2.2.2 .Xây dựng mơ hình tốn học mô tả hệ thố ng
2.3 Mô phỏng bộ đồng tốc trong hộp số cơ khí
36
Hiện nay hầu hết các bộ đồng tốc sử dụng trong các hộp số ô tô thuộc loại đồng tốc quán tính. Nguyên lý hoạt động của loại đồng tốc này là sử dụng quán tính của các phần tử cần được nối với nhau để tránh gài số trước khi đồng đều được tốc độ. Bắt đầu từ khi các bề mặt ma sát tiếp xúc với nhau, q trình gài số nhờ bộ đồng tốc qn tính có thể chia 3 giai đoạn.
Ở giai đoạn thứ nhất xảy ra quá trình đồng đều tốc độ giữa bánh răng và trục nhờ ma sát giữa các vành côn. Trong thời gian này, cơ cấu hãm của bộ gài không cho phép khớp răng dịch chuyển về phía bánh răng cần gài số.
Trong giai đoạn thứ 2 xảy ra q trình mở khóa hãm, nghĩa là cơ cấu hãm trở về vị trí ban đầu so với khớp gài. Và cuối cùng là giai đoạn thứ 3 khi khớp răng trượt vào ăn khớp các răng của bánh răng cần gài số.
Trên hình 1 là sơ đồ mơ phỏng q trình cần gài số nhờ bộ đồng tốc có thể xét tới ảnh hưởng của tồn bộ hệ thống chuyển động của ơ tơ.
Hình 2.3. Sơ đồ mơ phỏng bộ đồng tốc qn tính
M23: Mơ men đàn hồi. – I3: Khối lượng quán tính phần chủ động. – I4: Khối
lượng qn tính phần bị động. – M45: Mơ men ma sát phần bị động. – Z1,2,3,4,5,6: Các bánh răng. – MCX: Mô men đồng tốc.
37
Trong quá trình đồng tốc, khi ly hợ đã ngắt, bánh răng chủ động cùng với các chi tiết gắn với nó (khối lượng qn tính I3) phải chịu tác động của mô men ma sát giữa các mặt côn của đồng tốc MCX (mô men đồng tốc), cùng mô men quán tính và mơ men đàn hồi trên trục sơ cấp của hộp số M23. Khi khảo sát quá trình làm việc của bộ đồng tốc, mơ men đàn hồi này có thể coi là bằng 0 bởi vì lúc này ly hợp ở trạng thái ngắt và mô men quán tính của đĩa bị động ly hợp thường là rất nhỏ.
Bánh răng trên trục bị động cũng phải chịu 3 mơ men: mơ men qn tính, mơ men đồng tốc Mcx và mô men đàn hồi M45. Trong trường hợp này, mô men đàn hồi M45 tác động ngược chiều quay của trục bị động (khối lượng I4) và do thời gian xảy ra quá trình tốc ngắn nên có thể coi M45 là khơng đổi.
Trong trường hợp gài số nhanh, quy luật biến thiên mơ men đồng tốc có thể được mơ tả một cách tương đối chính xác bằng phương trình sau:
MCX = M𝐶𝐶𝐶𝐶𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚(1− 𝑒𝑒−𝑘𝑘𝑘𝑘) (2.11) Trong đó: Mcx𝐶𝐶𝐶𝐶𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚- giá trị cực đại của mơ men đồng tốc;
t – thời gian tăng mô men tới giá trị cực đại; k – hệ số biểu thị tốc độ gài số.
Vì e-3≈0. (khi đó Mcx = 0,95 Mcx𝐶𝐶𝐶𝐶𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚), nên có thể coi một cách gần đúng là k. t = 3 và k=3
𝑘𝑘.
Như vậy khi chuyển từ số thấp n sang số cao hơn n+1 sự cân bằng của các khối lượng I3 và I4 trong q trình đồng tốc và vận tốc góc của chúng được xác định bởi các phương trình vi phân sau:
𝐼𝐼3.𝜔𝜔̇3 =𝑀𝑀23− 𝑀𝑀𝑐𝑐𝑚𝑚𝑐𝑐+1𝑖𝑖𝑛𝑛+11
(2.12)
𝐼𝐼4.𝜔𝜔̇4 =𝑀𝑀𝑐𝑐𝑚𝑚𝑐𝑐+1 − 𝑀𝑀45
Trong đó: 𝑖𝑖𝑐𝑐+1 = 𝑍𝑍2𝑍𝑍3
𝑍𝑍1𝑍𝑍4
Mcnx+1 – mô men ma sát đồng tốc ở tay số n +1.
Khi vào số truyền thẳng i = 1, khi truyền từ số cao sang số thấp trục thứ cấp (khối lượng I4) quay nhanh hơn so với bánh răng bị động cần gài I5 của số thấp. Vì vậy trong thời gian ngắn, cần phải tăng vận tốc của bánh răng bị động và cùng với
38
nó là vận tốc góc của các bánh răng trên trục trung gian và trục sơ cấp của hộp số, nghĩa là khối lượng I3. Phương trình chuyển động của các khối lượng được nối với bộ đồng tốc có dạng: 𝐼𝐼3.𝜔𝜔̇3 =𝑀𝑀23+𝑀𝑀𝑐𝑐𝑚𝑚𝑐𝑐𝑖𝑖1 𝑛𝑛+1 (2.13) 𝐼𝐼4.𝜔𝜔̇4 =−𝑀𝑀𝑐𝑐𝑚𝑚𝑐𝑐− 𝑀𝑀45 Trong đó: 6 5 1 2 Z Z Z Z in =
M cxn – mơ men ma sát đồng tốc ở tay số n.
Trong trường hợp tổng quát phương trình chuyển động của các khối cần đồng đều tốc độ trong quá trình gài số có dạng:
𝐼𝐼3.𝜔𝜔̇3 =𝑀𝑀23+𝑀𝑀𝑐𝑐𝑚𝑚1𝑖𝑖𝑠𝑠𝑖𝑖𝑠𝑠𝑠𝑠𝜔𝜔𝑘𝑘𝑡𝑡 (2.14)
𝐼𝐼4.𝜔𝜔̇4 =𝑀𝑀𝑐𝑐𝑚𝑚.𝑠𝑠𝑖𝑖𝑠𝑠𝑠𝑠𝜔𝜔𝑘𝑘𝑡𝑡− 𝑀𝑀45
Trong đó ω =ω31−ω4
i
td .
Giá trị của I được xác định theo biểu thức (2) hoặc (3) tùy theo trường hợp gài lên só cao hoặc về số thấp.
Sau khi kết thúc quá trìn đồng tốc, nghĩa là khi ωtd= 0, khớp răng của bộ đồng tốc ăn khớp với vành răng trên bánh răng cần gài số. Lúc này chuyển động của các khối lượng I3, I4 được mơ tả bởi các phương trình sau:
𝐼𝐼3.𝜔𝜔̇3 =𝑀𝑀23− 𝑀𝑀341𝑖𝑖 𝑒𝑒34.𝑀𝑀̇34 = 3 4 1 ω ω − i (2.15) 𝐼𝐼4.𝜔𝜔̇4 =𝑀𝑀34− 𝑀𝑀45
Trong đó e34- hệ số đàn hồi tổng của khớp nối giữa khớp răng với bánh răng và trục.
39