc quy
Vì có thể tái nạp được nhiều lần và tái nạp điện nên về quan điểm môi trường chúng được chấp nhận rộng rãi
Trong một thế kỷ qua, ắc quy axít chì đã trở thành nguồn năng lượng tiêu chuẩn nhờ vào khả năng ứng dụng linh hoạt Những tiến bộ trong nghiên cứu đã dẫn đến sự phát triển của ắc quy axít chì có van điều chỉnh (VRLA), dần thay thế ắc quy axít chì thông thường Loại ắc quy này tiếp tục được ứng dụng rộng rãi như nguồn pin tạo lực kéo, nhờ vào mật độ năng lượng cao hơn trên mỗi đơn vị diện tích.
Kỹ thuật ắc quy VRLA được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực tạo ra lực kéo nhờ vào những yêu cầu như không cần bảo dưỡng định kỳ và yêu cầu bảo dưỡng tối thiểu Đặc biệt, cần lưu ý rằng mực nước trong các ngăn ắc quy không được phép cạn để đảm bảo hoạt động an toàn của bình ắc quy khi sử dụng cho ô tô điện.
Một trong những nhược điểm của ắc quy axít chì loại ướt là dung dịch axít có thể trào ra ngoài khi nóng hoặc khi vỏ bình bị nứt, dẫn đến hiện tượng gỉ sét ở các vùng xung quanh, đặc biệt là tại các cọc bình Khi dung dịch bị rò rỉ hoàn toàn, ắc quy sẽ không còn khả năng sản sinh điện Hơn nữa, nước trong dung dịch bị phân tích thành hydro và oxy, dễ gây cháy nổ, làm tăng nguy cơ cho loại ắc quy này Để khắc phục những nhược điểm đó, các nhà sản xuất đã chuyển sang ắc quy khô, loại ắc quy được bịt kín và không còn lỗ thông hơi như ắc quy truyền thống Một số ắc quy khô còn được trang bị van xả tự động khi áp suất bên trong quá cao Thế hệ đầu tiên của ắc quy khô được gọi là ắc quy keo hay ắc quy gel, mặc dù gọi là khô nhưng vẫn chứa dung dịch đã được làm keo nhờ trộn với chất keo silicon.
Ắc quy khô loại kín AGM của công ty Tia Sáng là một bước tiến lớn trong công nghệ ắc quy axít chì, ra đời vào năm 1985 để phục vụ cho các máy bay quân sự Dung dịch axít sulfuric được hút vào các tấm thủy tinh mịn giữa các bản cực, được làm từ sợi thủy tinh Boron-Silicate Các tấm sợi thủy tinh này không chỉ giữ dung dịch mà còn tái kết hợp hydro và oxy sinh ra trong quá trình nạp thành nước.
Cả 2 loại đều có vỏ bình kín, tức bạn không cần bảo dưỡng trong suốt quá trình sử dụng Nếu vỏ bị vỡ cũng không xảy ra việc rò axít ra ngoài và ắc quy vẫn tiếp tục cung cấp điện Ắc quy khô loại AGM cũng có những ưu điểm như loại gel nhưng nhờ tính thẩm thấu cao hơn nên dung dịch đi vào các bản cực nhanh hơn và khả năng tạo ra dòng lớn hơn Vì vậy, nó thường được sử dụng cho xe gắn máy và ô tô Trong bình ắc quy khô loại AGM, người ta lợi dụng oxy và hydro bị phân ly ra trong quá trình nạp để tái tạo thành nước với hiệu suất lên đến 99 % và nhờ thế, dung dịch không bị thấm nước như trong loại bình ướt truyền thống Nhờ có điện trở trong bình rất nhỏ, ắc quy khô loại AGM gần như không bị nóng khi nạp hoặc phóng dòng quá lớn Hiện tượng tự phóng điện trog loại ắc quy này cũng xảy ra chậm ( từ 1% đến 3% một tháng so với ắc quy ướt 30% một tháng) nên có thể để lâu mà không cần nạp Nó cũng chịu đựng va đập tốt hơn loại ắc quy thường Một ưu điểm lớn của ắc quy AGM là hiệu suất nạp rất cao nên sẽ tốn ít năng lượng khi nạp Trong ắc quy ướt đời cũ có 15-20% năng lượng điện chuyển thành nhiệt vô ích, trong loại ắc quy khô dạng keo là 10-16% nhưng loại AGM chỉ có 4%
3.1.1 Ắc quy axít chì: Ắc quy chì vẫn là loại được sử dụng phổ biến nhất trên các ô tô Các nhà khoa học đang nỗ lực tìm ra các loại ắc quy mới để đáp ứng nhu cầu về nguồn năng lượng dự trữ cho ô tô điện trong tương lai Hiện nay đây là loại ắc quy có giá thành thấp nhất trên thị trường
Hình 3.2 Cấu tạo ắc quy axít chì
Bình ắc quy axít có cấu trúc gồm vỏ bình với ba hoặc sáu ngăn, tùy thuộc vào loại ắc quy 6V hoặc 12V Mỗi ngăn chứa khối bản cực, bao gồm bản cực dương và âm, được ngăn cách bởi các tấm cách điện, cho phép phản ứng hóa học diễn ra mà không gây chập mạch Các ngăn này hoạt động như những ắc quy đơn, được mắc nối tiếp để tạo thành bình ắc quy hoàn chỉnh Dung dịch điện phân, chủ yếu là axít sunfuric (H2SO4), được bổ sung vào từng ngăn theo mức quy định Ắc quy chì có mật độ năng lượng khoảng 35 Wh/kg và công suất riêng khoảng 93 W/kg.
