DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮTWD0 Khoảng cách hai vệt bánh xe phía trước mmDaij Nhân tố động lực học của ô tô tương ứng với khi đủ tải ở tay số truyền i và tỷ số truyền j hộp số phụ N
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 cơHybrid.
+ 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
Muốn có đường đặc tính chính xác phải xây dựng từ thí nghiệm, nhưng cũng có thể xây dựng đường đặc tính từ công thức thực nghiệm Để xây dựng các đường cong N e , M e , g e , phải tiến hành xác định các điểm đặc trưng theo số vòng quay trục khuỷu (n e ) trong một đơn vị thời gian. Đường đặc tính ngoài của động cơ đốt trong loại piston được thể hiện trên hình 1.3. Đó là: n min – số vòng quay nhỏ nhất trục khuỷu động cơ làm việc ổn định ở chế độ toàn tải; n M – số vòng quay của trục khuỷu ứng với giá trị mô men động cơ lớn nhất, M emax ; n N – số vòng quay của trục khuỷu ứng với giá công suất lớn nhất N emax ; n max – số vòng quay lớn nhất của trục khuỷu động cơ.
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 được sử dụng rộng rãi trong xe tải, xe khách và thậm chí cả xe con Loại động cơ này được trang bị bộ điều tốc hai hoặc nhiều chế độ, thường hoạt động với công suất gần cực đại Bộ điều tốc được sử dụng để giữ số vòng quay động cơ ở mức không cao hơn số vòng quay tương ứng với công suất lớn nhất Do đó, công suất động cơ khi có bộ điều tốc được gọi là công suất định mức (Nn), mô men xoắn tương ứng với công suất định mức được gọi là mô men xoắn định mức (Mn), 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
Hệ thống truyền lực
Hình 1.4 Các cách bố trí hệ thống truyền lực trên ô tô
1.4.2.1 Ly hợp ô tô a Công dụng [6]
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 của nó gồm đĩa ma sát, đĩa ép, vỏ, lò xo,… Ly hợp ma sát sử dụng lực ma sát từ các đĩa ma sát ép lên bề mặt bánh đà để truyền mô men từ động cơ đến trục sơ cấp của hộp số.
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.
Ngoài ra, ly hợp điện từ: bản chất của ly hợp điện từ cũng là ly hợp ma sát, nhưng ở đây nó sử dụng lực điện từ từ cuộn dây để kéo phần ứng ma sát ép vào rotor để truyền mô men Ly hợp điện từ được áp dụng chủ yếu trong việc điều khiển máy nén điều hòa, quạt tản nhiệt, phanh điện từ. b.2 Theo trạng thái làm việc của ly hợp
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:
Ly hợp dẫn động cơ khí: hệ dẫn động này sử dụng cơ cấu đòn bẩy hoặc cáp để điều khiển nối - ngắt ly hợp Hiện nay, hệ dẫn động này ít phổ biến trên ô tô hơn so với loại dẫn động thủy lực, nó chủ yếu được sử dụng trong xe mô tô côn tay.
Ly hợp dẫn động thủy lực: đây là phương pháp dẫn động điều khiển ly hợp phổ biến trên ô tô ngày nay Ly hợp sử dụng hệ thống dẫn động thủy lực bao gồm xilanh chính, xilanh cắt ly hợp, 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 bản chất tự động, loại hộp số này mang đến trải nghiệm dễ dàng và thoải mái hơn cho người điều khiển bằng tay, đặc biệt là những “tay lái yếu”.
- 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.
Hệ thống CVT tuy có ưu điểm giúp xe vận hành êm ái và tiết kiệm nhiên liệu, nhưng lại có nhược điểm lớn về chi phí bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế khá cao Điều này là do cấu tạo phức tạp của hệ thống CVT, đòi hỏi các kỹ thuật viên có tay nghề cao và phụ tùng thay thế chuyên dụng Vì vậy, khi cân nhắc lựa chọn xe ô tô sử dụng hộp số CVT, người dùng cần lưu ý đến yếu tố chi phí này.
- 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 ôtô, dầm cầu dẫn hướng nằm ở phía trước, có thể có thêm dầm cầu trung gian Ở phía sau là dầm cầu không dẫn hướng, cũng có thể có thêm dầm cầu trung gian Công dụng của dầm cầu này giúp xe chuyển hướng, vững chắc và an toàn trong quá trình di chuyển.
