Xây dựng quan hệ truyền mô men từ động cơ tới các bánh xe chủ động khi quay vòng

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG THÔNG SỐ TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .5 LỜI NÓI ĐẦU 9 CHƯƠNG 1 13 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .13 1.1. MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC KHẢO SÁT SỰ PHÂN BỐ MÔ MEN RA CÁC BÁNH XE CHỦ ĐỘNG KHI QUAY VÒNG 13 1.2.2. Phân loại vi sai 15 1.2.2.1. Theo cấu trúc bánh răng .15 1.2.2.2. Theo ma sát trong 15 1.2.2.3. Theo khả năng điều khiển ma sát trong đối với bộ vi sai 15 1.2.3. Một số loại vi sai thường gặp 15 1.2.3.1. Vi sai thường (Vi sai ma sát trong thấp) .15 1.2.3.2. Vi sai ma sát trong cao 16 1.2.4. Động học và động lực học của vi sai . 23 CHƯƠNG 2 26 2.1. SƠ ĐỒ LOGIC TÍNH TOÁN CỦA BÀI TOÁN QUAY VÒNG 27 2.2. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG SỰ QUAY BÁNH XE 28 2.2.1. Quan hệ động học của vi sai 29 2.2.2. Mối quan hệ động lực học của cầu xe và vi sai .31 2.3. CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐƯỢC SỬ DỤNG 35 2.3.1. Mô hình động lực học toàn xe . 35 Hình 2.11: Các lực và mô men xác định trong mặt phẳng ngang .36 2.3.2. Sự nghiêng thân xe và tải trọng thẳng đứng .37 2.3.3. Mô hình các quan hê động học của ô tô .37 2.4. MÔ HÌNH LỐP 38 2.5. CÁC PHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 40 2.5.1. Góc quay vành lái 41 2.5.2. Các trạng thái mô men trong tính toán 41 CHƯƠNG 3 42 3.1. CÁC PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN TÍNH TOÁN THEO MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 42 3 3.2. PHƯƠNG PHÁP RUNGE KUTTA 4 ĐIỂM .43 3.3. VẤN ĐỀ SAI SỐ CỦA BÀI TOÁN .44 3.4. LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN .45 3.5. LỰA CHỌN CÁC TRƯỜNG HỢP KHẢO SÁT 45 3.6. CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB SIMULINK 46 CHƯƠNG 4 50 4.1. KẾT QUẢ KHẢO SÁT 51 4.1.1. Trường hợp 1: Khi không có mô men ma sát trong bộ vi sai (Mms=0) .51 4.1.2. Trường hợp 2: Khi có Mms với giá trị hệ số khóa vi sai K=0.15 .53 4.1.3. Trường hợp 3: Khi có Mms với giá trị hệ số khóa vi sai K=0.3 .56 4.1.4. Trường hợp 4: Khi có Mms với giá trị hệ số khóa vi sai K=0.45 .59 4.2. NHẬN XÉT .61 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .65 PHỤ LỤC .66 4 DANH MỤC CÁC BẢNG THÔNG SỐ TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TT Bảng Tên bảng Trang 1 Bảng 3.1 Tỷ số truyền các tay số 44 2 Bảng 4.1 Số liệu đầu vào trường hợp 1 50 3 Bẳng 4.2 Số liệu đầu vào trường hợp 2 52 4 Bảng 4.3 Số liệu đầu vào trường hợp 3 55 5 Bảng 4.4 Số liệu đầu vào trường hợp 4 58 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TT Hình vẽ Tên hình Trang 1 Hình 1.1 Quan hệ Đường – Xe – Người 13 2 Hình 1.2 Mô tả tổng thể quan hệ điều khiển của lái xe và chuyển động của ô tô 14 3 Hình 1.3 Kết cấu bộ vi sai ma sát trong thấp của xe có cầu trước chủ động 15 4 Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo bộ vi sai ma sát trong thấp của xe có cầu sau chủ động 15 5 Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo và kết cấu của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng một khớp ma sát 16 6 Hình 1.6 Kết cấu của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng hai khớp ma sát 17 7 Hình 1.7 Cấu tạo và nguyên lý của