phân tích đặc điểm cấu tạo và khai thác kỹ thuật hệ thống truyền lực của ôtô

Gj hệ số bám Bánh xe chủ động của ôtô chỉ có thể lăn trên mặt đường đồng thời làm cho ôtô chuyển động khi các bánh xe chủ động "bám" được vào mặt đường.. p - áp suất trong lốp xe, Z- Tải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY SẢN

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN ĐỘNG LỰC TÀU THUYỀN

-eOf -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên đồ án:

PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ KHAI THÁC KỸ THUẬT HỆ THỐNG

TRUYỀN LỰC CỦA ƠTƠ

Ngành : CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC TÀU THUYỀN Mã ngành : 18.06.10

Mã ĐATN : 2/ ĐTTN/ 43 CKDL

GVHD : PGS TS Nguyễn Văn Nhận SVTH : Đặng Lê Kiên

Lớp : 43DLTT - SG

Nha Trang – 06/2006

LỜI NÓI ĐẦU

là thuật ngữ biểu đạt các tính chất đặc trưng của xe cho phép khai thác nó một cách có hiệu quả trong những điều kiện vận hành khác nhau Nói cách khác, tính năng của xe đặc trưng cho chất lượng của xe nhìn từ góc

độ sử dụng

Những tính năng cơ bản của xe cơ giới bao gồm :

- là khả năng chuyên chở hành khách, hàng hoá với vận tốc cao nhất có thể trong những điều kiện vận hành khác nhau (điều kiện

đường sá, thời tiết, v.v.)

- còn gọi là - là khả năng sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng duy trì hoạt động của xe (xăng, dầu, nhiện liệu khí, điện, v.v.) Tính năng kinh tế nhiên liệu là một trong những chỉ tiêu chất lượng quan trọng của xe cơ giới, bởi vì chi phí năng lượng chiếm một phần lớn trong tổng chi phí khai thác xe cơ giới

- là tập hợp các tính chất đảm bảo sự chuyển động của xe theo một quỹ đạo theo ý muốn của người lái Tính năng điều khiển được đặc trưng bằng sự điều khiển quay vòng nhẹ nhàng, khả năng ổn định chuyển động thẳng của xe

- khả năng đảm bảo cho quãng đường tính từ thời điểm bắt đầu phanh đến thời điểm xe dừng hẳn là ngắn nhất có thể và khả năng duy trì quỹ đạo của xe theo ý muốn của người lái trong quá trình phanh

- khả năng đảm bảo cho xe không bị lật và trượt trong những điều kiện vận hành khác nhau

- còn gọi là - là khả năng chuyển

động của xe trong điều kiện đường xấu, không có đường hoặc khi vượt qua các vật cản

- là khả năng đảm bảo cho người lái và hành khách ít

bị mệt mỏi, đi lại dễ dàng trong quá trình vận hành của xe

Ôtô là một đối tượng kỹ thuật có cấu trúc khá phức tạp và nói chung hoạt

động của mỗi bộ phận đều có ảnh hưởng đến các bộ phận khác, đồng thời chịu sự

tương tác của các bộ phận khác Bởi vậy, mức độ tốt xấu của mỗi tính năng thông thường là kết quả tác động đồng thời của nhiều bộ phận của ôtô và nhiều yếu tố vận hành Tuy nhiên, mỗi hệ thống chức năng hoặc bộ phận của ôtô đều có ảnh hưởng mang tính quyết định đến một hoặc một số tính năng nhất định, ví dụ : tính năng phanh do hệ thống phanh quyết định, tính năng điều khiển - hệ thống lái, tính năng kinh tế năng lượng - nguồn động lực, v.v

(HTTL) của ôtô là hệ thống tập hợp các cơ cấu nối từ

động cơ tới bánh xe chủ động Mức độ tốt xấu của tính năng động lực học của ôtô

được quyết định chủ yếu bởi nguồn động lực và hệ thống truyền lực Nguồn động lực của ôtô thông dụng nhất hiện nay là các loại động cơ đốt trong chạy bằng các loại nhiên liệu truyền thống như xăng, dầu diesel, khí mỏ hoá lỏng Ngoài ra, động cơ điện, động cơ chạy bằng năng lượng mặt trời, động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu thay thế, v.v đã và đang được thử nghiệm thay thế động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu truyền thống nhằm hạn chế nguy cơ ô nhiễm môi trường nguy cơ cạn kiệt nguồn năng lượng hoá thạch

H 1-1 Hệ thống truyền lực của ôtô

1- Động cơ, 2- Ly hợp, 3- Hộp số, 4- Truyền động cardan,

5- Khớp nối, 6- Vi sai, 7- Bánh xe chủ động

Fw - Lực cản của không khí, Fj - Lực quán tính, Fm - Lực kéo rơ moóc,

Fk - Lực kéo, Mk - Momen kéo, Mf - Momen cản lăn

1.2.1 trọng lượng

(G) là lực hút của trái đất tác dụng lên khối lượng của xe Trọng lượng

có phương vuông góc với mặt đất, chiều thẳng đứng, điểm đặt tại trọng tâm của xe Trong đó : G - Trọng lượng, [N] ; m - Khối lượng của xe, [kg] ; g - Gia tốc trọng trường, [m/s2] g = 9,81 m/s2

xe tiếp xúc với nhau ở vô số điểm và tạo nên Tại mỗi điểm tiếp xúc trên bánh xe sẽ có một phản lực thành phần tác dụng từ mặt đường Tổng của tất cả các lực thành phần đó được gọi là phản lực tổng hợp từ mặt đường hay gọi tắt là

