Tài liệu Nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô gát 13 – trai ca

1 LỜI NÓI ĐẦU Ô tô là phương tiện được sử dụng rộng rãi trong nhiều hoạt động kinh tế và nhiều hoạt động khác.Việc nghiên cứu để nâng cao hiệu quả sử dụng của loại phương tiện này luôn là vấn đề được nhiều nhà khoa học kỹ thuật nghiên cứu giải quyết. Trong những năm gần đây sự phát triển của nghành ô tô có nhiều bước nhảy vọt về kỹ thuật lẫn công nghệ, đem lại hiệu quả kinh tế ngày càng cao hơn đảm bảo an toàn hơn khi điều khiển. Tính chất động lực học của ô tô được thể hiện qua các chuyển vị, vận tốc, gia tốc, tần số và biên độ dao động theo các phương pháp khác nhau khi chuyển động trong điều kiện mặt đường không bằng phẳng hoặc do tác động điều kiện như tăng giảm ga, quay vòng khi phanh. Tính chất động lực học của ô tô ảnh hưởng đến khả năng khởi hành và tăng tốc của ô tô, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận chuyển, độ êm dịu và tính an toàn trong chuyển động. Việc tính toán chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính động lực học của ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện. Vì các chỉ tiêu này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố ngẫu nhiên. Cùng với sự phát triển nhanh của nghành công nghệ thông tin và các thiết bị nghiên cứu ngày càng chính xác hơn, nên nhiều bài toán được giải quyết một cách nhanh chóng với độ chính xác cao giúp cho quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo được thuận lợi và chính xác hơn rất nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho nghành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển và đảm bảo được các yêu cầu của người sử dụng. Và ngày nay cũng đã có nhiều thiết bị và phương pháp thực nghiệm để có thể kiểm tra chất lượng và tình trạng kỹ thuật của xe trong quá trình sử dụng rất thuận tiện và đảm bảo độ chính xác cao giúp cho việc hiệu chỉnh thiết kế và chọn chế độ sử dụng cho các loại xe ô tô có hiệu quả. 2 Từ những yêu cầu đó, Dưới sự hướng dẫn giúp đỡ tận tình của thầy co tôi hoàn thành đề tài: “Nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô Gát 13 – Trai ca”. Mục đích và yêu cầu của đề tài Mục đích - Xây dựng và vẽ đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô, thể hiện mối liên hệ lực kéo phụ thuộc vào vận tốc của xe. - Xây dựng đồ thị tia và nhân tố động lực học, cho biết khả năng mang tải, thể hiện mối liên hệ của nhân tố động lực học phụ thuộc vào vận tốc của xe. - Xây dựng và vẽ đồ thị gia tốc, thể hiện mối liên hệ giữa gia tốc phụ thuộc vào vận tốc của xe. Yêu cầu - Nghiên cứu kỹ tổng quan về hệ thống truyền lực nói chung, hiểu rõ đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc... khả năng ứng dụng và hướng phát triển của từng loại truyền động của ô tô. - Dựa vào thông số khảo nghiệm và những thông tin tìm kiếm được, tính toán, xác định các hàm và dựng lại đồ thị đặc tính không thứ nguyên bộ biến mô của xe. - Tính toán, xét sự làm việc đồng thời giữa động cơ với bộ biến mô, xác định các hàm động lực của bánh bơm biến mô và vẽ đồ thị đặc tính tải trọng hệ thống động cơ - biến mô thủy lực của xe. - Tính toán, xác định các hàm động lực của tuabin và vẽ đồ thị đặc tính ra của hệ thống động cơ - biến mô thủy lực của xe. - Tính toán, xác định hàm để xây dựng chương trình vẽ đồ thị đặc tính động lực học của xe. 