THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CỦA Ô TÔ

Mục đích của các thí nghiệm này là xác định chất lượng chung của hệ thống truyền lực và đặc tính của các tổng thành, chẳng hạn như: hiệu suất truyền động, chế độ nhiệt, rung động, độ cứn

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

CHƯƠNG 7 THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CỦA Ô TÔ 5.1Đại cương về thí nghiệm hệ thống truyền lực

Thí nghiệm hệ thống truyền lực và các tổng thành của nó có thể tiến hành trên đường hoặc trong phòng thí nghiệm Mục đích của các thí nghiệm này là xác định chất lượng chung của hệ thống truyền lực và đặc tính của các tổng thành, chẳng hạn như: hiệu suất truyền động, chế độ nhiệt, rung động, độ cứng vững và độ bền tĩnh, độ tin cậy và tuổi thọ,…

Khi thí nghiệm người ta đặc biệt quan tâm đến việc xác định dao động xoắn và dao động uốn của hệ thống truyền lực

Dao động xoắn làm tăng tiếng ồn của hệ thống truyền lực và ở một mức độ nào

đó có thể làm gãy, hỏng các chi tiết chịu lực Dao động xoắn của hệ thống truyền lực được xác định bằng phương pháp đo mô men xoắn và biến dạng của các trục chịu lực nhờ các cảm biến dán lên chúng Dao động xoắn của hệ thống truyền lực nguy hiểm nhất là dạng cấp 1, cấp 2, cấp 3 và cấp 4

Khi nghiên cứu dao động xoắn cấp 1,có thể đo ở trục bất kỳ vì dạng dao động này xuất hiện với cường độ gần như nhau ở tất cả các trục Để nghiên cứu dao động xoắn cấp 3 người ta thường đo trên trục sơ cấp hộp số vì tại đây là lớn nhất Khi nghiên cứu dao động xoắn cấp 4, có thể đo trên trục hộp số, các đăng và bán trục (ảnh hưởng của dạng dao động này là không lớn) Đối với hệ thống truyền lực của ô tô dạng dao động xoắn cấp 2 thường không nguy hiểm vì nó dẽ bị triệt tiêu bởi ma sát trong toàn bộ hệ thống

Các chi tiết của hệ thống truyền lực khi làm việc không chỉ chịu dao động xoắn

mà còn chịu dao động uốn Nguyên nhân gây ra dao động uốn là do các chi tiêt chuyển động quay không cân bằng Ảnh hưởng lớn nhất của dao động uốn là sẽ xuất hiện khi cộng hưởng Biên độ, tần số và hình dạng dao động uốn được xác định nhờ dụng cụ đo rung động theo suốt chiều dài động cơ và hệ thống truyền lực

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

5.2 Phân loại các bệ thí nghiệm hệ thống truyền lực ô tô

Theo mục đích của thí nghiệm:

- Bệ thí nghiệm độ bền lâu của các chi tiết và tổng thành

- Bệ thí nghiệm về độ bền tĩnh và độ cứng vững

- Bệ xác định đặc tính nhiệt độ của các tổng thành

- Bệ xác định mức ồn và rung động

- Bệ xác định các đặc trưng kỹ thuật: hiệu suất truyền động, hệ ma sát, vết tiếp xúc của các răng

Theo phương pháp chất tải:

- Bệ với thiết bị chất tải trực tiếp (dòng công suất hở) Nguồn động lực của bệ thử thường là động cơ thuỷ lực hay động cơ điện Thiết bị chất tải cho đối tượng thí nghiệm là phanh thuỷ lực hay phanh điện Ưu điểm của loại bệ thử này là dễ điều khiển chế độ thí nghiệm Nhược điểm của nó là tiêu hao năng lượng lớn Bệ thử loại này được sủ dụng khi thí nghiệm hộp số, các đăng và các cầu chủ động

- Bệ có thiết bị chất tải với dòng công suất kín Ở các bệ thủ loại này lực tác dụng lên đối tượng thí nghiệm chủ yêu là lực đàn hồi xuất hiện trong mạch kín Như vậy tiêu hao năng lượng là khá nhỏ, tạo điều kiện để bệ thử có khả năng chất tải theo chương trình bất kỳ Nhược điểm cơ bản của loại bệ thử này phải dùng cụm công nghệ phụ (hộp số công nghệ, cầu công nghệ…) Các bệ thử thuộc nhóm này đuợc sử dụng rộng rãi để thỉ nghiệm các tổng thành của hệ thống truyền lực về độ bền lâu, tiếng ồn, hiệu xuất và dầu bôi trơn