Phản lực của mặt đường có điểm đặt tại tâm vùng tiếp xúc

H 1-4 Vùng tiếp xúc và tâm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường

1- Vùng tiếp xúc, 2- Tâm tiếp xúc a) Bánh xe đứng yên, không có lực ngang, b) Bánh xe quay, không có lực ngang, c) Bánh xe quay, có lực ngang

Để tiện trong nghiên cứu, người ta thường phân tích phản lực của mặt đường thành 3 thành phần : Z, X và Y

ã Phản lực vuông góc (Z) - còn gọi là - là thành phần có phương vuông góc với mặt đường

Z 1 - Phản lực vuông góc tác dụng lên các bánh xe trước,

Z 2 - Phản lực vuông góc tác dụng lên các bánh xe sau,

Gb1 - Trọng lượng phân bố trên bánh xe, Fx - Lực đẩy từ khung xe,

Fy- Lực ngang, Z1- Phản lực vuông góc, X1- Phản lực tiếp tuyến,

Y1- Phản lực ngang, a1- Khoảng cách từ tâm trục bánh xe và tâm tiếp xúc

Khi bánh xe lăn trên mặt đường, vùng tiếp xúc không đối xứng qua các mặt phẳng tâm của bánh xe (H 1-3b, 1-3c) và điểm đặt của phản lực lệch so với đường tâm bánh xe một đoạn a1 (H 1-4a) Để thuận tiện trong nghiên cứu, có thể thay phản lực vuông góc Z có điểm đặt tại tâm tiếp xúc (H 1-4a) bằng lực Z có điểm tại đường tâm bánh xe và (Mf1)

+ Momen cản lăn ở bánh xe phía trước : Mf1 = Z1 a1 (1.2c) + Momen cản lăn ở bánh xe phía sau : Mf2 = Z2 a2 (1.2d)

1.2.3 Lực cản lăn Lực cản lăn (Ff) là lực xuất hiện do ma sát giữa bánh xe với mặt đường và do biến dạng của bánh xe và của mặt đường Lực cản lăn có phương song song với chiều chuyển động của xe, chiều ngược chiều chuyển động của xe, điểm đặt tại tâm vùng tiếp xúc

Trị số của lực cản lăn được xác định bằng biểu thức :

Ff = Ff1 + Ff2 = f1 Z1 + f2 Z2 (1.3a) trong đó : Ff - tổng lực cản lăn ; Ff1 , Ff2 - lực cản lăn ở các bánh xe trước và sau ; f1, f2 - hệ số cản lăn ở bánh xe trước và ở bánh xe sau ; Z1 , Z2 - phản lực vuông góc tại các bánh xe trước và sau

Nếu f1 = f2 , ta có :

Ff = f ( Z1 + Z2 ) = f G cosa (1.3b)

1.2.4 Lực cản dốc Lực cản dốc (Fg) là lực xuất hiện khi xe chuyển động trên đường dốc Lực cản dốc có phương song song với mặt đường, chiều ngược chiều chuyển động của

xe khi xe lên dốc và cùng chiều khi xe xuống dốc, điểm đặt tại trọng tâm của xe

trong đó : dấu (+) ứng với trường hợp xe xuống dốc ; dấu (-) khi xe lên dốc

Để thuận tiện trong trình bày và phân tích động lực học ôtô, người ta thường kết hợp và thành một lực có tên gọi là

(Fy) như sau :

Fy = Ff ± Fg = G ( f cosa ± sina ) = G y (1.4b) trong đó : y là

y = f cosa ± sina (1.4c)

1.2.5 Lực cản gió Lực cản gió (Fw) là lực của không khí tác dụng lên xe khi chuyển động Lực cản gió có phương song song với mặt đường, chiều ngược hoặc cùng chiều chuyển

động của xe, tuỳ thuộc vào hướng gió và tốc độ của xe, điểm đặt tại tâm chắn gió

Trị số của lực cản gió thường được xác định bằng các công thức thực nghiệm Theo [5], lực cản gió được xác định như sau :

Fw = 0.5 ro cw A (v ± vo)2 (1.5) trong đó : ro - mật độ của không khí quanh xe, [kg/m3] ; cw - hệ số cản gió ; A - tiết diện ngang chắn gió của xe, [m2] ; v - vận tốc của xe, [m/s] ; vo - vận tốc chính diện của gió, [m/s]

Trị số của tiết diện ngang chắn gió :

