Nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô Gát 13 – Trai ca

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.
1
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.
2
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….
3
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
4
- 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,
5
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
6
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 = 15
0
÷ 20
0
. 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.
7
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.
8
- 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
9
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
10
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 n
t
khác nhau và thường n
t
< n
b
, 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
11
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

12
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
13
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
14
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-T-
D-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
15
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 M
1
, N
1
, H
1
, G
1
thuộc dẫy hành tinh thứ

nhất còn M
2
, N
2
, H
2
, G
2
thuộc dẫy hành tinh thứ hai. Hai dẫy hành tinh này
được nối ghép với nhau như sau: Hai bánh răng mặt trời M
1
và M
2
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 N
1
.
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
16
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 N
2
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
17
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...
18
CHƯƠNG II
CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG
LỰC HỌC CỦA ÔTÔ
2.1 CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ
Z
n
M
f
n
v
G

.
s
i
n
G
.
c
o
s
M
f
k
h
g
h
w
G
Z
k
L
P
w
P
f
n
P
k
P
f
k

P
j
b
a
A
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
19
phản lực tiếp tuyến P
k
cùng chiều chuyển động với ô tô, có tác dụng làm cho
máy chuyển động.
Do vậy phản lực tiếp tuyến P
k
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 :

k e m
k

k k
M M .i.η
P = =
r r
(2.1)
Trong đó:
M
k
– mô men chủ động, Nm.
M
e
- mô men quay của động cơ, Nm.
i, η
m
- tỷ số truyền và hiệu suất cơ học của hệ thống truyền lực.
r
k
– 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
P
kmax
khi sử dụng số truyền có tỷ số lớn nhất i = i
max
và mô men quay động cơ
đạt giá trị lớn nhất M
e
=M
max
, nghĩa là :
k

me
k
r
iM
P
η
..
maxmax
max
=
(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:
'
k ak
k k
k k
M M
P = = P ±
r r
(2.3)
Trong đó :
20
M
’
k
– mô men chủ động khi chuyển động không ổn định; Nm.
M

ak
– mô men các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển động
quay không đều trong hệ thống truyền lực và trong động cơ; Nm.
P
k
,

P
k
’
- lực kéo tiếp tuyến khi chuyển động ổn định và khi chuyển động
không ổn định; kN.
Trong công thức (2.3) lấy dấu cộng khi chuyển động chậm dần và lấy dấu
trừ khi chuyển động nhanh dần.
2.1.2 Lực bám và hệ số bám
Như phân tích ở trên, sự xuất hiện lực kéo tiếp tuyến P
k
là do kết quả
của tác động tương hỗ giữa bánh xe và mặt đường. Khi bánh xe không còn
khả năng bám sẽ xảy ra hiện tượng trượt quay hoàn toàn, lúc đó trị số của giá
trị lực kéo tiếp tuyến sẽ đạt giá trị cực đại.
Giá trị cực đại của lực kéo tiếp tuyến theo khả năng bám của bánh xe
được gọi là lực bám P
φ
nghĩa là:

φ kmax
P = P
Về bản chất, lực bám được tạo thành bởi hai thành phần chính: lực ma
sát giữa bánh xe và mặt đường; sức chống cắt của đất được sinh ra do tác

động của các mấu bám. Khi chuyển động trên đường cứng, lực bám được tạo
thành do các lực ma sát, còn khi chuyển động trên đất nền mềm lực bám được
tạo thành do lực cản ma sát, và lực chống cắt của đất. Do vậy lực bám sẽ phụ
thuộc vào đặc điểm cấu tạo của bánh xe, tính chất mặt đường và tải trọng
pháp tuyến. Khi chuyển động trên mặt đường nằm ngang, tải trọng pháp tuyến
G
k
là phần trọng lượng ô tô tác dụng lên bánh xe bao gồm cả trọng lượng bản
thân của bánh xe. Thực nghiệm cũng đã khẳng định rằng, lực bám phụ thuộc
rất lớn vào tải trọng pháp tuyến và có mối quan hệ tỷ lệ thuận. Do đó mối
quan hệ này thường hay được sử dụng khi nghiên cứu khả năng bám của bánh
xe.
21
Tỷ số giữa lực bám P
φ
và tải trọng pháp tuyến G
k
được gọi là hệ số bám
và thường được ký hiệu là φ:

φ
k
P
φ =
G
(2.4)
Hệ số bám là một thông số quan trọng dùng để đánh giá tính chất bám
của ô tô. Nó phụ thuộc vào kết cấu của hệ thống di động và trạng thái mặt
đường. Do tính chất phức tạp và đa dạng của điều kiện sử dụng ô tô, nên giá
trị của hệ số bám chỉ được xác định bằng thực nghiệm và độ chính xác của

các số liệu chỉ mang tính chất tương đối.
Trên cơ sở công thức (2.4) ta có thể viết :

