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

Nghiên cứu các phương án thiết kế hệ truyền lực xe tải Nghiên cứu các phương án thiết kế hệ truyền lực xe tải Nghiên cứu các phương án thiết kế hệ truyền lực xe tải 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 LÊ VĂN HỒNG NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN LỰC XE TẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật Cơ khí động lực Hà Nội – Năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ VĂN HỒNG NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN LỰC XE TẢI 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 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Lê Văn Hồng MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ Chương2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN CHIA TỶ SỐ TRUYỀN HỆ TRUYỀN LỰC 14 2.1 Xây dựng đặc tính động 14 2.2 Cơ sở phân chia tỷ số truyền 20 2.2.1 Cơ sở chọn tỷ số truyền hệ truyền lực 23 2.2.2 Tính tốn lực kéo 35 2.2.3 Tính tốn sức kéo với hộp số thủy 35 Chương THIẾT KẾ CẤU TRÚC HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC XE TẢI 37 3.1 Tổng quan 37 3.2 Các thiết kế 41 3.3 Hộp số xe tải đặc trưng 45 3.3.1 Hộp số thường MT 46 3.3.3 Hộp số thủy xe tải (TCCT) 65 3.3.7 Cầu chủ động 72 KẾT LUẬN 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các hộp số khí có cấp (z)………………………………………11 Hình 1.2 Hộp số thủy 11 Hình 1.3 Hộp số vô cấp 12 Hình 1.4 Hệ truyền lực lại/ Hybrid transmission system 12 Hình 1.5 Sơ đồ hệ truyển lực chung 13 Hình 2.1 Đặc tính động 14 Hình 2.2 Đường đặc tính kéo lý tưởng thực tế 21 Hình 2.3 Đặc tính kéo thực tế (4 số) đặt tính kéo lý tưởng 21 Hình 2.5 Đặc tính động điểm việc lý tưởng 25 Hình 2.6 Sơ đồ xác định số tay số 26 Hình 2.7a Đặc tính cơng suất 31 Hình 2.7b Biểu đồ vận tốc lực kéo 31 Hình 2.8 Đặc tính kéo 32 Hinh 2.9 Quan hệ vận tốc-số vòng quay động với tỷ số truyền 33 Hình 2.10 Quan hệ cơng suất chọn tỷ số truyền lực cuối i A,min 33 Hình 2.10 Đặc tính động đốt 36 Hình 3.1 Phân loại xe tải theo FHWA [7] 39 Hinh 3.3 Hệ truyền lực xe tải 40 Hình 3.4 Sơ đồ hộp số trục cố định 41 Hình 3.5 Cụm hộp số khí có trục 41 Hình 3.7 Hộp số Wilson(a) Simpson (b) 43 Hình 3.8 Hộp số Thủy ZF Revigneaux 43 Hình 3.9 Sơ đồ lực số HS Ravigneaux 44 Hình 3.10 Phương án thiết kế số lùi 45 Hình 3.12 Hộp số 6(12) số ZF S 6-66 47 Hình 3.13 Hộp số có số truyền tăng 47 Hinh 3.14 Sơ đồ hộp số có số truyền tăng đặt sau 48 Hình 3.16 Phương án bố trí hộ số kép 49 Hình 3.17 Sơ đồ hộp số kép số ZF 9S 109 49 Hình 3.18 Kết cấu hộp số ZF 9S 109 50 Hình 3.19 Sơ đồ hộp số 16 số ZF 16S221 51 Hình 3.20 Kết cấu hộp số ZF16S221 51 Hình 3.21 Cơ cấu điều khiển Hộp số ZF 16S221 52 Hình 3.23 Hộp số Eaton Twin Splitter 53 Hình 3.24 Hộp số Eaton RTSO-17316A 54 Hình 3.25 Hộp số Eaton RTSO-17316A 54 Hình 3.26 Đặc tính động theo tốc độ ơtơ 57 Hình 3.27 Hộp số phụ số truyền tăng 58 Hình 3.87 Hộp số truyền tăng bánh hành tinh 60 Hình 3.29 Cấu trúc chung hệ truyền lực hộp số tự động xe tải 61 Hình 3.31 Hộp số xe tải nhẹ số 6AMT ZF eTronic 6AS 380 VO 62 Hình 3.33 Hộp số 16 Mercedes-Benz PowerShift 63 Hình 3.34 Hộp số ZF AS-Tronic 16 AS 2230 TD 64 Hình 