A = 0.9 L.H - xe con,

A = 0.5 - 0.6 m2 - xe môtô 2 bánh không có chắn gió,

A đ 1.2 m2 - xe môtô 3 bánh có chắn gió

1.2.6 Lực quán tính Lực quán tính (Fj) là lực cần thiết để gia tốc các khối lượng chuyển động của

xe Lực quán tính xuất hiện khi tốc độ của xe thay đổi Lực quán tính có phương song song với mặt đường, chiều ngược với chiều của gia tốc, điểm đặt tại trọng tâm của xe

Fj = Fj' + Fj''

j g

Fj'' = djì j'' = djì ì

j g

G F

(1.6a)

max max

số quán tính quay

1.2.7 Lực kéo Remoorque Lực kéo remorque (Fm) là lực mà xe tác dụng lên remorque để kéo nó theo với cùng tốc độ của xe Phương của lực kéo remorque được qui ước là song song với mặt đường, chiều ngược chiều chuyển động của xe, điểm đặt tại điểm liên kết xe với remorque Fm = y SGm.i (1.7)

trong đó : y - hệ số cản của đường ; Gm.i - trọng lượng của các remorque.

1.2.8 Hệ số bám và lực bám Lực bám

j) là lực chống lại hiện tượng trượt giữa bánh xe và mặt đường

Độ lớn của lực bám : Fj = j Z = j Gj

hệ số bám Bánh xe chủ động của ôtô chỉ có thể lăn trên mặt đường đồng thời làm cho

ôtô chuyển động khi các bánh xe chủ động "bám" được vào mặt đường Nếu khả năng bám kém, các bánh xe chủ động có thể bị trượt lăn, tức là bánh xe quay mà

ôtô không tịnh tiến về phía trước Hiện tượng này thường gặp khi các bánh xe chủ

động ở trên vùng đất bùn lầy hoặc trên mặt đường có nước đóng băng

j) là đại lượng đặc trưng cho khả năng bám (hay khả năng chống lại hiện tượng trượt) giữa bánh xe và mặt đường Hệ số bám dọc (jx) đặc trưng cho khả năng chống lại hiện tượng trượt trong mặt phẳng dọc, hệ số bám ngang (jy) đặc trưng cho khả năng chống lại hiện tượng trượt trong mặt phẳng ngang Về mặt định lượng, hệ số bám được xác định theo các công thức sau :

Khái niệm hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường tương tự như khái niệm hệ

số ma sát giữa hai vật thể trong cơ học Tuy nhiên, trong khái niệm hệ số bám, ngoài

ma sát còn bao hàm cả yếu tố "bám" do các hoa lốp tác dụng vào đất Bánh xe ôtô chỉ có thể lăn trên mặt đường khi bánh xe có thể " bám " vào đất, tức là giữa bánh xe

và mặt đường có độ bám nhất định được đặc trưng bằng hệ số bám

những yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám Những yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến hệ số bám boa gồm :

ã Lốp xe (vật liệu chế tạo, cấu tạo, áp suất trong lốp, )

p - áp suất trong lốp xe, Z- Tải trọng thẳng đứng trên bánh xe ,

v - Vận tốc của xe, s - Độ trượt của bánh xe chủ động Cho đến nay vẫn chưa có phương pháp giải tích nào cho phép xác định một cách chính xác hệ số bám bởi vì trị số của hệ số bám phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau, bởi vậy người ta thường xác định hệ số bám bằng phương pháp thực nghiệm Khi tính toán có thể chọn trị số hệ số bám trung bình trong các bảng

1.2.9 momen kéo và lực kéo

ã Momen kéo (Mk) là momen quay của động cơ truyền đến các bánh xe chủ động

Momen kéo được xác định tại các bánh xe chủ động và bằng :

t t e

k M i

B V HP H b

e b

t h h h h h h

Trong các công thức trên : Mk - momen kéo, [Nm]; Me - momen quay của

động cơ, [Nm]; it - tỷ số truyền giữa động cơ và bánh xe chủ động; ht - hiệu suất của hệ truyền lực; ne - tốc độ quay của động cơ, [rpm]; nb - tốc độ quay của bánh

xe chủ động, [rpm]; we - tốc độ góc của trục chính của động cơ, [s-1]; wb - tốc độ góc của bánh xe chủ động, [s-1]; iH - tỷ số truyền của hộp số chính; iHP - tỷ số truyền của hộp số phụ; iV - tỷ số truyền của vi sai; iB - tỷ số truyền tại bánh xe chủ

động; hL - hiệu suất của ly hợp; hH - hiệu suất của hộp số chính; hHP - hiệu suất của hộp số phụ; hD - hiệu suất của truyền động cardan; hV - hiệu suất của vi sai; hB - hiệu suất truyền động tại bánh xe chủ động

Hiệu suất của hệ thống truyền lực (ht) là đại lượng đánh giá mức độ tổn thất năng lượng trên đường truyền từ động cơ đến bánh xe chủ động Trị số của ht được quyết định chủ yếu bởi các yếu tố sau đây :