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ÔTÔ Phân loại ôtô Hiện nay trên thế giới có rất nhiều chủng loại tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng khác nhau nên kết cấu các loại xe cũng khác nhau để nhằm phù hợp với công việc. Ta có thể phân loại ôtô theo những cách sau đây: Theo công dụng - Xe ôtô con là xe có sức chở người đến 9 người. - Xe ôtô khách là loại xe chỉ dùng để chở người, trên 10 người. - Xe ôtô tải là loại xe chỉ dùng để chở hàng hoá, sức chở vài trăm kg trở lên. Và xe có rơmooc cũng được xếp vào loại xe này. - Xe chuyên dùng là xe có thiết bị và trang bị đặc biệt và trang bị những thiết bị chuyên dùng để đáp ứng một hay một vài mục đích nào đó. Theo số cầu xe - Xe ôtô có một cầu chủ động: Đây là loại xe thông dụng hay dùng ở các nơi có đường xá tốt, các thành phố. - Xe có nhiều cầu chủ động: Những loại xe này có tính năng ưu việt hơn loại xe một cầu chủ động, hoạt động trên nhiều địa hình khác nhau, các loại xe này có hai hay nhiều cầu chủ động. Theo dạng nhiêu liệu tiêu thụ - Xe ôtô dùng nhiêu liệu xăng. Động cơ xăng. - Xe ôtô dùng nhiên liệu diezel. Động cơ diezel. - Xe ôtô dùng ga. Động cơ ga. - Xe ôtô dùng điện, hay các nguồn năng lượng khác như năng lượng mặt trời…. 4 1.2 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC (HTTL) - Động cơ: Động cơ là thiết bị dùng để đốt cháy nhiên liệu, biến nhiệt năng thành cơ năng. Nên ôtô hiện nay vẫn sử dụng chủ yếu là là động cơ xăng và động cơ diezel. Hệ thống truyền lực nói chung để thực hiện việc truyền mô men và công suất từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của ô tô máy kéo, nó phải đảm nhiệm các chức năng sau: - Cắt nối truyền động êm dịu, do ly hợp đảm nhiệm. Hình 1.1 Hệ thống truyền lực của ô tô 5 - Thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu về tốc độ và đổi hướng chuyển động, do hộp số đảm nhiệm. - Truyền và phân phối mô men đến các bán trục bánh xe chủ động ngay cả khi xe đổi hướng chuyển động, do truyền lực chính và vi sai đảm nhiệm. - Làm tăng mô men quay cho bánh chủ động (đối với máy kéo), do truyền lực cuối cùng đảm nhiệm, hình 1.1. Dựa vào nguyên tắc hoạt động, hệ thống truyền lực được chia ra: Truyền lực cơ khí; truyền lực thủy lực (thuỷ động và thủy tĩnh); truyền lực điện cơ; truyền lực phân cấp và truyền lực không phân cấp. Trước khi đi xây dựng đường đặc tính động lực học của ô tô với hệ thống truyền lực thủy lực (thủy động), hãy xét hệ thống truyền lực cơ khí; hệ thống truyền lực thủy lực trên một số ô tô máy kéo điển hình. 1.2.1 Hệ thống truyền lực cơ khí Những bộ phận chính trong truyền lực cơ khí bao gồm: ly hợp, hộp số, truyền lực trung gian (các đăng), truyền lực chính, hộp vi sai, các bán trục. a) Ly hợp ma sát Bộ phận ly hợp nằm giữa động cơ và hộp số chính. Chức năng của ly hợp trong hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo là: - Có khả năng đóng, ngắt mạch truyền lực từ động cơ tới bánh xe chủ động. Đảm bảo việc đóng, ngắt êm dịu nhằm giảm tải trọng động và thực hiện quá trình đóng, ngắt một cách nhanh chóng. - Khi chịu tải quá lớn ly hợp đóng vai trò như một cơ cấu an toàn nhằm tránh quá tải cho hệ thống truyền lực và động cơ. - Khi có hiện tượng cộng hưởng (rung động lớn) ly hợp có khả năng dập tắt chấn động để nâng cao chất lượng truyền động. Ly hợp ma sát được dùng nhiều trên ô tô, máy kéo là loại ly hợp một đĩa hoặc hai đĩa ma sát và là loại thường xuyên đóng do lực ép của các lò xo, 6 ép các đĩa ép cùng khối đĩa ma sát vào bề mặt của bánh đà, để truyền mô men từ bánh