- Đỡ trọng lượng của 2 hệ thống treo trên một trục dầm cầu và phần trọng lượng được treo của xe;
Trong trường hợp sử dụng dầm cầu liền主动, dầm cầu này còn có tác dụng bổ sung là vỏ bọc bảo vệ các chi tiết của cụm truyền lực chính, vi sai và các bán trục truyền động 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 [8]
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.
Hình 1.5 Động h漃⌀c lái cơ bản a Kiểu bàn xoay; b Ackerman b.1 Động học lái kiểu bàn xoay
Giúp cho việc đánh lái được thực hiện bằng cách quay một trục cứng và thường là cầu trước Việc quay được thực hiện thông qua chốt hay giàn xoay. Đặc điểm đó chính là:
- 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
Động học lái Ackerman, đặc trưng bởi việc bánh xe trong sẽ rẽ nhiều hơn bánh xe ngoài, được áp dụng cho tất cả xe cơ giới hai vệt bánh xe Sự ổn định hình chiếu bằng của xe khi vào cua là yếu tố quan trọng với động học lái này, đặc biệt khi không gian bố trí hệ thống lái trên ô tô thường rất 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 hệ thống lái xe, cơ cấu lái hình thanh là cơ cấu duy nhất cho phép góc lái ở hai bánh xe dẫn hướng khác nhau.
Hình 1.6 Động h漃⌀c 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 truyền động tác từ vô lăng đến hệ thống lái, cho phép xe thay đổi hướng di chuyển Đồng thời, dẫn động lái giúp người lái cảm nhận chuyển động của xe từ mặt đường Ngoài ra, dẫn động lái còn hỗ trợ đảm bảo an toàn cho người lái trong trường hợp va chạm (ví dụ: gãy trục lái, có túi khí) Một số chi tiết chính của dẫn động lái bao gồm vô lăng, trụ lái.
Vô lăng ô tô, còn được gọi là vành tay lái, có nhiệm vụ chính là tiếp nhận lực mô men xoắn từ người lái và truyền lực này tới trục lái Ngoài ra, vô lăng cũng có thể được tích hợp một số bộ phận bắt buộc khác như còi xe, công tắc tổng hợp hoặc túi khí nhằm đảm bảo an toàn và thuận tiện khi vận hành phương tiện.
- 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
Hệ thống lái bao gồm các thanh dẫn động và các khớp liên kết Tùy thuộc vào cấu trúc khung gầm của từng loại xe mà các cơ cấu hình thang lái được bố trí khác nhau, phù hợp với đặc điểm thiết kế của 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
Hiện nay, cơ cấu lái trên các xe ô tô thường có các loại: t rục vít – cung răng; trục vít – con lăn; trục Vít – thanh răng; liên hợp (trụcvít – ê cu – đòn quay hay trục vít – êcu - thanh răng – cung răng ) b Hỗ trợ cho hệ thống lái
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
CHỌN VÀ TÍNH TOÁN Ô TÔ NGUYỄN THÀNH LAM
Yêu cầu làm việc
- Trọng lượng chuyên chở, Ge = 16000 kG
- Số người tham gia, nh = 43 người
(tính cho cả người điều khiển và hành khách)
- Tốc độ lớn nhất Vmax = 115 km/h Ứng với loại đường: đường nhựa, bê tông
Chọn xe mẫu
a Tốc độ xe: VMmax = 115 km/h b Tr漃⌀ng lượng ô tô b.1 Trọng lượng bản thân
Trọng lượng bản thân, hay tự trọng, hoặc trọng lượng không tải:
GM0 = 12300 kG Được phân bố lên:
- Phía trục trước, GM01 = 3690 kG;
- Phía trục sau, GM02 = 8610 kG; b.2 Trọng lượng toàn bộ khi đủ tải
Trọng lượng toàn bộ khi đủ tải:
GMa = 16000 kG Được phân bố lên:
- Phía trục trước, GMa1 = 4800 kG;
- Phía trục sau, GMa2 = 11200 kG; b.3 Trọng lượng người tham gia
Số lượng người tham gia kể cả người điều khiển: n = 43 người Trọng lượng tung bình 1 người:
Gh = (65 ÷ 80) kG; chọn, Gh = 75 kGTrọng lượng người tham gia:
Ge1 = n.Gh = 3225 kG b.4 Trọng lượng hàng hóa
Trọng lượng hữu ích: Ge = Ga - G0 = 3700 kG
Trọng lượng hàng hóa: Ge2 = Ge - Ge1 = 475 kG c kích thước
Chiều rộng tổng thể xe, W = 2500 mm;
Chiều cao tổng thể xe, H = 3550 mm;
Chiều dài tổng thể xe, L = 12050 mm;
Chiều dài cơ sở xe, L0 = 6000 mm;
Chiều rộng cơ sở xe, W0 = 1245 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 khách
+ 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 [tr 140/100];
- Buồng cháy trực tiếp [tr 11/100].
