(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu mô hình hoá hệ thống truyền lực và phương pháp tính tải trọng động trong hệ thống truyền lực

LỜI CAM ĐOAN

Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các kết quả và số liệu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng
bố trong các cơng trình khác nào khác.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 9 năm 2012

iii


LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện luận văn, ngoài việc lỗ lực của bản thân, tơi cịn
nhận được nhiều sự giúp đỡ tận tình của Giảng viên hướng dẫn _ TS. Nguyễn
Nước, các giảng viên Khoa Cơ Khí Động Lực, Trường Đạo học Sư Phạm Thành
Phố Hồ Chí Minh. Bên cạnh đó, tơi cịn nhận được sự giúp đỡ từ các giảng viên
Khoa Cơ khí – Tự động, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành; các giảng viên Khoa
Cơ khí, Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh và nhiều sự
giúp đỡ của các bạn đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Nước, Thầy cô và các bạn đồng nghiệp đã
giúp đỡ, tạo điều kiện tốt để tơi hồnh thành được ln văn này.
Chân thành cảm ơn!

Học viên thực hiện

Nguyễn Văn Bản

iv

TĨM TẮT
Ơ tơ là một hệ thống động lực học rất phức tạp, khi chuyển động với vận tốc khác
nhau trên các loại đường thì tình trạng chịu tải của các chi tiết thay đổi. Khi tính
tốn độ bền của các bộ phận và chi tiết ơ tơ ngồi tải trọng tĩnh chúng ta phải xét
đến tải trọng động. Tải trọng động tác dụng lên các chi tiết trong thời gian ngắn
nhưng giá trị của nó lớn hơn tải trọng tĩnh rất nhiều.
Tải trọng động xuất hiện trong các bộ phận và chi tiết của hệ thống truyền lực
(HTTL) khi đóng ly hợp đột ngột, khi gài số trong quá trình tăng tốc, khi phanh đột
ngột bằng phanh tay, hay khi phanh gấp khơng mở ly hợp …Xác định chính xác giá
trị tải trọng tác dụng lên các chi tiết của HTTL là một bài toán rất phúc tạp.
Đề tài: “Nghiên cứu mơ hình hóa hệ thống truyền lực và phương pháp tính tải
trọng động trong hệ thống truyền lực” được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý
thuyết về tải trọng động trong HTTL kiểu cơ khí trên ơ tơ, sau đó tiến hành mơ hình
hóa HTTL và sử dụng kết quả mơ hình hóa để tính tốn ứng dụng trên một vài cụm
chi tiết của HTTL.
Nội dung của đề tài bao gồm :
Chương 1. Tổng quan : trình bày tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước, những
cơng trình đã được cơng bố. Chọn đối tượng nghiên cứu là HTTL cơ khí, hướng
nghiên cứu nhắm tới mục tiêu xác định được các chế độ tải trọng tác dụng lên
HTTL và phương pháp tính tốn các tải trọng đặc trưng đó.
Chương 2. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tải trọng động trên xe ơ tơ : phân tích sơ
đồ bố trí hệ thống, thơng số ban đầu để tính tốn HTTL và các đặc trưng về tải
trọng động. Lựa chọn thông số cơ bản của HTTL kiểu cơ khí có cấp, phân tích chất
lượng kéo của ơ tơ để đánh giá được mức độ chính xác việc lựa chọn các thông số
của động cơ và của HTTL. Tiến hành đánh giá chất lượng kéo và tính kinh tế nhiên
liệu của ô tô trong các điều kiện gần giống với điều kiện thực tế nhất để có được số
liệu ban đầu để tính tốn chính xác độ bền của các cụm và của các chi tiết trong
HTTL

v

Chương 3. Mơ hình hóa hệ thống truyền lực: phân tích những đặc tính hư hỏng và
khả năng làm việc của các chi tiết phụ thuộc vào các yếu tố chính gây nên phá hủy
chi tiết. Tính tốn độ bền để phòng ngừa gẫy vỡ hoặc hư hỏng bề mặt làm việc khi
chịu tải trọng động lớn nhất. Để tính bền cần xác định được tải trọng lớn nhất trong
điều kiện làm việc nặng nhọc nhất. Để đơn giản ta dùng phương pháp mơ hình hóa,
đưa HTTL về sơ đồ tính tương đương. Tính chất tải trọng động của HTTL được xác
định bởi các tham số rất đa dạng tác dụng lên ơ tơ trong q trình chuyển động, kể
cả các tham số động lực học của ô tô. Hệ thống động lực học thông thường là các
tham số phân bổ và tham số rời rạc. Trong hệ thống tham số phân bổ thì mỗi phần
tử được đặc trưng bởi hai tính chất: quán tính và đàn hồi. Trong các hệ thống đưa về
dạng rời rạc, khối lượng được coi là khối lượng tập trung và chỉ có một tính chất là
quán tính. Các bộ phận nối với khối lượng này có dạng là phần tử đàn hồi được đặc
trưng bởi một độ cứng xác định. Sự rời rạc hóa khi tính tốn HTTL được tiến hành
bằng cách nghiên cứu kỹ bản vẽ chi tiết của HTTL và phân chia thành các phần tử
có khối lượng tập trung và phần tử chỉ có tính đàn hồi. Bánh đà, đĩa ly hợp, mặt
bích, các bánh răng, vỏ hộp số và vỏ các chi tiết sẽ được coi là khối lượng tập trung.
Các phần tử chỉ có tính đàn hồi, trước tiên phải kể tới là các trục trong HTTL và các
cụm chi tiết đàn hồi của hệ thống treo. Việc xác định đúng độ cứng của các phần tử
liệt kê ở trên có một ý nghĩa rất quan trọng khi thành lập sơ đồ tính tốn HTTL
tương đương.
Chương 4. Tính tốn ứng dụng: sử dụng hệ thống HTTL tương đương tính tốn
thơng số tải trọng của bộ dập tắt dao động, tính tốn độ bền bánh răng trong hộp số
Chương 5. Kết luận và kiến nghị và hướng phát triển tiếp theo của đề tài