đà (liên kết cứng với vỏ ly hợp, rănh trong vỏ ly hợp ăn khớp với vấu đĩa ép (chủ động) sang đĩa ma sát nối then hoa với trục sơ cấp hộp số (phần bị động). Tuy nhiên quá trình cắt, nối ly hợp vẫn còn hiện tượng gây ồn, nếu trượt kéo dài sẽ phát sinh nhiệt và hao mòn nhanh... chính vì những nhược điểm còn tồn tại, nên đã có những giải pháp khắc phục. b) Hộp số cơ khí Trong hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo sử dụng hộp số để đảm bảo các chức năng: tạo nên sự thay đổi mô men và số vòng quay của động cơ ở phạm vi rộng phù hợp với sự thay đổi của địa hình làm việc, tạo nên chuyển động lùi và có thể ngắt truyền động trong thời gian dài. Hộp số cơ khí trong truyền động cơ khí của ô tô, máy kéo thường sử dụng các bộ truyền động bánh răng: răng thẳng hoặc răng nghiêng. Đối với máy kéo do tính chất công việc thay đổi phức tạp, thường làm việc ở tốc độ thấp phải bố trí hộp số nhiều số truyền hơn ở ôtô. Thường ở máy kéo bố trí loại hộp số có từ 9 số tiến trở lên và có 2 đến 3 số lùi. Trên ô tô thường bố trí hộp số có từ 3 đến 5 số tiến và 1 số lùi. Xét về cấu tạo thì hầu hết các hộp số cơ đều có điểm chung là có một cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp để truyền mô men quay từ trục sơ cấp đến trục trung gian. Trên trục sơ cấp có bố trí bánh răng liền trục của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp đó, và ở đầu có vành răng để gài số truyền thẳng (i = 1). Hộp số cơ có ưu điểm là kết cấu đơn giản, hiệu suất truyền cao (η = 0.9 ÷ 0.95), khối lượng nhỏ. Tuy nhiên hộp số cơ còn có nhược điểm là gây ồn khi làm việc, khó sang số đòi hỏi sự khéo léo của người vận hành điều khiển khi sang số. Muốn gài số, người vận hành phải điều khiển sao cho các bánh răng cần gài với nhau phải được quay cùng một tốc độ, có như vậy để tránh các đầu răng không bị vấp vào nhau. Để tạo điều kiện cho việc sang số dễ dàng, trên hộp số được trang 7 bị các bộ đồng tốc. Các bộ đồng tốc thường có ba loại sau: - Bộ đồng tốc không thay đổi lực ma sát. - Bộ đồng tốc quán tính. - Bộ đồng tốc quán tính tăng lực. Khi có bộ đồng tốc này sẽ làm cho hộp số làm việc êm dịu hơn, tuy nhiên trong sử dụng, khi vào số bằng lực tác dụng quá lớn có thể dẫn đến hư hỏng khoá hãm và cháy mòn vành ma sát, khi đó quá trình sang số sẽ không còn êm dịu nữa. Mặt khác việc ứng dụng giải pháp này làm cho cấu tạo hộp số thêm phức tạp đây cũng là nhược điểm cần được khắc phục. c) Truyền động các đăng Để truyền mô men từ hộp số tới cầu chủ động, trên ô tô, máy kéo thường dùng trục các đăng. Truyền động các đăng để truyền mô men quay giữa các trục có các đường tâm không trùng nhau thường là cắt nhau với một góc γ = 150 ÷ 200. Như vậy trục các đăng dùng để truyền mô men từ các cụm cố định trên khung (hộp số, hộp phân phối) tới các cụm di động tương đối với khung như các cầu chủ động, việc sử dụng loại trục truyền này là điều không mong muốn. d) Truyền lực chính và vi sai - Truyền lực chính được dùng để tăng tỷ số truyền từ trục các đăng đến cơ cấu vi sai và các bán trục trên ô tô, máy kéo bánh lốp. - Bộ vi sai đặt giữa các bánh xe chủ động trong hộp cầu ô tô, máy kéo có chức năng là đảm bảo cho các bánh xe chủ động quay với tốc độ khác nhau khi xe quay vòng hoặc di chuyển trên đường không bằng phẳng. Phân phối mô men ra các cầu chủ động theo một tỷ lệ nhất định phụ thuộc vào trọng lượng bám của các cầu nhằm nâng cao khả năng bám của xe, đặc biệt là những xe có nhiều cầu