φ k k
P =φ.G = φ.Z
(2.5)
Như vậy điều kiện cần để ô tô có thể chuyển động được là :

kφ
P < P
(2.6)
Điều kiện trên cũng nói lên rằng khả năng chuyển động của ô tô sẽ bị
giới hạn bởi khả năng bám của các bánh xe chủ động.
Tóm lại, khi tính toán lực kéo tiếp tuyến hoặc lực chủ động của ô tô cần
phải xem xét cho 2 trường hợp:
Khi đủ bám sẽ tính theo mô men của động cơ, có thể sử dụng công thức
(2.4) hoặc (2.5).
Khi không đủ bám sẽ tính theo lực bám:

kmaxφ
P = P
(2.7)
2.2 CÁC LỰC CẢN CỦA Ô TÔ
2.2.1 Lực cản lăn
Lực cản lăn của các bánh xe xuất hiện là do sự tiêu hao năng lượng
trong lốp khi nó bị biến dạng, do xuất hiện các lực ma sát giữa bánh xe và mặt
22
đường, trong các ổ trục bánh xe, lực cản không khí chống lại sự quay của
bánh xe, và sự tiêu hao năng lượng cho việc tạo thành vết bánh xe.
Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng phản lực pháp tuyến của mặt đường là

yếu tố ảnh hưởng lớn nhất. Do đó có thể xác định lực cản lăn theo phản lực
pháp tuyến Z hoặc theo trọng lượng của máy G (hình 2.1), sự ảnh hưởng của
các yếu tố còn lại được quy thành một hệ số f và có thể viết :

f fk fn
P = P + P = f.Z + f.G
(2.8)
Trong đó: P
fk
- lực cản lăn của bánh chủ động, kN;
P
fn
- lực cản lăn của các bánh chủ động, kN;
f- hệ số cản lăn;
Z - phản lực pháp tuyến, kN;
G - trọng lượng của ô tô, kG;

α
- độ dốc mặt đường;
Z = G.cosα, kN.
Biểu thức (2.8) có thể viết lại một cách tổng quát hơn:

f
P = f.Gcosα
(2.9)
2.2.2 Lực cản dốc
Khi ô tô lên dốc hoặc xuống dốc sẽ xuất hiện thành phần lực G.sin
α
có
phương song song với mặt đường và được gọi là lực cản dốc, ký hiệu P

α
:

α
P = f.Gsinα
(2.10)
Trong đó: G - trọng lượng xe, kG.
α – góc dốc mặt đường; độ.
Tuy nhiên P
α
chỉ gây ra cản chuyển động khi ôtô lên dốc, còn khi
xuống dốc nó sẽ có tác dụng đẩy xe chuyển động. Song để tiện cho việc
nghiên cứu, trong lý thuyết ô tô quy ước chung cho cả hai trường hợp cùng sử
dụng một thuật ngữ.
23
2.2.3 Lực cản không khí
Khi ô tô chuyển động sẽ làm di chuyển các bộ phận không khí bao
quanh xe, làm xuất hiện các dòng khí xoáy phía sau và hình thành một lực cản
gọi là lực cản không khí. Lực cản không khí chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ
chuyển động, hình dáng bề mặt chắn gió phía trước. Giá trị của lực cản không
khí có thể xác định theo công thức thực nghiệm:

2
W w
P = k .v
(2.11)
Trong đó: k
w
- hệ số cản không khí.
v- tốc độ chuyển động tương đối giữa ô tô với không khí, m/s.

2.2.4 Lực cản quán tính
Giá trị của lực quán tính có thể xác xem như tạo thành bởi hai thành
phần:

' ''
j j j
P = P + P
(2.12)
Trong đó : P
j
’
lực cản quán tính tịnh tiến, kN;
P
’’
j
lực cản quán tính do sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển
động quay không đều trên ô tô gây ra, kN.
Lực cản quán tính tịnh tiến P
j
’
có thể xác định theo công thức:

G
P = j.
g
(2.13)
Trong đó : j - gia tốc tịnh tiến của ô tô;
G - trọng lượng của ô tô, kG;
g - gia tốc trọng trường, m/s
2

.
Thành phần lực quán tính P
j
’’
được xác định theo công thức:

''
ak an
k n
M M
P = +
r r
(2.14)
Trong đó :
24
M
ak
- mô men của các lực quán tính tiếp tuyến của các chi tiết chuyển
động quay không đều quy dẫn đến trục bánh chủ động.
M
an
- mô men các lực quán tính tiếp tuyến của bánh trước (bánh dẫn
hướng).

n
an
n
j
M = j.
r

J
n
,r
n
– mô men quán tính và bán kính quán tính của bánh bánh xe dẫn hướng.
Thay các giá trị M
ak
và M
an
vào (2.14), sau đó thay các giá trị của P
j
’
và
P
’’
j
vào (2.12) ta sẽ nhận được lực cản quán tính chung của ô tô.

d m x x x k
n
j
2
k n
J .i.η + J .i .η + J
G g J
P = .j 1+ +
g G r r
 
 

 
 ÷
 
 
 
∑
(2.15)
Đặt
2
d m x x x k
n
a
2 2
k n
J .i.η + J .i .η + J
g J
δ =1+ +
G r r
 
 ÷
 
∑
(2.16)
Thay δ
a
vào (2.15) ta có
j a
G
P =δ
g

(2.17)
Trong đó δ
a
được gọi là hệ số quy đổi khối lượng tính đến sự ảnh
hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực
và trong động cơ của ô tô.
2.3 CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ
2.3.1 Đường đặc tính tốc độ của động cơ
Đường đặc tính tốc độ là đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất hiệu
dụng N
e
, mô men quay M
e
, chi phí nhiên liệu giờ G
T
và chi phí nhiên liệu
riêng g
e
theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc ω của trục khuỷu. Có hai
loại đường đặc tính tốc độ: đường đặc tính ngoài; đường đặc tính cục bộ.
Đường đặc tính ngoài của động cơ nhận được khi khảo nghiệm động
cơ trên bàn khảo nghiệm ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi
25