TỔNG QUAN Ô TÔ THIẾT KẾ
Yêu cầu làm việc
- Trọng lượng chuyên chở, G0 (kG)
- Tốc độ lớn nhất, ứng với loại đường, Vmax (km/h)
Chủng loại ô tô theo tiêu chuẩn Việt Nam
Có kết cấu và trang bị chủ yếu dùng để chở người, hành lý mang theo và/hoặc hàng hóa Tổng số chỗ ngồi bao gồm cả chỗ người điều khiển không nhiều hơn 9 (hình 1.1.a).
Hình 1.1.a Sơ đồ kích thước xe con Ô tô con cũng có thể kéo theo một rơ moóc.
Có kết cấu và trang bị dùng để chở người và hành lý mang theo, có số chỗ ngồi bao gồm cả chỗ người điều khiển 10 trở lên (hình 1.1.b).
Hình 1.1.b Sơ đồ kích thước xe khách Ô tô khách có thể có 1 hoặc 2 tầng và cũng có thể kéo theo rơ moóc
1.2.3 Ô tô tải Ô tô tải bao gồm: ô tô chở hàng hóa (hình 1.1.b); ô tô chở hàng chuyên dùng; ô tô kéo rơ moóc; ô tô đầu kéo …
Hình 1.1.c Sơ đồ kích thước xe tải
G - trọng tâm xe khi chất đầy tải;
L 0 - chiều dài cơ sở xe, mm; a - khoảng cách từ trục trước đến trọng tâm G, mm; b - khoảng cách từ trục sau đến trọng tâm G, mm.
L - chiều dài tổng thể xe, mm;
W 0 - chiều rộng cơ sở xe, mm
H - chiều cao tổng thể xe, mm.
Nguồn cung cấp công suất
1.3.1 Khái quát Động cơ lắp trên ô tô là thiết bị chuyển hóa dạng năng lượng nào đó thành động năng làm quay trục động cơ (hình 1.2).
Hình 1.2 Các loại động cơ a Động cơ đốt trong; b Động cơ điện; c Động cơ diesel
Hiện nay, động cơ lắp trên ô tô bao gồm: động cơ đốt trong, động cơ điện, động cơ Hybrid.
+ Động cơ đốt trong, sử dụng nhiên liệu được đốt cháy bên trong buồng đốt, nếu nhiên liệu là:
- Xăng, gọi là động cơ xăng;
- Diesel, gọi là động cơ diesel;
- Khí đốt, gọi là động cơ khí đốt. Động cơ đốt trong có thể là động cơ 2 hay 4 kỳ
+ Động cơ điện, dùng năng lượng điện để hoạt động;
+ Động cơ Hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện.
1.3.2 Đường đặc tính tốc độ động cơ đốt trong a Khái niệm Để xác định mô men hay lực kéo của động cơ đốt trong tác dụng lên các bánh xe chủ động cần phải nghiên cứu đường đặc tính tốc độ của nó Đường đặc tính tốc độ động cơ đốt trong là đường chỉ sự phụ thuộc của công suất có ích N e , mômen xoắn có ích M e , tiêu hao nhiên liệu trong một giờ G T và suất tiêu hao nhiên liệu g e theo số vòng quay n e hoặc vận tốc góc ω của trục khuỷu.
Có hai loại đường đặc tính tốc của động cơ:
- Đường đặc tính tốc độ cục bộ;
- Đường đặc tính tốc độ ngoài hay đường đặc tính ngoài của động cơ Đường đặc tính ngoài của động cơ được xây dựng ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là mở hoàn toàn cánh bướm ga đối với động cơ xăng sử dụng Carburetor hoặc đặt thanh răng của bơm cao áp với chế độ cấp nhiên liệu hoàn toàn đối với động cơ diesel; Đường đặc tính cục bộ là khi cánh bướm ga hoặc thanh răng đặt ở vị trí trung gian. b Các điểm đặc trưng theo số vòng quay ne của trục khuỷu động cơ
Đường đặc tính động cơ đốt trong loại piston được xây dựng dựa trên số vòng quay trục khuỷu (n) trong một đơn vị thời gian Đường đặc tính này bao gồm các điểm đặc trưng: nmin (số vòng quay trục khuỷu nhỏ nhất khi động cơ làm việc ổn định ở chế độ toàn tải), nM (số vòng quay tương ứng với mô men động cơ lớn nhất), nN (số vòng quay tương ứng với công suất lớn nhất), nmax (số vòng quay lớn nhất của trục khuỷu).
Hình 1.3 Đường đặc tính ngoài động cơ đốt trong loại piston a Động cơ xăng - không hạn chế vòng quay; b Động cơ xăng - có hạn số vòng quay; c Động cơ Diesel Đơn vị thường dùng của tốc độ quay là vòng/phút , viết tắt là [vg/ph] hoặc [rpm].
Số vòng quay lớn nhất của trục khuỷu động cơ, đối với:
- Động cơ xăng, sử dụng carburetor không có bộ phận hạn chế số vòng quay thường dùng trên xe con, đôi khi dùng trên xe khách Số vòng quay lớn nhất (n max ) giới hạn ở số vòng quay vượt quá số vòng quay tương ứng với công suất lớn nhất;
- Động cơ diesel dùng trên xe tải, khách và ngày nay dùng cả trên xe con Loại này được trang bị bộ điều tốc hai hoặc nhiều chế độ, phần lớn làm việc với công suất gần cực đại, máy điều chỉnh sao cho giá trị số vòng quay tương ứng không vượt quá số vòng quay ứng với công suất lớn nhất Công suất động cơ làm việc khi có bộ điều tốc là công suất định mức N n (hình 1.3c), mô men xoắn ứng với công suất định mức (N n ) gọi là mômen xoắn định mức M n , tương ứng với số vòng quay n n
Theo thực nghiệm, tùy từng loại nhiên liệu sử dụng cho động cơ và mối quan giữa n max và n N bằng tỷ số λ = n max /n N mà có các khoảng giá trị của các điểm đặc trưng trên đường đặc tính theo số vòng quay trục khuỷu (n e ) động cơ được thể hiện trong bảng1.1
Bảng 1.1 Các khoảng giá trị số vòng quay ứng với động cơ sử dụng nhiên liệu
BỘ HẠN CHẾ SỐ VÒNG QUAY
LIÊN QUAN ĐẾN SỐ VÒNG QUAY ĐCĐT
Không Có n min (vg/ph) n max (vg/ph) λ n max/n N
Diesel 500 ÷ 600 2000 ÷ 2600 0.8 ÷ 0.9 c Các điểm đặc trưng theo công suất và mô men xoắn
Khi không có đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ bằng thực nghiệm, có thể xây dựng chúng bằng công thức thực nghiệm S.R.Laydecman như sau:
N e , n e – công suất của động cơ và số vòng quay tương ứng của trục khuỷu động cơ ở một điểm bất kỳ trên đường đặc tính ngoài;
N emax , n eN – công suất cực đại của động cơ và số vòng quay tương ứng của trục khuỷu động cơ trên đường đặc tính ngoài; a, b, c – các hệ số thực nghiệm của động cơ phụ thuộc vào nhiên liệu sử dụng, số kỳ, và kết cấu buồng đốt Theo thực nghiệm, giá trị các hệ số trong bảng 1.2.
Bảng 1.2 Giá trị các hệ số thực nghiệm của ĐCĐT
Sử dụng nhiên liệu Kỳ Buồng cháy Các hệ số thực nghiệm a B c
Diesel 4 Trực 琀椀ếp 0.5 1.5 1
Hệ thống truyền lực
Hình 1.4 Các cách bố trí hệ thống truyền lực trên ô tô 1.4.2 Các cụm tổng thành
1.4.2.1 Ly hợp ô tô a Công dụng
Là một cơ cấu được dùng để nối hoặc ngắt truyền động từ động cơ đến hộp số của ô tô trong những trường hợp cần thiết.