chủ động. 8 1.2.2 Hệ thống truyền lực thủy lực Ngày nay hệ thống truyền lực trên ô tô - máy kéo được sử dụng hệ thống truyền lực thủy lực, nó gồm có hai dạng cơ bản là truyền lực thủy động và truyền lực thủy tĩnh. 1.2.2.1 Truyền lực thuỷ tĩnh Hình 1.2 Hệ thống truyền lực thủy tĩnh Trong hệ thống truyền lực thủy tĩnh, để truyền lực từ động cơ tới các bánh chủ động của xe, người ta sử dụng dạng truyền động sử dụng chất lỏng chịu áp lực nhất định. Quá trình hoạt động của HTTL thủy tĩnh có thể được mô tả như sau: Khi động cơ hoạt động, cơ năng từ động cơ được bơm biến thành thủy năng, sau đó một mô tơ lại biến thủy năng thành cơ năng trở lại cho các bánh xe truyền động. Vì vậy truyền động thủy tĩnh đảm nhiệm cả chức năng của ly hợp lẫn hộp số. Loại truyền lực thủy tĩnh là loại truyền lực thay đổi các số truyền vô cấp. Khi làm việc chất lỏng được chứa đầy trong hệ thống và làm việc theo chu trình khép kín (bơm - ống dẫn - động cơ thủy lực). Để nâng cao hiệu suất sử dụng đảm bảo vai trò vừa là bơm vừa là động cơ thủy lực, người ta sử dụng loại mô tơ có hai chế độ làm việc (chế độ bơm thủy lực và chế độ động cơ thủy lực). Trong quá trình làm việc tùy theo kết cấu của bơm và động cơ thủy lực, có thể có sự chuyển đổi cố định hay biến đổi, và phối hợp với sự biến đổi hay cố định, mà người ta chế tạo và được phân loại như sau: - Bơm chuyển đổi cố định truyền động cho mô tơ chuyển đổi cố định. 9 - Bơm chuyển đổi biến đổi truyền động cho mô tơ chuyển đổi cố định. - Bơm chuyển đổi cố định truyền động cho mô tơ chuyển đổi biến đổi. - Bơm chuyển đổi biến đổi truyền động cho mô tơ chuyển đổi biến đổi. Những ưu điểm của truyền động thủy tĩnh: - Là loại truyền động thay đổi vô cấp với khoảng rất rộng. - Điều khiển dễ dàng, êm dịu không bị gối trục. - Sang số khi đang chạy, vậy thuận lợi khi xe chạy trên đường có địa hình phức tạp. - Cho mô men lớn nên dễ khởi động. - Giảm được một số cụm, cơ cấu (hộp số, ly hợp), nên kết cấu gọn, đem lại lực lớn. - Giảm tải trọng đột biến, làm tăng tuổi thọ cho hệ thống, chăm sóc bảo dưỡng dễ dàng. - Có thể dùng bơm để truyền động cho bộ phận khác (hệ thống nâng hạ và những phần phía sau của xe) nâng cao khả năng hoạt động của xe. Nhược điểm: do hệ thống làm việc với áp suất cao (8 ÷ 35 MN/m 2), ứng suất lớn nên đòi hỏi vật liệu chế tạo có độ bền cao, công nghệ chế tạo đòi hỏi chính xác. Việc làm kín khó khăn, hiệu suất làm việc thay đổi phụ thuộc vào chất lượng và nhiệt độ dầu, vì vậy hiệu suất chỉ đạt η = 0.75 ÷ 0.85. 1.2.2.2 Truyền lực thủy động 1 Hình 1.3 Truyền lực thủy động Như ta đã biết ly hợp ma sát không cho phép trượt lâu dài khi làm việc, vì sự hao mòn, hư hỏng tăng nhanh. Trên ô tô - máy kéo hiện nay, cùng với việc sử dụng hộp số cơ khí người ta đã trang bị hầu hết là hệ thống truyền lực thủy cơ. Hệ thống truyền lực thủy cơ thường dùng là ba loại chủ yếu sau đây: - Ly hợp thủy lực kết hợp với hộp số cơ khí. - Biến mô thủy lực. - Biến mô thủy lực kết hợp với hộp số cơ khí. Ly hợp thủy lực Hình 1.4 Ly hợp thủy lực 1 - tuabin; 2 - hướng dòng chảy; 3 - dòng chảy trung bình; 4 – Bánh bơm; 5 - vòng trong; 6 - vòng ngoài;7 - trục ra; 8 - vòng làm kín. Ly hợp thủy lực có 4 là bánh bơm (bánh chủ động) được gắn với bánh đà; có 1 là tuabin (bánh bị động) gắn với trục sơ cấp hộp số. Bên trong của bánh bơm và tua bin đều có các cánh dẫn dầu chúng được ghép nối tạo thành một hộp kín trong đó chứa đầy dầu, biểu thị trên hình 1.4. Khi