vi


SUMMARY

Automobile is a complex dynamics system. When it moves on different types of
roads with different speeds, the supporting state of its parts changes. When
calculating the durability of parts and outside static loading capacity of automobile
parts, we must consider dynamic loading. Dynamic loading has an effect on the
parts in a short time but its value is much greater than the static loading capacity.
Dynamic loading appears in the parts and details of power train when the clutch is
closed suddenly, when engaging gear during accelerating, breaking suddenly by
hand break, or when breaking suddenly without opening the clutch… Exactly
determining the value of loading effect to parts of the powertrain is a very complex
problem.
The theme « Researching the power train modeling and method of dynamic loading
calculation in the power system” was carried out based on research about dynamic
loading of the powertrain with automotive mechanical type, then modeling the
power train and using the modeling for calculating on a few parts of the cluster
powertrain.
The content of the theme including :
Chapter 1. Overview : Presenting the domestic and aboard researching situation, the
works have been published. Chosing the researching object is mechanical power
train, the way researching is aimed to identify the mode of load acting on the power
train and method of calculating its specific loads.
Chapter 2. Research the theory basis of dynamic loading on automobile: Analyse
the diagram of the system arrangement, the initial parameter is to calculate the
power train and the features of dynamic loading. Select the basic parameter of the
mechanical power train analyse the tractive quality of automobile is to evaluate the
accuracy in choosing the parameter of the engine and of the power train. Evaluating
the tractive quality and the fuel economy of automobile in the conditions
approaching the real conditions is to get the initial figures to calculate the durability
of the blocks and the items in the power train.
Chapter 3. Simulate the power train: Analyse the defect features and the operating
capacity of the componenst depends on the main factors causing the defects of the

component. Calculate the durability is to prevent the breaks or defects of the
working surface when suffering the maximum dynamic load. For calculating the
durability, it is necessary to define the maximum dynamic load in the hardest
working condition. The simple way is the simulate method; it means we make the
diagram of the power train. The dynamic load of the power train is defined by
various parameter affecting on the automobile during the operation, including the
dynamic parameter of the automobile. Among the allocating parameter system, each
element is specified by two features: the inertia and the elasticity. Among the
desultory systems, the mass is considered as concentrated mass and this mass only

vii


has the inertia feature. The components connecting to this mass are the elastic
elements and these components are specified by a defined hardness. The
digitization, when calculating the power train, is carried out by the careful study the
detailed drawing of the power train and devide it into the components which only
have the concentrated mass and the components which only have the elasticity
feature. Flywheel, clutch plate, flange, gears, gear housing, covers of the
components are considered as the components which have the concentrated mass.
The first of the components, which have only the elasticity feature, is the core axis
of the power train and the elastic assembly of the suspended system. Define the
exact hardness of the above listed components is very important to set up the
diagram of the power train.
Chapter 4. Calculate the application: Use the system of the equivalent power train
to calculate the load parameter of the oscillator, and to calculate the durability of the
gears in the gear box.
Chapter 5. Conclusion and proposal for the next development of the theme.

viii

MUÏC LUÏC
Trang
Lý lịch khoa học ............................................................................................................... i
Lời cam đoan.................................................................................................................. iii
Lời cảm ơn ..................................................................................................................... iv
Tóm tắt ............................................................................................................................ v
Mục lục .......................................................................................................................... ix
Danh sách các bảng ........................................................................................................ xi
Danh sách các hình ........................................................................................................ xii
Danh sách các ký hiệu .................................................................................................. xiv
Chương 1. TỔNG QUAN .............................................................................................. 1
1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ................................................................. 1
1.2. Mục đích của đề tài ........................................................................................ 4
1.3. Nhiệm vục hính của đề tài.............................................................................. 4
1.4. Phương pháp nghiên cứu................................................................................ 4
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TẢI TRỌNG ĐỘNG TRONG HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC CỦA Ô TÔ ........................................................................... 5
2.1. Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực .................................................................... 9
2.2. Các thơng số ban đầu để tính tốn hệ thơng truyền lực................................. 12
2.3. Thống số cơ bản của hệ thống truyền lực kiểu cơ khí có cấp ........................ 25
2.4. Đánh giá chất lượng kéo của ơ tơ có hệ thống cơ khí ................................... 38
2.5. Tính tốn chế độ chuyển động của ơ tơ ........................................................ 45
Chương 3. MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC ...................................... 51
3.1 Đặc tính hư hỏng và các dạng tính tốn hệ thống truyền lực .......................... 51
3.1.1 Đặc tính hư hỏng..................................................................................... 51
3.1.2 Các dạng tính tốn bền ............................................................................ 54
3.2 Mơ hình hóa hệ thống truyền lực để tính tốn hệ thống .................................. 58