Bảo đảm là cơ cấu an toàn cho các chi tiết của hệ thống truyền lực khi gặp quá tải như trong trường hợp phanh đột ngột mà không nhả ly hợp. b Phân loại ly hợp ô tô b.1 Theo phương pháp truyền mômen xoắn
Theo phương pháp truyền mômen từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thống truyền lực người ta chia ly hợp thành các loại sau:
Ly hợp ma sát: đây là loại ly hợp được sử dụng phổ biến trên ô tô hiện nay.
Cấu tạo ly hợp ma sát gồm các chi tiết chính như đĩa ma sát, đĩa ép, vỏ, lò xo, Nguyên lý hoạt động dựa trên lực ma sát phát sinh khi các đĩa ma sát ép vào bề mặt bánh đà, giúp truyền mô men xoắn từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số, đảm bảo quá trình truyền động được ổn định.
Ly hợp thủy lực: truyền năng lượng bằng chất lỏng.
Ly hợp liên hợp: thường kết hợp 2 trong các loại trên: phổ biến ly hợp thủy lực kết hợp ly hợp ma sát.
Bộ ly hợp điện từ cũng là một dạng của ly hợp ma sát, tuy nhiên nó sử dụng lực điện từ từ cuộn dây để kéo phần ứng ma sát ép vào rôto nhằm truyền mômen Ứng dụng của ly hợp điện từ chủ yếu là để điều khiển máy nén điều hòa, quạt tản nhiệt, phanh điện từ.
Theo trạng thái làm việc của ly hợp, thường chia ly hợp ra thành 2 loại sau:
- Ly hợp thường mở. b.3 Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép
Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép, chia ra các loại ly hợp sau:
Loại lò xo (lò xo đặt xung quanh, lò xo trung tâm, lò xo màng): loại này được sử dụng phổ biến nhất trên ô tô hiện nay Ly hợp sử dụng lò xo để ép lên đĩa ma sát để nó ép vào mặt bích bánh đà Tạo lực ma sát gắn kết để truyền mô men từ động cơ đến trục sơ cấp hộp số Đây cũng chính là loại ly hợp ma sát.
Loại nửa ly tâm: Lực ép sinh ra ngoài lực ép của lò xo còn có lực ly tâm của trọng khối phụ ép thêm vào
Loại ly tâm: Ly hợp ly tâm sử dụng lực ly tâm để tạo lực ép đóng và mở ly hợp. b.4 Theo phương pháp dẫn động ly hợp
Theo phương pháp dẫn động ly hợp, chia ly hợp ra thành các loại sau:
Hệ thống ly hợp dẫn động cơ khí sử dụng đòn bẩy hoặc cáp để điều khiển quá trình kết nối và ngắt ly hợp Đây là hệ thống ít phổ biến hơn hệ thống dẫn động thủy lực trên xe ô tô hiện nay, nhưng vẫn được sử dụng rộng rãi trong xe mô tô côn tay.
Ly hợp dẫn động thủy lực là phương pháp phổ biến hiện nay trên ô tô, sử dụng hệ thống bao gồm xilanh chính, xilanh cắt ly hợp và đường ống dẫn chất lỏng.
Ly hợp dẫn động có cường hóa:
+ Ly hợp dẫn động cơ khí cường hóa khí nén;
+ Ly hợp dẫn động thủy lực cường hóa khí nén.
- Dùng để thay đổi tỷ số truyền nhằm thay đổi mô men xoắn ở các bánh xe chủ động của xe Đồng thời, làm thay đổi tốc độ chạy xe phù hợp với sức cản bên ngoài.
- Thay đổi chiều chuyển động của xe (tiền và lùi)
- Tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong khoảng thời gian tùy ý mà không cần tắt động cơ và ngắt ly hợp.
- Dẫn động lực học ra ngoài cho các bộ phận công tác của xe chuyên dùng. b Phân loại b.1 Phân theo cấp số, hộp số trên ô tô có 2 loại:
- Truyền vô cấp – CVT. b.2 Phân theo cách điều khiển cho hộp số, có:
- Điều khiển bằng tay - MT;
- Tự động điều khiển - AT;
- Bán tự động. b.3 Phân theo sử dụng ly hợp, có:
- Biến mô thủy lực. c Ưu và nhược điểm c.1 Hộp số điều khiển bằng tay – Manual Tranmission Ưu điểm
- Thường tiết kiệm nhiên liệu hơn hộp số tự động hay hộp số vô cấp CVT.
- Giá thành rẻ hơn so với các loại hộp số khác.
- Việc bảo trì, bảo dưỡng thường dễ dàng và ít tốn kém chi phí hơn.
- Giúp người điều khiển kiểm soát xe tốt hơn trong nhiều tình huống.
- Việc phải sử dụng nhiều thao tác để điều khiển ly hợp, số hợp lý giúp người điều khiển tập trung hơn.
- Mang lại cảm giác điều khiển chân thật và thú vị hơn.
- Việc điều khiển và xử lý tình huống với hộp số điều khiển bằng tay là khó hơn so với xe số tự động Bên cạnh đó, những “tay lái yếu” có thể cảm thấy căng thẳng khi vừa phải tập trung quan sát đường đi, vừa phải thực hiện khá nhiều thao tác của hộp số điều khiển bằng tay.
- Gây bất tiện và khó chịu trong trường hợp kẹt xe, tắc đường vì người điều khiển sẽ phải thường xuyên thực hiện các thao tác với hộp số, đặc biệt là “rà ly hợp” để giữ cho xe không tắt máy khi đường đông.
- Việc phải liên tục làm việc với bàn đạp ly hợp (chân ly hợp) có thể sẽ khiến chân người điều khiển bị đau nhức, nhất là sau một hành trình dài Với những người lớn tuổi hoặc có vấn đề về xương khớp ở chân thì vấn đề này sẽ càng trở nên nghiêm trọng hơn. c.2 Hộp số tự động điều khiển – Automatic Tranmission Ưu điểm
Do hộp số tự động hoạt động theo cơ chế tự động, người lái xe sẽ cảm thấy dễ dàng và thoải mái hơn khi điều khiển xe, đặc biệt là những người mới lái xe hoặc thiếu kinh nghiệm.
- Hộp số tự động còn tỏ ra rất hữu dụng khi điều khiển xe trong khu vực thành thị đông đúc Không như ở hộp số điều khiển bằng tay, người điều khiển phải cực kỳ tập trung và mệt mỏi khi điều khiển để giữ xe không tắt máy ở tốc độ thấp, với hộp số tự động, người điều khiển hoàn toàn thoải mái và tự tin trong việc điều khiển.
- Độ tiêu hao nhiên liệu lớn hơn so với hộp số điều khiển bằng tay truyền thống do sự hao hụt công suất ở biến mô thủy lực.
- Chi phí bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế khá cao do cấu tạo phức tạp của hệ thống. c.3 Hộp số tự động vô cấp (CVT – Continuous Variable Tranmission) Ưu điểm
- Giữ lại được khả năng điều khiển nhẹ nhàng, thoải mái của một hộp số tự động.
- Khả năng tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn so với hộp số tự động có cấp truyền thống.
- Cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ và khối lượng nhẹ hơn so với hộp số tự động có cấp.
- Quá trình vận hành mượt mà và chính xác do người điều khiển không cảm nhận được quá trình sang số thông thường (vòng tua lên cao rồi giảm xuống) như ở các loại hộp số khác.
- Tiếng ồn khi tăng tốc cũng như khi chạy ở tua máy cao là một trong những nhược điểm cố hữu của CVT, dù hộp số có trang bị chế độ giả lập cấp số hay không.
Dầm cầu
Dầm cầu là dầm liên kết giữa 2 bánh xe trên một trục b Phân loại
Theo kết cấu, dầm cầu có 2 dạng: liền và ghép
Theo công dụng, có các loại sau:
- Dầm cầu chủ động và dầm cầu bị động
- Dầm cầu dẫn hướng và dầm cầu không dẫn hướng.