bộ vi sai khớp ma sát kép của xe Misubishi Pajaro 18 8 Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng bánh răng trụ 19 9 Hình 1.9 Sơ đồ cấu tạo của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng trục vít – bánh vít 20 10 Hình 1.10 Sơ đồ cấu tạo của bộ vi sai ma sát trong cao loại vi sai cam 21 11 Hình 1.11 Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ nguyên lý của bộ khóa vi sai 22 12 Hình 1.12 Quan hệ động học và động lực học của vi sai côn có ma sát trong thấp 23 13 Hình 2.1 Mô hình cơ học của ôtô 26 14 Hình 2.2 Sơ đồ logic tính toán của đề tài 27 15 Hình 2.3 Công trượt riêng của bộ ly hợp 29 16 Hình 2.4 Mô men ma sát đưa vào bộ vi sai 29 17 Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng hai khớp ma sát 30 5 18 Hình 2.6 Động lực học của vi sai 30 19 Hình 2.7 Động lực học truyền lực chính 31 20 Hình 2.8 Sơ đồ động lực học của bộ vi sai 32 21 Hình 2.9 Động lực học bánh xe 33 22 Hình 2.10 Sơ đồ quan hệ lực trên mặt phẳng dọc ô tô 35 23 Hình 2.11 Các lực và mô men xác định trong mặt phẳng ngang 36 24 Hình 2.12 Mô hình các quan hệ động học của ô tô 37 25 Hình 2.13 Các quan hệ lực và mô men trong lốp 38 26 Hình 2.14 Sơ đồ tính toán lực cho bánh xe bị động 39 27 Hình 2.15 Sơ đồ tính toán lực cho bánh xe chủ động 40 28 Hình 2.16 Góc quay vành lái 41 29 Hình 2.17 Mô men điều khiển bánh xe chủ động 41 30 Hình 3.1 Sơ đồ bố trí xe con khảo sát 45 31 Hình 3.2 Chương trình chính 47 32 Hình 3.3 Mô đun tính toán cho bánh xe số 1 48 33 Hình 4.1 Mô men ma sát khi hệ số khóa vi sai K=0 50 34 Hình 4.2 Mô men của bánh xe chủ động khi hệ số khóa vi sai K=0 51 35 Hình 4.3 Vận tốc góc bánh xe chủ động trong và ngoài khi hệ số khóa vi sai K=0 51 36 Hình 4.4 Mô men ma sát trong bộ vi sai khi hệ số khóa vi sai K=0.15 53 37 Hình 4.5 Mô men chia ra hai bánh xe chủ động khi hệ số khóa vi sai K=0.15 53 38 Hình 4.6 Vận tốc góc của bánh xe trong và ngoài khi hệ số khóa vi sai K=0.15 54 39 Hình 4.7 Mô men ma sát trong bộ vi sai khi hệ số khóa vi sai K=0.3 55 40 Hình 4.8 Mô men chia ra hai bánh xe chủ động khi hệ số khóa vi sai K=0.3 56 41 Hình 4.9 Vận tốc góc của bánh xe trong và ngoài khi hệ số khóa vi sai K=0.3 57 42 Hình 4.10 Mô men ma sát trong bộ vi sai khi hệ số khóa vi sai K=0.45 58 43 Hình 4.11 Mô men chia ra hai bánh xe chủ động khi hệ số khóa vi sai K=0.45 59 44 Hình 4.12 Vận tốc góc của bánh xe trong và ngoài khi hệ số khóa vi sai K=0.45 60 6 DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TT Ký tự Giải thích ký tự Đơn vị 1 M ms Mô men ma sát trong bộ vi sai N.m 2 M bx1 Mô men tại bánh xe chủ động trái N.m 3 M bx2 Mô men tại bánh xe chủ động phải N.m 4 M e Mô men có ích của động cơ N.m 5 M d Mô men trên vỏ bộ vi sai N.m 6 M 2 Mô men tại bánh răng chủ động của truyền lực chính N.m 7 M 3 Mô men tại bánh răng bị động của truyền lực chính N.m 8 M sk Mô men đàn hồi của lốp N.m 9 kp J Mômen quán tính của các phần liên kết với bánh xe quanh trục quay bánh xe cầu trước kg.m 2 10 kz J Mômen quán tính của các phần liên kết với bánh xe quanh trục quay bánh xe cầu sau kg.m 2 11 rp J Mômen quán tính của vi sai cầu trước kg.m 2 12 rz J Mômen quán tính của vi sai cầu sau kg.m 2 13 J 2 Mô men quán tính tại bánh răng chủ động truyền lực chính kg.m 2 14 J 3 Mô men quán tính tại bánh răng bị động