Các bản cực dương và âm được bọc bằng oxyt chì (PbO2) và đôi khi là sunfat chì (PbSO4), cung cấp diện tích bề mặt lớn cho việc lưu trữ năng lượng điện hóa Các tấm bản cực dương được hàn lại và kết nối với cọc dương (+), trong khi các bản cực âm cũng được hàn lại và kết nối với cọc âm (-) Những tấm đã lắp ghép này được đặt trong vỏ bình.
Khi nạp ắc quy, phản ứng điện hóa xảy ra và tạo ra điện thế Nguyên lý điện hóa cho thấy rằng hai kim loại khác nhau ở các bản cực âm và dương sẽ tạo ra một hiệu điện thế do sự chênh lệch điện áp Trong quá trình lắp đặt các bản cực, tải được kết nối với bình ắc quy, nơi chứa lượng điện tích nạp hoặc phân cực các tấm bản cực.
Trong quá trình nạp, nước trong chất điện phân bị tách ra qua hiện tượng điện phân, với oxy thoát ra ở cực dương và hydro ở cực âm Khoảng 30% hydro và oxy sẽ tái hợp, do đó một ắc quy tốt không cần thêm nước, giúp giảm bớt bảo trì và chi phí Hiệu suất của ắc quy có van điều chỉnh (VRLA) đạt từ 95% đến 99%, với yêu cầu thông hơi và ngăn axít tối thiểu.
Here is the rewritten paragraph:"Ắc quy AGM và VRLA có điểm chung là sử dụng các tấm bản cực tiêu chuẩn và dung dịch điện phân tỉ trọng cao Sợi thủy tinh trong ắc quy có chức năng hấp thu và chứa các điện tử tự do Đặc biệt, AGM cho phép trao đổi oxy giữa các tấm bản cực và tái hợp trở lại, đồng thời các sợi thủy tinh cách điện giữa hai bản cực âm và dương để ngăn chặn hiện tượng chập mạch."
Lựa chọn ắc quy dùng cho ô tô điện
Ắc quy VRLA, với thiết kế van điều chỉnh, hoạt động hiệu quả trong môi trường kín mà không cần không gian lắp đặt lớn như ắc quy axít chì Chúng cũng không đòi hỏi bảo trì thường xuyên, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng Nhờ vào sự phát triển công nghệ, ắc quy VRLA ngày càng nhỏ gọn, có mật độ năng lượng cao hơn và giá thành hợp lý hơn.
Ắc quy NiMH có lợi cho môi trường và đang cải thiện về giá thành lẫn mật độ năng lượng Trong khi đó, ắc quy Li-ion nổi bật với khả năng phóng nạp tốt, hiệu suất cao, tuổi thọ dài và mật độ năng lượng lớn, rất phù hợp cho ô tô điện Tuy nhiên, giá thành của ắc quy Li-ion hiện vẫn còn cao, điều này có thể làm tăng chi phí cho ô tô điện tốc độ chậm, gây ra vấn đề không cần thiết.
Khi đánh giá loại ắc quy, việc lựa chọn phù hợp phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng cụ thể Cần xem xét các đặc điểm đa dạng của ắc quy như mối quan hệ giữa năng lượng và công suất, năng lượng riêng, mật độ năng lượng, công suất riêng, giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ, dạng xung điện khi phóng, và đặc tính phóng nạp Dưới đây là bảng so sánh các loại ắc quy đã được nghiên cứu.
