Giáo trình lý thuyết ô tô đặng quý

I

rv -ầ -^

M
6 2 9 .2
116 Qu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯ0ÌMG ĐẠI HỌC sư PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHÔ Hồ CHÍ MINH
NĂM XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN
ĐẶNG QUÝ

GIÁO TRÌNH

LÝ THUYẾT Ô TÔ


ThS. ĐẶNG QUÝ

GIÁO TRÌNH

LÝ THUYẾT Ô TỒ

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH


LỜ I NÓ I Đ Ầ U

Nen công nghiệp chế tạo ô tô trên thế giới ngày càng phát triển
mạnh mẽ. Ở Việt Nam, trong thời gian không lâu nữa từ tình trạng lắp
ráp xe hiện nay, chúng ta sẽ tiến đến tự chế tạo ô tô. Bởi vậy, việc đào
tạo đội ngũ cử nhân, kỹ sư có trình độ đáp ứng được những đòi hỏi của
ngành công nghệ chế tạo và sửa chữa ô tô là một nhiệm vụ rất quan
trọng và cấp bách.
Để phục vụ cho mục đích lâu dài nêu trên và trước mắt để đáp ứng
cho chương trình đào tạo theo hướng công nghệ ô tô, khoa Cơ khí Động
lực Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM đã phân công cán bộ
giảng dạy biên soạn giáo trình “Lý thuyết ô tô” dùng cho hệ đại học.
Giáo trình này có 11 chương bao gồm các vấn đề về khảo sát động
học chuyển động thẳng, quay vòng và phanh ô tô, khảo sát hiện tượng
dao động, ổn định và đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của ô tô. Học phần
này là cơ sở cho việc đánh giá chất lượng động lực học chuyển động của
ô tô, cho những ứng dụng trong vận hành, khai thác cũng như tính toán
thiết kế động học và động lực học những mẫu xe mới.
“Lý thuyết ô tô” là học phần chuyên ngành quan trọng ở năm
cuối. Bởi vậy, trước khi học môn này, sinh viên phải học trước các học
phần sau: “Cơ lí thuyết”, “Kết cấu ô tô”, “Nguyên lý động cơ đốt trong”.
Mục tiêu của học phần này là cung cấp cho sinh viên những
phương pháp và công cụ đê khảo sát đặc tính động học và động lực học
chuyển động của ô tô; trang bị cho sinh viên những cơ sở lý thuyết phục
vụ cho các học phần chuyên ngành khác như: “Kết cấu và tính toán ô tô”,
“Phân phối công suất và ổn định chuyển động của ô tô”, “Tự động điều
khiển trên ô tô”...
Do trình độ và thời gian có hạn, bởi vậy giáo trình này chắc sẽ có
nhiều chỗ chưa hoàn thiện và thiếu sót. Rất mong các độc giả và các bạn
đọc góp ý để lần tái bản sau có chất lượng nội dung tốt hơn. Tôi xin chân
thành cám ơn!
Người biên soạn:

GVC. ThS. Đặng Quý

3


KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ ĐO c ơ BẢN

4

Đại lượng

Ký
hiệu

Đơn vị

Hệ số chuyển đổi giữa đơn vị
cơ bản V đơn vị cũ

Chiều dài

1

m

1 inch = 2,54 cm = 0,0254 m

Vận tốc dài

V

m/s

lm / s = 3,6 km / h

Vận tốc góc

co

rad / s

Số vòng quay

n

v g /p h

Gia tốc

j

m / s2

Gia tốc góc

£

rad / s2

Lực

F

N

Trọng lượng

G

N

Khối lượng

m

kg

p suất

q

N /m 2

IN / m2 = lPa = 10'5kg / cm2

ứ ng suất

ơ

N /m 2

lM N /m 2« 1 0 k g /cm 2

Mômen quay

M

Nm

lNm » 1 0 kgcm « 0 ,1 kgm

Công

L

J

1J = lNm « 0,1 kgm

Công suất

p

w

1W = 1J/S «0,1 kgm/s
1W « 1/736 m .l(m lực)

Nhiệt độ

T

K

T = t + 273°
(T: độ Kenvin, t: độ Xenxiut)

Nhiệt lượng

Q

J

1J « 2,4.10'3kcal

Nhiệt dung riêng

c

J / kgđộ

lJ/kgđộ « 2,4.10'3kcal/kgđộ

Thời gian

t

s

IN * 0,1 kg

10 3N * 102kg « 0,1 tấn


Chương 1
CÁC NGUÒN NĂNG LƯỢNG
DÙNG TRÊN Ồ TÔ
Mục đích: Trong chương này, chúng ta khảo sát các đặc tính của
động cơ theo quan điểm coi động cơ là nguồn sức kéo của ô tô. Các phân
tích phần lớn tập trung vào các loại động cơ đốt trong kiểu piston.
Mục tiêu: Sau khi học xong chương này, các sinh viên có khả năng:
❖

Trình bày được những yêu cầu đối với động cơ dùng trên ô tô.

❖

Nêu được các khái niệm về đặc tính công suất của động cơ.