Trên xe ô tô, trục dẫn hướng (thường nằm ở phía trước) có thể đi kèm với trục trung gian, trong khi trục không dẫn hướng (nằm ở phía sau) cũng có thể có thêm trục trung gian Chức năng chính của trục cầu là:
- Đỡ trọng lượng của 2 hệ thống treo trên một trục dầm cầu và phần trọng lượng được treo của xe;
- Nếu là dầm cầu liền, chủ động thì có thêm công dụng là vỏ bao bọc bảo vệ các chi tiết của cụm truyền lực chính, vi sai, các bán trục truyền đến các bánh xe.
Hệ thống treo
Hệ thống treo là bộ phận kết nối khung hoặc thân xe với dầm cầu, giúp ô tô chuyển động êm dịu và mượt mà những lúc di chuyển trên đoạn đường không bằng phẳng Nó còn có tác dụng truyền các lực và mômen ở bánh xe lên sườn và khung thân xe.
Hệ thống treo cho 2 bánh xe trên:
- Dầm cầu liền, gọi là hệ thống treo phụ thuộc (dependent suspension);
- Dầm cầu ghép, gọi là hệ thống treo độc lập (independent suspension).
1.6.3 Bộ phận chính hệ thống treo
Có 3 bộ phận chính thuộc hệ thống treo, bao gồm: giữ hướng; đàn hồi; giảm chấn. a Bộ phận giữ hướng
+ Đối với dầm cầu liền
Bộ phận giữ hướng có các loại:
- Nhịp đặt dọc theo xe
+ Đối với dầm cầu ghép
Bộ phận giữ hướng có các loại:
- 1 đòn chữa A (ngang; dọc; xiên)
- 2 đòn chữa A (trên, dưới): bằng nhau, không bằng nhau; Macpherson
- Nến b Bộ phận đàn hồi
Bộ phận đàn hồi, được:
+ Chế tạo từ vật liệu kim loại, có các loại:
- Lò xo lá hay nhíp;
+ Chế tạo từ vật liệu phi kim loại, có các loại:
- Cao su c Bộ phận giảm chấn
Có 2 loại giảm chấn: 1 ống; 2 ống
Ngoài ra, 2 hệ thống treo thuộc trên một dầm cầu thường có thêm thanh cân bằng
Điều khiển hướng
Nếu là dầm cầu dẫn hướng thì trên dầm cầu có cam xoay, nó là cơ cấu vừa liên kết với bánh xe dẫn hướng, vừa liên kết với trục trụ đứng của dầm cầu Đường tâm của trụ đứng sẽ tạo ra góc KingPin và Caster có ảnh hưởng đến tính ổn định của xe
1.7.2 Hệ thống lái ô tô a Công dụng
Giúp ô tô chuyển hướng theo ý muốn của người điều khiển và bảo đảm tâm quay vòng của các bánh xe tuân thủ theo đúng động học quay vòng ô tô để hạn chế hiện tượng mòn bánh xe khi quay vòng. b Động học lái cơ bản
Có 2 loại động học lái cơ bản được sử dụng trên các xe cơ giới hiện nay đó là động học lái kiểu bàn xoay và động học lái kiểu Ackerman.
Động học lái cơ bản dạng bàn xoay cho phép đánh lái thông qua cơ cấu trục cứng quay, thường là cầu trước Việc quay được truyền động thông qua chốt hoặc giàn xoay.
- Khi đánh lái tối đa, xu hướng xe bị lật nghiêng tăng lên Do đó làm mất ổn định;
- Bán kính vòng quay nhỏ do góc đánh lái lớn, nên có khả năng quay vòng ở chỗ hẹp rất tốt.
Chính vì thế, động học lái kiểu bàn xoay có tính ổn định không cao, nên kiểu này chỉ phù hợp cho các xe cơ giới có tốc độ di chuyển chậm và thường thấy các xe công trình, hay xe siêu trường, siêu trọng. b.2 Động học lái kiểu Ackerman
Loại nay rất khác với động học lái kiểu bàn xoay, khi tất cả bánh xe được dẫn hướng tự quay quanh trục của nó, đường tâm của trục này được gọi là đường tâm trục đứng (Kingpin) được hình thành qua đường nối 2 điểm khớp quay trên và dưới của hệ thống treo bánh xe hay qua đường nối dài của chốt chính đùm gá bánh xe. Động học lái Ackerman được sử dụng cho tất cả loại xe cơ giới 2 vệt bánh xe Do khi điều khiển hướng xe, hình chiếu bằng của xe hầu như không thay đổi Việc này rất quan trọng khi mà không gian bố trí hệ thống lái trên ô tô quá chật hẹp.
Chính vì thế, đối với ô tô con, chỉ cần tìm hiểu động học lái Ackerman là đủ Đây là động học lái chính trên hầu hết tất cả các xe được sử dụng trên thị trường ô tô hiện nay.
Trong mỗi bánh xe sẽ có tâm quay riêng trong động học lái Ackerman Nhưng, động học lái Ackerman có 1 nguyên tắc là các bánh xe khi làm nhiệm vụ dẫn hướng sao cho đường nối dài của tâm trụ bánh xe lăn trong và ngoài gặp nhau trên đường nối dài đường tâm các bánh xe dầm cầu sau lăn và sẽ phải chạy trên các đường tròn đồng tâm.
Trong hầu hết các cơ cấu động học lái thì chỉ có cơ cấu động học hình thanh lái cung cấp được việc đánh lái cho ra sự khác nhau ở góc đánh lái của 2 bánh xe dẫn hướng
Hình 1.6 Động học hình thang lái c Thành phần chính của hệ thống lái
Hệ thống lái ô tô gồm: hệ thống lái cơ bản và hỗ trợ a Hệ thống lái cơ bản
Gồm: dẫn động lái, cơ cấu lái a.1 Dẫn động lái
Dẫn động lái có công dụng chính là các chi tiết được truyền chuyển động của người điều khiển đến hệ thống lái để hệ thống lái thay đổi hướng chuyển động của ô tô đồng thời nhận dao động chuyển động từ mặt đường tạo cảm giác cho người điều khiển Bên cạnh đó, dẫn động lái phải bảo đảm an toàn cho người điều khiển lái khi có va chạm xảy ra (làm gãy trục lái, túi khí,… nhưng đây là nhiệm vụ phụ) Các chi tiết chính của dẫn động lái gồm có: vành tay lái, trụ lái, …
- Vành tay lái: còn gọi là vô lăng, có công dụng là tiếp nhận mô men xoay của người điều khiển và truyền lực cho trục lái Ngoài công dụng trên, vành tay lái còn có thể bố trí một số bộ phận bắt buộc khác như còi, công tắc tổng hợp… hoặc túi khí.
- Trục lái: dùng để truyền mô men quay từ vành tay lái đến cơ cấu
- Hình thang lái: dùng để truyền chuyển động được điều khiển từ cơ cấu lái đến cam xoay dẫn hướng bánh xe; bảo đảm mối quan hệ cần thiết về góc quay của các bánh xe dẫn hướng có động học đúng khi thực hiện quay vòng
Cơ cấu hình thang lái gồm có các thanh dẫn động và các khớp liên kết Vị trí bố trí của chúng phụ thuộc vào cấu trúc khung gầm của từng loại xe.
Có công dụng điều khiển các đòn xoay trong cơ cấu hình thang lái bảo đảm chuyển động theo đúng động học lái Ackerman
Cơ cấu lái thường sử dụng nhiều loại khác nhau như trục vít – cung răng, trục vít – con lăn, trục Vis – thanh răng và liên hợp (trụcvít – ê cu – đòn quay hoặc trục vít – êcu - thanh răng – cung răng) Hệ thống lái này có vai trò hỗ trợ cho quá trình đánh lái và điều khiển hướng của xe ô tô.
Hỗ trợ cho hệ thống lái có thể có một trong những hệ thống sau:
+ Trợ lực thủy lực – HPS;
+ Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện – EPHS;
+ Hệ thống lái trợ lực điện – EPS;
+ Hệ thống lái chủ động – AFS;
+ Hệ thống lái Steer by wire;
+ Hệ thống lái tự động.