truyền lực chính kg.m 2 15 J 4 Mô men quán tính của bánh răng vi sai kg.m 2 16 J 5 Mô men quán tính của bánh răng bán trục bên trái kg.m 2 17 J 6 Mô men quán tính của bánh răng bán trục bên phải kg.m 2 18 J r Mô men quán tính của cầu xe kg.m 2 19 1 F Lực vòng của bánh xe bên trái ở cầu trước và mặt đường N 20 2 F Lực vòng của bánh xe bên phải ở cầu trước và mặt đường N 21 3 F Lực vòng của bánh xe bên trái ở cầu sau và mặt đường N 22 4 F Lực vòng giữa bánh xe bên phải ở cầu sau và mặt đường N 23 P 2 Lực ăn khớp tác dụng lên bánh răng bị động của truyền lực chính N 24 P 3 Lực ăn khớp tác dụng lên bánh răng chủ động của truyền lực chính N 25 P 5 Lực ăn khớp tác dụng lên bánh răng bán trục trái N 26 P 6 Lực ăn khớp tác dụng lên bánh răng bán trục phải N 27 S Lực bên tác dụng lên các bánh xe N 28 n o Số vòng quay của bánh răng bị động truyền lực chính min -1 7 29 n t Số vòng quay của bánh răng bán trục trái min -1 30 n p Số vòng quay của bánh răng bán trục phải min -1 31 ω e Vận tốc góc của trục khuỷu động cơ rad/s 32 ω l Vận tốc góc của đĩa bị động trong ly hợp rad/s 33 ϕ 1 Góc quay của bánh xe bên trái của cầu trước min -1 34 ϕ 2 Góc quay của bánh xe bên phải của cầu trước min -1 35 ϕ 3 Góc quay của bánh xe bên trái của cầu sau min -1 36 ϕ 4 Góc quay của bánh xe bên phải của cầu sau min -1 37 β t Góc quay của bánh xe dẫn hướng rad 38 β v Góc quay vành lái rad 39 K Hệ số khóa vi sai - 40 K’ Hệ số gài vi sai - 41 l s1 Hệ số độ cứng bậc nhất của biến dạng dọc lốp xe 1/rad 42 l s2 Hệ số độ cứng bậc hai của biến dạng dọc lốp xe 1/kN.rad 43 l α 1 Hệ số độ cứng bậc nhất của góc lệch bên bánh xe 1/rad 44 l α 2 Hệ số độ cứng bậc hai của góc lệch bên bánh xe 1/kN.rad 45 µ o Hệ số bám hai bên bánh xe - 46 i c Tỷ số truyền của cầu xe chủ động - 47 i r Tỷ số truyền của hệ thống lái - 48 C rbxi Độ cứng hướng kính của bánh xe thứ i kN/m 49 r bxi Bán kính trung bình của bánh xe thứ i m 50 f v Hệ số cản lăn - 8 LỜI NÓI ĐẦU Sự phân chia mô men ra các bánh xe chủ động có ảnh hưởng lớn tới khả năng quay vòng và tính điều khiển chung của ô tô, điều này ảnh hưởng đến vấn đề an toàn khi tham gia giao thông. Do đó nghiên cứu và giải quyết bài toán quỹ đạo chuyển động ô tô khi có để ý tới mô men ma sát trong bộ vi sai là cần thiết, góp phần giảm thiểu tai nạn giao thông. Trên rất nhiều cầu xe của các xe có khả năng cơ động được đưa vào nội ma sát, các tài liệu sử dụng và sửa chữa đi kèm không nêu được một cách đầy đủ những kiến thức về vấn đề này mà chỉ nêu nên được phần khai thác và sử dụng. Chính vì vậy đề tài được đặt ra để hiểu sâu hơn về động học, động lực học của cầu xe có vi sai ma sát trong cao nhằm phục vụ bài toán quỹ đạo chuyển động của ô tô. Do vậy, đồ án tốt nghiệp được thực hiện với tên đề tài “Nghiên cứu động lực học của bộ vi sai tăng nội ma sát và khảo sát sự ảnh hưởng của nó tới khả năng động lực học của bánh xe” nhằm góp phần hoàn thiện sâu sắc hơn về bài toán quỹ đạo chuyển động của ô tô. Được sự hướng dẫn tận tình của thầy: Phạm Văn Hải cùng với sự cố gắng của bản thân, đồ án tốt nghiệp đã được hoàn thành đúng tiến độ và thời gian guy định. Vì thời gian, kiến thức còn hạn chế, nên đồ án không thể tránh được những sai sót. Vì vậy em mong các thầy, cô trong Bộ môn công nghệ ô tô cho ý kiến đóng góp