❖

Vẽ được các đường đặc tính ngoài của động cơ đốt trong trên ô tô.

❖

Áp dụng được công thức S.R.Lây Đécman để xây dựng đường
đặc tính ngoài của động cơ.

❖

Trình bày được đặc tính tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất của động cơ.

❖

Vẽ và giải thích được đường đặc tính lý tưởng của động cơ dùng
trên ô tô.

1.1. NHỮNG YÊU CẦU ĐÓI VỚI ĐỘNG c ơ DÙNG TRÊN Ô TÔ
Động cơ dùng trên ô tô phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
□ Cung cấp cho xe một công suất cần thiết đủ để khắc phục các lực
cản chuyển động và thay đổi được vận tốc của xe theo yêu cầu.
□ Phải có hiệu suất lớn nhất có thể được.
Ũ Lượng nhiên liệu tiêu hao càng ít càng tốt.
□ Có khối lượng và thể tích nhỏ nhất.
□ Phải có độ bền và độ tin cậy cao khi làm việc.
□ Tạo điều kiện dễ dàng cho công việc bảo dưỡng và sữa chữa.
□ Phải giảm tối đa lượng khí thải độc hại và tiếng ồn.
□ Có giá thành thấp để tăng tính cạnh tranh trên thị trường.

9


1.2. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG c ơ ĐÓT TRONG
1.2.1.Đặc tính công suất
Để xác định được lực hoặc mômen tác dụng lên các bánh xe chủ
động của ô tô, chúng ta cần phải nghiên cứu đặc tính công suất của động
cơ đôt trong loại piston. Đặc tính công suât mô tả quan hệ giữa công suât
pe và hai thành phần của nó là mômen M e và tốc độ góc e (hay số vòng
quay n e). Thông thường nó được biểu diễn qua đặc tính tốc độ của
mômen M e(e) hay đặc tính tốc độ của công suất pe (e).
M ối

quan hệ giữa Pe,

M e, e

được biểu diễn theo công thức:

P e = M ée

( 1. 1)

Me - Mômen xoắn của động cơ.
pe

- Công suất của động cơ.

e

- Vận tốc góc của động cơ.

Thông thường chúng ta hay sử dụng đặc tính pe, M e(e) khi động cơ
làm việc ở chế độ cung cấp nhiên liệu lớn nhất, thường gọi là đặc tính ngoài.
Chế độ danh định là một điểm ừên đặc tính ngoài, thông thường
ỏng với công suất cực đại, lúc đó các thông số có ký hiệu: Pemax, M ep, eP.
Chế độ mômen xoắn cực đại ứng với các thông số pem, Memax, em và ta có
một số khái niệm sau đây:
Hệ số đàn hồi (thích ứng) của động cơ theo mômen:
M emax
M!

( 1.2 )

Memax

- Mômen xoắn cực đại của động cơ.

Km

- Hệ số thích ứng của động cơ theo mômen.

Đối với từng loại động cơ, hệ số thích ứng theo mômen có giá trị sau:
□ Động cơ xăng: Km= 1,1 -ỉ- 1,35
□ Động cơ diesel không có phun đậm đặc: Km = 1,1
□ Động cơ diesel có phun đậm đặc: Km= 1,1 ^-1,25
Hệ số đàn hồi (thích ứng) theo tốc độ:
(1.3)
Ở chế độ danh định, khi biết Kmthì:
8

1,15


Memax =

Km. MP = Kmi W

( 1 .4 )

We

Ta xây dựng đường đặc tính bằng cách thử động cơ trên bệ thử
trong các điêu kiện thử xác định, nhưng công suât động cơ trên bệ thử
khác với công suất sử dụng thực tế của động cơ đặt trên xe. Vì vậy, ta
đưa ra thông sổ hệ sổ công suất hữu ích hp:
P = P’hp

(1.5)

P’ - Công suất thử.
p - Công suất thực tế.
Với-.

hp = hp hp

(1.6)

hp = 0,92 0,96 - Đặc trưng cho sai biệt công suât do
thay đôi một sô trang bị của động cơ khi thử.
hp - Đặc trưng cho ảnh hưởng của môi trường khi thử.
Động cơ diesel: hp = 1
^
„x
u
q I 293
Đông cơ xăng: hp = —— , —- —
5
p 0,101 V273 + 1
Với: q (MPa), t (°C) là áp suất và nhiệt độ phòng thử.
Khi tính toán lực kéo hoặc mômen xoắn chủ động ở các bánh xe,
chúng ta cần phải có đặc tính ngoài của động cơ đốt trong.

Đặc tính ngoài của
động cơ cho các trị số lớn
nhất của mômen, công
suất ở số vòng quay xác
định. Các trị số nhỏ hơn
của mômen hoặc công
suất có thể nhận được
bằng cách giảm mức cung
cấp nhiên liệu.
Dưới đây là các đặc
tính ngoài của các loại
động cơ khác nhau:

p

'l

co..

