HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ CAO HỌC ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI CHƯƠNG 3 DAO ĐỘNG XOẮN VÀ CÁC CHẾ ĐỘ TẢI TRỌNG ĐẶC TRƯNG TRONG HTTL ÔTÔ

NỘI DUNG
3.1- Khái niệm
3.2- Mô phỏng HTTL bằng mô hình dao động xoắn
3.2.1- Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ thống
3.2.2- Xây dựng mô hình toán học mô tả hệ thống
3.2.3- Một số mô hình điển hình
3.2.4- Phương pháp giải bài toán và đặc tính dao động xoắn HTTL
3.3- Các chế độ tải trọng đặc trưng
3.3.1- Tải trọng từ dao động mô men xoắn của động cơ
3.3.2- Tải trọng từ mấp mô mặt đường
3.3.3- Một số điều kiện sử dụng gây tải trọng động lớn trong HTTL
và phương pháp tính toán.
CHƢƠNG 3- DAO ĐỘNG XOẮN VÀ CÁC CHẾ ĐỘ
TẢI TRỌNG ĐẶC TRƢNG TRONG HTTL ÔTÔ
• Bản chất các hiện tượng vật lý trong HTTL:
– Truyền chuyển động quay:
 Tải trọng = mô men xoắn;
– Hệ thống đàn hồi:
• Tích lũy, giải phóng năng lượng (thế năng)
 tải trọng động lớn
• Dao động xoắn:  ảnh hưởng chế độ làm việc
 tăng tải động
 cộng hưởng
 mỏi.
• Các chế độ tải trọng đặc trưng:
– Tải trọng động do điều kiện sử dụng:
• Phanh ngặt không ngắt ly hợp;
• Đóng ly hợp đột ngột, …
– Tải trọng động do dao động mô men xoắn của động cơ;
– Tải trọng động do mấp mô mặt đường.
• Phương pháp xác định tải trọng:

– Mô phỏng HTTL bằng mô hình dao động xoắn  tính tải trọng;
– Đo bằng thực nghiệm.
1- TỔNG QUAN
Khái niệm mô phỏng:
• Mục đích:
Nghiên cứu bản chất của các hiện tƣợng vật lý trong thiên nhiên và kỹ
thuật bằng cách mô hình hóa, mô phỏng với sự hỗ trợ của máy tính.
• Phƣơng pháp:
– Mô tả hệ thống cơ học bằng sơ đồ mô phỏng  mô hình mô phỏng;
– Xây dựng hệ phƣơng trình mô tả hệ thống  mô hình toán học.
• Các bƣớc tiến hành:
– Xây dựng mô hình vật lý (cơ học);
– Mô hình mô phỏng;
– Xây dựng mô hình tính toán (hệ phƣơng trình vi phân);
– Giải hệ phƣơng trình và đánh giá kết quả.
• Ý nghĩa:
– Cho phép tìm hiểu các hiện tƣợng vật lý xảy ra trong hệ thống mà
không cần tiến hành thực nghiệm;
– Tiết kiệm thời gian, công sức và chi phí trong quá trình thiết kế, chế
tạo.
• Hạn chế:
– Mức độ chính xác và tin cậy của kết quả tính toán phụ thuộc nhiều vào
phƣơng pháp và các giả thiết trong quá trình mô phỏng;
– Đối với các bài toán phức tạp, khối lượng tính toán lớn đòi hỏi máy tính
mạnh, thời gian tính toán dài.
2- Mô phỏng HTTL bằng mô hình dao động xoắn
Ví dụ: Mô phỏng hệ thống treo ô tô
Sơ đồ hệ thống
F
k

z
k
C
m
Sơ đồ mô phỏng
Mô hình mô phỏng
Hệ phƣơng trình mô tả hệ thống:
k
FCzzkzm 

Mô hình toán học
)(tzz 
Giải hệ phƣơng trình:
Mô hình vật lý
MÔ TẢ PHẦN TỬ CỦA HTTL
TRONG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XOẮN
Các thông số đặc trƣng:
• Mô men quán tính: I  khối lượng, hình dạng;
• Hệ số độ cứng: C  tính đàn hồi (hệ số đàn hồi: e = 1/C);
• Hệ số cản nhớt: b  nội ma sát.
M
x

1

2
M
x
I, C, b
Đặc điểm:

• Chuyển động quay;
• Chịu mô men xoắn.
Các mô men tác động:
• Mô men quán tính: M
j
=
• Mô men đàn hồi: M
x
= C. (
2
- 
1
)
• Mô men nội ma sát: M
b
= b. (
2
- 
1
)


I
2
1
. .
Xây dựng sơ đồ mô tả hệ thống
Mô hình cơ học và Sơ đồ tính toán tương ứng.
e
12

I
0
I
1
I
2
I
3
I
4
I
5
I
6
e
23
e
35
e
46
e
57
I
7
I
8
I
9
e
89

e
810
e
78
I
p
e
p
I
10
I
'
0
I
'
1

I
'
2
I
'
5
I
'
3
e
'
34
I

'
4
I
'
6
e
'
45
e
12
e
'
46
e
'
57
I
'
7
I
'
8
I
'
9
I
'
10
I
'

p
e
'
810
e
'
89
e
'
p
e
'
78
e
'
23
Phƣơng pháp xây dựng sơ đồ tính toán
và hệ phƣơng trình mô tả hệ thống
I'
1
Mô hình cơ học
I'
2
e
1
e
2
i
Mô hình mô phỏng
I