- Bệ với thiết bị chất tải dạng tải trọng động Ở loại bệ thử này tải trọng động tác dụng vào đối tượng thí nghiệm được tạo ra bởi các bộ xung thuỷ lực hoặc bộ tạo rung cơ khí Trong thực tế loại bệ này được dùng khi thí nghiệm độ bền lâu của trục các dăng và bán trục

- Bệ với thiết bị chất tải dạng bánh đà quán tính Bệ thử này có khả năng mô phỏng khá chính xác chế độ tải trọng thực tế của hệ thống truyền lực Nhưng kết cấu

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

phức tạp và tiêu hao năng lượng lớn Nhóm bệ thử này thường được dùng đẻ thí nghiệm các chi tiết hoặc tổng thành hệ thống truyền lực về mòn và mỏi

- Các loại bệ thủ chuyên dùng được sử dụng để xác định số vòng quay tới hạn của trục các đăng, độ cứng vững của vỏ cầu và sự cân bằng của li hợp…

5.3 Thí nghiệm ly hợp

Thí nghiệm ly hợp trên đưòng và trên bệ thử nhằm mục đích nghiên cứu chất lượng ly hợp và các chi tiết của nó

Trước khi thí nghiệm cần tiến hành chuẩn bị ly hợp để thí nghiệm theo yêu cầu

kỹ thuật quy định Nếu đĩa bị động mới cần chạy rà Khi this nghiệm trên bệ thử cần đóng mở ly hợp khoảng 50-100 lần Khi thí nghiệm trên đường cần cho ô tô chạy khoảng 100-200km trong 1km đóng ly hợp từ 2-3 lần Sau khi chạy rà bề mặt tiếp xúc của đĩa bị động phải đảm bảo không nhỏ hơn 8%

5.3.1 Xác định momen và hệ số ma sát của ly hợp

a) Xác định momen ma sát của ly hợp

Sơ đồ nguyên lý của bệ thử:

Hình 7.1 Sơ đồ bệ thử xác định mô men ma sát ly hợp 1-vỏ ly hợp, 2-bánh đà,3-lực kế;4-tay đòn,5-đĩa ma sát,6-trục ly hợp;7-hộp giảm tốc;8-động cơ điện

Khi thí nghiệm động cơ điện 8 dẫn động toàn bộ hệ thống quay Giá trị mô men

ma sát ly hợp được xác định thống qua lực kế 3 Quá trình thí nghiệm được tiến hành:

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

- Đo mômen ma sát của ly hợp khi chưa chạy rà ở tốc độ tay quay nhỏ của bánh đà và đĩa bị động (0,1-0,16 rad/s)

- Thực hiện chạy rà ly hợp trong khoảng 1-3 phút ở tốc độ quay lớn (94-105rad/s)

- Xác định mô men ma sát của ly hợp ở các vận tốc trượt khác nhau

- Biểu thị sự phụ thuộc của mô men ma sát với vân jtốc trượt và trạng thái nhiệt của ly hợp

b) Xác định hệ số ma sát của ly hợp

Để xác định hệ số ma sát của ly hợp, đo mô men ma sát và lự thẳng góc tác dụng lên bề mặt ma sát dùng bệ thử kiểu con lắc:

Hình 7.2 Sơ đồ bệ thử 9-giá đỡ; 10-tay quay;11-trục;12-bánh đà;13-vòng ma sát thí nghiệm;14-lò xo;15-đai ốc;16-vòng

bi;17-giá đỡ;18-con lắc

Bệ thử gồm tay quay 10 qua trục 11 nối cứng với bánh đà 12, vành 17 kẹp chặt với con lắc 18 và ép về bánh đà nhờ đai ốc 15 thông qua lực kế kiểu lò xo 14 Giữa 17

và 12 đặt vòng ma sát thí nghiệm 13

Khi thí nghiệm quay tay quay 10 đi vài vòng để rà bề mặt mẫu thử Sau đó quay tay quay 10 từ từ với tốc độ khoảng 20/s cho đến khi con lắc bắt đầu chuyển động Góc lệch của con lắc tại thời điểm này có thể đọc trên thang chia độ của thuớc

đo 19 Hệ số ma sát của ly hợp trong trường hợp này được xác định:

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

tb

qL sin Q.r

Trong đó: q-khối lượng con lắc

L - chiều dài con lắc

Q-lực nén là xo 14

Rtb – bán kính trung bình vòng ma sát

α-góc quay của con lắc

5.3.2 Xác định dặc tính của bộ phận giảm chấn (bộ chống dao động xoắn)

Đặc tính của bộ phận giảm chấn được xác định khi đo mô men xoắn trên mayơ của đĩa bị động và góc quay tương đối giữa mayơ với xương ma sát của đĩa Để xác định đặc tính động lực học của bộ phận giảm chấn trong ly hợp người ta sử dụng bệ thử có sơ đồ nguyên lý như trên hình

Hình 7.3 Sơ đồ bộ thử xác định đặc tính giảm chấn ly hợp

Bệ gồm: đĩa bị động ly hợp đặt trong bánh đà đứng yên, đòn 1 một đầu nối với trục ly hợp, một đầu nối với trục lăn 2, trục này tỳ lên đầu bánh lệch tâm 3 Khi thí nghiệm bánh lệch tâm 3 dẫn động hệ thống chuyển động dao động với tần số nhất định Đo mô men xoắn trên trục đĩa bị động và góc quay của đòn 1 nhận được đường đặc tính động lực của bộ phận giảm chấn Cần chú ý đo mo men xoắn ở các chế độ chất tải và giảm tải để xác định mo men ma sát trong bộ phận giảm chấn Trong trường hợp tổng quát để xác định đặc tính của giảm chấn cần đo các mô men: mô men tạo ra bởi sức căng ban đầu của các lò xo giảm chấn, mô men cực đại của giảm chấn

M3, mô men ma sát trong giảm chấn MT và góc biến dạng cực đại của giảm chần αmax

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

H ình 7.4 Đường đặc tính tĩnh của bộ phận giảm chấn

5.3.3 Thí nghiệm ly hợp về độ bền lâu

Độ bền lâu của ly hợp và các chi tiết có thể xác định bằng thực nghiệm trên đường và trên bệ thử

Khi thí nghiệm trên đường với mục đích xác định độ bền lâu của ly hợp, để rút ngắn thời gian thí nghiệm cần chọ trước số lần khởi động ô tô trên đường dốc, hành trình loại đường chạy thí nghiệm Sau khi thí nghiệm xác định độ mòn của vòng ma sát và tình trạng kỹ thuật của ly hợp

Khi thí nghiệm trên bệ thử phải lập chương trình thí nghiệm hợp lý để đảm bảo tính phá huỷ tương tụ như trong sử dụng

H ình 7.5 Sơ đồ bệ thử thí nghiệm độ bền lâu

5.4 Thí nghiệm hộp số cơ khí

5.4.1Bệ thử xác định hiệu suất truyền lực hộp số với dòng công suất hở

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Hình 7.6 Sơ đồ bệ thử xác định hiệu suất truyền lực với dòng công suất hở

1-Động cơ điện;2-hộp số thí nghiệm;3-hộp giảm tốc;4-phanh điện;5-đồng hồ đo mô men;6,7-khớp

nối Phanh điện 4 dùng để chất tải cho hộp số, còn hộp giảm tốc 3 để đảm bảo tốc

độ góc của ro to phanh nằm trong phạm vi cho phép Các đồng hồ đo mô men 5 sẽ đo

mô men trên trục sơ cấp M1 và mô men trên trục thứ cấp M2 của hộp số:

H

ω

ω

5.4.2 Bệ thử xác định hiệu suất truyền lực hộp số với dòng công suất kín:

Hình 7.6 Sơ đồ bệ thử xác định hiệu suất truyền lực với dòng công suất kín

1-động cơ điện cân bằng;2-hộp số;6-xilanh thuỷ lực;7-bộ biến đổi;8-hộp giảm tốc;9-trục các đăng

Xi lanh thuỷ lực quay 6 có tác dụng chất tải trong mạch kín Mô men xoắn Mx

được đo bằng bộ biến đổi 7, còn mô men cần thiết quay mạch kín được đo bằng đồng

hồ đo 5 (M1) Để loại trừ ảnh hưởng của ma sát trong các hộp giảm tốc ta đo mô men cần thiết để xoắn mạch kín M2 (có thể đo ngay tai jtrục các dăng) Giả thiết ma sát trong cả hai hộp số như nhau thì hiệu suát có thể xác định theo công thức:

hs

x

M

5.4.3 Thí nghiệm hộp số về độ bền tĩnh và độ bền lâu:

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng a) Độ bền tĩnh

Sơ đồ dòng công suất hở (mắc hộp giảm tốc sau động cơ điện).Mô men của động cơ điện 1 được truyền qua hộp giảm tốc 3 rồi qua hộp số 2 và phanh cơ khí 4