Hình 1.1: Đặc tỉnh ngoài của động cơ xăng không hạn chê sô vòng quay.
7


Động cơ xăng không có bộ phận hạn chế số vòng quay thường
dùng cho xe du lịch. Để giảm tải ữọng và mài mòn, giá trị e max thường
không vượt quá eP từ 10 20%.

Hình 1.2: Đặc tỉnh ngoài của động cơ xăng có hạn chế sổ vòng quay.
Động cơ xăng có bộ phận hạn chế số vòng quay thường
dùng trên xe tải nhằm tăng tuổi thọ của động cơ, thường chọn

COe max = ( 0 , 8

-Ỉ-O ,9 )c 0 p .

Hình 1.3: Đặc tính ngoài của động cơ diesel.
8


Động cơ diesel dùng ở ô tô đều được trang bị bộ điều tốc. Bộ điều
tốc sẽ giữ cho chế độ làm việc của động cơ ở vùng tiêu hao nhiên liệu
riêng ít nhất.
c Chủ ý: Tiêu chuẩn thử động cơ để nhận được đường đặc tính ngoài
ở mỗi nước một khác, vì vậy mà cùng một động cơ nhưng thử ở những
nước khác nhau sẽ cho giá trị công suất khác nhau.
Khi không có đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ bằng thực
nghiệm, ta có thể xây dựng đường đặc tính nói trên nhờ công thức kinh
nghiệm của S.R.Lây Đécman. Việc sử dụng quan hệ giải tích giữa công
suất, mômen xoắn với số vòng quay của động cơ theo công thức Lây
Đécman để tính toán sức kéo sẽ thuận lợi hơn nhiều so với khi dùng đồ
thị đặc tính ngoài bằng thực nghiệm, nhất là hiện nay việc sử dụng máy
vi tính đã trờ nên phô cập.
Công thức S.R.Lây Đécman có dạng như sau:
P e = P ,'emax

a—
K

(1.7)

pe, ne - Công suất hữu ích của động cơ và sổ vòng quay của trục

khuỷu ứng với một điểm bất kỳ của đồ thị đặc tỉnh ngoài;
Pemax

- Công suất có ích cực đại và so vòng quay ứng với công

suất nói trên
a, b, c: Các hệ số thực nghiệm được chọn theo loại động cơ như sau:
Đối với động cơ xăng: a = b = c = 1
Đối với động cơ điêden 2 kỳ:
a = 0,87 ; b = 1,13 ; c = 1
Đối với động cơ điêden 4 kỳ có buồng cháy trực tiếp:
a = 0,5 ; b = 1,5 ; c = 1
Đối vói động cơ điêden 4 kỳ có buồng cháy dự bị:
a = 0,6 ; b = 1,4 ; c = 1
Đối với động cơ điêden 4 kỳ có buồng cháy xoáy lốc:
a = 0,7 ; b = 1,3 ; c = 1
Cho các trị số ne khác nhau, dựa theo công thức (1.7) sẽ tính được
công suất Pe ương ứng và từ đó vẽ được đồ thị Pe = f(ne).
9


Có các giá trị pe và ne có thể tính được các giá trị mômen xoắn
của động cơ theo công thức sau:
x,
Me =

lo4pc
l,047ne

— ;-----—

Me

( 1.8)

Pe - Công suất của động cơ ( kW)
ne - Sổ vỏng quay của trục khuỷu ( v/ph)
Me - Mômen xoan của động cơ (N.m)
Cỏ các giá trị pe, M e tương ứng với các giá trị ne ta có thể vẽ đồ thị
pe = f(n e ) và đồ thị M e = f (ne).
Như vậy, sau khi xây dựng được đường đặc tính tốc độ ngoài của
động cơ, chúng ta mới có cơ sở để nghiên cứu tính chất động lực học của ô tô.
1.2.2. Đặc tính tiêu hao nhiên liệu và hiệu suất của động Ctf
Tính kinh tế của động cơ khi làm việc được đánh giá qua các thông
số sau đây :
□ Tiêu hao nhiên liệu theo thời gian tính theo khối lượng, ký hiệu Q.
□ Tiêu hao nhiên liệu theo thời gian tính theo thể tích, ký hiệu Qy
Q=Qv.p

(1.9)

p - Khối lượng riêng của nhiên liệu (kg/m3).
Q - Có đơn vị là kg/s, g/s, kg/h.
Qv - Có đơn vị là m3/s, cm3/s, dm3/s.
□ Tiêu hao nhiên liệu theo khối lượng q (kg/J, g/MJ, g/kWh).
( 1. 10)

Chuyển đổi đơn vị: lg/MJ=3,6g/kWh=2,65g/m.l.h.
Hiệu suất của động cơ được đánh giá thông qua quá trình biến đổi
hóa năng thành cơ năng.

Hiệu suất biến đổi hóa năng thành cơ năng được xác định:
r
r
1
= — ỉ—
*1= — = —
Ph Hn .Q H n .q
Ph

10

-

(1.11)

Là hóa nâng của động cơ tỉnh trên một đơn vị thời gian.


Hn-

Là năng lượng riêng theo khối lượng của nhiên liệu.

Hn-

Cỏ đơn vị là J/kg hay MJ/kg.