Hệ thống phanh
1.8.1 Công dụng, các loại phanh trên một ô tô và vị trí a Công dụng
Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ, dừng chuyển động, hoặc giữ cho ô tô đứng yên trên dốc. b Các loại phanh trên một ô tô và vị trí
Trên một ô tô có 2 loại phanh:
- Phanh tay hay còn gọi là phanh phụ, có vị trí từ cần phanh tay đến cơ cấu phanh đặt trên trục thứ cấp hộp số (xe tải hoặc xe buýt) hoặc cơ cấu phanh tại các bánh xe phía sau
- Phanh chân hay còn gọi là phanh chính, có vị trí từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh đặt tại các bánh xe
1.8.2 Thành phần chính của hệ thống phanh
Hệ thống phanh ô tô gồm: hệ thống phanh cơ bản và hệ thống hỗ trợ a Hệ thống phanh cơ bản
Bao gồm: bàn đạp phanh, dẫn động phanh, cơ cấu phanh
- Dẫn động phanh ô tô có các loại sau: cơ khí; chất lỏng; khí nén
- Cơ cấu phanh ô tô có các loại: tang trống (sử dụng dãi phanh hoặc guốc phanh); đĩa phanh (sử dụng giá cố định hoặc di động) b Hệ thống phanh liên kết Đó là sự liên kết giữa khí nén và chất lỏng Đó là, dẫn động phanh của hệ thống phanh chất lỏng được tác động bởi khí nén; c Hỗ trợ cho hệ thống phanh cơ bản
+ Trợ lực phanh cho hệ thống phanh dẫn động bằng chất lỏng
- Hệ thống chân không, được điều khiển bằng đòn đẩy hoặc bằng chất lỏng;
- Hệ thống khí nén được điều khiển bằng chất lỏng.
+ Chống hãm cứng khi phanh bánh xe.
THIẾT KẾ Ô TÔ TẢI
Yêu cầu làm việc
- Trọng lượng chuyên chở, Ge = 9195 kG
- Số người tham gia, nh = 3 người
(tính cho cả người điều khiển và hành khách)
- Tốc độ lớn nhất Vmax = 90 km/h Ứng với loại đường: Bê tong nhựa và bê tông xi măng.
Chọn xe mẫu
a Tốc độ xe: VMmax = 90 km/h b Trọng lượng ô tô b.1 Trọng lượng bản thân
Trọng lượng bản thân, hay tự trọng, hoặc trọng lượng không tải:
GM0 = 5925 kG Được phân bố lên:
- Phía trục trước, GM01 = 1777.5 kG;
- Phía trục sau, GM02 = 4147.5 kG; b.2 Trọng lượng toàn bộ khi đủ tải
Trọng lượng toàn bộ khi đủ tải:
GMa = 15120 kG Được phân bố lên:
- Phía trục trước, GMa1 = 4536 kG;
- Phía trục sau, GMa2 = 10548 kG; b.3 Trọng lượng người tham gia
Số lượng người tham gia kể cả người điều khiển: n = 3 người Trọng lượng tung bình 1 người:
Gh = (65 ÷ 80) kG; chọn, Gh = 75 kG
Trọng lượng người tham gia:
Ge1 = n.Gh = 225 kG b.4 Trọng lượng hàng hóa
Trọng lượng hữu ích: Ge = Ga - G0 = 9195 kG
Trọng lượng hàng hóa: Ge2 = Ge - Ge1 = 8970 kG c kích thước
Chiều rộng tổng thể xe, W = 2500 mm;
Chiều cao tổng thể xe, H = 3600 mm;
Chiều dài tổng thể xe, L = 9370 mm;
Chiều dài cơ sở xe, L0 = 6100 mm;
Chiều rộng cơ sở xe, W0 = 2460 mm;
Khoảng cách 2 đường tâm trụ đứng
Chọn sơ bộ
2.3.1 Nguồn cung cấp công suất
+ Xe theo yêu cầu thiết kế là:ô tô tải
+ Nguồn cung cấp công suất là: động cơ đốt trong –ĐCĐT– 4 kỳ
+ Năng lượng chuyển hóa: nhiên liệu diesel
- Không có bộ phận hạn chế số vòng quay/có bộ phận hạn chế số vòng quay [tr 140/100];
- Buồng cháy trực tiếp/dự bị/xoáy lốc [tr 11/100].
+ Vị trí trên xe: theo chiều dài xe, động cơ đặt phía trước; nằm dọc.
+ Công suất và momen động cơ truyền đến bánh xe chủ động dầm cầu xa. Động cơ được bố trí theo sơ đồ hình 2.1
Hình 2.1 Sơ đồ vị trí động cơ và cầu chủ động 2.3.2 Thân khung và sườn xe
Chọn: Thân khung và sườn xe liền cho xe thiết kế (hình 2.2) [9]
Hình 2.2 Thân khung và sườn xe liền 2.3.3 Hệ thống truyền lực
2.3.3.1 Đường truyền công suất ô tô
Sơ đồ hình 2.3 thể hiện truyền công suất và momen ô tô, đã chọn.
Hình 2.3 Sơ đồ đường truyền công suất và momen ô tô
1 Ly hợp: dùng để truyền hoặc ngắt đường truyền công suất từ động cơ đến hộp số;
2 Hộp số (2): dùng để biến đổi tỷ số truyền, nghĩa là biến đổi mô men xoắn từ động cơ đến các bánh chủ động;
3, 5 Trục truyền Cardan: dùng để truyền mô men từ hộp số đến cầu chủ động;
6, 7 Truyền lực chính (TLC) và vi sai (VS): dùng để thay đổi mô men quay một lần nữa (sau hộp số) để thích hợp với lực bám của đường và tạo điều kiện để xe quay vòng;
4 Bánh xe chủ động: thực hiện chuyển động quay để di chuyển xe, máy hay phương tiện trên đường bộ.
2.3.3.2 Các cụm tổng thành trong hệ thống truyền lực
Sẽ chọn từng cụm tổng thành dựa trên sơ đồ đã chọn (hình 2.3) a Ly hợp
- Sử dụng ly hợp ma sát lực ép đĩa ép bằng lò xo màng để truyền hay cắt dòng công suất, momen động cơ đến hộp số (hình 2.4)
Hình 2.4 Sơ đồ ly hợp ma sát
- Dẫn động ly hợp bằng chất lỏng; có khí nén được thể hiện trên hình 2.5.
Hình 2.5 Dẫn động ly hợp chất lỏng; có trợ khí nén. b Hộp số
- Điều khiển bằng tay với cơ cấu dẫn động điều khiển gài số loại trực tiếp/loại gián tiếp/tự động/bán tự động (hình 2.6)
Hình 2.6 Sơ đồ dẫn động điều khiển hộp số
Trong đó : 1 Trục càng số; 2 Càng số; 3.Khóa số; 4 Cần số; 5 Bánh răng trung gian.
- Sử dụng hộp số có cấp (hình 2.7)
Hình 2.7 Hộp số có cấp c Trục truyền động c.1 Trục cardan
Trục thép rỗng; khớp cardan chữ thập (+); (hình 2.8); số lượng khớp 3
Hình 2.8 Trục truyền động cardan rỗng c.2 Bán trục
Trục thép rỗng; loại trục giảm tải hoàn toàn (hình 2.9)
Hình 2.9 Sơ đồ bán trục d Truyền lực chính và vi sai
Truyền lực chính: sử dụng bộ truyền bánh răng côn – nón (hình 2.10);
Vi sai: sử dụng vi sai đối xứng, VS tăng ma sát dùng bộ côn nhiều đĩa (hình 2.11)
Hình 2.11 Vi sai 2.3.4 Dầm cầu
Chọn dầm cầu cho xe thiết kế a Dầm cầu phía trước
Dầm cầu phía trước chọn làm dầm cầu dẫn hướng xe; dạng dầm cầu liền ; chủ động (hình 2.12)
Hình 2.12 Dầm cầu phía trước b Dầm cầu phía sau
Dầm cầu phía sau là dầm cầu không dẫn hướng; dạng dầm cầu ghép; chủ động
Hình 2.13 Dầm cầu phía sau
2.3.5 Hệ thống treo a Tên gọi của hệ thống treo
Dầm cầu trước: hệ thống treo phụ thuộc.