ix


3.3 Xác định tải trọng lớn nhất trong hệ thống truyền lực ................................... 78
3.4 Chế độ tải trọng khi tính toán về độ bền lâu của hệ thống truyền lực ............ 84
Chương 4: TÍNH TỐN ỨNG DỤNG TRÊN MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC ............................................................................................ 98
4.1 Tính tốn bộ dập tắt dao động ........................................................................ 98
4.1.1. Lựa chọn thông số bộ dập tắt dao động ................................................ 98
4.1.2 Tính tốn các thông số tải trọng của ly hợp ......................................... 104
4.1.3 Tính tốn các chi tiết của ly hợp .......................................................... 109
4.2 Tính tốn độ bền lâu của bánh răng trong hộp số ........................................ 114
Chương 5. KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ ........................................................................117
TÀI LIỆU THAM KHAÛO ........................................................................................ 119

x


DANH SÁCH CÁC BẢNG
TT

TÊN BẢNG

TRANG

Bảng 2.1.a

Các giá trị khối lượng của ô tô ............................................................. 14

Bảng 2.1.b

Tải trọng của ô tô trên một cầu của ô tô loại A và loại B...................... 16

Bảng 2.2

Diện tích cản chính diện của một số xe hiện đại ................................... 18

Bảng 2.4

Các thông số của một số loại động cơ để tính tốn sức kéo .................. 20

Bảng 2.5

Công suất tiêu hao trong việc dẫn động các cơ cấu của động cơ .......... 23

Bảng 2.6

Mối liên hệ giữa công suất riêng và vận tốc cực đại............................. 25

Bảng 2.7

Tỷ số truyền lực chính của một số loại xe ô tô ...................................... 28

Bảng 2.8

Phụ thuộc của khoảng động học và số lượng số truyền ........................ 29

Bảng 2.9

Đặc điểm chính của HTTL cơ khí trên một số ơ tơ ................................ 33

Bảng 2.10

Đặc điểm chính của HTTL cơ khí trên một số ơ tơ có hộp số phụ .......... 36

Bảng 2.11

Tỷ số truyền hộp số phụ của một số loại xe............................................. 39

Bảng 2.12

Thông số động lực học của một số loại ô tô ............................................ 41

Bảng 2.13

Thời gian tăng tốc của một số kiểu ơ tơ .................................................. 46

Bảng 3.1

Cơng thức tính độ đàn hồi và mơmen qn tính của một số chi tiết ........ 63

Bảng 3.2

Thành phần động học của mơ hình cơ khí có hình dạng tương ứng ........ 69

Bảng 3.3

Qng đường xe chạy của một số kiểu xe .............................................. 89

Bảng 3.4

Thơng số để tính tốn tải trọng riêng của một số loại xe ........................ 93

xi


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1

Đồ thị trị số khối lượng riêng phụ thuộc vào sức chứa định mức
của xe buýt chạy liên tỉnh và trong thành phố ......................................... 15

Hình 2.2

Mối quan hệ giữa khối lượng và hệ số tải trọng trên xe vận tải ............. 16

Hình 2.3

Đặc tính ngồi của động cơ IAMZ– 238 ................................................ 20

Hình 2.4

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Ner và vamax....................................... 25

Hình 2.5

Đồ thị động lực học của ơ tơ ZIL 130 ..................................................... 41

Hình 2.6

Mối quan hệ giữa gia tốc và vận tốc khi thay đổi số truyền ................... 45

Hình 3.1

Mơ hình tính tốn hệ thống truyền lực ................................................... 62

Hình 3.2

Phương pháp tính mơ men khi chia nhỏ chi tiết ..................................... 65

Hình 3.3

Tính mơ men với chi tiết khơng phân tích được thành các hình
đơn giản ................................................................................................ 65

Hình 3.4

Đơn giản hóa hệ thống động lực học ..................................................... 76

Hình 3.5

Mơ men trong HTTL khi đóng mở ly hợp ............................................... 79

Hình 3.6

Sơ đồ xác định tải trọng lớn nhất của ô tô 4x2 và 6x4 ........................... 79

Hình 3.7

Sơ đồ khối để giải bài tốn trên máy tính ............................................... 84

Hình 3.8

Phân bố lực vịng riêng để tính tốn các chi tiết truyền lực
chính xe tải nặng .................................................................................... 96

Hình 3.9

Đồ thị để xác định quãng đường xe chạy theo ứng suất uốn .................. 97

Hình 3.10

Đồ thị để xác định quãng đường xe chạy theo ứng suất tiếp xúc ............ 97

Hình 4.1

Mơmen Me của động cơ ........................................................................101

Hình 4.2

Hệ khối lượng dùng tính tốn bộ dập tắt dao động ...............................102

Hình 4.3

Khâu đàn hồi của bộ dập tắt dao động .................................................103

Hình 4.4

Sơ đồ khối để giải phương trình 4.1......................................................104

Hình 4.5

Sự phụ thuộc của biên độ dao động cực đại M12 của
Mx và Mms trên ly hợp ô tô vận tải 4x2 ..................................................105

Hình 4.6

Sư thay đổi của ωe và ωa theo thời gian ................................................106

Hình 4.7

Sơ đồ tính tốn ly hợp ..........................................................................106

xii


Hình 4.8

Quá trình trượt của ly hợp....................................................................107