+ Chất lượng thiết kế, chế tạo và lắp ráp hệ thống truyền lực,

ã Lực kéo (Fp) là phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động

được sinh ra bởi momen kéo

Lực kéo lớn nhất có thể được tạo ra tại vùng tiếp xúc giữa các bánh xe và mặt

đường không chỉ phụ thuộc vào momen kéo mà còn phụ thuộc vào hệ số bám (j) và trọng lượng bám (Gj) Trị số của lực kéo cực đại (Fk.max) được giới hạn bởi điều kiện bám như sau :

trong đó : Fj - Lực bám, j - Hệ số bám, Gj - Trọng lượng bám

Nếu xe chạy trên đường bằng thì G = Gj và Fk.max = j G Lực F'k.max được gọi là lực kéo tiềm năng - lực kéo cực đại mà hệ động lực của ôtô có thể tạo ra Nếu F'k.max > Fk.max thì bánh xe sẽ bị trượt lăn, tức là bánh xe vẫn quay nhưng ôtô không chuyển động Để tránh hiện tượng trượt lăn, lực kéo thực

tế được hình thành tại vùng tiếp xúc chỉ có thể nhỏ hơn hoặc bằng lực bám

Ngoài các loại lực và moment đã trình bày ở trên, còn tồn tại một số loại lực

và moment khác tác dụng lên ôtô trong quá trình chuyển động, như : H.1-7 Sơ đồ biểu diễn

momen kéo và lực kéo

ã Lực ma sát (Fms) - lực ma sát giữa các bề mặt chuyển động tương đối với nhau trong trong các bộ phận của xe

ã Moment quán tính của các bánh xe (MJ.b1 , MJ.b2 ) - Moment xuất hiện khi tốc độ quay của các bánh xe thay đổi

ã Moment phanh (Mp) - là momen do hệ thống phanh sinh ra nhằm cản chuyển động quay của các bánh xe

Đa số hệ thống phanh thông dụng hiện nay tạo ra momen phanh bằng cách

ép các má phanh vào bộ phận nào đó trên các bánh xe, trong đó má phanh được lắp trên bộ được cố định với khung xe

ã Lực kéo (Fp) - là tổng của các phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh

xe được hình thành khi xuất hiện momen phanh

Các lực ma sát (Fms) và momen quán tính của các bánh xe (Mjb) có trị số rất nhỏ so với các lực và momen khác tác dụng lên ôtô trong quá trình vận hành nên thường được bỏ qua trong quá trình phân tích động lực học ôtô Momen phanh (Mp)

và lực phanh (Fp) chỉ xuất hiện trong quá trình phanh ôtô, nên không được đề cập

đến trong chương này

1.3.1 đặc tính tốc độ của hệ động lực cơ ôtô

của hệ động lực ôtô là các đường cong biểu diễn mối quan

hệ giữa các thông số tính năng cơ bản và tốc độ quay của hệ động lực khi giữ nguyên vị trí của cơ cấu điều khiển động cơ

động cơ; Nt - công suất tổn thất trên đường truyền từ động cơ đến bánh xe chủ động;

ht - hiệu suất của hệ thống truyền lực

ã Mối quan hệ giữa tốc độ quay và vận tốc của ôtô

e b b

b

i

n r n

r v

ã Ny = f(v) hàm đường thẳng với a = const và v Ê 80 km/h,

ã Ny = f(v) đường cong với v > 80 km/h,

ã Khoảng giữa NR và Nk đặc trưng cho khả năng tăng tốc hay vượt tốc

ã Điềm A là diểm vận tốc cao nhất xe đạt được trên đường Tại điểm này xe không còn khả năng gia tốc nữa

R k

R N

N

N N

N Y

h

ì

=

Trong đó : NR - công suất cần thiết để ôtô chuyển động với vận tốc không đổi

; N’k - công suất kéo do động cơ phát ra

H 1-x biểu diễn biểu đồ cân bằng công suất của ôtô với hộp số 3 cấp Nếu

ôtô chạy với vận tốc không đổi vx = const, hệ số sử dụng công suất khi hộp sô ở cấp

số 2 và số 3 sẽ bằng :

' 2

2

.

x k

x R x

3

.

x k

x R x

Hệ số sử dụng công suất cành nhỏ thì suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ càng lớn

1.3.3 cân bằng lực kéoPhương trình cân bằng lực kéo có dạng như sau :

Fk = Ff + Fw± Fg ± Fj (3.10a) Thay Fk, Ff, Fw, Fg và Fj từ các biểu thức (1.3b), (1.4a), (1.6a) ta có :

j g

G G

v W G

f r

i

M

j b

t t

e ì ì h = ì ì cos a + ì 2 ± ì sin a ± ì d ì

(3.10b)

g

G v W G

r

i

M

j b

t t

r

i M

=

ã Với vận tốc của ôtô v Ê 80 km/h, trị số của hệ số cản lăn (f) hầu như không thay đổi nên đồ thị Fy = f(v) trong khoảng v Ê 80 km/h là một đoạn thẳng

ã Đồ thị Fw = f(v) có dạng của đường bậc 2 (xem công thức 1.5)

ã Đoạn tung độ giữa trục hoành và đường cong FR (đoạn bd) tương ứng với công suất tiêu hao để thắng lực cản của mặt đường và lực cản của không khí