Dầm cầu sau: hệ thống treo phụ thuộc. b Bộ phận giữ hướng của hệ thống treo
Dầm cầu trước: bộ phận giữ hướng của hệ thống treo loại nhíp bộ đặt dọc theo chiều dài xe hình 2.14)
Hình 2.14 Bộ phận giữ hướng hệ thống treo thuộc dầm cầu trước
Dầm cầu sau: bộ phận giữ hướng của hệ thống treo loại nhíp bộ đặt dọc theo chiều dài xe (hình 2.15)
Hình 2.15 Bộ phận giữ hướng hệ thống treo thuộc dầm cầu sau c Bộ phận đàn hồi của hệ thống treo
Dầm cầu trước: bộ phận đàn hồi của hệ thống treo thuộc dầm cầu trước chọn lò xo lá (nhíp) (hình 2.16)
Hình 2.16 Bộ phận đàn hồi hệ thống treo thuộc dầm cầu trước
Dầm cầu sau: bộ phận đàn hồi của hệ thống treo thuộc dầm cầu sau chọn loại lò xo lá (nhíp) (hình 2.17)
Hình 2.17 Bộ phận đàn hồi hệ thống treo thuộc dầm cầu sau d Bộ phận giảm chấn của hệ thống treo
Dầm cầu trước: bộ phận giảm chấn của hệ thống treo thuộc dầm cầu trước chọn loại 1 lớp vỏ xylanh/2 lớp vỏ xylanh (hình 2.18.a) a Loại 1;2 lốp vỏ xylanh dầm cầu trước b Loại 1;2 lốp vỏ xylanh dầm cầu sau
Hình 2.18 Bộ phận giảm chấn hệ thống treo Dầm cầu sau: bộ phận giảm chấn của hệ thống treo thuộc dầm cầu sau chọn loại 1 lớp vỏ xylanh/2 lớp vỏ xylanh (hình 2.18.b) e Thanh cân bằng của của 2 hệ thống treo trên một trục dầm cầu
Dầm cầu trước: có thanh cân bằng (hình 2.19)
Dầm cầu sau: không có thanh cân bằng
Hình 2.19 Thanh cân bằng liên kết 2 hệ thống treo trên 1 dầm cầu
Trong đó: 1 Thanh cân bang; 2 Cao su thanh cân bằng; 3 Rotuyn thanh cân bằng
2.3.5 Hệ thống lái a Vành tay lái và vị trí
Vành tay lái nằm ở gần đầu xe và lệch sang trái (hình 2.20)
Hình 2.20 Vị trí vành tay lái trên ô tô thiết kế b Trục lái
Trục lái điều chỉnh được (hình 2.21)
Hình 2.21 Vành tay lái trên ô tô thiết kế c Cơ cấu lái
Dùng cơ cấu lái kiểu trục vít - đai ốc bi hồi chuyển – cung răng
Hình 2.22 Cơ cấu lái kiểu trục vít - đai ốc bi hồi chuyển – cung răng d Dẫn động lái
Dẫn động lái là hình thang lái, đòn ngang của hình thang lái chọn loại \dùng thanh răng (hình 2.23)
Hình 2.23 Hình thang lái, loại thanh răng cho xe thiết kế e Trợ lực lái
Trợ lực lái chọn trợ lực thủy lực – HPS (hình 2.24)
Hình 2.24 Trợ lưc lái, loại trợ lực thủy lực cho xe thiết kế 2.3.6 Hệ thống phanh
2.3.6.1 Hệ thống phanh phụ a Chọn hệ thống phanh, với:
- Dẫn động phanh sử dụng loại: Khí nén
- Cơ cấu phanh sử dụng loại: Tang trống và đĩa
- Điều hòa lực phanh: Có sử dụng
- Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh: Không sử dụng [11] b Sơ đồ hệ thống phanh, phân tích
Hình 2.25 Hệ thống phanh tay
Trong đó : 1 Cam điều chỉnh; 2 Cần dẫn động; 3 Thanh nối; 4 Dây cáp.
2.3.6.2 Hệ thống phanh chính a Chọn hệ thống phanh, với:
- Dẫn động phanh sử dụng loại: Kết hợp khí nén thủy lực, tác động bằng chất lỏng;
- Cơ cấu phanh sử dụng loại: Đĩa
- Điều hòa lực phanh: Có sử dụng
- Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh: Có sử dụng [12] b Sơ đồ hệ thống phanh, phân tích
Hình 2.26 Hệ thống phanh đĩa
1 Điều hòa lực phanh; 2 ống dẫn dầu; 3 Cần phanh chân; 4 Xilanh chính;
2.2.3 Thông số kích thước và trọng lượng
Dựa theo xe mẫu, chọn kích thước
Chiều rộng tổng thể xe, WD = 2500 mm;
Chiều cao tổng thể xe, HD = 3600 mm;
Chiều dài tổng thể xe, LD = 9500 mm;
Chiều dài cơ sở xe, LD0 = 6100 mm;
Chiều rộng cơ sở xe, WD0 = 2460 mm;
Khoảng cách 2 đường tâm trụ đứng
WDK = WD0 – 245= 2460 - 245 mm = 2215 mmVới, Bề rộng bánh xe, = 245mm
Công suất động cơ trên ô tô
2.4.1 Công suất động cơ ứng với vận tốc lớn nhất ô tô a Khái quát Để ô tô có tổng trọng lượng toàn bộ (Ga), di chuyển đạt vận tốc lớn nhất (v e max) trên mặt đường đã chọn, cần phải xác định công suất của nguồn cung cấp Ở đây, chọn nguồn cung cấp công suất cho ô tô là động cơ đốt trong – ĐCĐT Muốn cung cấp nhiên liệu cho ĐCĐT ở chế độ cực đại, đối với động cơ:
- Xăng là phải mở cánh bướm ga hoàn toàn
- Diesel, thì đặt thanh răng của bơm cao áp với chế độ cấp nhiên liệu hoàn toàn
Thì số vòng quay động cơ (n e ) từ nhỏ nhất (n e min) tiến đến lớn nhất (n e max) tức (n e min
Công suất ĐCĐT ứng với vận tốc lớn nhất của một ô tô (Ne v max), được xác định:
Công suất cực đại động cơ N ev max = (1/η t ).(ψ.Ga.ve max+W.ve 3 max) [kW], [tr 139/100] (2-1.a) hoặc N ev max = (1/η t ).[(fv max + i).Ga.v e max+W.v e 3 max] [kW] (2-1.b) Trong đó, η t - hiệu suất của hệ thống truyền lực phụ thuộc vào hiệu suất các cơ cấu: ηlh - ly hợp; ηh - hộp số chính; ηp - hộp số phụ hoặc phân phối; ηcd - trục truyền cardan chữ thập (+), 1 trục; ηo - bộ truyền lực chính một cấp; ηv - bộ vi sai; ηbt - bán trục, 2 trục; ηcc - truyền lực cuối cùng, 2 bộ.