để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn cũng như các thầy, cô giáo trong Bộ môn công nghệ ô tô đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức quý báu trong quá trình học tập ở trường và thời gian làm đồ án tốt nghiệp Hưng Yên, ngày…. tháng ….năm 2013 Sinh viên thực hiện Trịnh Tố Nhật 9 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Bước sang thế kỷ 21, sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật của nhân loại đã bước lên một tầm cao mới. Rất nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật, các phát minh, sang chế mang đậm tính hiện đại và có tính ứng dụng cao. Là một quốc gia có nền kinh tế đang phát triển, nước ta đã và đang có những cải cách mới để thúc đẩy kinh tế. Việc tiếp nhận, áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến của thế gưới được nhà nước quan tâm cải tạo, đẩy mạnh sự phát triển của các ngành công nghiệp mới. Với mục đích đưa nước ta là một nước nông nghiệp kém phát triển thành một nước công nghiệp phát triển. Trải qua rất nhiều năm phấn đấu và phát triển. Hiện nay nước ta là thành viên của khối kinh tế quốc tế (WTO). Với việc tiếp cận các quốc gia có nền kinh tế phát triển, chúng ta có thể giao lưu, học hỏi kinh nghiệm, tiếp thu và áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến để phát triển hơn nữa nền kinh tế trong nước, bước những bước đi vững trắc trên con đường quá độ lên chủ nghĩa xã hội. Trong các ngành công nghiệp mới đang được nhà nước chú trọng, đầu tư phát triển thì công nghiệp ô tô là một trong những ngành tiềm năng. Do sự tiến bộ về khoa học công nghệ nên quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa phát triển một cách ồ ạt. tỷ lệ ô nhiễm các nguồn nước và không khí do chất thải công nghiệp ngày càng tăng, các nguồn tài nguyên như: Than đá, dầu mỏ…Bị khai thác bừa bãi nên ngày càng cận kiệt. Điều này đặt ra bài toán khó cho ngành động cơ đốt trong nói chung và ô tô nói riêng, đó là phải đảm bảo chất lượng khí thải và tiết kiệm nhiên liệu. Các hang sản xuất ô tô như KIA, PORD, TOYOTA, MESCEDES, HUYNDAI…đã có rất nhiều cải tiến về mẫu mã, kiểu dáng công nghệ cũng như chất lượng phục vụ của xe, nhằm đảm bảo an toàn cho người sủ dụng, tiế kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Để đáp ứng được những yêu cầu đó thì các hệ thống điều khiển trên ô tô nói chung và “Mô men truyền từ động cơ tới các bánh xe chủ động khi xe quay vòng” nói riêng phải có độ hoạt đông an toàn, chính xác, độ bền cao… Thực tế trong các trường kỹ thuật của nước ta hiện nay thì trang thiết bị cho sinh viên, học sinh thực hành còn thiếu rất nhiều, đặc biệt là thiết bị, mô hình thực tập tiên tiến hiện đại. Tài liệu về quan hệ truyền mô men từ đông cơ tới các bánh xe chủ động còn thiếu chưa được hệ thống hóa một cách khoa học. Các bài tập hướng dẫn thực tập, thực hành còn thiếu thốn. Vì vậy người kỹ thuật viên khi ra trường gặp nhiều khó khăn, khó tiếp xúc với những kiến thức thiết bị tiên tiến trong thực tế. 10 . ms Mô men ma sát trong bộ vi sai N.m 2 M bx1 Mô men tại bánh xe chủ động trái N.m 3 M bx2 Mô men tại bánh xe chủ động phải N.m 4 M e Mô men có ích của động. cầu đó thì các hệ thống điều khi n trên ô tô nói chung và Mô men truyền từ động cơ tới các bánh xe chủ động khi xe quay vòng nói riêng phải có độ hoạt