Nghiên cứu các phương án thiết kế hệ truyền lực xe con

Nghiên cứu các phương án thiết kế hệ truyền lực xe con Nghiên cứu các phương án thiết kế hệ truyền lực xe con Nghiên cứu các phương án thiết kế hệ truyền lực xe con luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HUỲNH VĂN XÍ NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN LỰC XE CON Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐỖ TIẾN MINH Hà Nội – Năm 2013 MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Chương TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE CON Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN CHIA TỶ SỐ TRUYỀN 15 2.1 Cơ sở phân chia tỷ số truyền 15 2.1.1 Cơ sở chọn tỷ số truyền hệ truyền lực xe 18 2.1.2 Tính toán lực kéo 30 2.2 Xây dựng đặc tính động 32 Chương THIẾT KẾ CẤU TRÚC HỆ THỐNG XE CON 39 3.1 Tiêu chuẩn đánh giá hệ truyền lực hệ truyền lực xe 39 3.2 Các dạng sơ đồ hộp số 40 3.3 Các thiết kế 43 3.4 Hộp số xe 46 3.3.1 Hộp số thường sang số tay MT 46 3.3.2 Hệ thống truyền lực sang số tự động xe (Automated Manual Passenger Car Transmissions (AMT) 54 3.3.3 Hộp số ly hợp kép DCT 57 3.3.4 Hộp số tự động xe AT 62 3.3.5 Hệ truyền lực lai (Hybrid transmission system) 71 3.3.6 Truyền động vô cấp 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1a Sơ đồ Hệ thống truyền lực xe con…………………………………….9 Hình 1.1b Sơ đồ Hệ thống truyền lực xe 10 Hình 1.2 Các hộp số khí có cấp (z) 12 Hình 1.3 Hộp số thủy 12 Hình 1.4 Hộp số vô cấp 13 Hình 1.6 Sơ đồ hệ truyển lực chung 14 Hình 2.1 Đường đặc tính kéo lý tưởng thực tế 16 Hình 2.2 Đặc tính kéo thực tế (4 số) đặt tính kéo lý tưởng 16 Hình 2.4 Đặc tính động điểm việc lý tưởng 20 Hình 2.5 Sơ đồ xác định số tay số 21 Hình 2.6b Biểu đồ vận tốc lực kéo 27 Hình 2.7 Đặc tính kéo 27 Hinh 2.8 Quan hệ vận tốc-số vòng quay động với tỷ số truyền 28 Hình 2.9 Quan hệ cơng suất chọn tỷ số truyền lực cuối i A,min 29 Hình 2.10 Đặc tính mơ men tơ 30 Hình 2.11 Đồ thị đặc tính biến mơ [kt: v/phut)/(Nm)1/2] 31 Hình 2.12 Đặc tính động đốt 31 Hình 2.13 Đặc tính động 33 Hình 3.1 Bố chung hệ truyền lực xe (a,b,c,d,e,f) 41 Hình 3.2 Hệ truyền lực bố trí hỗn hợp 41 Hình 3.6 Sơ đồ hộp số trục cố định 43 Hình 3.7 Cụm hộp số khí có trục 43 Hình 3.9 Hộp số Wilson(a) Simpson (b) 45 Hình 3.12b Hộp số ZF S 5-31 theo sơ đồ 3.12a (b) 48 Hình 3.13c Hộp số trục số Opel theo sơ đồ 3.13a (b) 50 Hình3.14 Hộp số đơn số trục (a Getrag), (b Mercedes-Benz) 51 Hình 3.15 Hộp số trục số (Getrag) 52 Hình 3.15c Kêt cấu hộp số Getrag theo sơ đồ 3.15a 52 Hình 3.16 Hộp số đơn số (a) cho cầu trước chủ động, (b) cho 4WD 53 Hình 3.17 Hộp số thủy bán tự động 54 Hình 3.18 (a) Hộp số đơn số AMT hai cấp L H (Getrag), (b) hộp số số AMT (Getrag) 56 Hình 3.20 Hộp số Getrag AMT số theo sơ đồ 3.18 (b) 57 Hình 3.21 Hộp số ly hợp kép DCT 58 Hình 3.22 Hộp số ly hợp kép VW DSGR 59 Hình 3.23 Hộp số số DCT (ZF) 59 Hình 3.24 Kết cấu hộp số DCT ZF 60 Hình 3.25 Sơ đồ ly hợp kép (a) hướng kính, (b,c) hướng trục 61 Hình 3.26 Ly hợp kép DSG VW 61 Hình 3.27 Các phận AT tổn hao công suât PV 62 Hình 3.29 Ngun lý Biển mơ thủy lực 64 Hình 3.30 Hộp số hành tinh 65 Hình 3.31 Hộp số Thủy ZF Revigneaux 65 Hình 3.32 Sơ đồ lực số HS Ravigneaux 66 Hinh 3.33 Sơ đồ hộp số Mercedes-Benz W5A 580 67 Hình 3.34 Kết cấu hộp số Mercedes Benz W5A 580 67 Hình 3.35 Hộp số Mercedes Benz W7A 700 68 Hình 3.36 Hộp số Mercedes Benz W7A 700 68 Hình 3.37 Hộp số Lepelletier (ZF) kiểu Ravigneaux 69 Hình 3.38 Hộp số số Lepelletier (ZF HP 26) kiểu Ravigneaux 69 Hình 3.39 Hộp số số Lepelletier (ZF) kiểu Ravigneaux (cho xe Aisin AW) 70 Hình 3.40 Hộp số số Mercedes Benz W7A 700 70 Hình 3.41 Hộp số số Mercedes Benz W5A 180 71 Hinh 3.43 Hộp số lai số (BMW, ZF,Continental) 72 Hình 3.45 Hộp số Hybrid P310 (Toyota/Lexus) 73 Hình 3.46 Nguyên lý truyền quay 74 Hình 3.47 Nguyên lý truyền đai 74 Hình 3.48 Hộp số vô cấp dùng Pully 75 Hình 3.49 Hộp số vơ cấp điều khiển điện tử 76 Hình 3.51 Hộp số ZF Ecotronic CFT 30 77 Hình 3.52 Sơ đồ hộp số tự động 78 DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT a, b, c, a’, b’, c’: Các hệ số đặc tính động Fk,id: Đặc tính kéo lý tưởng Fke: Đặc tính động sinh η: Hiệu suất i0: Tỷ số truyền lực iv: Tỷ số truyền biến mô ip: Tỷ số truyền hộp số phụ ij: Tỷ số truyền hộp số m: khối lượng tơ fr: Hệ số cản lăn αft: góc dốc ρn: Mật độ khơng khí Cn: Hệ số khí động A: Diện tích cản khơng khí BM: Biến mơ H: Số cao Me: Mô men động Pe: Công suất động ne: Công suất động Ka; Hệ số thích ứng mơ men Ke; Hệ số số vịng quay nn: Số vịng quay cơng suất max λ: Hệ số ảnh hưởng chi tiết quay đến khối lượng γPe: Hệ số sử dụng công suất αchung: Hệ số toàn miền αi: Tỷ số truyền αhs: Tỷ số truyền hộp số z: Số tay số α1, α2, α3: Các bước nhảy Fk(v): Đặc tính kéo D(v): Nhân tố động lực học a(v): Đặc tính gia tốc MT: Mô men tua bin MB: Mô men bơm ZF: Tên hãng MỞ ĐẦU Hệ thống động lực ô tô hệ thống tạo lực kéo công suất cho bánh xe chủ động, bảo đảm lực kéo đủ lớn để khởi động, lên dốc, tăng tốc điều kiện vận hành khác Hệ thống động lực gồm động đốt hệ truyền lực Hệ thống truyền lực, bao gồm Ly hợp/ Biến mơ, hộp số phụ, đăng, cầu xe, truyền lực cạnh Hệ thống truyền lực hệ thống quan trọng; đa dạng nên phức tạp Đề tài “Nghiên cứu phương án thiết kế truyền lực xe con” có mục tiếu nghiên cứu hệ thống đề xuất tiến trình thiết kế (Algoritmus) nhằm giúp học viên, kỹ sư