Bảng 3.2: Năng lượng riêng và mật độ năng lượng của một số loại ắc quy
Loại ắc quy Năng lượng riêng (Wh.Kg -1 )
Mật độ năng lượng (Wh.m -3 )
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ DÙNG CHO Ô TÔ ĐIỆN
Động cơ điện một chiều
Ngày nay mặc dù dòng điện xoay chiều được sử dụng rất rộng rãi, song động cơ điện một chiều vẫn tồn tại
Trong ngành công nghiệp, động cơ điện một chiều được ưa chuộng nhờ khả năng cung cấp mô men mở máy lớn và điều chỉnh tốc độ linh hoạt Chúng thường được sử dụng trong tự động hóa, làm động cơ chấp hành, và khởi động cho ô tô, tàu thủy Các máy điện một chiều với điện áp thấp cũng rất phổ biến trong thiết bị hàn điện chất lượng cao Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là cấu tạo phức tạp do có cổ góp, dẫn đến chi phí cao và độ tin cậy kém, đặc biệt trong môi trường dễ cháy nổ Để vận hành động cơ điện một chiều, cần có nguồn điện đi kèm.
4.1.1 Động cơ điện một chiều dùng chổi than: a, Cấu tạo:
Here is a rewritten paragraph that contains the important sentences and complies with SEO rules:"Stator, còn được gọi là phần cảm, đóng vai trò tạo ra từ thông chính trong máy và thường được chế tạo bằng gang hay thép đúc Với chức năng là mạch từ, stator cũng đồng thời là vỏ máy bao bọc các bộ phận bên trong Đặc biệt, mặt trong của stator được gắn các cực từ, phần cuối cực từ được làm loe ra tạo thành đầu cực từ, trên thân cực từ có gắn cuộn dây quấn kích từ."
Hình 4.1: Mặt cắt ngang động cơ điện một chiều Hình 4.2: Lá thép rotor
Cực từ phụ lõi thép có thể được chế tạo từ khối thép rèn hoặc thép lá kỹ thuật điện, với dây quấn đồng tâm quanh lõi thép và nối tiếp với dây quấn phần ứng Chức năng của cực từ phụ là tạo ra từ trường phụ, giúp giảm thiểu ảnh hưởng của phản ứng phần ứng và hiện tượng tia lửa điện giữa cổ góp và chổi than.
Rotor, còn được gọi là phần ứng, bao gồm lõi thép và dây quấn phần ứng Lõi thép hình trụ được tạo thành từ nhiều lá thép kỹ thuật điện đã phủ lớp vecni cách điện, giảm tổn hao gây bởi dòng điện xoáy, và được dập các rãnh để đặt bộ dây quấn Ngoài ra, lá thép còn được dập lỗ để lắp trục và chốt chêm dọc, cũng như lỗ thông gió để làm mát Dây quấn được tạo thành từ nhiều phần tử dây quấn, mỗi phần tử gồm nhiều vòng dây được xếp trong các rãnh của lõi thép, và hai đầu phần tử nối với hai phiến góp Phần ứng được bắt chặt trên trục thép, hai đầu trục có gắn bạc đạn, và được cố định bằng nắp máy và thân máy bằng bulông.
Cổ góp và chổi than đóng vai trò quan trọng trong việc truyền điện giữa phần ứng của máy điện và thiết bị bên ngoài Đặc biệt, khi hoạt động ở chế độ máy phát điện, cổ góp còn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều trước khi cung cấp cho mạch điện bên ngoài.
Cổ góp được hình thành từ việc ghép nhiều phiến góp bằng đồng thành hình trụ tròn, gắn vào trục rô to Các phiến góp được cách điện với nhau và với trục bằng lớp mica mỏng Một đầu phiến góp có rãnh để hàn với đầu dây của phần tử dây quấn phần ứng.
Chổi than, hay còn gọi là chổi điện, được chế tạo từ than graphit và được gắn trong giá đỡ hình hộp cách điện Chổi than có khả năng di chuyển dọc theo trục của giá đỡ, trong khi một đầu của chổi tì sát lên bề mặt cổ góp, đầu còn lại được lò xo ép chặt Các đầu dây của phần tử dây quấn phần ứng được kết nối tại cổ góp, tạo thành mạch điện khép kín Khi chổi than tiếp xúc với các phiến góp, nó chia bộ dây quấn phần ứng thành các mạch nhánh song song, từ đó đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.
