Chương 3 : Mô phỏng và khảo sát sự hoạt động của bộ đồng tốc
3.3 Khi chuyển từ số cao về số thấp hơn
Khi chuyển từ tay số có tỉ số truyền cao về tay số có tỷ số truyền thấp. Khối lượng quán tính I3 quay nhanh hơn so với bánh răng bị động cần gài I4. Vì vậy trong thời gian ngắn cần phải tăng vận tốc của bánh răng bị động và cùng với nó là vận tốc của các bánh răng trên trục trung gian và trục sơ cấp của hộp số ngĩa là khối lượng I3.
3.3.1 Gài tay số 2
Trong phần này chúng ta khảo sát chuyển động từ số 3 về số 2. Với giả thuyết ô tơ chuyển động trên đường bằng và khơng kéo móoc. Mặt đường nhựa có hệ số cản lăn f = 0,018; rbx= 0,432 m; i2 = 2,26; i3 = 1,45; i0 = 4,1. Vận tốc của ô tô trước khi chuyển số là 50 km/h = 13,89 m/s. Thơng số vận tốc góc của động cơ ở thời điểm cần sang số được chọn tốt nhất như sau: ωĐc = 0,5.ωN. Với ωN là tốc độ góc của trục động cơ ở thời điểm đạt cơng suất lớn nhất.
Ta có : ωĐc= 0,5ωN= 115,1 (rad/s). Tốc độ đồngtốc: ω2 = ωĐc/i2 = 50,94 (rad/s).
Tốc độ vành răng số 2 trước khi chuyển số: ω3= ωk. i0 = (v/rbx). i0= 131,82 (rad/s). Hệ phương trình vi phân mơ tả q trình đồng tốc khi gài từ số 3 về số 2 như sau:
�I3.ω̇2 = M23+ Mcx23
1 i3 I4.ω̇3 =−Mcx3−k1.ω3
Sau khi tính tốn và lựa chọn các hệ số ta đi xây dựng cấu trúc Simulink mô phỏng cho quá trình đồng tốc từ số 2 lên số 3 như hình sau:
k = 15; % he so bieu thi toc do gai
r= 0,08; % Ban kinh trung binh cua be mat ma sat µ = 0,07; %He so ma sat
49
α = 8; %goc nghieng cua be mat con
p = 60; % Luc tac dung len can gai so
t = 8; % Ti so truyen tu can so den khop truot Mcxmax= r*µ*p*t/sin(α); % mo men ma sat io=4,1; % ti so truyen luc chinh
i1=3,5; % ti so truyen tay so 1 i2=2,26; % ti so truyen tay so 2 i3=1,45; % ti so truyen tay so 3 i4=1; % ti so truyen tay so 4
I1=0,134; % Khoi luong quan tinh phan chu dong I2=8,829*i2^2;% Khoi luong quan tinh phan bi dong M23=5; % Mo men dan hoi tren truc so cap
ro = 0,432; %ban kinh vong lan cua banh xe k1= 5; % he so can ma sat
50 Kết quả tính tốn được thể hiện trên hình 3.6
Hình 3.6. Đồ thị quá trình đồng tốc khi chuyển từ số 3 về số 2.
Nhận xét: Từ kết quả mô phỏng ta thấy thời gian đồng tốc để chuyển từ tay số 3 sang tay số 2 là 0,264 s. Tốc độ của vành đồng tốc ω2 giảm nhanh hơn so với tốc độ của vành răng. Do lực cản quán tính phần bị động lớn hơn.
3.3.2. Chuyển từ số 4 về số 3.
Trong phần này chúng ta khảo sát chuyển động từ số 4 về số 3. Với giả thuyết ô tơ chuyển động trên đường bằng và khơng kéo móoc. Mặt đường nhựa có hệ số cản lăn f = 0,018; rbx= 0,432 m; i4= 1; i3 = 1,45; i0= 4,1. Vận tốc của ô tô trước khi chuyển số là 100 km/h = 27,778 m/s. Thơng số vận tốc góc của động cơ ở thời điểm cần sang số được chọn tốt nhất như sau: ωĐc= 0,5.ωN. Với ωN là tốc độ góc của trục động cơ ở thời điểm đạt cơng suất lớn nhất.
Ta có : ωĐc= 0.5*ωN= 115,1 (rad/s). Tốc độ đồng tốc: ω2 = ωĐc/i3 = 79,34 (rad/s).