3.36 Cơ cấu gài số HS ZF AS-Tronic 16 AS 2230 TD 65 Hình 3.37 Nguyên lý ly hợp thủy lực Biến mô thủy thực 66 Hình 3.38 Ngun lý Biển mơ thủy lực 66 Hình 3.39 Hộp số hành tinh 67 Hình 3.40 Hộp số Thủy ZF Revigneaux 67 Hình 3.41 Sơ đồ lực số HS Ravigneaux 68 Hình 3.42 Hộp số ZF 16S 221 69 Hình 3.43 Hộp số “ZF-Transmatic” theo sơ đồ 3.40 69 Hình 3.44 Hộp số 12 số “12 AS 2740 TO” 70 Hình 3.45 Hộp số “ZF TC-Tronic” 71 Hình 3.46 Cụm cầu vi sai đơn 72 Hình 3.47 Cụm cầu vi sai kép 72 Hình 3.48 Cầu ví sai kép (tiếp) 72 Hình 3.49 Cầu vi sai 73 Hình 3.50 Vi sai truyền lực cạnh 73 Hình 3.52 Cấu tạo cậu chủ động ví sai đơn 74 Hình 3.53 Cầu kép hai tốc độ Mercedes-Benz HL5/2Z-10 74 Hình 3.54 a Cầu AU 2/2S-2.6 Unimog 407 (quay 900) 75 Hình 3.54b Truyền lực cạnh hành tinh cấp số (quay 900) 75 Hình 3.55 Vi sai khơng khóa 76 Hình 3.57 Vi sai tự khóa kiểu Torsen 77 Hình 3.59 Vi sai điều khiển điện tử 78 DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT BM: Biến mô 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 vòng quay nn: Số vòng quay công suất max 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 ô tô fr: Hệ số cản lăn αft: góc dốc ρn: Mật độ khơng khí Cn: Hệ số khí động A: Diện tích cản khơng khí 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 tải” 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 toán 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 tải” trình bày phương án lựa chọn tiến trình thiết kế, khơng trình bày thiết kế chi tiết cum Nội dung thiết kế chi tiết thuộc lĩnh vức “Chi tiết máy Cơng nghệ chế tạo máy” Luận văn trình bày vấn đề sau: (i) Cơ sơ lý thuyết chọn tỷ số truyền hệ truyền lực xe tải 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 tải Đề tài“Nghiên cứu phương án thiết kế truyền lực xe tải” thực Bộ mơn Ơ tơ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội khuôn khổ luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Trong làm đồ án, giúp đỡ TS Đỗ Tiến 69 chế tạo từ năm 1960 với mục đích giải vấn đề khởi động xe tải nặng có hộp số sang số tay Hình 3.40 sơ đồ hộp số ZF 16S 221 Ecosplit 16 số sàn Biến mô TCC giữ chức khởi động xe Ly hợp hộp số (như thông thường ) dùng để chuyển số Hình 3.42 Hộp số ZF 16S 221 Hình 3.43 Hộp số “ZF-Transmatic” theo sơ đồ 3.40 Bơm dầu cho HS chính; Địn mở ly hợp hộp số; nạng chọn số; Bi-tì; ly hợp ma sát; BM; khóa BM;9 piston khóa BM; 10 khớp chiều; 11 lọc dầu; 12 bơm dầu cho biến mô; CGH cặp bánh số cao (hộp số phụ trước); CGL cặp bánh số thấp; R số lùi; D số tiến 70 Hình 3.44 Hộp số 12 số “12 AS 2740 TO” Trên sở hộp số ZF 16S 221 hãng ZF sản xuất hộp số tự động “ZF TCTronic 12TC 2740 TO” với 12 số tự động hệ thống chuyển số khí-điện tử Hộp số có số Kết cấu hình 3.45 71 Hình 3.45 Hộp số “ZF TC-Tronic” Bm; khóa BM; Giảm chấn; Bơm dầu cho BM;6 ly hợp ma sát; cấu gài+ điện tử điều khiển; cấu mỏ ly hợp; phanh (HS); 11 trục thứ cấp 72 3.3.7 Cầu chủ động Cầu chủ động có chức truyền lực cuối, đổi hướng mô men vi; xe đại, cịn cấu phận phối mơ men Hình 3.41 sơ đồ cụm cầu vi sai đơn Hình 3.42 cụm cầu ví sai kép Hình 3.43 trình bày nguyên lý vi sai Hình 3.46 Cụm cầu vi sai đơn Hình 3.47 Cụm cầu vi sai kép