Hình 4.3 mô tả nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều Khi dòng điện một chiều được cung cấp cho hai chổi điện A và B, bộ phận đổi chiều trong dây quấn phần ứng tạo ra dòng điện xoay chiều Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng, giữ cho chiều lực không đổi và đảm bảo động cơ quay theo chiều cố định Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường và tạo ra sức điện động Eu, được xác định theo quy tắc bàn tay phải Sức điện động Eu ngược chiều với dòng điện Iu, do đó được gọi là sức phản điện Phương trình cân bằng điện áp được thiết lập là: U = Eu + Ru Iu.
Hình 4.3: Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều c, Phân loại động cơ điện một chiều:
Dựa vào phương pháp cấp dũng điện kích từ ta chia ra:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Động cơ điện một chiều kích từ song song
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
Mạch điện trong hình 4.4 cho thấy dòng điện vào động cơ là I, với dòng điện phần ứng Iu và dòng điện kích từ Ikt Để khởi động máy, chúng ta điều chỉnh biến trở Rđc để thay đổi dòng điện kích từ Ikt, từ đó thay đổi từ thông Phương pháp này được áp dụng rộng rãi, nhưng cần lưu ý rằng khi giảm từ thông , dòng điện phần ứng Iu có thể tăng vượt quá giá trị cho phép Do đó, cần thiết phải có bộ phận bảo vệ để ngắt điện khi từ thông giảm quá mức Đường đặt tính cơ n = f(M) thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ n và mô men quay M khi điện áp U và điện trở mạch phần ứng cũng như mạch kích từ giữ cố định.
Thay trị số: E u k n E vào phương trình trên ta có phương trình tốc độ là: u u
Mặt khác theo biểu thức momen điện từ: M k I M u ta rút ra được: u
Thay vào phương trình tốc độ ta có: u 2
Nếu thêm điện trở Rp vào mạch phần ứng thì ta có phương trình: u P 2
Trên hình trên vẽ đường đặc tính cơ, đường
Đường đặc tính cơ tự nhiên (Rp= 0) và đường đặc tính cơ với Rp 0 thể hiện mối quan hệ giữa các yếu tố quan trọng trong quá trình làm việc của máy Đặc tính làm việc được xác định khi điện áp và dòng điện kích từ ổn định, thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ n, mômen M, dòng điện phần ứng Iu và hiệu suất theo công suất cơ P2 Các mối quan hệ này được minh họa rõ ràng trong hình 4.6.
Động cơ kích từ song song với công suất P2 thường được sử dụng trong các máy cắt kim loại và máy công cụ Khi cần điều chỉnh tốc độ một cách chính xác, động cơ kích từ độc lập là sự lựa chọn phù hợp Trong khi đó, động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp cũng đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp.
Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ song song
Để mở máy theo sơ đồ nguyên lý, sử dụng biến trở mở máy Rmở Để điều chỉnh từ thông, mắc biến trở điều chỉnh song song với dây quấn kích từ nối tiếp Đường đặc tính cơ n = f (M) cho thấy khi máy không bảo hòa, dòng điện phần ứng Iu và từ thông tỷ lệ với nhau, tức là Iu = k I.
Thay các biểu thức trên vào biểu thức của phương trình tốc độ ta có: I u
E k b k cuối cùng ta có: aU u n bR
Biểu thức cho thấy đặc tính cơ của động cơ có dạng hyperbol, trong đó khi mômen tăng thì tốc độ động cơ giảm Khi không tải hoặc tải nhỏ, dòng điện và từ thông giảm, dẫn đến tốc độ động cơ tăng đột ngột, có thể gây hỏng hóc về mặt cơ khí Do đó, không nên cho phép động cơ kích từ nối tiếp hoạt động khi không tải hoặc tải nhỏ.
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có đặc tính làm việc quan trọng, như thể hiện trong hình 4.8b Động cơ không được phép hoạt động với tốc độ nhỏ hơn tốc độ giới hạn ngh Trong vùng làm việc, đường đặc tính được vẽ bằng đường nét liền, cho thấy rằng khi chưa bão hòa, mômen quay tỷ lệ với bình phương dòng điện và tốc độ giảm theo tải Loại động cơ này rất phù hợp cho chế độ tải nặng, thường được ứng dụng trong giao thông vận tải và các thiết bị cầu trục.
Hình 4.9: Mạch điện động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
Phân tích lựa chọn động cơ truyền động cho ô tô điện
Hình 4.18: Nguyên lý làm việc của động cơ điện đồng bộ
Trong từ trường quay do dòng điện xoay chiều ba pha tạo ra qua ba cuộn dây lệch nhau 120 độ, khi đặt một kim nam châm có trục quay, kim nam châm sẽ quay cùng tốc độ với từ trường Đây chính là nguyên lý hoạt động của động cơ đồng bộ, trong đó tốc độ quay của rotor bằng tốc độ quay của từ trường Động cơ đồng bộ là loại động cơ xoay chiều có stator tương tự như động cơ không đồng bộ để tạo ra từ trường quay, trong khi rotor thực chất là một nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện một chiều.