làm việc, động cơ quay làm cho bánh đà cùng bánh bơm quay theo, lúc này dầu chứa trong không gian các cánh bơm chịu lực ly tâm chuyển động từ phía tâm trục rời xa trục quay tới cửa thoát văng ra khỏi bánh bơm đi vào 1 tuabin, dầu tạo ra lực xung tác dụng vào các cánh của tuabin làm cho tuabin quay theo hướng cùng chiều quay của bơm. Thông thường giữa hai bánh công tác của bơm và tuabin khi hoạt động có sự trượt nhẹ, nên hai tốc độ n b và nt khác nhau và thường nt < nb, vậy hiệu suất truyền nhỏ hơn 1. Khi xe hoạt động độ trượt nhỏ nhất là 2%. So với ly hợp ma sát, ly hợp thủy lực có ưu điểm là: các chi tiết ít bị mòn hỏng truyền lực êm, không ồn không giật khi thay đổi tốc độ xe. Nhược điểm của ly hợp thủy lực là hiêụ suất truyền hơi thấp, nên tốn nhiên liệu; nếu không có cơ cấu đặc biệt thì không thể dùng biện pháp đóng ly hợp gài số, đẩy xe hoặc nhả phanh, cho xe lăn xuống dốc để khởi động động cơ như trường hợp ly hợp ma sát. Do những nhược điểm kể trên, ngày nay trên ô tô, máy kéo người ta dùng nhiều nhất là loại biến mô thủy lực.Thực tế cho thấy, ở Mỹ thì xe du lịch lắp ly hợp thủy lực khoảng 9 %, khi đó xe buýt trong thành phố lắp bộ biến mô thủy lực chiếm 100 % . 1.3 TRUYỀN ĐỘNG THỦY CƠ Hiện nay HTTL loại này hầu hết đã được trang bị trên các xe hiện đại. Hệ thống truyền lực trên ô tô - máy kéo được dùng nhiều nhất là truyền lực thủy cơ kết hợp. Trong HTTL của ôtô máy kéo, khi sử dụng ly hợp thủy lực hoặc biến mô men (BMM), như ta đã biết tỷ số truyền lực bằng 1 (ở ly hợp thủy lực) hoặc cực đại bằng 2,8 (ở BMM một cấp), với tỷ số truyền này việc khởi hành của ôtô máy kéo là rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được, đặc biệt với máy kéo và xe chuyên dụng, lực chủ động của chúng còn phải dùng để khắc phục các lực cản của máy công tác. Vì vậy các bộ truyền thủy động hiện nay dùng trên ôtô máy kéo thường phải kết hợp với các bộ truyền cơ học nhằm tăng tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực, giúp cho ôtô, máy kéo và xe chuyên dụng nâng cao tính năng động lực và tính năng kinh tế kỹ thuật của 1 chúng. Hệ thống truyền lực trên ôtô máy kéo và xe chuyên dụng có sự kết hợp giữa bộ truyền thủy động với các bộ truyền cơ học được gọi chung là bộ truyền thủy cơ. Hình 1.5 Truyền lực thủy - cơ trên ôtô a) Bộ BMM hoặc ly hợp thủy lực; b) Hộp số cơ học c) Hộp phân phối truyền lực cuối cùng Trên hình 1.5 trình bày một hệ thống truyền lực thủy cơ hoàn chỉnh trên xe ôtô. Trong phần thủy lực thường được trang bị bộ biến mômen quay BMM một hoặc nhiều cấp. Trục ra của BMM nối vào, trục sơ cấp của phần hộp số cơ học và hộp phân phối. Phần hộp số cơ học trong truyền lực thủy cơ hiện nay rất đa dạng về kết cấu cũng như về hệ thống điều khiển việc sang số của chúng. Trên máy kéo và xe chuyên dụng, thông thường do lực quay truyền lớn, trong hộp số cơ học thường sử dụng các cặp bánh răng trụ răng nghiêng thường xuyên ăn khớp với nhau với cơ cấu sang số nhờ các ly hợp khóa số hay còn gọi là cơ cấu sang số dưới tải. Trên ôtô con hoặc xe du lịch, phần hộp số cơ học thường sử dụng hộp số hành tinh, việc chuyển số cũng 1 thực hiện nhờ các ly hợp khóa số. 1.3.1 Bộ biến mô thủy lực Cấu tạo của biến mô Cũng như ly hợp thủy lực, trong hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo người ta thay biến mô thủy lực vào vị trí của ly hợp ma sát và hộp số có cấp nhằm thực hiện truyền lực vô cấp. Bộ biến mômen quay thường có ba phần chính: Phần chủ động gọi là bơm (B), phần bị động được gọi là tuabin (T), phần phản ứng được gọi là bánh dẫn hướng (D). Khi lắp ráp cả ba phần B, T và D tạo thành cấu trúc dạng hình vành xuyến. Toàn bộ vòng xuyến quay quanh một đường tâm cố định và nằm trong một vỏ kín có chứa đầy dầu ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, nhờ một bơm nạp (bơm sơ cấp) cung cấp. Bánh B được nối với động cơ thông qua trục bánh bơm, bánh T được nối với trục của hộp số thông qua trục tuabin. Bánh D nối với thân bộ biến mô thông qua khớp một chiều (một chiều cho phép quay, chiều ngược lại bị khóa). Kết cấu như vậy gọi là bộ biến mô một cấp phối hợp làm việc được ở cả hai chế độ: Ly hợp thủy lực và biến đổi mômen quay. Cấu tạo bên trong bánh B, bánh T và bánh D là các bánh có cánh, các cánh được sắp xếp sao cho ở trạng thái làm việc chất lỏng được chuyển động từ trong ra ngoài, và quay trở lại từ ngoài vào trong, tuần hoàn thành một vòng kín, tạo nên một hình vành xuyến xoắn ốc. Để thuận tiện cho việc bố trí, bánh B được đặt sau bánh T (tính từ động cơ đến hộp số). Bánh T được đặt trước, phần ngoài của nó có tiết diện nhỏ hơn phần trong. Bánh D đặt giữa bánh T và bánh B khép kín tiết diện của biến mô. Trục của bánh T nằm trong cùng, trục của bánh D có dạng ống lồng và liên kết với vỏ của hộp số. Trên trục này có đặt khớp một chiều. Cánh của các bánh B, T, D cấu tạo theo quy luật tạo nên không gian dòng chảy của chất lỏng ở gần tâm lớn, càng ra ngoài càng thu hẹp lại, tạo điều kiện nâng cao tốc độ dòng chảy của chất 1 lỏng khi chất lỏng đi ra xa tâm quay có động năng lớn. Cấu trúc này dựa trên cơ sở của các thiết bị thủy động có cánh trên các máy thủy lực hiện nay. Hình 1.6 Cấu tạo chung và các cánh bánh công tác của BMM 1-Trục khuỷu; 2-Vỏ bộ BMM; 3-Bánh bơm(B); 4-Bánh tuabin(T); 5-Bánh dẫn hướng(D); 6- Trục bánh tuabin; 7-Trục bánh phản lực. Nguyên lý làm việc: Mômen quay truyền từ bánh bơm sang bánh tuabin được thực hiện nhờ động năng của dòng dầu. Ở đây chất lỏng có áp suất đóng vai trò truyền năng lượng giữa B và T. Khi B quay cùng với động cơ làm cho dầu chuyển động, dưới tác dụng của lực ly tâm dầu chạy ra phía ngoài và tăng tốc độ. Ở mép ngoài biên dầu đạt tốc độ cực đại và hướng theo các cánh của B đập vào cánh của T, tại bánh T dầu truyền năng lượng và giảm dần tốc độ theo các cánh của T chảy vào phía trong. Khi dầu tới mép trong của bánh T, bị chảy vào cánh của bánh D và theo các cánh dẫn hướng chuyển sang bánh B. Cứ như vậy chất lỏng chuyển động tuần hoàn theo đường xoắn ốc trong giới hạn của hình xuyến (B-T-D-B). Người ta gọi quá trình dầu di chuyển trong bánh B là quá trình tích năng, quá trình dầu di chuyển trong bánh T là quá trình truyền năng lượng, còn ở bánh D là quá trình đổi hướng chuyển động. Để bảo đảm việc truyền năng lượng đạt hiệu suất cao, khe hở giữa các bánh B,T, D phải rất nhỏ và các ổ bi phải không được dơ dão. Quá trình biến đổi mômen là nhờ sự tham gia của bánh D, khi làm việc, dòng tuần hoàn theo đường xoắn ốc trên 1 đây được hình dung như một mạch dầu xoáy trong BMM, mặt khác khi vành xuyến của bộ BMM quay tròn xung quanh trục của mình, nhờ vận tốc theo, trong bộ BMM còn tồn tại một dòng dầu quay tròn, nếu không có bộ dẫn hướng D, sự tác động của hai mạch dầu phối hợp này sẽ truyền mô men xoắn từ B sang T, song không có sự biến đổi mô men quay, đó chính là ly hợp thủy lực. Ở đây chúng ta sẽ phân tích hướng chuyển động của dòng