1
I
2
e
12
I
1
= I'
1
; I
2
= I'
2
/ i
2
;
e
12
= e
1
+ i
2
e
2
.
Công thức chuyển đổi
Ví dụ chuyển đổi từ mô hình cơ học sang sơ đồ động lực (tính toán).
Giả sử các khối lượng 1 và 2 bị xoắn đi các góc tương ứng là

1

và

2
, thì động năng của hệ thống
được tính bằng tổng động năng của các khối lượng:
Thế năng của hệ thống bằng tổng thế năng của hai phần tử:
Phương trình Lagrange loại II:
2
22
2
11
2
2
2
'
2
2
11
2
1
2
1
2
1
'
2
1


II

i
I
IE
k

 
12
2
21
2
1
e
E
p



Hệ phương trình vi phân
Ví dụ: Mô phỏng HTTL bằng mô hình dao động xoắn
I
2
I
3
e
23
M
c
I
1
I

4
I
5
M
e
e
34
e
45
M

M
f
Mô hình mô phỏng HTTL với 5 khối lượng
ce
MMI 
11


 
c
M
e
I 
32
23
22
1



   
0
11
43
34
32
23
33


ee
I

   
f
M
ee
I 
54
45
43
34.
44
11


 
0
1
54

45
55


e
I

Hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống:
Điều kiện tính toán
T
a
f
i
rfgm
M
0

T
i
rG
M
0




 
kt
cc
eMM


 1
max
maxmax ec
MM


c
t
k
3

;
04,001,0 
c
t








ff
f
f
MMkhiM
MMkhi
M

45
45
,
,0

MM 
45
I
2
I
3
e
23
M
c
I
1
I
4
I
5
M
e
e
34
e
45
M

M

f
Nếu M
45
> M
φ
Ví dụ 1- Mô phỏng hoạt động của Ly hợp
Sơ đồ mô phỏng và phân tích lực












11
1 1 1
2 2 2
22
.
.
.
.
DC dc
c
c

c oto
I M M
I M M
I M M
I M M
Hệ phương trình:




2
100 3
.
dc
M
oto
sin5t
Mk
Điều kiện tính toán:
Sơ đồ tính toán bằng Matlab - SIMULINK
Kết quả tính toán
Mô men M
đc
của động cơ
Mô men M1 phần chủ động của ly hợp
Đồ thị quá trình trƣợt ly hợp
Ví dụ 2- Mô phỏng hộp số
Mô hình cơ học
Mô hình mô phỏng
Mô hình bánh răng ăn khớp

b
c,



b
a
o 1
o 2
P
M1;
M2;
r
r
r
r
c1
c2
1
2
SƠ ĐỒ CÁC MÔ MEN TÁC DỤNG LÊN CÁC PHẦN TỬ
Mô hình toán học
   
   
   
    
    
   
   
   

   
   
   
   






( ) ( )
1 1 1 2 1 1 2
( ) ( )
2 2 3 4 2 3 4
( ) ( )
3 3 3
5 6 5 6
/2
( . . ) ( . . ). .cos
2 2 2 3 3 2 2 3 3 2
/2
( . . ) ( . . ). .cos
3 2 2 3 3 2 2 3 3 3
/
( . . ) ( . . ).
4 4 4 4 4 4
5 5 5 5
M c b
M c b
M c b

M c r r b r r r
w
M c r r b r r r
w
M c r r b r r r

    
   

2
.cos
/2
( . . ) ( . . ). .cos
4 4 4 4
5 5 5 5 5 5
w
M c r r b r r r
w
Hệ phƣơng trình
Trong đó:


0,8
40(1 )
t
eMdc



.Mk

oto
Điều kiện:
 

 

 

 

 

 







I -M
11
/
I -M
22
/
I M -M
3 3 2
/
I - M

44
/
I M -M
5 5 3
I -M
6
dc
3 dc
oto
Kết quả tính toán
Kết quả tính toán
Kết quả tính toán
Ví dụ 3- Mô phỏng cầu chủ động
bc3
M®c



T
M4c M3c
P
P
bc1
bc4
bc4
bc2
I®c
I2; r2
I3; r3
I4

IcP
IcT
I4
I®c

M1
M1

M4
M4t

M4t
T
M4c M3c
M3
M3p
P
M3p
P
I2; r2
I3; r3
I4
IcT IcP
M®c
I4
Mô men trên các phần tử

bc3

M®c


M1
M1

bc1
bc2
I®c
I2; r2
M1
I4
M2
M0
Truyền lực chính
DC 1 DC 1
/
2 1 1 1
/
3 3 2 0
I . M M
I . M M
I . M M
  
  
  



   
   
   

   
1 1 1 1 1 1 1
/2
1 2 2 2 3 3 2 2 2 3 3 2
/2
2 2 2 2 3 3 2 2 2 3 3 3
0 3 3 3 3 3 3
M c b
M c r r b r r r .cos
M c r r b r r r .cos
M c b
     
      


      


     




M4
M4t

M4t
T
M4c M3c
M3

M3p
P
M3p
P
I4
IcT IcP
I4
Các bán trục
   
4 4T 4 4T
CT 4T 4T CT
4T 4 4T 4T 4 4T 4T
CT 4T
I . M M
I . M M
M c b
M k.
  
  
      





   
4 4P 4 4P
CT 4P 4P CP
4T 4 4P 4P 4 4P 4P
CT 4P

I . M M
I . M M
M c b
M k.
  
  
       





Kết quả tính toán
Mô men động cơ
Mô men trên trục chủ động