Hình 3.48 Cầu ví sai kép (tiếp) 73 Hình 3.49 Cầu vi sai Trong số trường hợp, để nâng khoảng sáng gầm xe tải, người ta phải thiết kế truyền lực cạnh (hình 3.50 a,b,c,d) Truyền lực cạnh kết hợp để bố trí vi sai hình (3.50 e,f,g) Hình 3.50 Vi sai truyền lực cạnh Vi sai giữa: phân bố mô men cầu Có thể có phương án phân mơ men cầu hình 3.45 Hình 3.51 Phân phối mô men cầu 74 Cầu chủ động xe tải (1) Cầu đơn: Hình 3.46 cầu đơn xe Mercedes-Benz HL2/11; có vi sai đơn thơng thường khơng khóa vi sai Hình 3.52 Cấu tạo cậu chủ động ví sai đơn Hình 3.53 Cầu kép hai tốc độ Mercedes-Benz HL5/2Z-10 (2) Cầu kép: Hình 3.47 vi sai kép; có cụm vi sai thơng thường cụm hành tinh hai cấp số 75 (3) Vi sai truyền lực cạnh: Để nâng cao khoảng sáng gầm xe tạo tỷ số truyền lực cạnh, người ta bố trí hình 3.48a Unimog 3.48b bố trí dạng vi sai hành tinh cho truyền lực cạnh Hình 3.54 a Cầu AU 2/2S-2.6 Unimog 407 (quay 900) Hình 3.54b Truyền lực cạnh hành tinh cấp số (quay 900) Vi sai cho phép hai bánh xe quay với vận tốc khác nhau: “chức vi sai”, hệ số bám hai phía khác nhau, khả truyền mô men bị giới hạn bới 76 bên có hệ số bám thấp Trong trường hớp phải khóa vi sai Hiện có lại cầu vi sai: (i) Vi sai khơng khóa, hình 3.55, (ii) Ví sai khóa cưỡng bức, hình 3.58, (iii) Ví sai tự khóa, hình 3.56,3.57, (iv) Ví sai điều khiển điện tử, hình 3.59 Hình 3.55 Vi sai khơng khóa Hình 3.56 Vi sai tự khóa 77 Hình 3.57 Vi sai tự khóa kiểu Torsen Hình 3.58 Vi sai khóa cưỡng 78 Hình 3.59 Vi sai điều khiển điện tử ly hợp nhiều đĩa; BR chậu; đĩa ép; giá; Mặt bích bán trục phải; bulông hãm; cảm biến tốc độ bánh xe; van cấp(mở); van hồi (đóng); 10 thùng dầu; 11 van điều khiển; 12 puly; 13 bơm; 14 cảm biến vô lăng; 15 ECU; 16 cảm biến tốc độ bánh xe; 17 phớt dầu; 18 ổ vỏ vi sai; 19 BR dứa; 21 phớt dầu; 22 then; 23 mặt bích trục vào Nguyên lý vi sai điện tử: Chế độ vi sai thường: Khi đường tốt, ly hợp mở van cấp (8) đóng, dầu hồi thùng qua van hồi (9) Ở điều kiện này, có chênh tốc độ hai bán trục bánh hành tinh (26) tự quay quanh trục (27) khơng gây xoắn cho bán trục mịn lốp 79 Một bánh xe bắt đầu trượt quay: Nếu bánh xe bắt đầu trượt quay lực kéo, cảm biến tốc độ (7) nhanh chóng xác định gia tốc bánh xe thông báo cho xử lý ECU, máy tính xử lý thơng tin tính tốn trị số độ trượt cải thiện khả truyền lực van điều khiển điện từ (11) điều khiển đóng mở cách tách bạch Khi dầu bơm từ bơm trợ lực lái cung cấp dầu cho piston (4), đĩa ép (3) ép đĩa ma sát với nhau, phanh phần hay hoàn toàn bánh mặt trời (25) với vỏ vi sai (24) để thực chức khoá vi sai vỏ vi sai có khả cấp mơ men cho bánh xe lực kéo hoàn trả ECU có khả tính tốn tốc độ xe cảm biến tốc độ, cảm biến góc quay vơ lăng xác định mức độ quay vịng nhẹ đột ngột Hai tín hiệu điều khiển mức độ khố vi sai, khó khăn xe bắt đầu khởi động nhẹ nhàng tốc độ tăng lên 80 KẾT LUẬN Hệ thống truyền lực xe tải hệ thống định đến thuộc tín động lực học tăng tốc, vận tốc đối đa, tính kinh tế nhiên liệu Động đốt nguồn động lực phổ biến dùng cho xe tơ 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 dải rộng Ly hợp cấu khởi động, có phép truyền mô 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 