+ Vị trí trên xe: phía sau; nằm ngang.
+ Công suất và momen động cơ truyền đến bánh xe chủ động dầm cầu gần. 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
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, 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 trợ khí nén được thể hiện trên hình 2.5.
Hình 2.5 Dẫn động ly hợp bằng 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 (hình 2.6)
Hình 2.6 Sơ đồ dẫn động điều khiển hộp số
- 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 đặc; khớp cardan đồng tốc kiểu Rzeppa (hình 2.8); số lượng khớp 2
Hình 2.8 Trục truyền động cardan đặc c.2 Bán trục
Trục thép đặc; 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 trụ (hình 2.10);
Vi sai: VS tăng ma sát dùng bộ côn nhiều đĩa/ (hình 2.11)
Chọn dầm cầu cho xe thiết kế a Dầm cầu phía trước
Dầm cầu phía trước chọn làm dầm cầu không dẫn hướng xe; dầm cầu ghép; chủ động (hình 12)
Hình 2.12 Dầm cầu phía trước b Dầm cầu phía sau
Dầm cầu phía sau là dầm cầu dẫn hướng; dạng dầm cầu liền; bị động (hình 13)
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 2 thanh dọc; 1 thanh ngang (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 của 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 túi khí nén (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 túi khí nén (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 (hình 2.18.a) a.Loại 1 lớp vỏ xylanh
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 (hình 2.18.b)
1 Bạc dẫn hướng trục; 2 Lỗ dầu bôi trơn trục; 3 Phớt chịu lực và làm kín; 4 Nắp; 5. Trục giảm chấn; 6.Piston và cụm van; 7 Vỏ trong; 8 Vỏ ngoài; 9 Cụm van bù (A buồng trên; B buồng dưới; C buồng chứa )
Hình 2.18 Bộ phận giảm chấn hệ thống treo e Thanh cân bằng của của 2 hệ thống treo trên một trục dầm cầu
Dầm cầu trước: không có thanh cân bằng (hình 2.19)
Dầm cầu sau: không có thanh cân bằng a Thanh cân bằng dầm cầu trước b Thanh cân bằng dầm cầu sau
Hình 2.19 Thanh cân bằng liên kết 2 hệ thống treo trên 1 dầm cầu
2.3.6 Hệ thống lái [10] 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 trợ lực thủy lực (hình 2.22)
Hình 2.22 Cơ cấu lái kiểu trợ lực thủy lực cho xe thiết kế d Dẫn động lái
Dẫn động lái là hình thang lái, đòn ngang của hình thang lái chọn loại nhiều đòn (hình 2.23)
Hình 2.23 Hình thang lái, loại 1 đòn cho xe thiết kế c 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
2.3.6.1 Hệ thống phanh phụ a Ch漃⌀n hệ thống phanh, với:
- Dẫn động phanh sử dụng loại: Khí nén tác động lên các bánh sau
- Cơ cấu phanh sử dụng loại: Tang trống
- Điều hòa lực phanh: Có sử dụng
- Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh: có sử dụng [11] b Sơ đồ hệ thống phanh, phân tích
Hình 2.25 Hệ thống mạch kép với phanh đỗ xe lò xo
Khi phanh lò xo được thêm vào hệ thống mạch kép, cùng một loại van điều khiển Không khí trộn được lấy từ mạch sơ cấp và mạch thứ cấp thông qua van một chiều hai chiều Không khí trộn được sử dụng để cung cấp cho van điều khiển.
Phanh kiểu lò xo trong hệ thống này đóng vai trò là phanh đỗ và phanh khẩn cấp.
2.3.6.2 Hệ thống phanh chính a Ch漃⌀n hệ thống phanh, với:
- Dẫn động phanh sử dụng loại: Dẫn động khí nén, kiểu van bướm
- Cơ cấu phanh sử dụng loại: Tang trống
- 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 mạch kép ở trạng thái không hoạt động
Máy nén bơm không khí vào bình chứa cung cấp, được bảo vệ bằng van an toàn Không khí có áp suất đi từ bình chứa cấp đến bình sơ cấp và bình thứ cấp qua các van một chiều.