ã Đoạn tung độ giữa đường cong FR và Fk (đoạn ba) tương ứng với công suất dự trữ để ôtô có thể vượt dốc hoặc tăng tốc

ã A là điểm cắt nhau của đường cong lực kéo (Fk) khi hộp số ở cấp cao nhất

và đường lực cản (FR) vA là vận tốc lớn nhất mà ôtô có thể đạt được ứng với điều kiện vận hành xác định ở chế độ vận tốc vA, ôtô không còn khả năng vượt dốc hoặc tăng tốc

ã ở khu vực Fk > Fj, bánh xe chủ động sẽ trượt lăn, tức là bánh xe quay nhưng ôtô không tịnh tiến

ö ø

j f

ã Theo hàm 3.11b thì D là chỉ tiêu động lực học diễn tả khả năng của phương tiện để vượt qua chướng ngại và tăng tốc

ã Theo hàm 3.11a thì D chỉ phụ thuộc vào cấu trúc của xe vì vậy chỉ số thể tiêu biểu cho một loại xe cụ thể

Chương 2

Các bộ phận cơ bản của hệ thống truyền lực trên ôtô

(HTTL) của ôtô là hệ thống tập hợp các cơ cấu nối từ

động cơ tới bánh xe chủ động

Hệ thống truyền lực của ôtô có các chức năng như sau :

ã Truyền mômen quay từ động cơ đến các bánh xe chủ động

ã Biến đổi momen truyền từ động cơ đến các bánh xe chủ động sao cho phù hợp giữa momen cản sinh ra trong quá trình ôtô chuyển động và chế độ làm việc của

động cơ

ã Cắt dòng truyền momen theo ý muốn của người lái

ã Thực hiện đổi chiều chuyển động của bánh xe chủ động để ôtô chạy lùi

BT

BT

TDTD

K

H 2-1 Sơ đồ cấu tạo HTTL điển hình

Đ- Động cơ, L- Ly hợp, H- Hộp số, TD- Trục cardan,

K- Khớp nối, V- Vi sai, BT- Bán trục

Bảng 2-1 Phân loại tổng quát HTTL của ôtô

Hình thức truyền năng lượng

ã Động cơ sau, cầu chủ động sau

Đặc điểm biến đổi các số truyền

ã Truyền lực có cấp

ã Truyền lực vô cấp Phương pháp điều khiển

2.1.4 hệ thống truyền động liên hợp

Hệ thống truyền lực liên hợp bao gồm một số bộ phận cơ khí, một số bộ phận thuỷ lực, một số bộ phận điện tử

2.1.5 sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực

H 2-2 giới thiệu các sơ đồ bố trí HTTL thông dụng

- Động cơ, ly hợp, hộp số được bố trí thành hàng dọc phía trước, cầu chủ động phía sau

- Động cơ, ly hợp, hộp số được bố trí thành hàng dọc phía trước, cầu chủ động phía trước Tất cả các thành tố của HTTL được tổ hợp thành một khối đặt phía trước nên trọng tâm của xe lệch hẳn về phía trước Đặc điểm này kết hợp với

cấu tạo vỏ xe thích hợp có khả năng tạo tính ổn định cao khi có lực bên Nhược

điểm của sơ đồ 2 là không gian đầu xe chật hẹp

- Động cơ nằm ngang phía trước, cầu chủ động phía trước Các thành

tố cơ bản của HTTL được tổ hợp thành một khối Sơ đồ 3 có ưu, nhược điểm tương

tự như sơ đồ 2

Sơ đồ b và c hiện nay rất thông dụng trên các ôtô con 1 cầu chủ động Việc tổ hợp các thành tố cơ bản của HTTL thành 1 khối sẽ giảm công việc trong quá trình lắp ráp hoàn chỉnh ôtô

- Động cơ, ly hợp, hộp số được tổ hợp thành 1 khối đặt phía sau, cầu chủ động phía sau Với sơ đồ 4 có thể hạ thấp chiều cao đầu xe và tạo dáng khí động học cho ôtô cao tốc Sơ đồ này thường gặp trên một số loại minibus

- Động cơ và ly hợp được đặt phía trước, hộp số chính và cầu xe phía sau Trọng lượng phân bố đều cho cầu trước và cầu sau

- Động cơ, ly hợp, hộp số bố trí dọc phía đầu xe, cả cầu trước và sau

đều là chủ động Các trục cardan nối hộp số phụ với các cầu chủ động Sơ đồ này thường gặp trên ôtô có tính việt dã cao

- Động cơ, ly hợp, hộp số được bố trí phía đầu xe Cả cầu trước và sau

đều là chủ động Cầu sau liên kết với hộp số chính thông qua ly hợp ma sát, không

có hộp số phụ Sơ đồ này áp dụng cho xe có tính việt dã rất cao

2.2.1 chức năng, yêu cầu và phân loại

là thành tố của HTTL nằm giữa động cơ và hộp số chính Ly hợp trong HTTL của ôtô có các chức năng sau đây :