trẻ nắm quy trình thiết kế Thiết kế Hệ thống truyền lực có hai vấn đề bản: (i) Thiết kế động lực học, gồm tính tốn chọn động cơ, xây dựng tỷ số truyền hệ truyền lực; (ii) Thiết kế kết cấu: bao gồm chọn sơ đồ cấu trúc, định hình cụm thiết kế kết cấu Sau thiết kế chi tiết Trong khuôn khổ luận văn cao học hạn chế thời gian, đề tài “Nghiên cứu phương án thiết kế truyền lực xe con” trình bày phương án lựa chọn tiến trình thiết kế, khơng trình bày thiết kế chi tiết cụm Nội dung thiết kế chi tiết thuộc lĩnh vực “Chi tiết máy Công nghệ chế tạo máy” Luận văn trình bày vấn đề sau: (i) Cơ sơ lý thuyết chọn tỷ số truyền hệ truyền lực xe gồm Phương pháp chọn động cơ, Phân chia tỷ số truyền; (ii) Nghiên cứu tổng thể hệ thống truyền lực phổ biến phương hướng chọn sơ đồ phù hợp theo mục tiêu người thiết kế Nêu tiêu chí thiết kế hệ truyền lực xe Đề tài“Nghiên cứu phương án thiết kế hệ truyền lực xe con” thực Bộ môn Ô tô Trường Đại học Bách khoa Hà Nội khuôn khổ luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trong làm đồ án, giúp đỡ TS Đỗ Tiến Minh, tác giả có nhiều cố gắng để hoàn thành nhiệm vụ đề Tuy vậy, lực hạn chế chưa có kinh nghiệm nên luận văn cịn hạn chế Tác giả mong đóng góp thầy để đồ án hoàn chỉnh Tác giả Huỳnh Văn Xí Chương TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE CON Xe đối tượng phải cạnh tranh khốc liệt thị trường quốc tế Vì vậy, thiết kế phải bảo đảm tối đa yêu cầu kỹ thuật hành Đặc biệt xe hệ thống truyền lực có ý nghĩa to lớn nhằm bảo đảm khả động lực học Thứ khả tăng tốc Trong sơ đồ 1.1a 1.1b hai sơ đồ bố trí điển hình Trong sơ đồ 1.1a hệ truyền lực xe hai cầu chủ động, động đặt dọc phía trước, hộp số, đến hộp phân phối vi sai truyền mô men cầu trước cầu sau Đây dạng truyền lực đặc trưng có khả truyền hết mơ men đạt khả gia tốc lớn Hình 1.1b động dọc đặt trước cầu tạo không gian sử dụng hiệu Hệ truyền lực xe có yêu cầu lớn vận tộc cực đại khả tăng tốc lớn Vì có u cầu riêng bơ trí chung nhằm bảo đảm yếu cầu đặc trưng Hình 1.1a Sơ đồ Hệ thống truyền lực xe 68 Hình 3.35 Hộp số Mercedes Benz W7A 700 Hình 3.36 Hộp số Mercedes Benz W7A 700 ly hợp C1; ly hợp C2; ly hợp C3; phanh B1; phanh B2; phanh B3; phanh BR Hộp số Lepelletier (ZF) kiểu Ravigneaux : Sơ đồ số hình (3.37) kết cấu hình (3.38) 69 Hình 3.37 Hộp số Lepelletier (ZF) kiểu Ravigneaux Hình 3.38 Hộp số số Lepelletier (ZF HP 26) kiểu Ravigneaux Vỏ; Biến mô; Bơm dầu; Ly hợp A; Cặp hành tinh 1; Ly hợp B;7 Ly hợp E; Phanh C; Phanh D; 10 cặp hành tinh Revigeaux; 11 Bánh khóa đỗ xe; 12 man châm; 13 két dầu; 14 mô dun điện tử;15 lọc dầu Hộp số số Lepelletier (ZF) kiểu Ravigneaux (cho xe Aisin AW) có sơ đồ hình (3.39) 70 Hình 3.39 Hộp