Đối với các đơn vị thực tế hay dùng thì ta có:
1000

TI =

Hn -q

Với: H" (MJ/kẽ)> q

Hoặc:
TI = 77—
Hn -q

Với:

Hn

(MJ/kg), q (g/kWh).

1.3. ĐẶC TÍNH LÝ TƯỞNG CỦA ĐỘNG c ơ DỪNG TRÊN Ồ TÔ
VÀ KHUYNH HƯỚNG s ử DỤNG ĐỘNG c ơ ĐIỆN
1.3.1. Đặc tính ỉỷ tưởng của động cơ dùng trên ô tô
Đặc tính công suất lý tưởng của động cơ có dạng như sau:

Hình 1.4: Đặc tính công suât lý tưởng cùa các động cơ dùng trên ô tô.
Ở tốc độ e max của động cơ, ô tô sẽ đạt tốc độ cực đại theo yêu cầu,
còn tại giá trị Memax, ô tô sẽ đạt được độ dốc cực đại hay gia tốc chuyển
động cực đại. Tất nhiên, ô tô không thể cùng lúc leo được độ dốc cực đại
với vận tốc cực đại ( ứng với công suất P ’emax nào đó). Công suất cực đại
thực tế được chọn ở chế độ ( Memax, 00” max) và ở chế độ (IVƯmax, e max) và
ương khoảng hai chế độ này,công suất Pemax phải được duy trì không đổi.
Các động cơ dùng trên ô tô không có đặc tính lý tưởng như vậy, vì
thế trên xe luôn phải có hệ thống truyền lực với nhiều cấp số thay đổi.
11

ỉ .3.2. Khuynh hướng sử dụng động cơ điện
Ngày nay, động cơ điện cũng được dùng nhiều trên ô tô. Có nhiều
loại động cơ điện khác nhau, nhưng ở đây chúng ta chỉ tìm hiêu đường
đặc tính của động cơ điện một chiều vì chúng được dùng phổ biến trên ô
tô nhất. Trên ô tô thường dùng các động cơ điện kích từ nối tiếp, kích từ
song song và kích từ hỗn họp.
Sau đây là các đường đặc tính ngoài của các động cơ điện với các
kiểu kích từ khác nhau:
Me

Hình 1.5: Đặc tính ngoài của mômen đối với các loại động cơ điện một chiều.
Đường đặc tính của động cơ điện kích từ hỗn hợp (đường 1) sẽ là
trung bình giữa đặc tính của động cơ kích từ song song (đường 2) và nôi
tiếp (đường 3). Đặc tính của động cơ kích từ nôi tiêp có dạng hình
hypebol. Khi mômen (Me) tăng thì tốc độ góc (coe) giảm.
Qua so sánh ba đường đặc tính trên ta thấy, đặc tính của động cơ
điện kích từ nối tiếp là phù họp nhất bởi vì nó có dạng gần giống với đặc
tính lý tưởng của động cơ. Do đó, loại này được dùng phổ biến trên ô tô
nhất. Tuy nhiên, hiện nay trên ô tô, động cơ điện vẫn không được sử
dụng rộng rãi bởi các thiết bị điều khiển động cơ điện sẽ ảnh hưởng
nhiều đển khối lượng, thể tích, giá thành và hiệu suất của động cơ.
Phương pháp điều khiển phù họp nhất đối với động cơ điện một
chiều là thay đổi điện áp. Trên các ô tô sử dụng nguồn năng lượng là các
bình ẳc quy, sự thay đổi điện áp được thực hiện theo bậc bằng cách thay
đổi việc nối các ắc quy từ nối tiếp thành song song.
12

Hiện nay, thay đổi điện áp thường được thực hiện bằng một bộ biến
đổi điện áp kiểu xung dùng Tiristor. Lúc đó, bằng việc điều chỉnh thời
gian mở của Tiristor mà có thể thay đổi được điện áp đầu ra (thời gian
mở càng ngắn thì điện áp đầu ra càng giảm).
Hiệu suất biến đổi điện năng thành cơ năng khi toàn tải vào khoảng
0,85 - 0,95.
Ưu điểm của động cơ điện là dễ dàng thay đổi chiều quay (thay đổi
chiều chuyển động của ô tô) và thay đổi dòng năng lượng, nghĩa là dễ
dàng tiến hành phanh bằng động cơ hoặc biến động cơ thành máy phát
nạp năng lượng trả lại cho nguồn.
Ưu điểm thứ hai là động cơ điện hoàn toàn không gây ô nhiễm
môi trường.
Nhược điểm chính của các động cơ điện một chiều là bộ phận đảo
mạch (cổ góp điện) không cho phép làm việc ở số vòng quay quá cao (để
hạn chế lực ly tâm tác dụng lên các phiến đồng của cổ góp). Tần số góc
của loại động cơ này bị hạn chế ở mức 50 -ỉ-100 Hz.