Hiệu suất của hệ thống truyền lực gồm các cơ cấu trên được biểu thị: η t = η lh η h η p η cd η o ηv.η cc (2-2) ψ – hệ số cản mặt đường ứng với vận tốc lớn nhất, ψ = fv max + i, với: fv max – hệ số cản lăn của mặt đường mà ô tô đạt vận tốc lớn nhất i – độ dốc mặt đường mà ô tô đạt vận tốc lớn nhất
Ga – trọng lượng ô tô khi đủ tải, [N] v e max – vận tốc lớn nhất của ô tô khi chất đủ tải, [m/s];
W – nhân tố cản không khí của ô tô, với biểu thức liên hệ:
Như vậy, nhân tố cản không khí phụ thuộc vào:
K – hệ số cản không khí, [Ns 2 /m 4 ]
F – diện tích cản chính diện của ô tô, [m 2 ] b Xác định các trị số cho xe thiết kế b.1 Hiệu suất hệ thống truyền lực ô tô
Hiệu suất hệ thống có thể được xác định nhờ vào biểu thị (2-2), nhưng theo [tr 15/100] vì xe thiết kế là xe tải nên cũng có thể chọn sơ bộ: η t = 0.8 (2-4) b.2 Hệ số cản mặt đường
Yêu cầu: vận tốc lớn nhất cho xe thiết kế, v e max = 90 km/h = 25 m/s Ứng với loại mặt đường bê tông nhựa và xi măng có:
Mặt đường trên, có hệ số cản ψ bao gồm: ψ = i + fv emax (2-5)
+ Độ dốc mặt đường [tr 137/100] thường thuộc khoảng, i = (0.005 ÷ 0.015);
+ Hệ số cản lăn (fv e) của xe ứng với loại đường trên, khi xe:
- Chưa vượt qua tốc độ 80 km/h [tr 54/100], fo = 0.015 (2-7)
- Đã vượt qua tốc độ 80 km/h, [tr 53/100], sẽ tiếp tục tính theo biểu thức: f(>80km/h) = f(v e ) = fo.(1+ v e 2 max /1500) [tr 53/100] (2-8)
- Nếu là đường nhựa bê tông hay bê tông tốt, thì fv e được xác định: fv e = f(v e ) = (32 + v e )/2800 [tr 53/100] (2-9)
Dựa trên các thông số đã chọn và có, hệ số cản lăn (fv e) của loại đường đã chọn để xe đạt vận tốc lớn nhất được xác định bởi biểu thức (2-9): fv emax = 0.045 (2-10)
Thay các trị số đã tính và chọn của các biểu thức (2-6) và (2-1) vào biểu thức (2-5) ψ = 0.009 + 0.045 = 0.054 ψ = 0.054 (2-11) b.3 Trọng lượng toàn tải ô tô
Trọng lượng của ô tô khi chất đủ tải (Ga) [tr 138/100] xác định:
Ga = Go + n.(Gh + Ghl) [N] (2-12) Trong đó:
Go – trọng lượng bản thân, hay tự trọng, hoặc trọng lượng không tải, [N]
Khi xe thiết kế chưa hoàn thành thì chắc chắn Go chưa thể xác định được, nên có thể chọn sơ bộ tương đương với xe mẫu đã chọn:
Trọng lượng bản thân này [tr 138/100] chọn sơ bộ phân bố lên:
- Phía trục trước, Go 1 = 1777.5 kG; (2-14)
- Phía trục sau, Go 2= 4147.5 kG; (2-15) n – số lượng người tham gia theo yêu cầu thiết kế, [người] n = 3 người; (2-16)
– Trọng lượng người và hành lý mang theo:
Trọng lượng một người, trung bình: Gh = (65 ÷ 80) kG;
Chọn, Gh = 75 kG = 750 N Trọng lượng hành lý của một người, trung bình: Ghl = (20 ÷ 30) kG;
Trọng lượng người và hành lý mang n.(Gh + Ghl) = 3 x (750 + 250) N n.Gh + Ghl) = 3000 (2-17) Lấy trị số các biểu thức (2-13), (2-17) đã chọn thay vào biểu thức (2-12):
Trọng lượng toàn bộ (Ga) này, theo [tr 138/100] chọn sơ bộ phân bố lên:
Phía trước, Ga 1 = (25÷ 30) %Ga, [N]; Chọn, Ga 1 = 30% Ga, [N];
Phía sau, Ga 2 = (70 ÷ 75) %Ga, [N]; Chọn, Ga 2 = 70% Ga, [N];
Ga 2 = 106015 N (2-20) b.4 Hệ số cản không khí, diện tích cản chính diện, nhân tố cản không khí
Nhân tố cản không khí của một ô tô [tr 28/100], W [Ns 2 /m 2 ], được tính:
- Hệ số cản không khí với ô tô tải [tr 29/100], K = (0.6 ÷ 0.7) [Ns 2 /m 4 ]
- Diện tích cản chính diện của một ô tô [tr 28/100], F [m 2 ] được tính, đối với: Ô tô con: F = 0.8WDoxHD [m 2 ] (2-23) Ô tô tải hay khách: F = WDxHD [m 2 ] (2-23) Ở đây:
WD – chiều rộng cơ sở xe, WD = 2460 mm
WDo – chiều rộng tổng thể xe, WDo = 2500 mm;
HD – chiều cao tổng thể xe, HD = 3600 mm Diện tích cản chính diện của xe được tính:
Chiều rộng tổng thể xe, WDo = 2500 mm;
Chiều cao tổng thể xe, HD = 3600 mm;
Chiều rộng cơ sở xe, WD = 2460 mm;
Chiều cao tổng thể xe, HD = 3600 mm;
Lấy trị số của các biểu thức (2-22) và (2-24) thay vào biểu thức (2-21)
W = 5.7564 Ns 2 /m 2 (2-24) b.5 Công suất động cơ ứng với vận tốc lớn nhất ô tô
Lấy trị số đã chọn và tính trong các biểu thức (2-4), (2-11), (2-18), (2-24) và vận tốc lớn nhất thế vào biểu thức (2-1.b):
2.4.2 Công suất lớn nhất của động cơ đốt trong a Khái quát Đối với động cơ đốt trong, công suất lớn nhất liên hệ giữa công suất (Nev max ) ứng với vận tốc lớn nhất, được xác định qua biểu thức thực nghiệm:
Ne max = Nev max/(a.λ + b.λ 2 - c.λ 3 ) [kW] [tr 140/100] (2-26) Trong đó: λ = ne max/n eN (2-27) nên, n eN = ne max/λ (2-28) n eN – số vòng quay ứng với công suất lớn nhất, [vòng/phút (vg/ph)] ne max – số vòng quay lớn nhất, [vg/ph] a, b, c – các hệ số thực nghiệm của ĐCĐT b Xác định công suất lớn nhất của động cơ đốt trong Động cơ đốt trong, sử dụng:
- Hệ thống nhiên liệu diesel, thường: ne min = (500 ÷ 600) vg/ph [tr 142/100];
Chọn, ne min P0 vg/ph (2-29) ne max = (2000 ÷ 2600) vg/ph [tr 142/100];
Chọn, ne max = 2500 vg/ph (2-30)
- Không có bộ phận hạn chế vòng quay λ = (1.1 ÷ 1.3) Chọn, λ = 1.1 (2-31)
Lấy giá trị đã tính và chọn của các biểu thức (2-30), (2-31) thay vào biểu thức (2-28), nên, n eN = 2272 (2-32)
Xác định công suất lớn nhất của ĐCĐT (Ne max)g Động cơ đốt trong, với hệ thống nhiên liệu
Lấy trị số đã tính và chọn trong các biểu thức (2-25), (2-31), (2-33) thay vào biểu thức (2-26)
Vận tốc chuyển động
Vận tốc chuyển động của ô tô (v n e) [tr 91/100] được biểu thị qua biểu thức: v n e = 2π.r b n e /it nm [m/s] (2-35) Trong đó: rb – bán kính lăn bánh xe chủ động, m; ne – số vòng quay của trục khuỷu động cơ, vg/ph; it nm – tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực trên ô tô
Như vậy, vận tốc chuyển động của ô tô (v n e) phụ thuộc vào 3 thông số: bán kính lăn bánh xe chủ động (rb); số vòng quay của trục khuỷu động cơ (ne); và tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực trên ô tô (it nm).