Hình 4.9

Sơ đồ để tính tốn lị xo đĩa ..................................................................112

xiii


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
HTTL Hệ thống truyền lực

ma

Khối lượng của ơ tơ

mrm

Khối lượng của rơ mc

m đx

Khối lượng của đồn xe

H0

Chiều cao cơ sở của ơ tơ

B0

Bề rộng cơ sở của ơ tơ

ma

Khối lượng tồn bộ của ơ tơ

m ci

Tải trọng có ích

mn

Khối lượng con người 75kg/ người

mδ

Là khối lượng hành lý

kG

hệ số tải trọng

kđx

Hệ số khối lượng của đồn xe

kB

Hệ số diện tích cản chính diện của xe

kc

Hệ số tổn hao công suất

Ψυ

Hệ số cản của đường ở tốc độ lớn nhất của xe

i0

Tỷ số truyền của truyền lực chính

m

Trọng lượng bám

ηt

Hiệu suất của hệ thống truyền lực

δ

Hệ số tính tới khối lượng chuyển động quay tới khối lượng
chuyển động tịnh

tiến.

Ner

Công suất riêng của động cơ

Mtt

Mô men tính tốn

ntt

Tốc độ tính tốn

Mtt

Mơ men tính tốn tương đương

ks

Hệ số quãng đường xe chạy

ξu

Quãng đường xe chạy tương ứng ở tay sơ u

γtt(u)

Lực vịng tính tốn riêng trên các số truyền

xiv


Memax Mô men cực đại của động cơ,
iu

Tỷ số truyền tương ứng ở tay số thứ u,

ηu

Hiệu suất tương ứng ở tay số truyền thứ u

MH

Mô men ở bánh bơm khi cung cấp năng lượng hồn tồn,

kp

Hệ số mơ men

Gφ

Trọng lượng bám

θ

Hệ số kể tới hiện tượng tuần hồn cơng suất,

λ

Hệ số kể tới một phần công suất truyền qua cụm khảo sát,

γ

Lực vịng tính tốn đơn vị

vtt(i) Vận tốc tính tốn của ơ tơ ở số truyền u
vtb

Tốc độ trung bình của ơ tơ

σH, σB Giới hạn của ứng suất tính tốn
γi

Trị số biến đổi của lực vịng riêng,

γtb(i)

Trị số trung bình của lực vịng riêng ở tay số i,

 lg  i

Sai lệch bình phương trung bình của logrit thập phân lực vòng riêng
ở tay số thứ i



Lực cản riêng của mặt đường,

kk
 tbi

Lực cản riêng trung binh của khơng khí,

tt
 tbi

Lực cản riêng trung bình khi tăng tốc

rl

Bán kính lăn khơng trượt của bánh xe

r0

Bánh kính tự do của bánh xe

rt

Bánh kính tĩnh của bánh xe

0

ihs

Tỷ số truyền của hộp số

ihp

Tỷ số truyền của hộp số phân phối

vamax

Tốc độ tính tốn lớn nhất của ơ tơ

vkmax Tốc độ động học lớn nhất
cv

Hệ số truyền

xv


Dk

Khoảng động lực học của ô tô

D

Nhân tố động lực học

n emin Số vòng quay nhỏ nhất của động cơ ( v/phút)
vamin Vận tốc chuyển động ổn định nhỏ nhất của ô tô
Ψ

Lực cản tổng cộng của mặt đường,

δ

Hệ số tính tới khối lượng chuyển động quay

j

Tổng mơ men qn tính của bánh xe,
Δ1, Δ2 Biến dạng góc
K

Ii’ ei’ Mơ men quán tính khối lượng và độ đàn hồi của hệ cơ khí
Ii ei

Mơ men qn tính khối lượng và độ đàn hồi của hệ tương đương

Rz

Phản lực pháp tuyến

φ

Hệ số bám của bánh xe với mặt đường

ω

Tần số dao động riêng của hệ cục bộ

etđ

Độ đàn hồi tương đương

Itđ

Mô men qn tính tương đương

Mf

Mơmen cản quy dẫn

Mlhmax Mơmen tĩnh khi ly hợp đóng hồn tồn
k

Hằng số đặc trưng cho nhịp độ đóng ly hợp

βlh

Hệ số dự trữ của ly hợp

tđlh

Thời gian đống ly hợp

Je

Mơ men qn tính của động cơ

PK

Lực vòng tại bánh xe chủ động,

pΣ

Lực cản tổng cộng của đường và của khơng khí

Pp

Lực phanh cần thiết của ô tô

Ppc

Lực phanh của cơ cấu phanh

Ppđ

Lực phanh bằng động cơ

St

Qng dường phanh

Mpđ

Mơ men phanh động cơ

Ia

Mơmen qn tính tương ứng với khối lượng chuyển động tịnh tiến

xvi


Tc

Thời gian đóng ly hợp

k

Hệ số đặc trưng cho mức độ đóng ly hợp

βc

Hệ số dự trữ của ly hợp

Mcmax Mơ men tĩnh khi đóng hồn tồn ly hợp
vtb

Tốc độ trung bình của ơ tơ

Mms

Mơ mem ma sát của ly hợp

Mx

Mô men xoắn của ly hợp

Mr

Mô mem tại thời điểm đóng lị xo

Wµ

Cơng trượt riêng của ly hợp

W1,2 Cơng trượt riêng của ly hợp tương ứng với giai đoạn 1 và giai đoạn 2
Wb

Cơng trượt riêng tồn bộ của ly hợp

Δt

Sự tăng nhiệt độ trung bình của đĩa ép sau một lần đóng mở ly hợp

Ftd

Lực tác dụng lên đĩa ép của lò xo

F0

Lực tổng cộng của lò xo kéo và lò xo nén của ly hợp

Flx

Lực tác dụng lên lị xo khi mở ly hợp

Id

Mơ mem qn tính của động cơ

Id

Quán tính bánh đà thay thế cho khối lượng chuyển động tịnh tiến

Mt

Mô men cực đại của các khâu trong hệ thống truyền lực và động cơ

[1]