51
Hệ phương trình vi phân mơ tả quá trình đồng tốc khi gài từ số 4 về số 3 như sau:
� I3.ω̇3 = M23+ Mcx34i1
4
I4.ω̇4 =−Mcx34−k1.ω4
Sau khi tính tốn và lựa chọn các hệ số ta đi xây dựng cấu trúc Simulink mô phỏng cho quá trình đồng tốc từ số 2 lên số 3 như hình sau:
k=15; % he so bieu thi toc do gai
r=0,08; % Ban kinh trung binh cua be mat ma sat µ= 0,07; %He so ma sat
α= 8; % goc nghieng cua be mat con p= 60; % Luc tac dung len can gai so
t= 8; % Ti so truyen tu can so den khop truot Mcxmax= r*µ*p*t/sin(α); % mo men ma sat io= 4,1; % ti so truyen luc chinh
i1= 3,5; % ti so truyen tay so 1 i2= 2,26; % ti so truyen tay so 2 i3= 1,45; % ti so truyen tay so 3 i4=1; % ti so truyen tay so 4
I1= 0,134; % Khoi luong quan tinh phan chu dong I2= 8,829*i3^2;% Khoi luong quan tinh phan bi dong M23=5; % Mo men dan hoi tren truc so cap
ro = 0,432; %ban kinh vong lan cua banh xe k1= 5; %he so can ma sat
52
Hình 3.7. Sơ đồ cấu trúc Simulink khi chuyển số từ tay số 4 sang tay số 3
Kết quả tính tốn được thể hiện trên đồ thị hình 3.8
53
Nhận xét: Từ kết quả mô phỏng ta thấy thời gian đồng tốc để chuyển từ tay số 4 sang tay số 3 là 0,197 s. Thời gian này ít hơn so với thời gian khi gài từ số thấp lên số cao hơn.
Từ các kết quả mô phỏng thể hiện trên các đồ thị (hình 3.6 và hình 3.8) chúng ta thấy nếu chuyển từ số cao hơn về số thấp hơn mà tốc độ động cơ như nhau thì thời gian của quá trình đồng tốc ở số truyền cao cao hơn so với thời gian đồng tốc ở số truyền thấp. Điều đó chứng tỏa thời gian đồng tốc phụ thuộc vào tốc độ của
xe khi về số. Vì vậy khi chuyển từ tay số cao về tay số thấp việc lựa chon tốc độ
hợp lý trước khi về số là cần thiết và phụ thuộc nhiều vào trình độ và kinh nghiệm của người lái xe.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Từ việc lựa chọn thời gian đồng tốc độ đặt ra khi thiết kế đồng tốc thường nên chọn là: Đối với hộp số ô tô con thời gian đồng tốc từ 0,15 ÷ 0,3 s.
So với các kết quả của phương pháp mô phỏng bằng công cụ Simulink của phần mền Matlab đối với sự hoạt động của bộ đồng tốc trong quá trình đồng tốc độ khi gài số đã trình bày hồn tồn phù hợp với quy luật thực tế, cũng như kết quả của các đề tài trước đây đã nghiên cứu. Qua kết quả ta thấy việc lựa chọn tốc độ trước khi tiến hành quá trình gài số là điều cần thiết, để giảm được thời gian quá trình đồng tốc độ. Như vậy đối với hộp số cơ khí sử dụng đồng tốc, kinh nghiệm của người điều khiển xe để lựa chọn tốc độ khi gài số là điều cần thiết.
Tuy nhiên kết quả của chương này mới chỉ cho ta biết quy luật thực tế của quá trình thay đổi tốc độ của các bánh răng gài số và thời gian đồng tốc. Để tìm hiểu sự phụ thuộc quá trình làm đồng đều tốc độ của các bánh răng gài số vào các thông số khác, chúng ta tiếp tục nghiên cứu vấn đề này ở chương tiếp theo.
54
Chương 4
KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ TỚI HOẠT ĐỘNG
CỦA BỘĐỒNG TỐC
4.1 Ảnh hưởng của lực tác dụng lên cần gài số đến thời gianđồng tốc.
Khảo sát sự ảnh hưởng của lực tác dụng lên cần gài số đến thời gian đồng tốc, trong trường hợp khi gài từ tay số 2 lên tay số 3. Các thông số đầu vào của quá trình mơ phỏng gài tay số 3 như sau:
Tốc độ đồng tốc: ωĐt = ω2 = ωĐc/i2 = 81,51 (rad/s).
Tốc độ vành răng số 2 trước khi chuyển số: ω3 = ωk. i0 = (v/ rbx). i0= 131,73 (rad/s) Chúng ta đi khảo sát quá trình đồng đều tốc độ khi thay đổi lực gài số theo Sơ đồ, hệ phương trình và cấu trúc Simulink mơ phỏng quá trình đã trình bày ở chương 3 (sơ đồ cấu trúc Simulink hình 3. 3 khi chuyển từ tay số 2 lên tay số 3) ta thay các giá trị khác nhau của lực gài số được các kết quả sau:
55
Hình 4.2. Thời gian đồng tốc với lực gài số p = 60N.
