Mô hình hóa hệ thống truyền lực ô tô

Bài viết xác định chính xác giá trị tải trọng động tác dụng lên các chi tiết của HTTL là một bài toán rất phức tạp. Để đơn giản trong việc tính toán chúng ta cần tìm các giải pháp mô hình hóa hệ thống từ nhiều cụm nhiều chi tiết phức tạp để có thể đưa về sơ đồ tính toán đơn giản. Mời các bạn cùng tham khảo!

MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ơ TƠ Nguyễn Văn Bản, Nguyễn Đỗ Minh Triết Viện Kỹ thuật HUTECH, trƣờng Đại học Công nghệ TP.HCM (HUTECH) ĐẶT VẤN ĐỀ Ơ tơ hệ thống động lực học phức tạp, chuyển động với vận tốc khác nhiều loại đƣờng tình trạng chịu tải chi tiết thay đổi Khi tính tốn độ bền phận chi tiết ô tô, tải trọng tĩnh phải xét đến tải trọng động Tải trọng động tác dụng lên chi tiết thời gian ngắn nhƣng có giá trị lớn tải trọng tĩnh nhiều Tải trọng động xuất phận chi tiết hệ thống truyền lực (HTTL) mô men xoắn động thay đổi, đóng ly hợp đột ngột, gài số trình tăng tốc, phanh đột ngột phanh tay, hay phanh gấp không mở ly hợp … Giá trị tải trọng động thay đổi điều kiện mặt đƣờng trạng thái chuyển động xe Xác định xác giá trị tải trọng động tác dụng lên chi tiết HTTL toán phức tạp Để đơn giản việc tính tốn cần tìm giải pháp mơ hình hóa hệ thống từ nhiều cụm nhiều chi tiết phức tạp để đƣa sơ đồ tính tốn đơn giản NỘI DUNG HTTL (gồm chi tiết nhƣ ly hợp, hộp số, đăng, cầu chủ động…) phận ô tơ có tác dụng tƣơng hỗ với phần tử khác xe Tính chất tải trọng động HTTL đƣợc xác định tham số đa dạng tác dụng lên tơ q trình chuyển động, kể tham số động lực học ô tô Hệ thống động lực học thông thƣờng tham số phân bổ tham số rời rạc Trong hệ thống tham số phân bổ, phần tử (thí dụ: trục) đƣợc đặc trƣng hai tính chất: quán tính đàn hồi Tất hệ thống thực tế dạng phân bố, phân tích hệ thống ngƣời ta có xu hƣớng đƣa dạng rời rạc bỏ qua sai số có tính chất thứ yếu Ơ tơ nói chung, HTTL cụm tổng thành nói riêng hệ thống với thơng số phân bổ Khi mơ hình hóa chúng, ta thƣờng đƣa hệ thống dao động rời rạc Phần lớn dao động HTTL mà có phổ rời rạc thƣờng dao động với tần số nhỏ 300 Hz Các hệ thống rời rạc đƣợc dùng để tính tốn q trình dao động dải tần số Trong hệ thống đƣa dạng rời rạc khối lƣợng đƣợc coi khối lƣợng tập trung có tính chất, qn tính Các phận nối với khối lƣợng có dạng phần tử đàn hồi đƣợc đặc trƣng độ cứng xác định Khi phân thích dao động xoắn, khối lƣợng có kích thƣớc theo chiều trục quay không vƣợt hai lần đƣờng kính đƣợc coi khối lƣợng tập trung tính tốn xoắn Khối lƣợng đƣợc coi phân bố nhỏ so với khối lƣợng tập trung Sự rời rạc hóa tính tốn HTTL đƣợc tiến hành cách nghiên cứu kỹ vẽ chi tiết HTTL phân chia thành phần tử có khối lƣợng tập trung phần tử có tính đàn hồi Bánh đà, đĩa ly hợp, mặt bích, bánh răng, vỏ hộp số vỏ chi tiết đƣợc coi khối