Độ bền tĩnh của hộp số được xác định theo tải trọng phá huỷ khâu yếu nhất khi thí nghiệm trên máy đo xoắn ở tất cả các tay số kể cả số lùi Ghi lại giá trị mô men này (M1) và xác định hệ số dự trữ bền theo qua hệ:

1 emax

M n

M

=

Trong đó: M1-mômen phá huỷ khâu yếu nhất đo trên trục

sơ cấp hộp số

Memax- mômen xoắn cực đại động cơ

b) Thí nghiệm độ bền lâu của bộ đồng tốc

Hình 7.8 Sơ đồ bệ thí nghiệm bộ đồng tốc 1,8-thiết bị đo số vòng quay và mô men; 2,10-động cơ diện;3,9-Bánh đà; 4,7-các đăng;5-hộp số thí

nghiệm;6-xilanh thuỷ lực Bánh đà quán tính 3 tượng trưng cho khối lượng quán tính các chi tiết quay của trục sơ cấp và các chi tiết có liên quan Bánh đà 9 để tượng trưng cho khối lượng quán tính của ô tô có liên quan đến trục thứ cấp hộp số, phanh điện 10 tạo ra mô men cản

Nguyên lý làm việc: Cho động cơ điện 2 và 10 làm việc (cần số để ở vị trí trung gian) Khi tốc độ góc trục sơ cấp đạt đến ω1 và trục thứ cấp đạt đến tốc độ góc ω2

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

tương ứng với 1 tay số nào đó thì bộ phận điều khiển sẽ điều khiển xilanh lực 8 gài số, sau đó thì sang số Quá trình cứ lặp lại như vậy Khi thí nghiệm cần xác định lực tác dụng lên cần số, mức độ và đập và độ bền lâu của bộ đồng tốc

c)Thí nghiệm hộp số về độ bền lâu:

Nguyên lý làm việc của bệ thử có dòng công suất kín:

Khớp nối 6 cho phép xoay trục 7 và 8 tương đối với nhau 1 góc nào đấy Khi xoay các trục 7 và 8 tương đối với nhau sẽ sinh ra sự xoắn các trục trong toàn hệ thống một mô men xoắn Bằng cách thay đổi độ chuyển dịch góc của các mặt đầu của các trục 7 và 8 ta có thể chất tải lên toàn hệ thống bằng những mô men xoắn khác nhau, do đó công suất gây tải lên hệ thống có thể rất lớn

Hình 7.9 Sơ đồ thử cặp bánh răng theo nghuyên lý dòn công suất kín 1- động cơ điện;2,3-cặp bánh răng thí nghiệm;4,5-cặp bánh răng trong bệ thử; 6-khớp nối Khi ta cắt khớp ở trục 7 và 8 Lúc đó dòng công suất kín trở thành dòng công suất

hở, lúc đó để hệ thống vẫn ở trạng thái cân bằng, thì ở chỗ cắt sẽ có hai mô men xoắn

M7 và M8 tác dụng ngược chiều và M7 = M8

Công suất động cơ để dẫn động toàn hệ thống:

M ω = M ω −M ω +N Trong đó: ω-tốc độ góc trục động cơ và của các trục 7,8

Nms-công suất mất mát do ma sát ở các cặp bánh răng và các ổ

Do M7 = M8 nên Mdc.ω = Nms

Hiệu suất xác định trên bệ thử có doàng công suất kín cho độ chính xác lớn bởi

vì công suất dẫn đến dòng kín chỉ dùng để thắng tiêu hao cho ma sát

Hiệu suất của một cặp bánh răng là:

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Trong đó: Mtai – mô men gây tải

Mo – mô men ma sát ở ổ

Mdc – mô men đo được ở động cơ điện loại treo

No – công suất ma sát ở ổ

Ntai – công suất gây tải

Khi thí nghiệm hộp số về độ bền lâu người ta dùng các bệ thử với dòng công suất kín với chương trình tải trọng bậc hoặc chương trình chất tải ngẫu nhiên