13


Chương 2
sự TRUYÈN NĂNG LƯỢNG TRÊN XE
Mục đích: Chương này đề cập về quá trình truyền năng lượng từ
động cơ đến các bánh xe chủ động. Nó cho thấy mối quan hệ giữa lực và
vận tốc trong sự phụ thuộc vào đặc tính cho trước của động cơ và ứng
với trường hợp chuyển động ổn định hoặc không ổn định.
Mục tiêu: Sau khi học xong chương này, các sinh viên có khả năng:
❖

Trình bày được sơ đồ động học hệ thống truyền lực ở các loại ô tô.

❖

Giải thích được sự truyền và biến đổi năng lượng trong hệ thống
truyền lực.

❖

Trình bày được sự biến đổi năng lượng trong hệ thống chuyển động.

❖

Xác định được sự tổn hao năng lượng khi truyền năng lượng
trên xe.

2.1. S ơ ĐỒ ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG TRUYỀN Lực Ở CÁC
LOẠI Ô TÔ
Hệ thống truyền lực của ô tô bao gồm các bộ phận và cơ cấu nhằm
thực hiện nhiệm vụ truyền mômen xoắn từ động cơ đến các bánh xe chủ
động. Hệ thống truyền lực thường bao gồm các bộ phận sau:
— Ly hợp: ( viết tắt LH).
— Hộp số: (viết tắt HS).
— Hộp phân phối (hoặc hộp số phụ): (viết tắt HP).
— Truyền động các đăng: (viết tắt CĐ).
— Truyền lực chính: (viết tắt TC).
— Vi sai: (viết tắt VS).
— Bán trục (nửa trục): (viết tắt BT).
— Truyền lực cuối cùng: (viết tắt TCC).
Trên xe một cầu chủ động sẽ không có hộp phân phối. Ngoài ra, ở
xe tải với tải trọng lớn, trong hệ thống truyền lực sẽ có thêm truyền lực

cuối cùng.
15


Mức độ phức tạp của hệ thống truyền lực một xe cụ thể được thể
hiện qua công thức bánh xe. Công thức bánh xe được ký hiệu tổng quát
như sau:
a xb
a - là số lượng bánh xe.
b - là số lượng bánh xe chủ động.
Để đon giản và không bị nhầm lẫn, với ký hiệu trên, chúng ta quy
ước đối với bánh kép cũng chỉ coi là một bánh.
Thí dụ cho các trường hợp sau:
4 X 2: xe có một cầu chủ động (có 4 bánh xe, trong đó có 2 bánh xe
là chủ động).
4 X 4: xe có hai cầu chủ động (có 4 bánh xe v à cả 4 bánh đều chủ động).
X 4: x e

6

đó 4 bánh x e

có hai cầu chủ động, một cầu bị động (có
là chủ động).

6

bánh x e , trong

6 X 6: xe có 3 cầu chủ động (có 6 bánh xe và cả 6 bánh đều chủ động).

8 X 8: xe có 4 cầu chủ động (có 8 bánh xe và cả 8 bánh đều chủ động).
2.1.1. Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 4x2
2.1.

ỉ.ỉ. Động cơ đặt trước, cầu sau chủ động

Hình 2.1: Động cơ đặt trước, cầu sau chủ động (4 X 2).
Phương án này được thể hiện ở hình 2.1, thường được sử dụng ở xe
du lịch và xe tải hạng nhẹ. Phưcmg án bố trí này rất cơ bản và đã xuất
hiện từ lâu.
18


2.1.1.2. Động cơ đặt sau, cầu sau chủ động
Phương án này được thể hiện ở hình 2.2 thường được sử dụng ở
một sô xe du lịch và xe khách. Trong trường hợp này, hệ thông truyên
lực sẽ gọn và đơn giản vì không cần đến truyền động các đăng. Ở phương
án này có thể bố trí động cơ, ly hợp, hộp số, truyền lực chính gọn
thành một khối.

BT

Hình 2.2: Động cơ đặt sau, câu sau chủ động (4 X 2).
2.1.1.3. Động cơ đặt trước, cầu trước chủ động
Phương án này được thể hiện ở hình 2.3, thường được sử dụng ở
một số xe du lịch sản xuất trong thời gian gần đây. Cách bố trí này rất
gọn và hệ thống truyền lực đơn giản vì động cơ nằm ngang, nên các bánh
răng của truyền lực chính là các bánh răng trụ, chê tạo đơn giản hơn bánh
răng nón ở các bộ truyền lực chính trên các xe khác.

HS

Bĩ

Hmh 2.3: Động cơ ở trước, cầu trước chủ động.
17


2.1.2. Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 4x4
Phương án này được sử dụng nhiều ở xe tải và một số xe du lịch.
Hình 2.4 trình bày hệ thống truyền lực của xe du lịch VAZ - 2121 (sản
xuất tại CHLB Nga). Bên trong hộp phân phối có bộ vi sai giữa hai câu
và cơ cấu khóa bộ vi sai đó khi cần thiết.