số số Lepelletier (ZF) kiểu Ravigneaux (cho xe Aisin AW) Hộp số số Mercedes Benz W7A 700 có sơ đồ hình (3.40) Kết cấu có dạnh hình (3.41) Hình 3.40 Hộp số số Mercedes Benz W7A 700 71 Hình 3.41 Hộp số số Mercedes Benz W5A 180 3.3.5 Hệ truyền lực lai (Hybrid transmission system) Hinh 3.42 Hộp số lai số (BMW, ZF,Continental) 72 Hinh 3.43 Hộp số lai số (BMW, ZF,Continental) EM stator; EM rotor; ly hợp đĩa C1; ly hợp đĩa C2; bánh đà kép Hình 3.44 Hộp số lai Hybrid (Toyota/Lexus) 73 Hình 3.45 Hộp số Hybrid P310 (Toyota/Lexus) Động điện; Stator động điện; Bộ giảm tốc hành tinh cho ĐC điện; Bộ hành tinh tích hợp; Stator máy phát điện; rotor máy phát; giảm chấn; bánh đà; trục hộp số; 10 vi sai cầu trước; 11 bánh khóa đỗ; 12 bánh liên kết hai hành tinh; 13 bơm dầu 3.3.6 Truyền động vô cấp Với đặc tính động đốt số tay số hộp số khí hữu hạn khó tạo đường đặc tính kéo lý tưởng Vì người ta muốn tạo hộp số vơ cấp để tối ưu đặc tính chuyển động tiêu hao nhiên liệu tơ Có ba khả để tạo hộp số vô cấp (i) điện sử dụng động điện+ máy phát thông qua thay đổi dòng; (ii) thủy lực gồm Thủy tĩnh ( bơm+động cơ), Thủy động (biến mô thủy lực); (iii) khí (truyền ma sát) gồm truyền đai xích truyền quay Biến mơ thủy lực không xếp vào “hộp số” mà coi khớp khởi hành Các truyền đai có hạn chế tỷ số truyền nên thường kết hợp BM+Hành tinh+Truyền đai Hình (3.46) truyền quay Khi áp suất p thay đổi, quay thay đổi cho đường kính hiệu dụng 74 pistong thay đổi thay đổi tỷ số truyền Hình (3.47) nguyên lý truyền đai Đai liên kết hai pully Đường kính pully hiệu dụng thay đổi hai mặt pully di chuyển (tịnh tiến song song) Hình 3.46 Nguyên lý truyền quay Hình 3.47 Nguyên lý truyền đai Hình 3.48 ngun lý hộp số vơ cấp sử dụng truyền đai (1,20,14,15) hình Dùng pistong (2,17) để thay đổi đường kính hiệu dụng Pully Bộ truyền 75 đai cho tỷ số truyền lớn nên phải ghép thêm truyền hành tinh phía sau Sử dụng ly hợp (11) phanh (10) để tạo số cho hộp số hành tinh Bơm (21) cấp dầu điều khiển pit tơng pully Hình 3.48 Hộp số vơ cấp dùng Pully Hình 3.39 hộp số vơ cấp có điều khiển: (19) cảm biến số vòng quay động vận tốc xe, (20) cảm biến vị trí pully, (23) cảm biến bướn ga ECU (22) xác định chế độ điều khiển pully vào số hộp số hành tinh 76 Hình 3.49 Hộp số vơ cấp điều khiển điện tử Pully sơ cấp; xy lanh sơ cấp; 4,5,6,8 26 Hộp số hành tinh; 10 ly hợp tiến ; 11 Phanh số lùi; 15 pully thứ cấp; 17 xy lanh thứ cấp;19 CB vận tốc xe số vịng quay động cơ; 20 CB vị trí Pully; 21 Bơm dầu; 22 ECU; 23 CB bướm ga ; 24 Lọc dầu; 30 cầu vi sai; Hinh 3.50 Hộp số ZF (ZF Ecotronic CFT 30) 77 Hình 3.51 Hộp số ZF Ecotronic CFT 30 Bộ điều khiển (cơ điện tử); cặp hành tinh; bơm dầu; biến