Hình 7.10 Sơ đồ bệ thí nghiệm hộp số về độ bền lâu 1-động cơ điện; 2-khớp nối; 3-thiết bị đo số vòng quay; 4,12-hộp giảm tốc; 5-thiết bị đo lực; 6,10,11-các dăng; 8-hộp số thí nghiệm; 7-hộp số công nghệ; 9-thiết bị chất tải

I,II,III-các bộ phận điều khiển

Bệ thử với dòng công suất kín sẽ tạo ra một dòng công suất tuần hoàn lớn ở trong bệ thử Trong khi đo, công suất tiêu hao của động cơ điện dẫn động sẽ nhỏ hơn

Do đó, bệ thử này sẽ tiết kiệm được việc tiêu hao năng lượng điện cho thí nghiệm và tăng được tải trọng tác dụng lên hộp số thí nghiệm Thiết bị chất tải 9 làm việc sẽ gây

ra sự xoay đi 1 góc nhất định của 2 vỏ hộp số 7 và 8 do đó gây ra mô men xoắn cưỡng bức các trục và các bánh răng trong mạch kín, tạo ra tải trọng theo yêu cầu

I-bộ phận đọc và biến đổi chương trình

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

II-bộ phận điều khiển momen xoắn gồm các thiết bị so sánh và thiết bị điều khiển bộ phận chất tải

III-bộ phận điều khiển số vòng quay trục sơ cấp hộp số, III bao gồm thiết bị so sánh, bộ khuyếch đại và bộ điều chỉnh

5.4.4 Thí nghiệm hộp số tự động

Khi thí nghiệm hộp số tự động cần xác dịnh:

- Quan hệ giữa mô men trên trục sơ cấp và thứ cấp với tốc độ chuyển dộng

- Đặc tính của phần truyền động thuỷ lực

Để nhận được đường đặc tính của hộp số tự động ta sử dụng bệ thử quán tính Trong bệ thử hộp số tự động thínghiệm 11 được dẫn động quay bởi động cơ đốt trong

10 Các khối lượng chuyển động tịnh tiến v à quay c ủa ô t ô được thay bằng các khối lượng quán tính 13, để mô phỏng các chế độ làm việc khác nhau người ta dùng phanh

cơ khí 14 và phanh điện 15 Việc điều khiển phanh điện từ 15 và bộ chế hoà khí của độngcơ đốt trong được tiến hnàh tự động theo chương trình Thông số cần thí nghiệm:

số vòng quay, mô men xoắn, hiệu suất truyền động, nhieetj độ dầu,…

Hình 7 11 Sơ đồ bệ thí nghiệm hộp số tự động

5.5Thí nghiệm các đăng:

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Khi thí nghiệm truyền động các đăng cần xác định độ bền tĩnh, độ bền lâu và số vòng quay nguy hiểm của nó Trước khi thí nghiệm cần kiểm tra cân bằng trục các đăng

a) Thí nghiệm độ bền tĩnh

b) Thí nghiệm độ bền lâu

Khi thí nghiệm các đăng về độ bền lâu trên bệ thử, chương trình chất tải phải kể đến sự ảnh hưởng của mô men xoắn, số vòng quay, góc lệch giữa các trục và sự dịch chuyển dọc trục

Hình 7.12 Sơ đồ bệ thí nghiệm truyền động các đăng về độ bền lâu 1-Động cơ điện; 2-hộp giảm tốc; 3-trục các đăng;4-thiết bị đo mômen;5,7-xilanh thuỷ lực;6-đo

số vòng quay;8-xilanh tạo tải trọng ở tần số thấp và tần số cao Mục đích: Xác định độ bền lâu thông qua mòn các bề mặt tiếp xúc hoặc các dấu hiệu pháp huỷ

Thiết bị đo mô men: Đo mô men, tốc đọ góc, số chu kỳ hoặc thời gian thí nghiệm Dòng công suất kín được tạo bởi các trục các đăng 3, hộp giảm tốc 2 và được dẫn động quay bằng động cơ điện 1 Hệ đựoc chất tải bằng hai xi lanh quay 8 Các góc lệch trục đượcthay đổi nhờ xi lanh thuỷ lực 7 Sự dịch chuyển dọc trục của truyền động các đăng thực hiện bằng xilanh thuỷ lực 5 Để kiểm tra sự hoạt động của bệ thử người ta dùng thiết bị đo mô men xoắn 4 và số vòng quay 6

5.6 Thí nghiệm cầu chủ động