Tốc độ quay của từ trường được xác định bởi công thức: 1 60f 1 n p c Đặc điểm của rotor trong động cơ đồng bộ là nó quay cùng tốc độ với từ trường, dẫn đến phương trình đặc tính cơ có dạng đường thẳng và song song với trục hoành.
4.3 Phân tích lựa chọn động cơ dùng cho ô tô điện:
Trong hệ thống truyền động của xe điện, động cơ điện đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp động lực cho cơ cấu truyền động Mỗi loại động cơ điện cần phải đáp ứng các yêu cầu khác nhau tùy thuộc vào điều kiện vận hành và đặc điểm của hệ thống truyền động Để đảm bảo hiệu suất và tính ổn định cao cho hệ thống truyền động điện trên ô tô điện, cần có sự phù hợp giữa động cơ điện và cơ cấu truyền động Do đó, việc lựa chọn động cơ phù hợp với các yêu cầu kinh tế và kỹ thuật là rất quan trọng, nhằm đảm bảo hoạt động hiệu quả trong bối cảnh hạ tầng và môi trường hiện tại của Việt Nam.
4.3.2 Yêu cầu về mặt kinh tế:
Khi đánh giá kinh tế, động cơ điện cho ô tô điện cần có giá thành hợp lý Trong điều kiện độ ẩm và khí hậu Việt Nam, đặc biệt là ô nhiễm khói bụi tại các nút giao thông đông đúc, việc bảo dưỡng động cơ trở thành vấn đề quan trọng cần được chú ý.
Động cơ một chiều sử dụng chổi than có thiết kế phức tạp do cần chuyển mạch cơ khí và cổ góp, dẫn đến giá thành cao và công suất hạn chế Những đặc điểm này cũng khiến tuổi thọ của động cơ một chiều thấp hơn so với động cơ xoay chiều rotor lồng xóc, đồng thời yêu cầu bảo trì định kỳ, đặc biệt là ở vị trí cổ góp chổi than Ngược lại, động cơ một chiều không chổi than giữ được các đặc tính của động cơ dùng chổi than nhưng khắc phục được những nhược điểm của nó.
Khi so sánh động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều cùng công suất, động cơ xoay chiều có giá thành và kích thước nhỏ hơn Tuy nhiên, để sử dụng động cơ xoay chiều trên xe điện, cần có bộ biến đổi tần số để chuyển đổi dòng điện một chiều từ ắc quy thành dòng điện xoay chiều, dẫn đến chi phí cao và không khả thi về mặt kinh tế cho xe điện.
Động cơ một chiều không chổi than vượt trội hơn hẳn các loại động cơ khác về kích thước và khối lượng Mặc dù giá thành cao hơn, loại động cơ này ngày càng trở nên phổ biến và phù hợp cho việc sử dụng trên ô tô điện.
4.3.3 Yêu cầu về mặt kỹ thuật:
Chúng tôi đánh giá các yêu cầu kỹ thuật dựa trên các chỉ tiêu chất lượng điều chỉnh tốc độ của động cơ điện Một trong những thách thức lớn nhất đối với hệ thống truyền động ô tô điện là nâng cao mức độ tự động hóa và hiệu suất truyền động Để đạt được điều này, việc điều chỉnh tốc độ của động cơ cần phải luôn phù hợp với yêu cầu tải và đảm bảo độ phẳng cao.
Hiện nay để điều chỉnh tốc độ ở tải có thể thực hiện theo phương pháp cơ, điện – cơ hay điện thuần túy
Phương pháp cơ là phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi tỷ số truyền ở hộp số hoặc điều chỉnh vô cấp thông qua ly hợp ma sát và đĩa ma sát Tuy nhiên, do cấu trúc máy trở nên cồng kềnh, phương pháp này ít được sử dụng trong thực tế.
Phương pháp điện - cơ kết hợp việc điều chỉnh tỷ số truyền qua các cặp bánh răng với thay đổi tốc độ động cơ bằng điện Mặc dù mang lại tính linh hoạt, phương pháp này làm cho cơ cấu truyền động trở nên phức tạp hơn và ít được sử dụng trong thực tế.