Tên tài liệu tham khảo

xvii


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và
ngoài nước đã công bố.
Hệ thống truyền lực (HTTL) trên xe ô tơ giữ một vị trí vơ cùng quan trọng dùng
để nối và truyền mô men quay từ động cơ tới các bánh xe chủ động. HTTL phải đảm

bảo truyền được mô men quay một cách êm dịu, cắt truyền động đến các chi tiết một
cách nhanh chóng dứt khốt (cụm ly hợp), truyền và biến đổi mô men quay, đổi chiều
chuyển động (hộp số), phân chia mô men đến từng bánh xe chủ động, đảm bảo các
bánh xe có thể chuyển động ở các tốc độ khác nhau. Trong quá trình thiết kế tính tốn
HTTL. Vấn đề đầu tiên đặt ra là cần phải xác định tải trọng động tác dụng lên hệ thống.
Trong lĩnh vực này tác giả Nguyễn Khắc Tuấn đã có cơng trình nghiên cứu
“Vybor putey snizheniya dinamicheskih nagruzok

vmehanicheskoy transmissii

avtomobilya kombinirovannoy ustanovkoy pri zapuske dvs skhodu”- “Lựa chọn con
đường giảm tải trọng động trong HTTL kiểu cơ khí của ơ tơ có HTTL kiểu hỗn hợp khi
khởi hành”. Trong đề tài này tác giả đã đưa ra được phương pháp cải thiện nhằm nâng
cao tính an tồn và hiệu quả của HTTL, tránh được những hư hỏng có thể gây ra bởi tải
trọng động. Tác giả cũng xây dựng một thuật toán điều khiển và khắc phục sự cố một
cách tự động khi xuất hiện tải trọng động lớn trong HTTL. Đặc biệt khi trong HTTL
xuất hiện tải trọng động ở tần số cao.
HTTL bao gồm rất nhiều các chi tiết và hoạt động rất phúc tạp, để mơ tả q
trình hoạt động của HTTL, bằng cơng trình: “Driveline modelling using
mathmodelica”- “Sử dụng MathModelica để mơ hình hóa HTTL”, Tác giả Per Nobrant
đã xây dựng mơ hình HTTL trong MathModelica. Một số phần tử của hệ thống được
lấy từ các thư viện có sẵn trong Modelica, đã được tiêu chuẩn và sử dụng thích
hợp. Các thành phần cịn lại được xác định bởi các phương trình tốn học. Cơng trình
1


này mơ hình hóa một cách cụ thể và mơ phỏng một cách chính xác hoạt động của ly
hợp, hộp số, các đăng, truyền lực chính, bán trục và bánh xe. Mô phỏng cũng được
thực hiện với các chế độ khác nhau khi vận hành (khởi hành xe, chuyển động ổn đinh,
thay đổi số truyền..) và các điều kiện khác nhau của mặt đường.

Các mô phỏng tương ứng với từng chế độ vận hành được đề cập chi tiết trong cơng
trình nghiên cứu: “Driveline modeling and principles for speed control and gear-shift
control”- “Mô phỏng HTTL điều khiển tốc độ và kiểm sốt q trình sang số”. Ở cơng
trình nghiên cứu này, tác giả Magnus Pettersson đã làm các thí nghiệm và mơ hình hóa
bằng cách sử dụng một chiếc xe tải hạng nặng. Ông đã chứng minh rằng tải trọng động
và đặc biệt là hiện tượng cộng hưởng rất nguy hiểm trong HTTL. Đó là một mơ
hình tuyến tính với một HTTL linh hoạt có thể lý giải đầy đủ các chệ độ hoạt động của
xe tương ứng với từng tốc độ động cơ và tốc độ bánh xe. Công cụ kiểm soát tự động
các sự biến đổi trong HTTL cũng được đề cập. Một bước quan trọng là kiểm
soát không để mất mát năng lượng trong hộp số và các bánh truyền động trung gian.
Tác giả đi tới kết luận: dao động trong HTTL là một yếu tố cần hạn chế trong hệ thống
này.
Cơng trình nghiên cứu “The modeling and control of an automotive drivetran” – “Mô
phỏng và điều khiển HTTL ô tô” của Nicholas M.Northcote lại ghi nhận chấn động và
những dao động trong một HTTL xe là hai hiện tượng của HTTL gây nên cảm giác
không thoải mái cho lái xe. Chúng phải chịu tác động bởi những chấn động mạnh và
các dao động theo sau đó. Nó được gây ra bởi một sự thay đổi nhanh chóng mơ-men
xoắn động cơ. Ngày nay, hầu hết các xe hiện đại đều được trang bị ga điện tử cho phép
các đơn vị điều khiển trên bo mạch điện tử để điều khiển mô-men xoắn của hệ thống
một cách phù hợp trước khi gửi một tín hiệu điều chỉnh hệ số tải của động cơ. Trong
cách này, một hệ thống kiểm sốt thơng tin phản hồi có thể được sử dụng để đảm bảo