lƣợng tập trung Các phần tử có tính đàn hồi, trƣớc tiên phải kể tới trục HTTL cụm chi tiết đàn hồi hệ thống treo Việc xác định độ cứng phần tử liệt kê có ý nghĩa quan trọng thành lập sơ đồ tính tốn HTTL tƣơng đƣơng Các ăn khớp răng, gối tựa khí có tính đàn hồi tƣơng đối nhỏ nhƣng phải tính tốn cách c n thận tính dao động tần số cao Lốp khớp đàn hồi vừa có khối lƣợng lớn vừa có tính đàn hồi 1488 cao Khi mơ hình hóa đƣợc thay khối lƣợng tập trung nối vào chi tiết đàn hồi Ơ tơ hệ dao động khí gồm nhiều khối lƣợng tập trung liên kết với khâu đàn hồi khơng có quán tính Các hệ thống biểu diễn mối quan hệ động học trục cụm tổng thành tạo nên HTTL (bộ truyền bánh răng, cấu điều khiển hộp số), biểu diễn lực mômen tác dụng lên hệ thống Trong có lực ma sát lƣợng mát môi trƣờng Từ giả thuyết trên, ta có mơ hình kết cấu HTTL tơ cơng thƣc bánh xe tính tốn chúng (hình 1b) (hình 1a) mơ hình a) b) Hình 1: Mơ hình tính tốn HTTL I’i Ii mơmen qn tính mơ hình khí hệ tương đương: Các chi số i = _ động bánh đà; i = _ đĩa bị động ly hợp; i = 2, 3, 4, 5, _ chi tiết hộp số; i = 7,8 _ truyền lực chính; i = 9,10 _ bánh xe chủ động; I = p _ mơmen qn tính phản lực cầu chủ động e’j ej lần lượt độ đàn hồi mơ hình khí hệ tương đương: Các số j = 12 _ trục sơ cấp hộp số; j = 23, 34, 45, 46 _ chi tiết hộp số; j = 57 _ trục đăng; j = 78 _ cầu chủ động; j = 89, 8.10 _ bán trục; j = p _ hệ thống treo cầu sau quay mặp ph ng dọc xe Trong đó: Mơmen quán tính độ đàn hồi đƣợc xác định thực nghiệm đƣợc xác định theo vẽ chi tiết Có nhiều phƣơng pháp để giản đơn Trong phổ biến phƣơng pháp rời rạc phần Với phƣơng pháp không nhiều thời gian nhƣng nhận đƣợc hệ thống tính tốn mà tần số dao động riêng dạng dao động nằm khoảng tần số quan tâm Khi tính tốn với hệ tƣơng đƣơng cho ta kết tƣơng đối xác phù hợp với đặc tính hệ thống đƣợc thay Để đơn giản hóa hệ thống động lực học, hệ thống rời rạc ngƣời ta phân nhiều hệ thống riêng phần nhỏ nhƣ hình 1.a Mỗi hệ rời rạc đƣợc đặc trƣng tần số riêng Bình phƣơng tần số dao động riêng hệ rời rạc có số k đƣợc xác định theo biểu thức: ωk2 = (etđ Itđ)-1 1489 đó: ω tần số dao động, etđ độ đàn hồi tƣơng đƣơng Itđ mơmen qn tính tƣơng đƣơng Nếu hệ thống tƣơng đƣơng đƣợc chia thành hệ thống rời rạc khối lƣợng độ đàn hồi mơ men qn tính đƣợc xác định theo cơng thức: ek 1.k ek k 1 ; Itđ = Ik ek 1.k  ek k 1 etd  etd  ek ; I td  Đối với hệ hai khối lƣợng: I k I k k 1 I k  I k k 1 Trong đó: Ik-1 ; Ik ; Ik+1 lần lƣợt mơmen qn tính khâu có số k-1, k k+1 ek-1 ; ek ; ek+1 lần lƣợt độ đàn hồi khâu có số k-1, k k+1 I1 e 12 a) I4 I3 I2 e23 I2 e23 I5 e34 e45 I3 I4 I6 e56 e45 e 60 I5 b) I1 e 12 e23 e 12 c) I4 I3 I2 I2 e23 I3 e34 e34 e34 I4 e45 I4 I5 I5 e45 e56 I6 e56 e56 I6 e 60 e45 e60 e56 e34 ; I6 ; I6 ; I4 e34  e45 e56  e60 e56  e60 