Phương pháp điện thuần túy đang ngày càng trở nên phổ biến trong việc điều chỉnh tốc độ hệ thống truyền động thông qua việc thay đổi tốc độ động cơ điện Phương pháp này không chỉ giúp giảm nhẹ kết cấu cơ khí mà còn tối ưu hóa hiệu suất truyền động, đặc biệt là trong ô tô điện Do đó, chúng ta sẽ tập trung vào các phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng điện Để đảm bảo hệ thống truyền động hoạt động hiệu quả, việc điều chỉnh tốc độ cần đáp ứng các tiêu chí nhất định, trong đó có dải điều chỉnh tốc độ.
Dải điều chỉnh tốc độ là tỷ số giữa tốc độ làm việc lớn nhất và nhỏ nhất của hệ thống truyền động điện với một momen tải nhất định, được biểu thị bằng công thức D = max/min, trong đó dải điều chỉnh tốc độ càng lớn thì hiệu quả càng cao Độ bằng phẳng khi chỉnh tốc độ được xác định bởi tỷ số giữa hai giá trị tốc độ của hai cấp kế tiếp trong dải điều chỉnh, được biểu diễn bằng = i+1/i.
Trong đó: i : tốc độ ổn định ở cấp i
i+1 : tốc độ ổn định ở cấp i + 1
Trong một dải điều chỉnh tốc độ, số cấp tốc độ càng lớn thì sự chênh lệch tốc độ giữa hai cấp kế tiếp càng ít, dẫn đến độ bằng phẳng tốt hơn Khi số cấp tốc độ tiến gần đến vô cùng (k → ∞), độ bằng phẳng sẽ tiến gần đến 1, tạo ra hệ điều chỉnh vô cấp với khả năng đạt mọi tốc độ trong toàn bộ dải Để hiểu rõ vai trò của đặc tính cơ, cần xem xét hai đặc tính cơ 1 và 2, đặc biệt khi momen cản được áp dụng.
Mc thì 2 đặc tính đều ứng với tốc độ A tại điểm A
Nếu momen cản tăng thêm một lượng M, điểm làm việc trên đặc tính 1 sẽ chuyển đến điểm B với tốc độ B, trong khi trên đặc tính 2, điểm làm việc cũng sẽ chuyển đổi tương ứng.
Đặc tính cơ 2 mềm hơn đặc tính cơ 1, dẫn đến việc tốc độ động cơ trên đặc tính cơ 2 (B) thấp hơn tốc độ động cơ trên đặc tính cơ 1 (C) Điều này có nghĩa là lượng sụt tốc (1) của động cơ làm việc trên đặc tính cơ 2 lớn hơn lượng sụt tốc trên động cơ 1 khi cùng một lượng gia tăng mô-men cản được áp dụng.
TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CỤM ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ BỘ NGUỒN ẮC QUY
Tính toán các thông số động học của ô tô điện tốc độ chậm
5.2.1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực: Đối với động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp mà ta vừa chọn như trên, đường đặc tính cơ của nó gần giống với đường đặc tính kéo lý tưởng của ô tô, đồng thời động cơ điện có thể đổi chiều quay dễ dàng nên chúng ta có thể thiết kế hệ thống truyền lực mà không cần hộp số như ở động cơ đốt trong Như vậy, hệ thống truyền lực của xe này được thiết kế theo sơ đồ sau:
Hình 5.4: Sơ đồ hệ thống truyền lực
Từ sơ đồ này, tỷ số truyền của hệ thống xác định theo công thức: iH = M / BX = nM / nBX
Vận tốc góc của động cơ điện được ký hiệu là M, với số vòng quay định mức nM là 3000 vòng/phút Để xác định số vòng quay cần thiết lớn nhất của bánh xe, ký hiệu là nBX, ta sử dụng công thức: nBX = 60 {vmax / (2 rBX)} Áp dụng vào trường hợp cụ thể với vmax = 13,9 m/s và bán kính bánh xe rBX = 0,2 m, ta tính được nBX = 664 vòng/phút.
Thay các giá trị có được vào công thức (1) ta được: iH = 3000 / 664 = 4,52
Chọn tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực là iH = 4,5
5.2.2 Xác định vận tốc lớn nhất của xe: Ở bước tính sơ bộ ta chọn vận tốc lớn nhất của xe là 50 (Km/h) Sau khi xác định được công suất của động cơ điện và khối lượng tổng cộng của xe ta tính lại vận tốc cực đại vmax của xe Vận tốc cực đại của xe đạt được khi xe chạy trên đường bằng phẳng, khi đó ta bỏ qua lực cản lên dốc và lực quán tính Lực cản lên ô tô lúc này chỉ còn là lực cản lăn và lực cản gió
Hộp giảm tốc Động cơ điện
Hệ số cản lăn thay đổi theo vận tốc, nhưng ở tốc độ 50 km/h, sự thay đổi này không đáng kể và có thể coi là hằng số Công suất động cơ điện đạt cực đại tại vòng quay định mức, và vận tốc xe tối đa đạt được khi động cơ phát ra công suất cực đại mà không vượt quá lực bám của bánh xe Nếu lực bám đủ lớn, vận tốc cực đại của xe có thể được xác định theo một công thức nhất định.