<&BT
CĐ

)

-------------®—

TC
BT

-0
Hình 2.4: Hệ thống truyền lực của xe VAZ 2121.
1 - Cơ cấu khoá vi sai giữa hai cầu.
2 - Vỉ sai giữa hai cầu.
2.1.3. Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 6x4

Phương án này được sử dụng nhiều ở các xe tải có tải trọng lớn.
Trên hình 2.5 là hệ thống truyền lực 6 X 4 của xe tải KAMAZ - 5320
(sản xuất tại CHLB Nga). Đặc điểm cơ bản của cách bố trí này là không
sử dụng hộp phân phôi cho hai cầu sau chủ động, mà chỉ dùng một bộ vi
sai giữa hai cầu nên kết cấu rất gọn.
18


2.1.4. Bố trí hệ thống truyền lực theo công thức 6x6

Hình 2.6: Hệ thống truyền lực của xe URAL 375.
Phương án này được sử dụng hầu hết ở các xe tải có tải trọng lớn
và rất lớn. Một ví dụ cho trường họp này là hệ thống truyền lực của xe tải
URAL 375 (sản xuất tại CHLB Nga) ờ trên hình 2.6.
Đặc điểm chính của hệ thống truyền lực này là trong hộp phân phối
có bộ vi sai hình trụ để chia công suất đến các cầu trước, cầu giữa và cầu
sau. Công suất dẫn ra cầu giữa và cầu sau được phân phối thông qua bộ
vi sai hình nón (Như ở hình 2.5).
Ngoài ra có một số hệ thống truyền lực ở một số xe lại không sử
dụng bộ vi sai giữa các cầu như xe ZIL 131 ,ZIL 175 K,...

2.2. Sự TRUYỀN VÀ BIẾN ĐÓI NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ

THÓNG TRUYỀN L ự c
Quá trình truyền năng lượng từ động cơ đến khung xe (hoặc thân
xe) thông qua hệ thống truyền lực và hệ thống chuyển động sẽ xuất hiện
các hiện tượng sau:
- Thay đổi vận tốc (vận tốc góc hoặc vận tốc tịnh tiến) và mômen (hoặc lực).
- Một phần năng lượng truyền đi sẽ bị tiêu hao.
- Tích lũy năng lượng ở dạng động năng (do khối lượng của các chi

tiết trong hệ) và ở dạng thế năng (do tính đàn hồi của chúng)
19


Chúng ta khảo sát quá trình truyền năng lượng với các giả thuyết sau:
- Trường hợp truyền động đến nhiều bánh chủ động, giả thiết là sự
truyền năng lượng tới các bánh riêng biệt sẽ là như nhau, tức là đã coi chỉ
có một đường truyền năng lượng từ động cơ tới khung xe.
- Không để ý đến quá trình chuyển tiếp xảy ra khi đóng, tách ly họp
và khi chuyển số.
- Các đặc tính của động cơ và hệ thống truyền lực sẽ giữ nguyên khi
chuyển động ổn định và không ổn định.
- Khi chuyển động đều, giả thiết là không xảy ra tích lũy năng lượng
trong hệ, nghĩa là các phần tử trong hệ được coi là không có khối lượng
và cứng tuyệt đối (hệ bậc không).
Ở đây, chúng ta chỉ xét quá trình truyền năng lượng khi xe chuyến
động ổn định.
Với các giả thuyết trên, hệ thống động lực được vẽ đơn giản như ở
hình 2.7:
Ở ô tô, năng lượng được truyền từ động cơ đến các bánh xe chủ
động thông qua hệ thống truyền lực. Quá trình truyền và biến đổi năng
lượng được đặc trưng bởi các thành phần của công suất đầu vào Pe và
công suât đâu ra Pk, nghĩa là bởi vận tốc góc và mômen tương ứng:
Pc=M c®e
Pk =M kcob

Các mối quan hệ giữa các thông số M e,
đặc tỉnh truyền động.
Pk

(2.1)
M k,

coe, cob được gọi là các

- Công suất truyền đến các bánh xe chủ động.

■ to b Mk

Vận tốc góc của bánh xe chủ động.

- Mômen của các bảnh xe chủ động.

Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống động lực: Động cơ - Hộp sổ - Bảnh xe.
Mặt khác, đê thê hiện các mối quan hệ chức năng ở truyền động,
chúng ta sử dụng các khái niệm sau:
20


Tỷ số truyền động học (truyền vận tốc):
• -

1

-

03 e

V (ừ,

( 2 .2)

n e

nh

it - Tỷ sổ truyền của hệ thống truyền lực, thường dùng ở
truyền động có cấp.
V - T ỷ sổ truyền dùng trong hệ thong truyền động thủy lực.
ne - số vòng quay của động cơ
nb - Sổ vòng quay của bảnh xe.
Theo kết cấu của hệ thống truyền lực thì tỷ số truyền it còn được
tính theo công thức sau:
h —Ihlplok

(2.3)

ih - Tỷ sổ truyền của hộp số.
i p - Tỷ số truyền của hộp sổ phụ (hoặc hộp phân phổi).
i0 - Tỷ sổ truyền của truyền lực chỉnh.
\C- T ỷ số truyền của truyền lực cạnh (truyền lực cuối cùng).
• Tỷ số truyền mômen:
M„