ã Cho phép nối mạch truyền momen từ động cơ đến bánh xe chủ động,

đồng thời có vai trò như một cơ cấu an toàn nhằm tránh quá tải cho động cơ trong trường hợp momen cản quá lớn

va đập giữa các bánh răng Ngoài ra, ly hợp còn có tác dụng bảo vệ, khi xe làm việc quá tải hoặc các bộ phận truyền lực khác bị hư hỏng đột ngột

Ly hợp phải đảm bảo một số yêu cầu cơ bản là: làm việc chắc chắn và an toàn; tách phải hoàn toàn, cấu tạo đơn giản, dễ chăm sóc điều chỉnh

Động lực truyền qua hộp số kéo ô tô di chuyển tạo ra một áp lực lên các bánh răng làm cho việc tách và cài các bánh răng khó Vì vậy bộ ly hợp có công dụng cắt tạm thời chuyển động giữa động cơ và hộp số mỗi khi cần tách hoặc cài số

Ly hợp này gồm có đĩa bị động 7 làm bằng thép, bên ngoài gắn vành đệm ma sát, moayơ của đĩa bị động lồng vào rãnh then hoa trục Đĩa bị động này, luôn luôn bị ép giữa đĩa ép 9 và bánh đà 4 bằng lò xo 3

Khi tách mở ly hợp để gài số, người lái xe phải tác dụng một lực lên bàn đạp, qua cơ cấu thanh nối và tay đòn 6, đĩa ép 4 dịch chuyển về phía phải, ép lò xo 9, mở rộng khoảng giữa bánh đà và đĩa ép, làm cho đĩa bị động 1 tách khỏi bánh đà Do đó truyền động từ bánh đà hay động cơ sang trục 7 hay hộp số bị ngắt

Khi ôtô cần truyền mômen xoắn lớn, ly hợp một đĩa phải có kích thước lớn Trong trường hợp này, muốn giữ nguyên hay không thay đổi kích thước của bánh đà, phải tăng số bề mặt chịu ma sát bằng cách dùng nhiều đĩa chủ động và bị động

ở loại ly hợp này, một lò xo màng 8 hình nón cụt được thay thế cho các lò xo xoắn

để ấn đĩa ép 2 và đĩa bị động 1 bám vào mặt bánh đà

Hình 2-5 : Ly hợp ma sát với lò xo ép loại màng

1 Đĩa bị động; 2 Đĩa ép; 3 Vỏ ly hợp; 4 Moayơ đĩa bị động; 5 Bạc hay ống trượt;

6 Trục bị động; 7.Đĩa quay; 8 Lò xo ép loại màng; 9 Vành đệm ma sát; 10 Bánh

đà; 11 Trục khuỷa động cơ

Ly hợp loại này gồm có: đĩa bị động 1 làm bằng thép , bên ngoài gắn vành đệm ma sát 9, moayơ của đĩa bị động lồng vào rãnh then hoa của trục 6 Đĩa bị động này, luôn luôn bị ép giữa đĩa ép 2 và bánh đà 10 bằng lò xò màng 8

Khi tách (hay mở) ly hợp để gài số, người lái tác động vào bàn đạp, qua cơ cấu truyền dẫn, đòn quay 7, bạc 5 dịch chuyển sang trái, qua lò xo màng 8, làm cho đĩa

ép 2 xê dịch sang phải và đĩa bị động 1 tách khỏi bánh đà, truyền động từ động cơ ra hộp số bị ngắt

2.2.4 Cơ cấu điều khiển ly hợp Cơ cấu điều khiển hay dẫn động cắt nhả ly hợp có ba loại chính:

-điều khiển bằng cơ khí;

-điều khiển bằng thuỷ lực;

-điều khiển bằng điện tử

Cơ cấu này gồm có: bàn đạp 1, lò xo kéo 2 và 7, khớp nối 3, vòng bi nhả hay cắt ly hợp 4, trục 6 và chạc 8

Hình 2-6 : Cơ cấu điều khiển ly hợp bằng cơ khí

1 Bàn đạp; 2,7 Lò xo kéo; 3 Khớp nối; 4.Vòng bi nhả ly hợp; 5 Thanh kéo; 6

Khi buông chân khỏi bàn đạp hay không ấn bàn đạp nữa, dưới tác dụng của lò xo 2

và 7, ly hợp lại đóng

Cơ cấu này gồm có: bình dầu 1, xilanh chính 2 với pittông 3, thanh nối 4 liên hệ với bàn đạp 8, pittông 9 với xilanh làm việc 10, gối đỡ chạc dạng hình cầu 5, chạc 6, ống dẫn dầu 11, lò xo 7 và 12

Hình 2-7: Cơ cấu điều khiển ly hợp bằng thuỷ lực

1 Bình dầu; 2 Xilanh chính; 3.Pittông; 4 Thanh nối; 5 Gối đỡ chạc hình cầu;

6 Chạc; 7 Lò xo; 8 Bàn đạp; 9 Pittông; 10 Xilanh làm việc; 11 ống dẫn dầu;

12 Lò xo

Khi cắt hay nhả ly hợp, ấn chân lên bàn đạp 8, qua thanh nối 4, pittông 3 chuyển

động sang trái, đẩy dầu hay chất lỏng từ xilanh 2, theo ống dẫn 11 đến xilanh làm việc 10, làm dịch chuyển pittông hay thanh dẫn động sang phải, qua chạc 6 làm cho

ly hợp được mở Khi thôi tác động lực vào bàn đạp 8, nhờ lo xo 7 và 12, chạc trở về

vị trí ban đầu, ly hợp lại đóng

Cơ cấu này gồm có: các cảm biến thu nhận thông tin 5, bộ điều khiển trung tâm (ECU) 10 và cơ cấu chấp hành