dầu xoáy trong BMM, và quá trình biến đổi mômen, liên quan đến độ trượt (s), hiệu suất (η) và tỷ số truyền động (i) của bộ BMM. Hình 1.7 Mạch dầu đi trong bơm - tuabin Trên hình 1.7 trình bày hướng chuyển động của mạch dầu xoáy từ B-TD-B, ở mép vành ngoài của bánh B, dòng dầu ra khỏi bánh B, khi ra khỏi cửa thoát đập vào cánh bánh T, sau khi truyền năng lượng cho bánh T, lúc ra khỏi bánh T, chiều của dòng dầu ngược lại so với chiều quay của bơm. Vì tiết diện ngang của các rãnh trên bánh T lại được chế tạo thu nhỏ dần từ mép ngoài vào mép trong, vì vậy vận tốc của dòng dầu khi ra khỏi rãnh bánh T được tăng lên, dòng dầu tốc độ lớn này được đập vào bánh D, nhờ thiết kế hình dáng cánh bánh dẫn hướng hợp lý, phản lực trên trục của bánh D được tăng lên, khi ra khỏi bánh D dòng dầu được đổi hướng so với hướng ở cửa ra của bánh T, chiều của dòng dầu sau bánh D lại trùng với chiều quay của bơm và vận tốc đã được tăng lên, nó chảy vào bánh B êm dịu hơn và do đó làm giảm tiếng ồn đặc trưng của các bộ truyền thủy động. Tác động tái sinh vận tốc và chiều chuyển động này của bánh D chính là nguyên nhân chính làm biến đổi mô 1 men trong BMM. 1.3.2 Hộp số cơ học Dùng hộp số hành tinh kiểu simpson. Nguyên lý cấu tạo Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo tổ hợp CCHT Simpson Cơ cấu hành tinh (CCHT) theo kiểu Simpson gồm hai cơ cấu hành tinh Wilson tổ hợp với nhau. Các phần tử M1, N1, H1, G1 thuộc dẫy hành tinh thứ nhất còn M2, N2, H2, G2 thuộc dẫy hành tinh thứ hai. Hai dẫy hành tinh này được nối ghép với nhau như sau: Hai bánh răng mặt trời M 1và M2 đặt trên cùng một trục quay, chúng được nối cứng với trục quay này. Giá hành tinh G 2 liên kết cứng với vành răng trong N1. Cơ cấu hành tinh Wilson Cơ cấu hành tinh kiểu Wilson là bộ truyền bánh răng ăn khớp trong và ngoài, có ba trục. Các chi tiết bao gồm: Một bánh răng mặt trời răng ngoài M đặt trên một trục quay, một vành răng trong N đặt trên một trục quay khác cùng đường tâm với trục của M, các bánh răng hành tinh H nằm giữa M và N và đồng thời ăn khớp với M và N (với M- ăn khớp ngoài, với N- ăn khớp trong), trục của các bánh răng H nối cứng với nhau trên giá hành tinh G và chuyển động quay xung quanh đường tâm trục của M, N, trục của G là trục 1 thứ ba của CCHT. Cấu tạo và sơ đồ của CCHT kiểu Wilson chỉ trên hình Hình 1.9 Cấu tạo và sơ đồ của cơ cấu hành tinh Wilson M-Bánh răng mặt trời; N-Vành răng trong; H-Bánh răng hành tinh; G-Giá hành tinh. Như vậy ba trục có cùng đường tâm quay và ở dạng trục lồng, được gọi là đường tâm trục của CCHT, các trục đều có thể quay tương đối với nhau. Số lượng bánh răng H có thể là 1, 2, 3, 4 tùy thuộc vào cấu trúc của các bánh răng. Các bánh răng H vừa có khả năng quay xung quanh trục của mình và vừa có khả năng quay xung quanh trục của CCHT. CCHT Wilson có ba phần tử: M, N, G. Bánh răng hành tinh H được coi là khâu liên kết giữa M và N. Theo phân tích động học của hộp số, chúng cần có một phần tử chủ động, một bị động. Để xác lập một tỷ số truyền của cơ cấu có hai khả năng: Khoá một phần tử với vỏ hộp số; Khoá hai phần tử với nhau; Cả hai khả năng này đều cho phép: Nếu trục vào có tốc độ quay ổn định, thì tốc độ góc của trục ra sẽ ổn định. Cơ cấu hành tinh là một cơ cấu có hai bậc tự do, ứng với mỗi bậc tự do CCHT có một tỷ số truyền nhất định tùy thuộc vào cơ cấu đang làm việc theo khả năng nào. CCHT kiểu Simpson cũng có rất nhiều khả năng cho ta nhiều số truyền