(2.4)

ae = ■

Hiệu suất của truyền động (với giả thiết hệ là bậc không):
p„

pe

ri = —

=

M.co,,
L
Mecoe

ae
i,

= a e .v = —

(2.5)

Ở trường hợp đang xét, r\ chính là hiệu suất của hệ thống truyền lực.
Xét về mặt kết cấu của hệ thống truyền lực, hiệu suất r\ còn được
tính như sau:
Tl=,nmhTipTicđTloTlc

(2.6)

T)1- Hiệu suất của ly hợp.
T)h - Hiệu suất của hộp số.
TỊp —Hiệu suất của hộp sổ phụ (hoặc hộp số phân phối).
ĩ| cd - Hiệu suất của các đăng.
21

Tì o - Hiệu suất của truyền lực chinh.
r| c - Hiệu suất của truyền lực cạnh.
Trong trường hợp tổng quát, khi truyền động qua một cơ cấu truyền
động với các thông số đầu vào là tDj, M i , Pi và các thông số đầu ra co2,
M2 , P2 , ta có:
P i = M ị © ! ; P 2- M 2
( 2 . 7)

(ùị , co2- Vận tốc góc ở đầu vào và đầu ra.
M i , M 2P i, P2

Mômen ở đầu vào và đầu ra.

— Công suất ở đầu vào và đầu ra.

Các đặc tính truyền động được thể hiện bàng mối quan hệ giữa các
thông số ©i , M ị.
Khi cần biểu thị các quan hệ chức năng trong truyền động, người ta
sử dụng các khái niệm sau:
• Tỷ số truyền động học (truyền vận tốc):

ỉ = -—= —
V

(2.8)

co2

i - Tỷ sổ truyền của cơ cấu, dùng ở truyền động có cấp.
V - T ỷ s ố truyền của cơ cấu, dùng ở truyền động thủy lực.
• Tỷ số truyền mômen:
ae =

M2
M,

(2.9)

Hiệu suất của truyền động (với giả thuyết hệ là bậc không) ta có:
Tì =

P,
—

-

p,

M.CỪ,

= - —

- = a e .v =

M,®!

as
i

(2 . 10)

Các đặc tính truyền động thường được biểu thị theo hai nhóm:
Nhóm thứ nhất là các đặc tính không thứ nguyên, đó là các quan hệ
a s ( v ) v à q( v) .
Hình 2.8 mô tả đặc tính không thứ nguyên của hộp số có cấp với i
thay đôi gián đoạn (hình a) và biến mô thủy lực vói V thay đổi liên tục
(hình b).
22


Hình 2.8: Đặc tính truyền động không thứ nguyên,
a - Hộp sổ có cấp. b - Biến mồ thủy lực.
Nhóm thứ hai của đặc tính truyền động biểu thị mối quan hệ giữa
các thông số đầu vào (ừị, Mi (được gọi là đặc tính vào) và các thông số
đầu ra ©2, M2 (được gọi là đặc tính ra). Thông thường chúng được xây
dựng ở dạng tốc độ của mômen M( © ).

Hình 2.9: Đặc tỉnh ra và đặc tính động học.
a - Hộp số có cấp. b - Biến mô thủy lực một cấp.

23


Chúng ta thường quan tâm tới các đặc tính ra, vì thế chúng thường
được xây dựng kết hợp với sự làm việc của động cơ theo đặc tính ngoài.
Hình 2.9 biểu diễn đặc tính ra và đặc tính động học (được hiểu là
các quan hệ co, ( co2) hay r| ( C02)) trong trường họp hộp số có cấp (hình a)
và biến mô thủy lực một cấp (hình b).

Các đặc tính ra được xác định từ các đặc tính vào và khi cho trước
các đặc tính không thứ nguyên. Chúng ta tiến hành theo phương pháp sau:
Chúng ta xác định một điểm của đặc tính vào cho trước (Mi , (0,)
khi đó điểm tương ứng của đặc tính ra sẽ có toạ độ:
M 2 = as.M,
co2 = v.co, = —
i

(2.11)

Trong hệ thống truyền lực cơ khí, mối liên quan giữa đầu vào và
đầu ra là cứng, bởi vậy ứng với một điểm đầu vào ta có một điểm đầu ra
một cách rõ ràng.
Trong hệ thống truyền lực có sử dụng ly họp thủy lực hoặc biến mô
thủy lực, quan hệ giữa đầu vào và đầu ra là tự do và nó phụ thuộc vào các
đặc tính của cụm truyền động thủy lực đó. Chúng thường được cho ở
dạng đặc tính không thứ nguyên íe ( V) , ri(v).