mô; trục tring gian; vi sai; ly hợp số lùi; ly hợp tiến; pully sơ cấp; 10 pully thứ cấp; 11 đai Để thay đổi tỷ số truyền giải rộng cần thiết đưa đặc tính động gần với đặc tính kéo lý tưởng, Hãng ZF thiết kế tích hợp hộp số “ZF Ecotronic CFT 30” với sơ đồ hình (3.50) kết cấu hình (3.51), gồm biến mô thủy lưc, cụm hành tinh truyền đai 3.3.7 Hộp số tự động AMT Hộp số tự động hoàn toàn hoàn chỉnh vào cuối 1990 Nó đặc trưng (i) tự động phần tử điều khiển, (ii) tự động đóng ngắt ly hợp chuyển số, (iii) tự động chuyển số, (iv) trao đổi thông tin điều khiển ECU động ECU hộp số Ly hợp tự động hoàn toàn lái xe hai thao tác với Pedal gia tốc Pedal phanh Ngoài cho phép lái xe chuyển qua lại mốt tự động mốt chuyển số thường Cấu trúc hộp số tự động hình (3.52) 78 Hình 3.52 Sơ đồ hộp số tự động 79 KẾT LUẬN Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu phương án thiết kế hệ truyền lực xe con” tác giả trình bày nội dung sau đây: (1) Phân tích yêu cầu hệ truyền lực xe con, tổng quan bố trí dạng truyền lực xe con, tiêu chí đánh giá hệ truyền lực xe Làm sở cho phương án thiết kế hệ truyền lực xe (2) Để thiết kế hệ truyền lực xe cần có phương án tiến hành chọn động Trước đặc tính động đốt xác định công thức Lây – Đéc – Man với a, b, c không phù hợp với động đại có dải số vịng quay lớn Vì cần phải dựa vào số thông số cho trước tải liệu tham khảo mô men cực đại ứng với số vịng quay cực đại, cơng suất cực đại ứng với số vòng quay lớn Để xây dựng xác đặc tính động đốt Trong luận văn tác giả xây dựng theo phương pháp: Jazar, Lây – Đéc – Man, Lây – Đéc – Man hiệu chỉnh theo hàm spline (3) Phương pháp phân chia tỷ số truyền: Xe có nhu cầu tang tốc dải vận tốc lớn tác giả trình bày hai phương pháp chọn tỷ số truyền cấp số nhân cấp số điều hòa Với yêu cầu xe con, hai cấp số khơng đáp ứng tốn thực tế đưa đặc tính động đốt sát với đặc tính kéo lý tưởng Vì luận văn trình bày phương pháp xây dựng tỷ số truyền theo Jante Với phương pháp ta xác định xác số tay số lựa chọn bước nhảy tay số theo mục tiêu thiết kế (4) Phân tích chọn cấu trúc Hệ thống truyền lực xe hệ thống định đến thuộc tính động lực học tăng tốc, vận tốc đối đa, tính kinh tế nhiên liệu Động đốt nguồn động lực phổ biến dùng cho xe ô tô Đặc tính khơng tương thích với đặc tính kéo xe Hộp số hệ thống truyền lực có nhiệm vụ tạo khả khởi hành cho xe, đưa đặc tính động sát với đường lý tưởng 80 dải rộng Ly hợp cấu khởi động, có phép truyền mơ men tăng từ đến gia trị giới hạn động lực bám; cầu vào số Nó khớp ma sát với ly hợp ma sat khớp mền với ly hợp thủy lực Hộp số phận thay đổi tỷ số truyền cho hệ truyền lực, có cấp vơ cấp Hộp số sang số thưởng xuyên hộp số phụ thay