Tại thời điểm này, các mạch kép bắt đầu Không khí từ bình chứa sơ cấp được dẫn đến chân van Không khí cũng được dẫn từ bình chứa thứ cấp đến chân van Van chân được chia thành hai phần Một phần của van chân kép này điều khiển mạch sơ cấp và phần còn lại điều khiển mạch thứ cấp.
Khi thực hiện một phanh, không khí được hút từ bình chứa sơ cấp qua van chân và được chuyển đến van rơ le, đưa không khí từ bình chứa sơ cấp đến các buồng phanh phía sau Đồng thời, không khí cũng được hút từ bình chứa thứ cấp, đi qua van chân và được dẫn đến các buồng phanh trước.
2.2.3 Thông số kích thước và tr漃⌀ng lượng
Dựa theo xe mẫu, chọn kích thước
Chiều rộng tổng thể xe, WD = 2500 mm;
Chiều cao tổng thể xe, HD = 3700 mm;
Chiều dài tổng thể xe, LD = 12100 mm;
Chiều dài cơ sở xe, LD0 = 6170mm;
Chiều rộng cơ sở xe, WD0 = 2100 mm;
Khoảng cách 2 đường tâm trụ đứng
WDK = WD0 – 304.8= 2100 - 304.8 mm = 1795.2 mmVới, Bề rộng bánh xe, = 304.8 mm
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 (N e v max), được xác định:
N e v max = (1/η t ).(ψ.Ga.v e max+W.v e 3 max) [kW], [tr 139/100] (2-1.a) hay, Ne v max = (1/η t ).[(fv max + i).Ga.ve max+W.ve 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 hay 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 0.93 nên cũng có thể chọn sơ bộ: η t = 0.93 (2-4) b.2 Hệ số cản mặt đường
Yêu cầu: vận tốc lớn nhất cho xe thiết kế, ve max = 115 km/h = 31.94 m/s Ứng với loại mặt đường nhựa, 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 = 0.018 (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-…): fv emax = 0.0228 (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 = 0.005 + 0.0228 = 0.0278 ψ = 0.0278 (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:
Go = GMo = 12300 kG (2-13) Trọng lượng bản thân này [tr 138/100] chọn sơ bộ phân bố lên:
- Phía trục trước, Go 1 = 3690 kG; (2-14)
- Phía trục sau, Go 2= 8610 kG; (2-15) n – số lượng người tham gia theo yêu cầu thiết kế, [người] n = 43 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;
Chọn, Ghl = 25 kG = 250 N Trọng lượng người và hành lý mang n.(Gh + Ghl) = 43.(750 + 250) N n.(Gh + Ghl) = 43000 N (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 = (0.25 ÷ 0.3) Ga, [N]; Chọn, Ga 1 = 0.3 Ga, [N];
Phía sau, Ga 2 = (0.75 ÷ 0.7) Ga, [N]; Chọn, Ga 2 = 0.7 Ga, [N];
Ga 2 = 116200 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 con/tải/khách [tr 29/100], K = (0.25 ÷ 0.4) [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 tải hay khách: F = WDxHD [m 2 ] (2-23) Diện tích cản chính diện của xe được tính:
Chiều rộng cơ sở xe, WDo = 2100 mm;
Chiều cao tổng thể xe, HD = 3700 mm;
Lấy trị số của các biểu thức (2-22) và (2-24) thay vào biểu thức (2-21)
W = 1.9425 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 xăng/diesel, thường: ne min = (500 ÷ 600) vg/ph [tr 142/100];
Chọn, ne min = 500 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 số vòng quay λ = (0.8 ÷ 0.9) Chọn, λ = 0.8 (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 = 3125 (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 phụ thuộc vào ba yếu tố chính: 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 (itnm) Trong đó, bán kính lăn bánh xe là khoảng cách từ tâm trục bánh xe đến mặt đất, số vòng quay của trục khuỷu động cơ là số vòng quay của trục khuỷu trong một đơn vị thời gian, và tỷ số truyền chung là tỷ lệ giữa tốc độ quay của trục khuỷu và tốc độ quay của bánh xe.