2


rằng HTTL đáp ứng những yêu cầu về sự thay đổi mô men xoắn càng nhanh càng tốt
mà không gây chấn động hoặc dao động.
Trong luận văn này, một mô hình HTTL được đề xuất và các tham số của nó được xác
định bằng thực nghiệm. Độ chính xác của mơ hình đã được xác nhận bằng cách sử
dụng dữ liệu thử nghiệm từ một chiếc xe, và kết luận rằng mơ hình là cơng cụ mơ

phỏng chính xác một chiếc xe. Một bộ điều khiển HTTL được thiết kế và mơ phỏng
hiệu suất của nó bằng cách sử dụng mơ hình xe. Các mơ phỏng cho thấy rằng bộ điều
khiển làm giảm đáng kể tải trọng động trong HTTL qua đó cải thiện sự thoải mái cho
lái xe.

3


Cơng trình “modeling and simulation of a driveline with an automatic gearbox” – “ Mô
phỏng HTTL ô tô sử dụng hộp số tự động” của tác giả Tomas Zackrisson: mô hình
động học của HTTL của một chiếc xe tải với một hộp số tự động được xây dựng và
thực hiện trong ngơn ngữ phần mền mơ phỏng Modelica. Mơ hình này được xây dựng
trong một mô-đun để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tái sử dụng và sắp xếp các mơ
hình. Mơ hình chiếc xe tải này đã được phát triển từ một mơ hình được tạo ra trước đó
mơ phỏng hệ thống truyền lực sử dụng hộp số cơ khí. Cơng trình nghiên cứu này đã
phát triển một mơ hình chiếc xe tải có thể được sử dụng để mơ phỏng các tín hiệu tốc
độ từ các bộ phận khác nhau của HTTL, để cho phép thử nghiệm một hệ thống hộp số
tự động trong một phịng thí nghiệm thay vì thử nghiệm trên một chiếc xe tải bình
thường. Để thực hiện đầy đủ các thử nghiệm như vậy, tín hiệu tốc độ từ các bộ phận
khác nhau của HTTL của một chiếc xe tải đã được tạo ra bởi mơ hình. Nói cách khác,
các tín hiệu tốc độ được cảm nhận trên một chiếc xe tải thực sự được điều khiển bởi hệ
thống mô phỏng, tức là các bộ phận cơ khí trong các đường truyền lực của một chiếc
xe tải phải được thay thế bởi các tín hiệu điện mơ phỏng đầy đủ hoạt động của các
thành phần. Để làm được điều này phải sử dụng các thiết bị điều khiển có độ tin cậy
cao, khả năng tiếp nhận tín hiệu ở tốc độ cao từ một chiếc xe tải thực. Vấn đề là tạo ra
một cách thức tính tốn các tín hiệu tốc độ với trạng thái động lực để đạt được kết quả
giống như với thực tế

1.2

Mục đích của đề tài:
Đề tài thực hiện nhằm bổ sung vào những nghiên cứu trên về tải trọng động trong
HTTL cơ khí trên ơ tơ. Đây là đề tài tương đối phức tạp, hiện có rất ít tài liệu nghiên
cứu về tải trọng động trong HTTL phục vụ học tập nghiên cứu của sinh viên và kỹ
thuật viên. Vì vậy đề tài có nhiệm vụ:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tải trọng động trong HTTL kiểu cơ khí trên ơ tơ
- Mơ hình hóa HTTL trên ô tô
4


- Tính tốn ứng dụng trên một vài cụm chi tiết của HTTL
1.3

Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài:
- Xác định các chế độ tải trọng tác dụng lên HTTL ơ tơ;
- Xây dựng mơ hình và phương pháp tính tốn, xác định các chế độ tải trọng động đặc
trưng;
-Tính tốn ứng dụng :
 Tính tốn tải trọng lớn nhất trong HTTL
 Xác định tải trọng khi tính độ bền của HTTL
 Tính tốn ly hợp
 Tính tốn độ bền bánh răng trong hộp số
Vì thời gian có hạn và với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều, nên đề tài chỉ chọn đối
tượng nghiên cứu là HTTL cơ khí có kiểu cơng thức bánh xe 4 x 2.

1.4

Phương pháp nghiên cứu:
-

Nghiên cứu lý thuyết dựa trên các cơng trình đã được cơng bố,

-

Nghiên cứu ứng dụng: Sử dụng kết quả của nghiên cứu lý thuyết kết hợp với các

phần mền Office, Autocad, phần mền mô phỏng, phần mền tính tốn để làm cơng cụ
thực hiện các nhiệm vụ của đề tài.