Hình 2-8: Cơ cấu điều khiển ly hợp bằng điện tử (dạng sơ đồ khối)

1 Động cơ; 2 Ly hợp; 3 Hộp số; 4 Cần số; 5 Cảm biến vị trí cần số; 6 Cảm biến hoạt động của hộp số; 7 Xilanh thủy lực; 8 Bộ nguồn thuỷ lực; 9 Cảm biến hành trình của ly hợp; 10 Bộ điều khiển trung tâm; 11 Bàn đạp ga; 12 Cảm biến hoạt

động của ly hợp; 13 Bướm ga; 14 Cảm biến vị trí bướm ga

Khi người lái xe dịch chuyển cần số 4 để sang hay gài số, bộ điều khiển trung tâm (ECU) 10 sau khi nhận được thông tin từ cảm biến 5 sẽ truyền tín hiệu điều hành tới cơ cấu chấp hành để cắt hoặc nối khớp ly hợp, cho đến khi người lái xe không tác dụng vào cần số nữa

2.3.1 chức năng, yêu cầu và phân loại Hộp số dùng để thay đổi tốc độ hay lực kéo của ôtô, khi xe chuyển động tiến hoặc lùi, và cắt truyền động từ động cơ, qua ly hợp đến bánh xe chủ động, khi cần dừng xe trong một thời gian nhất định

Hộp số thường dùng trên ôtô hiện nay có ba loại chính: hộp số có cấp, hộp số vô cấp và hộp số hỗn hợp

-hộp số có cấp;

-hộp số vô cấp;

-hộp số hỗn hợp

2.3.2 Hộp số có cấp Nguyên lý hoạt động của hộp số của hộp số 3 cấp số tiến, 1 cấp số lùi Hình 2-9 trình bày kết cấu của hộp số loại bánh răng di động 3 cấp số tiến, 1 cấp

số lùi Đường kính bánh răng B trục trung gian lớn gấp đôi bánh răng chủ động A trục sơ cấp, bánh răng 2 có đường kính bằng bánh răng 2’, bánh răng 1 lớn gấp đôi bánh răng 1’

Hình 2-9: Sơ đồ kết cấu của hộp số 3 cấp số tới, 1 số lùi

-Cài số 1

Các bánh răng đang ở vị trí tử điểm, gạt tay nắm cần sang số qua trái và kéo lui, cần này sẽ dẫn động gắp 1 đi tới cài bánh răng 1 vào bánh răng 1’ Mômen xoắn từ bánh răng chủ động A truyền qua bánh răng B và trục trung gian đến bánh răng 1’ lên bánh răng 1 kéo trục thứ cấp quay ở cấp số 1, tỷ số truyền động được giảm tốc 2 lần

-Cài số 2

Đẩy cần sang số tới trước để tách bánh răng 1 ra khỏi bánh răng 1’, sau đó gạt qua phải và đẩy tới Cần số sẽ dẫn động gắp lui, cài bánh răng 2 vào bánh răng 2’ Mômen xoắn từ bánh răng chủ động A đến bánh răng B, trục trung gian, bánh răng 2’ đến bánh răng 2 kéo quay trục thứ cấp Truyền động được giảm tốc 1 lần

-Cài số 3

Kéo cần số lui, gắp đẩy bánh răng 2 khớp vào mặt sau của bánh răng chủ động A, trục sơ cấp và thứ cấp được nối thành 1 trục duy nhất, mômen truyền thẳng từ trục sơ cấp đến trục thứ cấp Đây là cấp số cao nhất

-Cài số lùi

Xe đang chạy số 3, đẩy nhẹ cần số tới để tách bánh răng 2 ra khỏi bánh răng chủ

động A, sau đó gạt cần số qua trái và đẩy tới, cài bánh răng 1 vào bánh răng trung gian lùi Mômen truyền từ bánh răng chủ động A đến B, đến trục trung gian, truyền tiếp tới bánh răng lui trung gian kéo bánh răng 1 và trục thứ cấp quay ngược chiều với trục sơ cấp, xe chạy lùi

*Cơ cấu đồng tốc Hai bánh răng đang quay, muốn cài vào nhau được êm không va chạm, hư hỏng thì phải làm cho chúng quay cùng tốc độ trước khi cài vào nhau Hộp số hiện đại được trang bị cơ cấu làm đồng tốc các bánh răng trước khi cài răng, gọi là bộ đồng tốc Hình 2-10 giới thiệu sơ đồ nguyên lý kết cấu và hoạt động của bộ đồng tốc Bộ này dịch chuyển trên trục thứ cấp C gồm moayơ có răng ngoài B liên kết với vành nón cụt E nhờ các lò xo G Mặt sau bánh răng chủ động A có bánh răng trong D với lõm hình nón cụt H tương ứng với chóp nón E