Tương tự ta đi thay đổi với các lực gài số khác nhau ta được kết quả như bảng sau:
Bảng 4.1: Thời gian đồng tốc thay đổi theo lực gài số.
P (N) 40 45 50 55 60
t (s) 0,22 0,219 0,218 0,217 0,216
56
Hình 4.3. Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa thời gian đồng tốc và lực gài số trên cần gạt
Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy thời gian xảy ra đồng tốc có sự thay đổi khi chúng ta thay đổi lực gài số. Nhưng sự thay đổi này là không đáng kể. Quan sát trên đồ thị ta thấy khi lực gài số tăng thì thời gian đồng tốc giảm xuống. Tỉ số truyền và hiệu suất dẫn động từ cần gài số tới khớp trượt là khơng thay đổi, cịn lực gài số ít ảnh hưởng tới thời gian đồng tốc.
4.2 Ảnh hưởng của khối lượng quán tính tới thời gian đồng tốc.
Trong phần này chúng ta đi nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng quán tính tới thời gian đồng tốc khi từ số cao chuyển xuống số thấp. Sơ đồ, hệ phương trình và cấu trúc Simulink mơ phỏng q trình đã trình bày ở chương 3.
57
Chúng ta đi khảo sát thời gianđồng đều tốc độ khi thay đổi khối lượng quán
tính của phần bị động ly hợp, trục sơ cấp và trục trung gian của hộp số (I3) lên so
với thông số thực tế của xe.
Khi gài số từ tay số 3 chuyển xuống tay số 2. Các thơng số đầu vào của q trình mơ phỏng gài tay số 3 như sau:
Tốc độ đồng tốc: ωĐc= ω2 = ωĐc/i2 = 50,94 (rad/s).
Tốc độ vành răng số 2 trước khi chuyển số: ω3= ωk. i0 = (v/rbx). i0= 263,63 (rad/s). + Khi ta giảm khối lượng qn tính I3 = 0,0981 N.m2 thì thời gian đồng tốc đã giảm xuống cịn 0,225 s. Ít hơn so với khối lượng quán tính 0,134 chúng ta đã khảo sát ở chương 3 có thời gian đồng tốc là 0,264 s. Kết quả được thể hiện ở đồ thị hình 4.4.
Hình 4.4: Đồ thị thời gian đồng tốc khi giảm khối lượng quán tính I3
+ Khi ta tăng khối lượng quán tính I3 = 0.5886 N.m2 thì thời gian đồng tốc đã tăng lên từ 0,314 s.
58
Hình 4.5: Đồ thị thời gian đồng tốc khi tăng khối lượng quán tính I3
Tương tự ta đi thay đổi với các khối lượng quán tính khác ta được kết quả như bảng sau:
Bảng 4.2. Thời gian đồng tốc thay đổi theokhối lượng quán tínhphần chủ động.
I3(N.m2) 0,0981 0,118 0,134 0,154 0,174 0,196
t (s) 0, 225 0,241 0,264 0,282 0,297 0,314
Kết quả ảnh hưởng của khối lượng quán tính I3 tới thời gian đồng tốc được thể hiện trên đồthị sau.
59
Hình 4.6. Mối quan hệ giữa thời gian đồng tốc và khối lượng quán tính phần chủ
động. Nhận xét:
Kết quả mơ phỏng q trình được thể hiện trên đồ thị hình 4.6. Từ kết quả trên ta thấy. Thời gian đồng đều tốc độ tăng khi khối lượng quán tính phần chủ động tăng lên. Như vậy khi tăng khối lượng quán tính I4 (tăng động năng chuyển động quay) mà vẫn giữ nguyên mô men ma sát đồn tốc làm cho thời gian của quá trình giảm tốc độ của chi tiết tăng lên, tức là tăng thời gian làm đồng đều tốc độ, q trình gài số thực hiện khó khăn hơn. Từ kết quả trên chúng ta thấy khi tính tốn thiết kế các chi tiết của hộp số, của ly hợp và của bộ đồng tốc cần phải có phương án tối ưu hóa để giảm khối lượng qn tính. Tạo thuận lợi cho quá trình sang số tránh được những hư hỏng các chi tiết.
4.2.2 Ảnh hưởng khối lượng quán tính phần bị động I4
Chúng ta đi khảo sát quá trình đồng đều tốc độ khi thay đổi khối lượng quay của hộp số (I4) lên so với thông số thực tế của xe.
60
Khi gài sô từ tay số 3 chuyển xuống tay số 2. Các thơng số đầu vào của q trình mơ phỏng gài tay số 3 như sau:
Tốc độ đồng tốc: ωĐt = ω2 = ωĐc/i2 = 50,94 (rad/s).