e34  e45 I1+ I2 d) I I  I1 I1+ I2 e) e34 + e45 ` I1 e23  e12 I1  I e45 e34  e45 e34 + e45 I e56 + e 60 I5  I e34 e60  I6 e34  e45 e56  e60 e56 + e 60 Hình 2: Đơn giản hóa hệ thống động lực học 1490 Hệ thống rời rạc mà có tần số riêng lớn nhiều giới hạn khoảng tần số nghiên cứu đƣợc thay hệ thống tƣơng đƣơng khối lƣợng hai khối lƣợng Nếu hệ thống khối lƣợng thay hệ thống hai khối lƣợng cách chia khối lƣợng làm hai gộp khâu đàn hồi bên phải bên trái hệ thống tách trục đàn hồi (hình 2c) Trên hình vẽ ghi cơng thức tính hệ tƣơng đƣơng Các kinh nghiệm thành lập hệ thống động lực học tính tốn Khi tính tốn dao động HTTL có tần số dƣới 250 Hz mơ men chi tiết chuyển động quay động đƣợc thay mơ men có khối lƣợng tổng cộng Nếu tải trọng đặt lên bánh xe chuyển động nhau, độ bám đƣờng giống ma sát ổ vi sai khơng lớn hệ thống động lực học đoạn từ truyền lực tới bánh xe đối xứng Một cách khác, đơn giản hóa cách gộp nhánh song song lại với ta nhận đƣợc hệ thống động lực học mơ men qn tính độ cứng tổng thơng số tƣơng đƣơng nhánh song song TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu C n – Phan Đình Kiên, Thiết kế tính tốn tơ máy kéo, Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1987, 208 trang [2] Nguyễn Hữu C n, Dƣ Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng Lý thuyết ô tô máy kéo Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2000, 359 Trang [3] Nguyễn Nƣớc, Kết cấu tính tốn tơ, tập 1, ĐH Giao Thơng Vận tải Thành Phố Hồ Chí Minh, 2011, 131 trang [4] Grishkevich A.I.Proektirovanie transmissy "MASHINOSTROENIE, 1984, 268 trang [5] Grishkevich AI Vavula V.A etal Avtomobili, konstruktsiya, konstruirovanie u raschet, transmissiya M: Vysheyshaya shkola, 1985 - 240 trang [6] N A Buharin, VS Prozorov, M SchSchukin, Pod ed NA Buharina - Avtomobili Konstruktsiya, nagruzochnye rezhimy, rabochie protsessy, prochnost gregatov avtomobilya, Mashinostroenie, 1973 - 504 trang [7] Reza N Jazar, Vehicle Dynamics theory and application, Springer, 2008, 1022 trang [8] Harald Naunheimer –Bernd Bertsche- Joachim Ryborz – Wolfgang Novak, Automotive tránmissions, Springer, 2010, 742 trang 1491 avtomobiley Spravochnik, MOSKVA ... thuyết trên, ta có mơ hình kết cấu HTTL ô tô công thƣc bánh xe tính tốn chúng (hình 1b) (hình 1a) mơ hình a) b) Hình 1: Mơ hình tính tốn HTTL I’i Ii mômen quán tính mơ hình khí hệ tương đương: Các... đối xác phù hợp với đặc tính hệ thống đƣợc thay Để đơn giản hóa hệ thống động lực học, hệ thống rời rạc ngƣời ta phân nhiều hệ thống riêng phần nhỏ nhƣ hình 1.a Mỗi hệ rời rạc đƣợc đặc trƣng tần... diễn mối quan hệ động học trục cụm tổng thành tạo nên HTTL (bộ truyền bánh răng, cấu điều khiển hộp số), biểu diễn lực mômen tác dụng lên hệ thống Trong có lực ma sát lƣợng mát môi trƣờng Từ giả