đổi miền vận tốc (H,L) Cầu cấu truyền lực cuối, thay đỏi hướng mơ men vi sai Trong xe có điều khiển cịn cấu phân mơ men vô cấp Trong luận văn, tác giả nêu tiêu để đánh giá hệ truyền lực xe nêu sơ đồ Đồng thời đưa số sơ đồ cấu trúc số xe tiên tiến, làm sở cho lựa chọn cần thiết 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO Võ Văn Hường (2012), Bài giảng động lực học ô tô (Bài giảng viết tay), ĐH Bách Khoa Hà Nội Vũ Đức Lập (2000), Lý thuyết xe quân Học viên KT quân Reza N Jazar (2005) Vehicle Dynamics Springer Newyork Henning Holzmann (2003) Adaptive Modelle fuer die Kraftfahrzeugdynamik Springer Berlin, Newyork, Paris, Mailand, Tokio, London, Hongkong Popp K./Schiehlen W (1993) Fahrzeugdynamik B.G Teubner Stuttgart Hans-Peter Willumeit (1998) Modelle und Modellierungsverfahren in der Fahrzeugdynamik , B.G Teubner Stuttgart Raesh Rajamani (2006) Vehiccle Dynamics and Control Springer Berlin Heidelberg New York Werner Schiehlen (2007) Dynamical Analysis of Vehicle Systems: Theoretical Foundations and Advanded Applications ICMS- Courses and Lectures no.497, SprinerWienNewYork Harald Naunheimer (2011), Automotive Transmissions, NXB Springer New York, London, Heidelberg 10 Wallentowitz/Reif; Mítschke/Manfred (2004) , Dynamik der Kraftfahrzeuge, NXB Springer Berlin, Heidelberg, New York 11 Wong, J.Y (1978), Theory of Ground Vehicles, NXB John Wiley & Sons, New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore 12 Rill Georg (2003), Vehicle Dynamics ( Bài giảng Đại học ứng dụng Regensburg CHLB Đức) 13 Hermann Appel (1995) Grundlagen der Kraftfahrzeugtechnik II TU Berlin 82 14 Manfred Mitschke/Henning Wallentowitz (2003) Dynamik der Kraftfahrzeuge Springer Berlin, Newyork, Paris, Mailand, Tokio, London, Hongkong 15 Rolf Isermann (2010) Elektronisches Management motorischer Fahrzeugantriebe, Vieweg+Teubner 16 Robert Bosch GmbH (2004) Sicherheits-und Komfortsysteme Vieweg & Sohn Wiesbaden 17 Jante, Alfred (1972): Theorie des Kraftwagens, nxb Technik, Berlin ... xe, truyền lực cạnh Hệ thống truyền lực hệ thống quan trọng; đa dạng nên phức tạp Đề tài ? ?Nghiên cứu phương án thiết kế truyền lực xe con? ?? có mục tiếu nghiên cứu hệ thống đề xuất tiến trình thiết. .. đó: km : hệ số thích ứng động theo mô men 39 Chương THIẾT KẾ CẤU TRÚC HỆ THỐNG XE CON 3.1 Tiêu chuẩn đánh giá hệ truyền lực hệ truyền lực xe Hệ động lực gồm động Hệ truyền lực, có phương án bố... chí thiết kế hệ truyền lực xe Đề tài? ?Nghiên cứu phương án thiết kế hệ truyền lực xe con? ?? thực Bộ mơn Ơ tơ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội khuôn khổ luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trong làm đồ án,