2.5.1 Bán kính lăn bánh xe chủ động
Bán kính lăn bánh xe (rb)chủ động bằng bán kính bánh xe thực tế nhân với hệ số biến dạng lốp xe rb = λ.ro (2-36)
Trong đó: λ – hệ số kể đến sự biến dạng của lốp, được chọn phụ thuộc vào loại lốp [tr
38/100] ro – bán kính thiết kế của bánh xe, [m] , phụ thuộc vào:
- Vận tốc lớn nhất của ô tô
- Tải trọng xe khi chất đủ tải (Ga), đặt lên bánh xe này Như vậy, ứng với:
- Vận tốc lớn nhất của ô tô, v n emax = 25 m/s
- Tải trọng khi xe chất đủ tải (Ga), đặt lên bánh xe chủ động thuộc dầm cầu phía sau theo (2-19)/(2-20)
Dựa theo [https://nova4x4.vn/huong-dan-doc-thong-so-tren-lop-xe/]; thông số lốp xe ở bánh xe phía trước/sau được chọn: 10.00R20 10PR
Với loại lốp áp suất cao [tr 38/100], λ = (0.945 ÷ 0.95)
Lấy trị số đã chọn trong các biểu thức (2-37), và (2-38) thay vào biểu thức (2-36)
2.5.2 Tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực ô tô
Hệ thống truyền lực ô tô thường có tỷ số truyền của các loại cơ cấu như sau: i h n – tỷ số truyền của hộp số chính ở tay số n Như vây, hộp số có n tay số; i p m – tỷ số truyền của hộp số phụ hay hộp phân phối ở tỷ số truyền m Loại hộp này [tr 143/100] có hai tỷ số truyền
- Tỷ số truyền thấp, i p m = i p c = (1.00 ÷ 1.50) io – tỷ số truyền của truyền lực chính; ic – tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng.
Như vậy, it nm – tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực ở số truyền (n, m) trên ô tô, được biểu thị: it nm = i h n i p m io ic = i h n p m ioc (2-40) với i h n p m= i h n i p m (2-41) và ioc = io ic (2-42)
2.5.2.1 Tỷ số truyền của truyền lực chính và truyền lực cuối cùng
Với loại mặt đường đã chọn, muốn vận tốc của ô tô đạt vận tốc lớn nhất (v n emax), cần:
+ Số vòng quay ĐCĐT (n e ) phải là lớn nhất tức (n e = n e max);
+ Tỷ số truyền của hộp số phụ hay hộp phân phối, là tỷ số truyền thấp: i p m = ip t = 1 (2-43)
+ Tay số truyền của hộp số chính ở vị trí cao nhất (k), [tr 141/100], là:
- Hoặc số truyền tăng, i h k < 1, thường i h k = (0.75 ÷ 0.85) [tr 142/97]
Từ biểu thức (2-34), ứng với vận tốc ô tô lớn nhất, viết lại: v n emax = 2π.r b n e max/ip t i h k ioc [m/s] (2-45)
Như vậy, Xác định được giá trị ioc – tích tỷ số truyền của truyền lực chính và truyền lực cuối cùng, được xác định từ biểu thức (2-44) ioc = 2C.r b n e max/v n emax.i p t i h k (2-46) Nếu, io ic ≤ ioM, thì hệ thống truyền lực không cần truyền lực cuối cùng io ic > ioM, thì hệ thống truyền lực cần có truyền lực cuối cùng
Với: io M – tỷ số truyền của truyền lực chính ô tô mẫu
Lấy giá trị đã chọn và tính ở các biểu thức (2-30), (2-39), (2-43), (2-44), và giá trị của v n emax vào biểu thức (2-46) rồi so sánh với io M io ic = 2 x π x 0.482 x 2500 /60 x 25 x 0.75 = 6.73 io ic = 6.73 (2-47)
Tỷ số truyền của truyền lực chính ô tô mẫu: ioM= 5.833
Ta có io.ic = 6.63 có giá trị lớn hơn so với tỷ số truyền của truyền lực chính ô tô mẫu Vì vậy hệ thống truyền lực chính ô tô thiết kế cần truyền lực cuối cùng.
Như vậy, truyền lực chính ô tô thiết kế: io = io ic = 6.73
2.5.2.2 Tỷ số truyền của tay số truyền 1 hộp số chính và tỷ số truyền cao hộp số phụ hay hộp phân phối
Với loại mặt đường đã chọn, vận tốc nhỏ nhất (v n emin), [tr 143/97], thường thuộc khoảng v n emin = (3.00 ÷ 5.00) km/h = (0.83 ÷ 1.38) m/s,
Chọn, v n emin = 0.83 m/s (2-48) Lúc này: số vòng quay ĐCĐT (n e ) phải là nhỏ nhất tức (n e = n e min);
-Giá trị tỷ số truyền io.ic, được xác định từ biểu thức (2-41);
-Tỷ số truyền của hộp số chính ở tay số truyền 1, (ih1)
- Tỷ số truyền của hộp số phụ hay hộp phân phối là tỷ số truyền cao, thường: ipm = ipc = (1,00 ÷ 1,50) [tr 143/100]
Từ biểu thức (2-35), ứng với vận tốc ô tô nhỏ nhất, viết lại: v n emin = 2π.r b n e min/i p c i h 1 ioc [m/s] (2-49)
Từ biểu thức (2-50), tỷ số truyền của tay số truyền 1 (i h 1) trong hộp số chính và tỷ số truyền cao (i p c ) của hộp số phụ được xác định Khi i h 1 i p c ≤ i h 1 M, hệ thống truyền lực không cần hộp số phụ Ngược lại, khi i h 1 i p c > i h 1 M, hệ thống cần phải có hộp số phụ Trong đó, i h 1 M là tỷ số truyền tay số truyền 1 trong hộp số chính của ô tô mẫu.
Lấy giá trị đã chọn và tính ở các biểu thức (2-29), (2-39), (2-47), (2-48) vào biểu thức (2-50) rồi so sánh với i h 1 M i h 1 i p c = 2 x π x 0.482 x 500/60 x 0.83 x 6.73 = 4.51 i h 1 ip c = 4.51 (2-51)
Tỷ số truyền của của tay số truyền 1 trong hộp số chính ô tô của ô tô mẫu: i h 1 mẫu = 6.71
Ta có i h 1 i p c = 4.73 có giá trị nhỏ hơn so với tỷ số truyền tay số truyền 1 trong hộp số chính của ô tô mẫu Vì vậy hệ thống truyền lực ô tô thiết kế không cần hộp số phụ hay hộp phân phối.
Như vậy, truyền lực chính ô tô thiết kế: i h 1 = i h 1 i p c = 4.51
2.5.2.3 Tỷ số truyền số lùi và tỷ số các số truyền trung gian trong hộp số chính a Tỷ số truyền số lùi
Tỷ số truyền của số lùi (i h l ) thường thuộc khoảng (1.1÷1.3) i h l , [tr 142/100]
Chọn, i h l = 1.2 i h 1= 5.412 (2-52) b Tỷ số truyền cho các tay số trung gian
Số lượng tay số truyền (n) của hộp số chính, thông thường n = (3 ÷ 6);
Chọn, n = 6 (2-53) b.1 Phân bố tỷ số truyền theo cấp số nhân
Sử dụng quy luật “cấp số nhân” [tr 129/100], lấy công bội q làm thông số để tính chọn giá trị tỷ số truyền của các số truyền trung gian trong thiết kế hộp số có cấp. Hộp số tính toán đã chọn:
Công bội q được xác định theo biểu thức: q = i h1 /i h2 ; q = i h2 /i h3 ; …; q = i h(n-2) /i h(n-1); q = i h(n-1) /i hn (2-54) Trong đó: i h1 – tỷ số truyền tay số 1; i h2 – tỷ số truyền tay số 2; i h3 – tỷ số truyền tay số 3;
………. i hn – tỷ số truyền tay số n.