Hình 2-10: Sơ đồ kết cấu và hoạt động của bộ đồng tốc đơn giản

A Trục sơ cấp; B Moayơ có răng ngoài; C Trục thứ cấp; D Bánh răng trong của

trục sơ cấp; E Chóp côn; H Lõm côn; I Gắp; G Lò xo

Khi xe đang chạy số 2, cài số 3 bằng cách cài bánh răng ngoài B khớp vào bánh răng trong D Lúc này bánh răng A xem như đứng yên vì đã cắt khớp ly hợp, trong lúc bánh răng B đang quay nhanh theo trục bị động Dưới áp lực của cần sang số I,

bộ đồng tốc gồm bánh răng ngoài B với chóp nón cụt E, tiến tới, chóp nón E chạm vào lõm hình nón cụt H làm nhiệm vụ như bộ ly hợp kéo bánh răng A quay theo bánh răng B Tiếp tục ấn cần sang số, bánh răng ngoài B ép các lò xo G tiến tới cài vào răng trong D, lúc này mới thật sự cài số 3

Hình 2-11: Kết cấu và hoạt động của bộ đồng tốc

1 Vành răng ngoài của bánh răng trục sơ cấp; 2 Chóp côn; 3 Vòng côn; 4 Gắp;

5, 10 Moayơ răng trong; 7 Moayơ; 8 Trục thứ cấp; 9 Bi và lò xo định vị;

A Bộ đồng tốc chưa cài; B Bộ đồng tốc đã cài

-Hộp số ôtô 5 cấp số tới, đồng tốc 5 cấp số Hình 2-12 giới thiệu kết cấu của hộp số 5 cấp số tới và 1 số lui Trên trục thứ cấp từ trái sang phải ta có: bộ đồng tốc B dành cho cấp số 3 và 4, hai bánh răng C,D là hai bánh răng của cấp số 3 và 2, chúng quay trơn trên trục thứ cấp và khớp răng thường trực với trục trung gian L Bộ đồng tốc E cài cấp số 1 và 2 Bánh răng F là bánh răng của cấp số 1 quay trơn trên trục thứ cấp và khớp răng thường trực với trục trung gian

Hình 2-12: Hộp số ôtô Chrysler 5 cấp số tới, 1 số lùi, đồng tốc 5 số

A Trục sơ cấp; B Bộ đồng tốc cấp số 3,4; C Bánh răng cấp số 3; D Bánh răng cấp

số 2; E Bộ đồng tốc cấp số 1,2; F Bánh răng cấp số 1; G Trục thứ cấp; H Bộ đồng tốc cấp số 5; I Bánh răng cấp số 5; K Bánh răng giảm tốc lùi; L Trục trung gian;

M Bánh răng chủ động của trục sơ cấp; N Bánh răng lùi

Trên trục trung gian ngoài các bánh răng khớp răng thường trực với các bánh răng C,D,E còn có thêm bánh răng lùi N và bánh răng I là bánh răng của cấp số 5, nó quay trơn trên trục trung gian và khớp răng thường trực với trục thứ cấp Cuối trục trung gian là bộ đồng tốc H để cài cấp số 5

-Cài cấp số 1 cắt khớp ly hợp, dịch bộ đồng tốc E sang phải cho khớp răng với bánh răng F của cấp số 1

-Cài cấp số 2: cắt khớp ly hợp, dịch bộ đồng tốc E sang trái cho khớp răng với bánh răng D của cấp số 2

-Cài cấp số 3 sau khi bộ đồng tốc E về vị trí số Mo, ta điều khiển bộ đồng tốc B sang phải cho khớp răng vào bánh răng C của cấp số 3 Tỷ số truyền động ở cấp số này vào khoảng 1,5:1

-Cài cấp số 4 dịch bộ đồng tốc B sang trái cho khớp răng vào trục sơ cấp, mômen

được truyền động trực tiếp từ trục sơ cấp đến trục thứ cấp và tỷ số truyền là 1:1

-Cài cấp số 5 cấp số 5 còn gọi là cấp số vượt tốc Dịch bộ đồng tốc B về số 0, dịch

bộ đồng tốc H sang trái để khớp răng vào bánh răng I của số 5 Lúc này bánh răng I quay cùng khối với trục trung gian để dẫn động trục thứ cấp quay ở cấp chế độ này

tỷ số truyền động là 0,8:1 có nghĩa là trục sơ cấp quay 0,8 vòng để dẫn động trục thứ cấp quay 1 vòng

-Cài số lùi : ở chế độ hoạt động này tất cả 3 bộ đồng tốc được đưa về số 0, bánh răng giảm tốc lùi K được cài khớp răng với bánh răng lùi N trên trục trung gian và cài răng với răng của bộ đồng tốc E Trục thứ cấp sẽ quay đảo chiều, tỷ số truyền động

ở chế độ số lùi này là 3.5:1