khác nhau. Tuy nhiên nếu sử dụng trên ôtô máy kéo, khi sử dụng trục vào (trục chủ động) là các khâu N2 và M1 thì CCHT Simpson có thể cho ta một hộp số với 3 số tiến và 1 số lùi. Để có thể giảm bớt số cặp bánh răng ăn khớp trong hộp số chính, làm 1 giảm kích thước bộ truyền nhưng vẫn bảo đảm số số truyền cần thiết, thông thường trên máy kéo, và một số ôtô phần hộp số cơ học được phân thành hai phần gọi là hộp số chính và hộp số phụ, trong đó ở hộp số phụ thường bố trí bộ truyền hai cấp còn trong hộp số chính có từ 3 ÷ 4 số truyền, trong quá trình làm việc nhờ hệ thống điều khiển tạo nên tổ hợp của hai hộp số này cùng với sự biến đổi vô cấp của BMM tạo cho xe máy những miền thay đổi vô cấp của tỷ số truyền, giúp cho máy kéo và ôtô nâng cao tính năng động lực, hoàn thành công việc với hiệu suất cao. Việc lựa chọn số truyền trong phần hộp số cơ học, có thể thực hiện bằng tay (MT) thông qua việc đẩy các bánh răng di động vào ăn khớp với nhau hay dùng bộ hòa đồng tốc, việc lựa chọn số truyền ở phần này cũng có thể thông qua việc đóng mở bằng tay hệ thống van phân phối dầu đến các ly hợp khóa số (như trên máy kéo T-150) hay tự động (AT) gài số nhờ hệ thống van điện từ và máy tính điều khiển hộp số như trên một số xe đời mới hiện nay. Mô men từ động cơ tiếp tục được truyền qua các đăng rồi đến truyền lực chính, vi sai và cuối cùng đến các bánh xe chủ động của ôtô. Ưu điểm của truyền lực thủy cơ: - Điều khiển ô tô nhẹ nhàng. - Tăng tốc ô tô nhanh chóng và êm dịu. - Nâng cao chất lượng kéo của ô tô và tính kinh tế nhiên liệu của chúng. - Nâng cao được tính năng cơ động của ô tô. - Giảm được tải trọng động lên hệ thống truyền lực... 1 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ÔTÔ 2.1 CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ L a v b Pw hw Zn G.sin Mfn hg A Pf n G.cos Pj G Zk Mfk Pk Pfk Hình 2.1 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô 2.1.1 Lực kéo tiếp tuyến và lực bám Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động Quá trình tác động tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường hoặc đất về nguyên lý làm việc của bánh xe chủ động có thể biểu diễn như hình 2.2. Dưới tác dụng của mô men chủ động M k bánh xe tác động lên mặt đường một lực tiếp tuyến, ngược lại mặt đường tác dụng lên bánh xe một 2 phản lực tiếp tuyến Pk cùng chiều chuyển động với ô tô, có tác dụng làm cho máy chuyển động. Do vậy phản lực tiếp tuyến Pk được gọi là lực kéo tiếp tuyến, đôi khi còn được gọi là lực chủ động. Về bản chất, lực kéo tiếp tuyến là phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe do mô men chủ động gây ra, có chiều cùng với chiều chuyển động của ô tô. Giá trị lực kéo tiếp tuyến khi ô tô chuyển động ổn định được xác định theo công thức : Pk = M k M e .i.ηm = rk rk (2.1) Trong đó: Mk – mô men chủ động, Nm. Me- mô men quay của động cơ, Nm. i, ηm - tỷ số truyền và hiệu suất cơ học của hệ thống truyền lực. rk – bán kính bánh xe chủ động, m. Từ công thức 2.1 ta thấy rằng, lực kéo tiếp tuyến sẽ đạt giá trị cực đại Pkmax khi sử dụng số truyền có tỷ số lớn nhất i = i max và mô men quay động cơ đạt giá trị lớn nhất Me=Mmax, nghĩa là : Pk max = M e max .i max .ηm rk (2.2) Khi ô tô chuyển động không ổn định mô men chủ động còn phụ thuộc gia tốc và mô men quán tính của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ. Lực kéo tiếp có thể được xác định theo công thức: M 'k M Pk = = Pk ± ak rk rk Trong đó : (2.3)