Tốc độ vành răng số 2 trước khi chuyển số: ω3= ωk. i0 = (v/ rbx). i0= 263,63 (rad/s). + Khi ta thay đổi khối lượng quán tính I4 = 6,867 N.m2 thì thời gian đồng tốc đã giảm cịn 0,23 s).
61
Hình 4.8. Đồ thị thời gianđồng tốc khi khối lượng quán tính I4 = 9,81 (N.m2) Bảng 4.3. Thời gian đồng tốc thay đổi theokhối lượng quán tính phần bị động.
I3(N. m2) 6.867 7,357 7,848 8,338 8,829 9,319 9,812
t (s) 0.23 0.24 0.248 0.255 0.264 0.272 0.278
Kết quả của sự thay đổi thời gian khi khối lượng quán tính I4 thay đổi được thể hiện trên đồ thị hình 4.9.
62
Hình 4.9. Mốiquan hệ giữa thời gian đồng tốc và khối lượng quán tính phần bị
động.
Nhận xét: Với chuyển động của ô tơ khi tăng khối lượng qn tính I4 (khối lượng quán tính các chi tiết quay của hộp số) lên gấp nhiều lần so với thực tế kết cấu của ô tô sẽ làm cho thời gian đồng tốc thay đổi. Tuy nhiên kết quả của đồ thị cho chúng ta thấy khối lượng quán tính I4 làm ảnh hưởng nhỏ tới thời gian đồng tốc. Điều này càng chứng tỏ để gài số được êm dịu và thời gian gài số ngắn thì việc giảm khối lượng của phần bị động ly hợp là điều rất cần thiết trong thiết kế.
4.3 Ảnh hưởng của bề mặt côn ma sát.
Chúng ta đi khảo sát quá trình đồng đều tốc độ khi thay đổi bán kính trung bình của bề mặt ma sát đồng tốc gài tay số 2.
Khi gài số từ tay số 2 chuyển lên tay số 3. Các thông số đầu vào của q trình mơ phỏng gài tay số 3 như sau:
Tốc độ đồng tốc: ωĐc= ω2 = ωĐc/i2 = 81,51 (rad/s).
63
+ Khi ta tăngbán kính trung bình của bề mặt ma sát r = 0,08 (m) thì thời gian đồng tốc đã tăng lên là 0,127 s. Cao hơn so với bán kính trung bình của bề mặt ma sát r = 0,07(m) chúng ta đã khảo sát ở chương 3 có thời gian đồng tốc là 0,264(s).
Hình 4.10. Đồ thì đồng tốc khi bán kính trung bình của bề mặt ma sát r = 0,08 (m) Tương tự như vậy ta thay đổi các giá trị của bán kính trung bình bề mặt ma sát và vẽ đồ thi sự thay đổi của thời gian đồng tốc theo bán kính bề mặt ma sát.
Bảng 4.4. Thời gian đồng tốc thay đổi theo bán kính trung bình của bề mặt ma sát.
r(m) 0.008 0.01 0.014 0.016 0.018 0.02
t (s) 0.217 0.216 0.215 0.0.214 0.213 0.212
64
Hình 4.11. Mối quan hệ giữa thời gian đồng tốc và bán kính trung bình của bề mặt
ma sát. Nhận xét:
Từ đồ thị hình 4.11 ta khi thay đổi bán kính trung bình của bề mặt ma sát thì thời gian đồng tốc của bộ đồng tốc thay đổi. Nhưng nếu bán kính bề mặt ma sát quá bé thì khơng làm ảnh hưởng tới thời gian đồng đều tốc độ. Khi tăng bán kính bề mặt
ma sát lên thì thời gian đồng tốc giảm nhanh. Như vậy kết cấu của bề mặt ma sát
ảnh hưởng lớn tới thời gian đồng tốc. Muốn tăng hệ số ma sát của các cặp bề mặt ma sát cơn có nhiều phương án: Giảm khối lượng và giảm kích thước các rãnh gạt dầu trên mặt côn đồng tốc để tăng diện tích tiếp xúc, lựa chọn vật liệu của bề mặt côn đồng tốc sao cho hệ số ma sát lớn.
Có thể lựa chọn phương án tăng mô men ma sát bằng cách giảm góc nghiêng của mặt cơn ma sát. Tuy nhiên khi giảm góc nghiêng mà vẫn phải đảm bảo bề mặt tiếp xúc thì cần tăng kích thước hướng trục của đồng tốc. Điều này làm tăng
65
khối lượng và chiều dài của đồng tốc, dẫn đến tăng khối lượng qn tính. Sẽ ảnh hưởng tới q trình thời gian đồng tốc như đã phân tích ở trên.