xun cịn hộp số phụ thay đổi miền vận tốc (H,L) Cầu cấu truyền lực cuối, thay đỏi hướng mô men vi sai Trong xe có điều khiển cịn cấu phân mơ men vơ cấp Trong khuôn khổ luân văn thạc sỹ, tác giả trình bày vấn đề sau đây: Xây dựng đặc tính động đốt trong: Trước thường sử dụng công thức Lây - Đec- Man với hệ số a, b, c cố định thường cho xe cổ điển có số vịng quay thấp Ngày động có số vịng quay gấp gấp lần cơng thức khơng cịn Vì người ta cần phải vào số thông số đặc tính số vịng quay cực đại, cực tiểu, mơ men lớn ứng vơi số vịng quay đó, cơng suất max ứng với số vịng quy đó, sử dụng số phương pháp để mơ tả xác đặc tính động đốt Trong luận văn trình bày phương pháp: Jazar, Lây – Đéc – Man, Lây – Đéc – Man hiệu chỉnh theo hàm spline Phân chia tỷ số truyền: việc làm khó khan, người ta cố gắng phân chia tỷ số truyền hợp lý để hộp số không cồng kềnh dễ sang số, dễ điều khiển, 81 nâng cao khả động lực học, giảm thiểu khí thải tiêu hao nhiên liệu Trong luận văn trình bày hai phương pháp cổ điển xác định theo cấp điều hòa cấp số nhân với việc chọn trước số tay số theo kinh ghiệm Luận văn Jante Với phương án ta xác định số tay số xác định số trung gian theo phương pháp hỗn hợp Với phương pháp ta đưa đặc tính động đốt gần với đặc tính kéo lý tưởng Thiết kế cấu trúc: Trong luận văn trình bày phần tử hộp số tổng quan hộp số hộp số phụ, bố trí trục, bánh răng, khớp gài Trình bày vấn đề cấu trúc hộp số Sau phần luận văn trình bày số hộp số điển hình có chất lượng tốt sử dụng giới Các thiết kế điển hình góp phần giúp cho học viên, kỹ sư sau lựa chọn tối ưu hệ thống 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO Harald Naunheimer (2011), Automotive Transmissions, NXB Springer New York, London, Heidelberg Wallentowitz/Reif; Mítschke/Manfred (2004), Dynamik der Kraftfahrzeuge, NXB Springer Berlin, Heidelberg, New York Wong, J.Y (1978), Theory of Ground Vehicles, NXB John Wiley & Sons, New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore Rill Georg (2003), Vehicle Dynamics ( Bài giảng Đại học ứng dụng Regensburg CHLB Đức) 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 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 10 Hermann Appel (1995) Grundlagen der Kraftfahrzeugtechnik II TU Berlin 11 Manfred Mitschke/Henning Wallentowitz (2003) Dynamik der Kraftfahrzeuge Springer Berlin, Newyork, Paris, Mailand, Tokio, London, Hongkong 12 Henning Holzmann (2003) Adaptive Modelle fuer die Kraftfahrzeugdynamik Springer Berlin, Newyork, Paris, Mailand, Tokio, London, Hongkong 83 13 Popp K./Schiehlen W (1993) Fahrzeugdynamik B.G Teubner Stuttgart 14 Hans-Peter Willumeit (1998) Modelle und Modellierungsverfahren in der Fahrzeugdynamik , B.G Teubner Stuttgart 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 ... tài ? ?Nghiên cứu phương án thiết kế truyền lực xe tải? ?? 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... thiết kế kết cấu Sau thiết kế chi tiết Trong khn khổ luận văn cao học hạn chế thời gian, đề tài ? ?Nghiên cứu phương án thiết kế truyền lực xe tải? ?? trình bày phương án lựa chọn tiến trình thiết kế, ... 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;