2.1.1 Mô hình tính toán
Mục đích của mô hình này là xác định giá trị tải trọng tối đa có thể xuất hiện trong HTTL với các thông số kết cấu của nó. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tải trọng động xuất hiện trong hệ thống truyền lực do tính chất đàn hồi và khối lượng quán tính của các phần tử trong hệ thống.
Để xác định tải trọng cực đại trong HTTL, NCS sử dụng sử dụng mô hình 1 khâu đàn hồi với 5 khối lượng quán tính như trên hình 2.1 [48] đã đề cập ở Chương Tổng quan (hình 1.4). Sơ đồ này cho kết quả tính toán là mô men cực đại trên phần tử có độ đàn hồi lớn nhất trong HTTL (thường là các bán trục hoặc trục các đăng). Mô hình được xây dựng với các giả thiết sau:
- Khối lượng của các chi tiết trong HTTL được quy về 5 phần tử, còn độ đàn hồi tổng của toàn bộ HTTL được quy về một khâu đàn hồi E;
- Các thông số tính toán của HTTL được quy dẫn về trục các đăng;
- Bỏ qua độ đàn hồi của các trục của hộp số (các khâu I2 và I3 nối cứng với nhau); - Ô tô khởi hành trên đường bằng phẳng có hệ số bám cao, vận tốc góc của động cơ đạt giá trị cực đại với tác động đầu vào là tức thời.
Mô hình có 5 khối lượng quán tính, gồm: I1- khối lượng quán tính quy dẫn của bánh đà và phần chủ động của ly hợp; I2- khối lượng quán tính quy dẫn phần bị động của ly hợp (nối cứng với I3); I3- khối lượng quán tính quy dẫn của các chi tiết của HTTL; I4- khối lượng quán tính quy dẫn của các bánh xe chủ động; I5- khối lượng quán tính quy dẫn
I1 I2 I3
L1 L2
I4 I5 E
của khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô. Góc quay của các khối lượng quán tính tương ứng được ký hiệu là ϕi, với i = 1 ÷ 5. Khâu đàn hồi được lựa chọn là trục các đăng với hệ số đàn hồi quy đổi là E. Ly hợp L1 mô tả ly hợp của ô tô, L2 mô tả tương tác giữa bánh xe với mặt đường.
Các thông số của hệ thống này được tính theo các công thức sau: 36 = !%8 3L; 38 = !%8 3$; 3a = !%8 3+!+8; 3b = 3c+
!&8 ; 3d = e*fH8
!&8 (2.1) Trong đó:
Id là khối lượng quán tính của bánh đà và các chi tiết phần chủ động của ly hợp; Ic là khối lượng quán tính của các chi tiết phần bị động của ly hợp;
Ix là khối lượng quán tính của các chi tiết bánh răng trong hộp số; Ibx là khối lượng quán tính của bánh xe;
ma là khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô. E = gH+ E,6
j
k+ (gc+ gc+)!&8 (2.2) Trong đó:
E - Độ đàn hồi tổng của HTTL quy về trục các đăng bao gồm độ đàn hồi các chi tiết chính như hộp số, bán trục, bánh xe quy về trục các đăng;
Ek - Độ đàn hồi của trục các đăng; Eb - Độ đàn hồi của các bán trục; Ebx - Độ đàn hồi của các bánh xe.
Ly hợp L1 là ly hợp ma sát của HTTL còn L2 thể hiện liên kết giữa bánh xe với mặt đường.
Tần số riêng bình phương của các cặp trong mô hình được tính theo các công thức: K6b8 = 1 36a+ 1 3b 1 g; K6d8 = 1 36a+ 1 3bd 1 g (2.3) K8b8 = 1 38a+ 1 3b 1 g; K8d8 = 1 38a+ 1 3bd 1 g (2.5) Trong các biểu thức trên:
Imn = n Io
opm (2.6) Với sơ đồ trên hình 2.1, để tính toán mô men xoắn cực đại xuất hiện trong HTTL người ta coi hệ thống chịu tác động tức thời của mô men ma sát Mc của ly hợp.
Vào thời điểm đầu tiên của quá trình, các phương trình mô tả hệ thống có dạng: 38a4a +4a− 4b
g = M$ (2.7)
3bd4b−4a− 4b
g = 0 (2.8) Giả thiết rằng khi ly hợp trượt, mô men ma sát của nó bằng:
Mc = (0,75 - 0,8)MCO; MCO = βMe (2.9) với β - là hệ số dự trữ của ly hợp;
MCO - là mô men ma sát ở thời điểm ly hợp bắt đầu trượt.
Đặt: ϕ3 - ϕ4 = x thì hệ phương trình (2.7, 2.8) được rút gọn thành một phương trình:
q + K8d8 q =M$
38a 2.10 Với các điều kiện đầu: khi t = 0, x = 0, q= 0 ta được:
q = M$ 38aK8d8 1 − rstK8du (2.11) 4a = M$ 38du + M$3bd 38a38dK8dt!vK8du 2.12 Khi quá trình mới bắt đầu, thời gian t rất nhỏ và với tỷ số I45/I25≈ 1, biểu thức tính vận tốc góc có thể viết lại như sau:
4a = M$
38aK8d t!vK8du (2.13) Nếu quá trình trượt ly hợp L1 xảy ra liên tục và ly hợp L2 không trượt thì:
4aewq = M$
38aK8d≈ M$ g
Giá trị vận tốc góc này được gọi là vận tốc giới hạn. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, quá trình tăng tốc xảy ra chủ yếu trên đĩa bị động của ly hợp, nên vận tốc giới hạn có thể tính gần đúng như sau:
ω8{|} = M E
I8 (2.15) ω8{|}: Vận tốc góc giới hạn (của đĩa bịđộng ly hợp)
ω6{|}: Vận tốc góc quy dẫn của bánh đà
Bằng cách so sánh ω2max với vận tốc góc quy dẫn của bánh đà ω1max có thể biết được trạng thái làm việc của ly hợp L1 (trượt hay không trượt) trước khi mô men xoắn đạt được giá trị cực đại thứ nhất. Nếu ω2max <ω1max thì ly hợp được coi là bị trượt, còn nếu ω2max ≥ω1max thì ly hợp được coi là không trượt (các đĩa “dính” vào nhau).
Như vậy, bằng cách so sánh tương quan giữa ω2max với ω1max và các trạng thái có thể của các ly hợp L1 và L2 người ta xác định được các trường hợp khác nhau có thể xảy ra và tiến hành tính toán mô men cực đại cho từng trường hợp cụ thể.