2.3. S ự BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG
CHUYỂN ĐỘNG
Hệ thống chuyển động là cụm truyền động giữa bánh xe với .mặt
đường. Ở trường họp này, chúng được coi là cụm biến đổi bậc không,
nghĩa là ta không để ý đến khối lượng và biến dạng của nó.
Công suẩt của bánh xe chủ động được thể hiện qua Mk và (0b. Nhờ
có Mk tại bánh xe chủ động và nhờ sự tiếp xúc giữa bánh xe với mặt
đường nên đã phát sinh phản lực Fk từ mặt đường tác dụng lên bánh xe
hướng theo chiều chuyển động của xe. Phản lực này chính là lực kéo tiếp
tuyên của bánh xe chủ động.
Như vậy, hệ thống chuyển động đã biến đổi chuyển động quay của
bảnh xe thành chuyển động tịnh tiến của xe. Tức là biến đổi mômen M|C

và vận tốc góc cob trên trục bánh xe thành lực kéo Fk của bánh xe và vận
tốc tịnh tiến V.
24


Quan hệ giữa các thông số vừa nêu được thể hiện:
x: _ M k _ M eitr i _ M eihipi0icT1
* k~

~
rb

T ị , - Bán

V-

—
rb

(2.12) v _ ri0)b(2.13)

rb

kính tính toán (bán kính làm việc trung bình) của bánh xe.

Vận tốc tịnh tiến thực tể.

ĩ) - Bán kính lăn của bảnh xe (trình bày ở mục 3.1.5).
Trong thực tế, có thể coi rb = const, còn n * const, vì 0 phụ thuộc
vào nhiều yếu tố, ví dụ: tải trọng, vận tốc... nên từ (2.12) và (2.13) cho

thấy rằng hệ thống chuyển động biến đổi lực với một tỉ lệ không đổi,
nhưng sự truyền vận tốc không phải là ổn định. Khi xe chuyển động ở
đường tốt và với vận tốc lớn. có thể xem p = rb. Trên đường xấu và với
vận tốc nhỏ, n * rb, lúc này chúng ta phải cân nhắc đến sự trượt giữa
bánh xe với mặt đường.
Sự phụ thuộc (hay đồ t hị ) Fk(v) được gọi là đặc tính ra hay đặc tính
kéo của bánh xe chủ động, nó có dạng tương tự như đặc tính ra của hệ
thống truyền lực.
Sự phụ thuộc C0b(v) được gọi là đặc tính động học của bánh xe
chuyển động.

2.4. S ự TỎN HAO NĂNG LƯỢNG KHI TRUYỀN NĂNG
LƯỢNG TRÊN XE
Khi truyền năng lượng từ động cơ đến khung xe sẽ có một phần
năng lượng biến đổi thành nhiệt năng không thê thu hồi được. Giá trị này
cần phải biết khi tính toán thiết kế bởi hai lý do sau:
- Nhằm xác định công suất sử dụng dùng để truyền động ô tò ứng
với công suất đã cho của động cơ. Hoặc ngược lại để xác định công suất
yêu cầu của động cơ ứng với yêu câu năng lượng của xe đã cho.
- Nhằm xác định các yêu cầu làm mát, đảm bảo cho hệ thống làm
việc bình thường.
Các tổn thất được biểu thị về mặt định lượng bởi công suất tổn hao
p hay mômen tổn hao M Ỵ. Tuy vậy, người ta thường biểu thị bằng các
hệ số không thứ nguyên là hiệu suất TI hoặc hệ số tổn hao y .
Mối quan hệ giữa các đại lượng:
P Y= P e- P k
25


(2.14)

Y p.

M,

y = h =L = ĩ±
pe
pe

-TI

T1 = l - Ỵ

Công việc tính toán tổn hao dựa ừên cơ sở kinh nghiệm và định
hướng, bởi vậy nó luôn là gần đúng. Muốn xác định chính xác, chỉ có thể
bằng thực nghiệm. Khi tính tổn hao, ta tiến hành riêng cho từng bộ phận.
Tổng tổn hao được xác định theo nguyên tắc các tổ họp mắc nối tiếp nhau.
Cần lưu ý rằng, ở truyền động cơ khí chỉ có tổn hao về mômen mà
không có tổn hao về vận tốc.
Tổn hao ở truyền động cơ khí không những không phụ thuộc vào
kết cấu, ma sát giữa các bề mặt của các chi tiết, sơ đồ động học, mà còn
phụ thuộc vào mômen truyền, vận tốc, độ nhớt và nhiệt độ của dầu bôi ứơn...
Trong tính toán, người ta chia các tổn hao thành các phần như sau:
- Tổn hao trong truyền động cơ khí với liên kết cứng: hộp số, hộp số
phụ, khớp các đăng, truyền lực chính...
- Tổn hao trong truyền động thay đổi liên tục: ly hợp thủy lực, biến
mô thủy lực.
- Tổn hao trong các thiết bị điều khiển: mạch dầu trong hệ thống
sang số...
- Tổn hao trong hệ thống chuyển động.

>

Tổn hao trong truyền động cơ khí có thể lựa chọn một cách định
hướng như sau:
+ Ở bánh răng ăn khớp ngoài: 7 = 1,5 + 2%.
+ Ở bánh răng ăn khớp trong: 7 = 1 + 1,5%.
+ Ở bánh răng nón: 7 = 2 + 3%.
+ Ở bánh răng hybôit: 7 = 3 + 5%.
+ Ở bộ bánh răng hành tinh và trục vít: được tính toán từ các thông
số của bộ truyền động.

28