(3000 0,9) / vmax = 4600 0,021 + 0,2 1,6 (v max ) 2 Giải phương trình ta được: v max = 15,5 (m/s) = 56 (km/h)
Ta có thể kiểm tra điều kiện lực bám theo bất đẳng thức:
(PMmax ) / vmax < G ; với là hệ số bám, chọn = 0,7
Như vậy, điều kiện lực bám đạt yêu cầu và vận tốc cực đại của ô tô là: 56 (km/h)
5.2.3 Khả năng leo dốc của ô tô - độ dốc cực đại: Độ dốc cực đại được xác định theo hai trường hợp là lực cản cân bằng với lực bám và lực cản cân bằng với lực kéo cực đại của động cơ điện (ứng với mô men kéo cực đại) Sau đó so sánh và chọn giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị tìm được Theo điều kiện lực bám ta có:
tg = 0,68 = 34,23 0 Theo điều kiện không trượt trơn của lực bám, ô tô có thể leo lên được độ dốc tối đa có góc bằng 34 0 hay độ dốc 68%
Theo điều kiện lực kéo cực đại của ô tô ta có:
(MMmax iH ) / rBX = G f cos + G sin
Với mô men cực đại của động cơ điện là MMmax = 30 Nm, tỷ số truyền của hệ thống truyền lực là iH = 4,5, bán kính bánh xe là rBX = 0,2 m và hiệu suất của hệ thống truyền lực là η = 0,95, ta có thể thay các giá trị này vào biểu thức để tính toán các thông số cần thiết.
Bảng 5.1: Tổng hợp các thông số động học của ô tô
Thông số Đơn vị đo Giá trị
Vận tốc cực đại của xe Km/h 56 Độ dốc cực đại xe có thể vượt qua % 12
THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN TRUYỀN ĐỘNG CƠ KHÍ
Thiết kế trục, gối đở, vỏ cầu và bôi trơn
6.3.1 Thiết kế trục sơ cấp: a Chọn vật liệu:
Vật liệu chế tạo trục được sử dụng là thép 45, được tôi luyện với độ cứng HB từ 230 đến 260 Thép này có giới hạn bền đạt 850 MPa và giới hạn chảy U0 MPa Đối với ứng suất xoắn, giá trị là 20 MPa, trong khi ứng suất uốn là 70 MPa.
-1= 0,58 -1= 214,95 MPa b Xác định sơ bộ đường kính trục: d1 ≥ 3 1
20 = 19,6 mm chọn d1= 20 mm b01= 15 mm c Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực:
Dựa vào kích thước bộ vi sai đã chọn, cần xác định khoảng cách giữa các gối đỡ để lắp đặt bộ vi sai và trục sơ cấp trong vỏ hộp cầu chủ động Các khoảng cách sơ bộ được chọn là: l11 = 161 mm, l13 = 118 mm, và lc12 = 68 mm Tiếp theo, cần tính toán đường kính các đoạn trục.
Lực của nối trục tác dụng lên trục:
Fnối trục = 0,3.2.T1/D = 0,3.2.30000/68= 264,7 N Với D = 68 mm: là đường kính vòng tròn qua tâm các chốt của nối trục vòng đàn hồi
M1 = Fa1.d1/2 = 321,1.47,5/2 = 7626,1 N.mm Trong mp yoz
RAy = FR - RBy = 300,6 N Trong mp xoz
Từ các phản lực ta vẽ sơ đồ nội lực của trục như hình sau:
Hình 6.5: Sơ đồi nội lực Áp dụng công thức 10.16 ta tính Mtdj tại các tiết diện:
Thay số vào ta tính được:
Từ bảng 10.5 [2] chọn [] = 67 MPa dC ≥ 3 11
= 15,7 mm Để lắp ghép với động cơ điện ta chọn: dD = 22 mm, dA = dB = 25 mm, dC = 28 mm e Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:
Thép 45 tôi cải thiện có b = 850 MPa, giới hạn chảy ch U0 MPa Ứng suất xoắn : [] = 20 MPa Ứng suất uốn: [] = 70 MPa
Bảng 6.1: Số liệu trục sơ cấp
Thông số Đường kính mm
Then Mô men chống uốn W
Mô men cản xoắn Wo bxh t1
Xác định các hệ số Kζdj và K ηdj đối với các tiết diện nguy hiểm theo công thức 10.25 [2] và
Kx = 1,10 – hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt do tiện đạt độ nhẵn Ra 2,5…0,63
Ky = 1 – hệ số tăng bền bề mặt do không dùng phương pháp tăng bền bề mặt
Với trục có rãnh then được cắt bằng dao phay ngón và làm từ thép 45, ta có ζb ≥ 850 Sau khi tra bảng 10.12 [2] và nội suy, ta xác định được Kζ = 2,07 và Kη = 1,97 Tiếp theo, tra bảng 10.10 [2] để tìm các hệ số kích thước εζ và εη tương ứng với các tiết diện nguy hiểm, từ đó tính toán được các tỉ số Kζ/εζ.