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỂ TẢI TRỌNG ĐỘNG TRONG HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC CỦA Ơ TƠ
Đặc điểm của ơ tô là làm việc ở tốc độ cao với lực kéo phải thay đổi theo từng địa hình.
Ứng suất sinh ra trong các chi tiết của ô tô máy kéo phụ thuộc vào chế độ tải trọng tác
dụng lên chúng trong điều kiện sử dụng. Trong khi sử dụng, các chi tiết của ô tô sẽ
chịu tải trọng động. Tải trọng động có thể gấp vài lần tải trọng do mômen của động cơ
truyền xuống. Đối với ô tô, tải trọng động tác dụng lên các chi tiết của HTTL sẽ sinh
ra khi nhả bàn đạp (đóng ly hợp) ly hợp đột ngột, khi gài số trong quá trình tăng tốc,
khi phanh đột ngột bằng phanh phanh tay, khi phanh không mở ly hợp, hoặc khi bánh
xe đi qua mặt đường khơng bằng phẳng , v.v… Muốn xác định kích thước của các chi
tiết để làm việc được an toàn, cần phải xác định tải trọng động tác dụng lên các chi tiết
đó khi ơ tơ làm việc. Xác định chính xác trị số tải trọng động tác dụng lên các chi tiết ô
tô là vấn đề rất phức tạp, vì tải trọng động có thể sinh ra trong nhiều điều kiện sử dụng
khác nhau. Xác định tải trọng động bằng lý thuyết có mục đích để hạn chế bớt số
trường hợp gây nên tải trọng động và để đơn giản q trình tính tốn. Bởi vậy tải trọng
động thường được xác định theo công thức kinh nghiệm nhận được từ hàng loạt các
thí nghiệm.
Thơng thường, tải trọng động đặc trưng bằng hệ số tải trọng động. Hệ số này

bằng tỷ số của của trị số tải trọng động trên tải trọng tĩnh. Đối với HTTL của ô tô, tải
trọng tĩnh tác dụng lên chi tiết được tính từ mơmen cực đại của động cơ Memax truyền
xuống.
Khi khởi động ô tơ tại chỗ và đóng ly hợp đột ngột sẽ gây tải trọng động lớn
nhất, bởi vì khi đóng ly hợp đột ngột các đĩa chủ động và bị động được ép vào nhau
khơng những nhờ lực ép của lị xo mà cịn nhờ lực qn tính sinh ra khi đĩa chủ động
chạm vào đĩa bị động. Thí nghiệm và tính tốn chứng tỏ rằng mơmen của các lực qn
tính này có thể lớn hơn nhiều so với mơmen ma sát sinh ra giữa các đĩa ly hợp. Tải
6


trọng động sinh ra truyền qua ly hợp không thể lớn q mơmen cực đại mà ly hợp có
thể truyền, vì nếu lớn q thì ly hợp sẽ trượt.
Khi đóng ly hợp để phanh bằng động cơ lúc ô tô chuyển động xuống dốc, khi đóng ly
hợp đột ngột để gài số trong q trình chuyển động của ơ tơ, hoặc khi phanh bằng
phanh tay (trên HTTL) cũng gây tải trọng động khá lớn.
Như vậy, khi đóng ly hợp đột ngột sẽ gây tải trọng động lớn nhất lên HTTL có thể
làm gãy vỡ các chi tiết. Đó là chế độ tải trọng thừa nhận để tính tốn bánh răng, trục
của hệ thống truyền truyền lực theo tải trọng động.
Hệ số tải trọng động của ô tô là k, trong trường hợp này được tính theo cơng
thức kinh nghiệm như sau:
Kd = 
Trong đó :

i 8
i

i – tỷ số truyền chung của HTTL ứng với số truyền đang tính;
 - hệ số dự trữ của ly hợp

Thí nghiệm chứng tỏ rằng, khi khởi động ô tô tại chỗ bằng cách sử dụng động năng của
bánh đà, nghĩa là khi đóng ly hợp đột ngột thì mơmen quay sinh ra trên trục sơ cấp hộp
số có thể tăng gấp 3  3,5 lần mômen quay cực đại của động cơ và trên bánh chủ động
mơmen quay có thể gấp hai lần so với mômen quay truyền từ động cơ xuống. Trong
trường hợp này nếu bánh xe có bị trượt quay đi chăng nữa thì tải trọng sinh ra trên các
chi tiết vẫn lớn bởi vì bánh xe và tang trống có mơmen qn tính lớn.
Kiểm tra mơmen quay tác dụng lên các chi tiết khi phanh cho đến khi trượt lết bánh xe
mà không mở ly hợp (phanh bằng động cơ) và khi phanh bằng phanh tay đặt ở trục thứ
cấp hộp số (phanh trung ương) có thể tiến hành bằng phương pháp lý thuyết như sau:
Khi phanh không mở ly hợp thì các bộ phận quay của động cơ (chủ yếu là bánh đà với
mơmen qn tính Jb.đ) phải dừng lại trong thời gian rất ngắn t và với gia tốc chậm dần

7


rất lớn

d bd
dt

( bd - tốc độ góc của bánh đà). Trong trường hợp này, mơmen các lực

qn tính Mj của bánh đà sẽ truyền qua ly hợp để tác dụng lên HTTL.
Mômen này xác định theo công thức :
Mj = Jb.đ d bd

dt

Khi các bánh xe đã dừng lại thì bánh đà cịn quay đi một góc ωb.d và sẽ xoắn các trục
của HTTL với các góc quan hệ với nhau theo công thức sau:

φ b.đ = φ’c ih + φ’’cc ih + φ’n ih i0
Trong đó : φ’c, φ’’c, φ’n - góc xoắn tương ứng của trục các đăng thứ nhất (trung
gian) trục các đăng thứ hai (chính) và của các nủa trục;
ih i0 – tỷ số truyền tương ứng của hộp số và truyền lực chính,
Mơmen của các lực qn tính tác dụng lên HTTL của ơ tơ có trị số cực đại khi
phanh ngặt ở số truyền thẳng của hộp số (ih = 1), vì lúc đó độ cứng C của HTTL sẽ cực
đại. Trường hợp này hay gặp trong điều kiện sử dụng.
Khi phanh gấp ô tô đang chạy ở tốc độ cao (số vòng quay của trục khuỷu khoảng 2000
÷ 2500 vg/ph) khơng mở ly hợp thì mơmen các lực qn tính tính tốn Mj sẽ lớn hơn
mômen cực đại của động cơ khoảng 15 ÷ 20 lần. Mơmen này truyền từ bánh đà qua ly
hợp đến HTTL. Trong trường hợp này ly hợp làm nhiệm vụ của cơ cấu an toàn để
tránh cho HTTL khỏi bị tải trọng lớn. Lúc đó ly hợp sẽ trượt và mômen quay bánh đà
truyền xuống HTTL chỉ có thể bằng mơmen quay cực đại mà ly hợp có thể truyền.
Khi phanh bằng phanh tay ( trung ương) trên đường trơn, hệ thống truyền lực sẽ bị tải
trọng bởi mơmen các lực qn tính M’j truyền từ bánh xe lên xác định bằng công thức :
Mj = Jbx d bx
dt

8


Trong đó: Jbx là mơ men qn tính của bánh xe, kể cả mayơ và chống phanh
d bx là gia tốc chậm dần của bánh xe
dt

Khi trục thứ cấp bị phanh lại, bánh xe cịn quay đi một góc φbx và hoàn toàn tương tự
các bộ phận của HTTL sẽ quay đi một góc theo quan hệ sau:
 bx =  c +

 'c  c ''


i0
i0

Ở đây: i0 là tỷ số truyền của truyền lực chính,
φc , φc’, φc’’ lần lượt là góc xoắn của bán trục, các đăng thứ nhất và các đăng
thứ hai
Kết cấu của HTTL có tác dụng lớn trong việc làm giảm tải trọng động. Khi dùng khớp
nối đàn hồi ở trục các đăng, tải trọng động sẽ giảm từ 10 ÷ 15%. Khi dùng bộ phận đàn
hồi ở hệ thống treo phía sau để truyền lực đẩy lên khung, tải trọng động giảm đi 10 ÷
20%, ngồi ra ly hợp dùng trên ơ tơ cũng có tác dụng giảm tải trọng động đáng kể.
Phương pháp tốt nhất để giảm tải trọng động là dùng hộp số thủy cơ và ly hợp thủy lực
ở HTTL của ơ tơ. Thí nghiệm chứng tỏ rằng, khi dùng hộp số thủy cơ, tải trọng động
giảm 1.5 ÷ 4.5 lần lúc khởi động, giảm 3 lần lúc tăng tốc, giảm 1.8 ÷ 2.7 lần khi ơ tơ đi
qua đường khơng bằng phẳng và 2.5 lần khi phanh.
Ngồi tải trọng động tác dụng lên chi tiết do ngoại lực sinh ra cịn có tải trọng động tác
dụng lên chi tiết do q trình gia cơng, chế tạo và lắp ghép và cân bằng khơng chính
xác. Bởi thế khi tính tốn từng cơ cấu của HTTL cần chú ý tới hệ số tải trọng động rời
rạc của từng cơ cấu.
Từ những phân tích trên cho chúng ta thấy rõ các cụm và các chi tiết của HTTL trên ô
tô làm việc theo tải trọng động. Cần chú ý, tải trọng động trên ô tô thay đổi tùy theo
loại ô tô, loại đường và kết cấu của từng cụm… Vì vậy tính toán tải trọng theo lý
9


thuyết là rất phức tạp và khó chính xác. Do những nguyên nhân trên mà hiện nay các
chi tiết và các cụm của ơ tơ được tính chủ yếu theo tải trọng tĩnh. Để các chi tiết làm
việc đảm bảo độ bền, khi chọn ứng suất cho phép phải chú ý tới tải trọng động có thể
sinh ra trong lúc sử dụng, nghĩa là phải chọn hệ số an toàn cho thích hợp. Ngồi ra ở
một số cơng thức tính tốn có tính tới hệ số tải trọng động tìm ra bằng thực nghiệm.

Hiện nay có rất nhiều phương pháp tính tốn tải trọng động. Những nội dung tiếp theo
của đề tài sẽ tiến hành nghiên cứu một trong những phương pháp tính được nhiều
người quan tâm.
2.1 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực
HTTL của ơ tơ bao gồm các bộ phận và cơ cấu nhằm thực hiện nhiệm vụ truyền
mômen xoắn từ động cơ tới các bánh xe chủ động. HTTL thường bao gồm các chi tiết
sau: Ly hợp, hộp số, hộp số phân phối, truyền động các đăng, truyền lực chính, vi sai,
bán trục. Ở trên xe một cầu chủ động sẽ khơng có hộp phân phối. Ngồi ra, trên xe tải
nặng, HTTL có thêm truyền lực cuối cùng.
Mức độ phức tạp của HTTL trên một xe cụ thể được thể hiện qua công thức bánh xe.
Công thức bánh xe được ký hiệu tổng quát là a x b, với a _ số lượng bánh xe và b _ số
lượng bánh xe chủ động. Trong ký hiệu trên, bánh xe kép vẫn được coi như một bánh
xe.
Bố trí HTTL trên xe theo cơng thức 4 x 2

1

2

3

Bố trí HTTL trên xe theo cơng thức 6 x 4 có hộp số phân phối

10