Nếu chọn được số lượng tay số truyền là n, thì:
- Số công bội q theo số lượng tay số truyền là: n-1;
- Và, tích số công bội q theo lượng tay số truyền: q (n-1) = i h1 /i hn (2-55) Giá trị công bội q theo cấp số nhân được tính: q = (i h1 /i hn ) 1/(n-1) (2-56)
= 1.35 Theo thực nghiệm, công bội q:
Còn được tính theo biểu thức: q = i h1 /i h2 = i h2 /i h3 = … = i h(n-2) /i h(n-1) = i h(n-1) /i hn (2-57) Như vậy, tỷ số truyền:
Hộp số chính xe thiết kế đã chọn và tính:
- Tỷ số truyền ở tay số 1, ih1 = 4.51
- Tỷ số truyền ở tay số cao nhất, ih6 = 1
- Tỷ số truyền trung gian được phân bố theo cấp số nhân
Như vậy, tỷ số truyền:
Tay số truyền 2 (ih2): ih2 = ih1/q = 4.51/1.35 = 3.34
Tay số truyền 3 (ih3): ih3 = ih2/q = 3.34/1.35 = 2.47
Tay số truyền 4 (ih4): ih4 = ih3/q = 2.47/1.35 = 1.83
Tay số truyền 5 (ih5): ih5 = ih4/q = 1.83/1.35 = 1.35
Tay số truyền 6 (ih6): ih6 = ih5/q = 1.35/1.35 = 1
Bảng 2.1 Bảng kê tỷ số truyền các tay số truyền trong hộp số chính
TỶ SỐ TRUYỀN TRONG HỘP SỐ CHÍNH Ở TỪNG TAY SỐ TRUYỀN
4.51 3.34 2.47 1.83 1.35 1 5.412 b.2 Phân bố tỷ số truyền theo hằng số điều hòa
Sử dụng quy luật “hằng số điều hòa” [tr 133/100], lấy hằng số điều hòa “a” làm thông số để bố trí tỷ số truyền của các số truyền trung gian trong thiết kế hộp số có cấp.
Hằng số điều hòa (a) được tính theo biểu thức: a = 1/i h2 -1/i h1 = 1/i h3 -1/i h2 = … = 1/i h(n-2) -1/i h(n-3) = 1/i h(n-1) -1/i h(n-2) = 1/i h(n-2) -1/i hn Trong đó: i h1 - tỷ số truyền tay số 1 i h2 - tỷ số truyền tay số 2 i h3 - tỷ số truyền tay số 3
………. i h(n-1) – tỷ số truyền tay số n-1 i hn – tỷ số truyền tay số n a = 1/i h2 -1/i h1 = (i h1 -i h2 )/(i h1 i h2 ) → a.i h1 i h2 +i h2 = i h1 → i h2 = i h1 /(1+a.i h1 ) a = 1/i h3 -1/i h2 = (i h2 -i h3 )/(i h2 i h3 ) → a(i h2 -i h3 )/(i h2 i h3 ) → i h3 = i h2 /(1+a.i h2 )
Tương tự a = 1/i h(n-2) -1/i h(n-3) = (i h(n-3) -i h(n-2) )/(i h(n-3) i h(n-2) ) → i h(n-2) = i h1 /(1+(n-3)a.i h1 ) a = 1/i h(n-1) -1/i h(n-2) = (i h(n-2) -i h(n-1) )/(i h(n-2) i h(n-1) ) → i h(n-1) = i h1 /(1+(n-2)a.i h1 ) a = 1/i hn -1/i h(n-1) = (i h(n-2) -i hn )/(i h(n-2) i hn ) → i hn = i h1 /(1+(n-1)a.i h1 )
Hằng số điều hòa “a” được tính: a = [(i h1 /i hn ) – 1]/(n-1).i h1
2.5.3 Xác định vận tốc ô tô a Biểu thức
Từ biểu thức (2-39) và (2-40), viết lại biểu thức (2-35). v n e = 2π.r b n e /i h n ip m ioc [m/s] (2-61)
Hay: v n e = 2π.r b ne nm [m/s] (2-62) với: ne n.m = n e /i h n i p m ioc (2-63) ne n.m – số vòng bánh xe, khi xe đang di chuyển hướng thẳng.
Nó phụ thuộc vào số vòng quay trục khuỷu ĐCĐT (n e ) ứng với tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực (it n.m) trên ô tô khi thay đổi từng tay số truyền (n) của hộp số chính và tỷ số truyền của hộp số phụ hoặc hộp phân phối (m).
Hàm số ne n.m mô tả mối quan hệ giữa số vòng quay ne n.m của trục ra với số vòng quay ne của trục vào hộp số Giá trị của ne n.m phụ thuộc vào tỉ số truyền n của hộp số chính và tỉ số truyền của hộp số phụ hoặc hộp phân phối Do đó, ta có thể biểu diễn ne n.m dưới dạng hàm số của ne theo công thức: ne n.m = f(ne) = ne /i h n ip m ioc (vg/ph).
Vận tốc tương ứng với ne n.m: v n e = f(n e ) = 2π.r b ne n.m [m/s]
= 2π x 0.482 x 6.28 = 19.01 [m/s] b Bảng biến thiên Để có những giá trị tương ứng của hàm số ne n.m và v n e, với sự thay đổi của biến số n e , ứng với từng tỷ số truyền trong hộp số chính (i h n ) và tỷ số truyền của hộp số phụ hay hộp phân phối (ip m) Hãy lập bảng biến thiên 2.2
Bảng 2.2 Bảng biến thiên của n e n.m và v n e theo số vòng quay n e [Phụ lục 1] n e n e min 2 3 … k … n e max - 2 n e max - 1 n e max
Bảng 2.2 Giá trị vận tốc ô tô ở từng tay số truyền của hộp số với số vòng quay
Ghi chú: ne min = đã chọn, theo biểu thức (2-29)
2 = tròn số cận ne min
……… ne max-2 = {[(ne max-3)-1)]+50} vg/ph ne max-1 = {[(ne max-1)-1)]+50} vg/ph ne max = đã chọn, theo biểu thức (2-30) c Đường biểu diễn Đặt các giá trị (hình 2.97):
- Số vòng quay (ne n.m) của trục bánh xe chủ động, theo số vòng quay trục khuỷu động cơ (n e ), ứng với từng tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực theo hàm số: ne n.m = f(n e ) = n e /i h n i p m ioc [vg/ph]
- Vận tốc (v n e) tương ứng với ne n.m v n e = f(n e ) = 2π.r b ne n.m[m/s]
Lên trục số đã chọn là một đường thẳng có:
Chọn tỷ lệ: (v n e)max/(ne n.m)max = 1, với:
(v n e)max – giá trị lớn nhất trong hàm số v n e = f(n e )
(ne n.m)max – giá trị lớn nhất trong hàm số ne n.m = f(n e )
Chiều dương: hướng từ trái → phải (O → v n e) hay (O → ne) Đơn vị của các trục số, đối với:
- Trục số của số vòng quay (ne n.m), có thứ nguyên là vòng/phút (vg/ph)
- Trục số của vận tốc ô tô (v n e), có thứ nguyên là mét/giây (m/s)
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 ĐƯỜNG ĐẶT TÍNH GIÁ TRỊ SỐ VÒNG QUAY nen.m1 nen.m2 nen.m3 nen.m4 nen.m5 nen.m6 nen.mlui vne1 vne2 vne3 vne4 vne5 vne6 vnelui ne nen.m vne
Hình 2.27 Đường đặc tính giá trị số vòng quay trục bánh xe chủ động và vận tốc ô tô n e n.m – họ đường đặc tính giá trị số vòng quay trục bánh xe chủ động v n e – đường đặc tính giá trị tốc độ của ô tô
2.5.4 Xác định công suất và moment xoắn động cơ
2.5.4.1 Biểu thức a Xác định công suất động cơ
Biểu thức thực nghiệm của S.R.Lay Decman [tr 11/100]:
N e – công suất có ích ứng với số vòng quay của ĐCĐT (n e ), W; n e – số vòng quay của ĐCĐT, vg/ph
Giá trị n e thay đổi từ n min → n max với: n min – số vòng quay nhỏ nhất, (theo biểu thức 2-29) n max – số vòng quay lớn nhất; (theo biểu thức 2-30)