Khi phân tích các tiết diện có rãnh then, dựa vào bảng 10.11, với kiểu lắp đã chọn và giá trị ζb = 850 MPa, ta tiến hành nội suy để xác định các tỷ số Kζ/εζ và Kη/εη do lắp căng Dựa trên kết quả này, chọn giá trị lớn nhất trong hai tỷ số Kζ/εζ để tính Kζd và giá trị lớn nhất của Kη/εη để tính Kηd.
Vì các trục đều quay, ứng suất uốn thay đổi theo chu kì đối xứng nên theo công thức 10.22[2]: ζmj = 0 ; ζaj = ζmaxj = Mj/Wj
Vì các trục quay 2 chiều, ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì đối xứng theo công thức 10.24[2]: ηmj =0 ; ηaj = Tj/(Woj)
Tính hệ số an toàn chỉ xét riêng cho ứng suất pháp và ứng suất tiếp theo các công thức 10.20
Hệ số an toàn tại các tiết điện nguy hiểm: s 2
Bảng 6.2: Kiểm nghiệm hệ số an toàn s: d
Chọn hệ số an toàn cho phép [s] = 2,5
Qua bảng tính toán trên ta thấy sj [s] nên tại các tiết diện trục đảm bảo an toàn bền mỏi f Tính kiểm nghiệm độ bền của then:
Với các tiết diện trục dùng mối ghép then cần tiến hành kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dập theo 9.1[2] : d = 2T/[dlt(h – t1)] [d] và theo 9.2[2] độ bền cắt: c = 2T/(dltb) [c]
Kết quả tính toán như sau, với lt = ( 0,8 ÷ 0,9 )lm
Bảng 6.3: Kiểm nghiệm độ bền then d (mm) lt (mm) bh t1(mm) T (Nmm) d (MPa) c (MPa)
Theo bảng 9.5 [2] , với tải trọng va đập [d] = 50 MPa; [c] = 27 MPa Vậy tất cả các mối ghép then đều đảm bảo độ bền dập và độ bền cắt
Ta tiến hành chọn ổ lăn với các số liệu sau: Đường kính ngõng trục: 25mm, Số vòng quay:
3000 vòng/ph, thời gian làm việc: 6000 h a Tính phản lực tại ổ lăn:
Hình 6.6: sơ đồ đặt lực của trục sơ cấp
Lực tác dụng lên các ổ : FrA = R Ax 2 R Ay 2 = 881,1 N
Ta thấy lực dọc trục và lực hướng tâm tác dụng lên ổ có tỉ lệ lớn nên chọn ổ bi đỡ chặn
Chọn ổ bi đỡ chặn: Với d = 20 mm chọn sơ bộ ổ bi đỡ chặn cỡ trung hẹp 46305 có C = 21,1
Lực dọc trục tác dụng vào ổ thứ i :
Vì FSA FSB và Fa > 0 nên FaA = FSA = 282 N
Ta tính được tải trọng tác dụng lên các ổ theo 11.4 [2]:
Ta thấy rõ ràng là ổ A chịu lực lớn hơn do đó ta sẽ tính ổ theo QA = 1057 N
Theo khả năng tải động của ổ, ta có:
Li = 60.n.10 -6 Lh = 1080 (triệu vòng quay)
Với m =3: khi dùng ổ bi đỡ chặn
Như vậy ổ đã chọn đảm bảo khả năng tải động c Kiểm nghiệm theo khả năng tải tĩnh:
Theo bảng 11.6[2] ta có các hệ số : X0 = 0,5 ; Y0 = 0,47
Qt là giá trị lớn nhất trong hai giá trị sau :
Do Qt1