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 [tr38/100] 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 = 31.94 m/s
- Tải trọng khi xe chất đủ tải (Ga), đặt lên bánh xe chủ động thuộc dầm cầu phía trước/phía sau theo (2-19)/(2-20)
Ga 2 = 116200 N Dựa theo thông số lốp xe ở bánh xe phía trước/sau được chọn: A/BCDEF
Do đó, r o = [(Dx25.4 + 2B)] [mm] = 349.8 mm (2-37)
Với loại lốp áp suất thấp [tr 38/100], λ = (0.93 ÷ 0.935)
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, ip m = ip t = 1
- 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 ip m io ic = i h n p m ioc (2-40) với i h n p m= i h n ip 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 = i p 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: ioc = 2π.r b n e max/60.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 pi x 0.3253 x 2500 / 60 x 31.94 x 1 x 0.8= 199985.1426 io ic = 3.33 (2-47)
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),
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);
Từ biểu thức (2-35), ứng với vận tốc ô tô nhỏ nhất, viết lại: v n emin = 2π.r b n e min/60.i p c i h 1 ioc [m/s] (2-49)
Như vậy, tỷ số truyền của tay số truyền 1 (i h 1) trong hộp số chính và tỷ số truyền cao (ip c) của hộp số phụ hay hộp phân phối, được xác định từ biểu thức (2-49) i p c i h 1 = 2π.r b n e min/60.v n emin ioc [m/s] (2-50) Nếu, i h 1 i p c ≤ i h 1 M, thì hệ thống truyền lực không cần hộp số phụ hay hộp phân phối i h 1 i p c > i h 1 M, thì hệ thống truyền lực cần có hộp số phụ hay hộp phân phốiVới: i h 1 M – 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 pi x 0.3253 x 500 /60 x 0.83 x 3.33 = 6.16 i h 1 i p c = 6.16 (2-51)
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 = 1.1 (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. 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)
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:
………. 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 i p 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 ip 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).
Như vậy, ne n.m là một hàm thay đổi theo số vòng quay từ n e min → n e max, ứng với từng tay số truyền n của hộp số chính và tỷ số truyền của hộp số phụ hoặc hộp phân phối Nên, viết dưới dạng một hàm số: ne n.m = f(n e ) = n e /i h n i p m ioc [vg/ph] (2-64) Vận tốc tương ứng với ne n.m: v n e = f(n e ) = 2π.r b ne n.m [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 (i p m ) Hãy lập bảng biến thiên 2.1
Bảng 2.1 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
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 của trục bánh xe chủ động liên hệ với số vòng quay của trục khuỷu động cơ theo hàm số: ne n.m = f(n e ) = n e /i h n i p m ioc [vg/ph], trong đó: ne n.m là số vòng quay của trục bánh xe chủ động; n e là số vòng quay của trục khuỷu động cơ; i h n , i p m , ioc lần lượt là tỷ số truyền của hộp số, tỷ số truyền của cầu chủ động và tỷ số truyền của bộ vi sai cầu chủ động.
- 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)
35.00 Đồ thị đường đặc tính giá trị số vòng quay trục bánh xe chủ động và vận tốc ô tô neluit ne1t ne2t ne3t ne4t ne5t ne6t vneluit vne1t vne2t vne3t Vòng/phútvne4t vne5t vne6t
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)
Ne max – công suất có ích lớn nhất, (theo biểu thức 2-34), W; n N – số vòng quay của động cơ, ứng với công suất lớn nhất (biểu thức 2-32), vg/ph. a, b, c, – các hệ số thực nghiệm của ĐCĐT (theo biểu thức 2-33)
Nhìn vào biểu thức (2-65), nhận thấy công suất của ĐCĐT (N e ) sẽ thay đổi theo số vòng quay từ n e min → n e max Do đó, biểu thị N e dưới dạng một hàm số:
N e = f (n e ) = Ne max.[a.(n e /n N ) + b.(n e /n N ) 2 - c.(n e /n N ) 3 ] [kW] (2-66) b Xác định moment xoắn trục khuỷu động cơ
Moment xoắn trục khuỷu ĐCĐT – M e [tr 12/100], được xác định qua biểu thị:
Biểu thức (2-67), tương tự như (2-65), M e cũng sẽ thay đổi theo số vòng quay từ n e min → n e max Nên, biểu thị M e cũng được biểu thị dưới dạng một hàm số:
2.5.4.2 Bảng biến thiên Để có những giá trị tương ứng của hàm số N e , M e = f(n e ) với sự thay đổi của biến số n e , nên lập bảng biến thiên như bảng 2.2
Bảng 2.2 Giá trị công suất và moment xoắn ĐCĐT [Phụ lục 2] n e n e min 2 3 … k … n e max - 2 n e max - 1 n e max