Thiết lập quy trình tính toán kéo xe con

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

PHẠM TUẤN ANH

THIẾT LẬP QUY TRÌNH TÍNH TOÁN KÉO XE CON

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Kỹ thuật Cơ khí động lực

Hà Nội – Năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

PHẠM TUẤN ANH

THIẾT LẬP QUY TRÌNH TÍNH TOÁN KÉO XE CON

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Kỹ thuật Cơ khí động lực

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS VÕ VĂN HƯỜNG

Hà Nội – Năm 2013

1
MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................ 3
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...................................................................... 5
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................... 7
Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE CON............ 9
1.1. Sơ đồ hệ truyền lực xe con ..................................................................... 9
1.2. Các dạng sơ đồ hộp số ......................................................................... 14
1.3. Các thiết kế cơ bản ............................................................................... 17
Chương 2CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN CHIA TỶ SỐ TRUYỀN HỆ TRUYỀN
LỰC Ô TÔ ....................................................................................................... 21
2.1. Nhiệm vụ hệ truyền lực ô tô................................................................. 21
2.2.Cơ sở chọn tỷ số truyền hệ truyền lực xe con ....................................... 24
Chương 3 CƠ SỞ XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH SỨC KÉO Ô TÔ ......................... 38
3.1. Đặc tính động cơ đốt trong................................................................... 38
3.1.1. Phương pháp Jazar [5]................................................................... 39
3.1.2. Tính theo Le-đec-man có hiệu chỉnh ............................................ 41
3.1.3. Tính theo Le-đec-man hiệu chỉnh theo [6] .................................. 42
3.2. Tính toán sức kéo ô tô .......................................................................... 45
3.2.1. Tính toán kéo hệ truyền lực thường .............................................. 45
3.2.2. Tính toán sức kéo với hộp số thủy cơ ........................................... 46
Chương 4 TÍNH TOÁN SỨC KÉO XE CON ................................................... 48
4.1. Đặc tính động cơ và các phương án chọn tỷ số truyền ........................ 48
4.1.1. Đường đặc tính ngoài động cơ ...................................................... 48
4.1.2. Các phương án tính chọn tỷ số truyền .......................................... 49
4.2. Các phương án tính toán ...................................................................... 53
4.2.1. Tính toán kéo hộp số 4 tay số ....................................................... 53
4.2.2. Tính toán kéo hộp số 5 tay số ....................................................... 58

2
KẾT LUẬN ...................................................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 64


3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
a, b, c, a’, b’, c’: Các hệ số đặc tính động cơ
Fk,id: Đặc tính kéo lý tưởng
Fke: Đặc tính động cơ sinh ra
η: Hiệu suất
i0: Tỷ số truyền lực chính
iv: Tỷ số truyền biến mô
ip: Tỷ số truyền hộp số phụ
ij: Tỷ số truyền hộp số chính
m: khối lượng ô tô
fr: Hệ số cản lăn
αft: góc dốc
ρn: Mật độ không khí
Cn: Hệ số khí động
A: Diện tích cản không khí
BM: Biến mô
H: Số cao
Me: Mô men động cơ
Pe: Công suất động cơ
ne: Công suất động cơ
Ka; Hệ số thích ứng của mô men
Ke; Hệ số số vòng quay
nn: Số vòng quay tại công suất max

4
λ: Hệ số ảnh hưởng của các chi tiết quay đến khối lượng
γPe: Hệ số sử dụng công suất
αchung: Hệ số toàn miền
αi: Tỷ số truyền trong
αhs: Tỷ số truyền hộp số
z: Số tay số
α1, α2, α3: Các bước nhảy
Fk(v): Đặc tính kéo
D(v): Nhân tố động lực học
a(v): Đặc tính gia tốc
MT: Mô men tua bin
MB: Mô men bơm
ZF: Tên hãng


5
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1a. Sơ đồ hệ thống truyền lực xe con .................................................... 9
Hình 1.1b. Sơ đồ Hệ thống truyền lực xe con đặt trước cầu trước ................ 10
Hình 1.2. Các hộp số cơ khí có cấp (z) ........................................................... 12
Hình 1.3. Hộp số thủy cơ................................................................................. 12
Hình 1.4. Hộp số vô cấp .................................................................................. 13
Hình 1.5. Hệ truyền lực lai/ Hybrid transmission system ............................... 13
Hình 1.6. Sơ đồ hệ truyền lực chung ............................................................... 14
Hình 1.7. Bố chung hệ truyền lực xe con (a,b,c,d,e,f)..................................... 15
Hình 1.8. Hệ truyền lực bố trí hỗn hợp ........................................................... 15
Hình 1.9. Cầu sau chủ động ............................................................................ 16

Hình 1.11. Sơ đồ cơ bản hộp số trục cố định .................................................. 17
Hình 1.12. Cụm cơ bản hộp số cơ khí có trục................................................. 18
Hình 1.13. Cặp hành tinh và tỷ số truyền ....................................................... 19
Hình 1.14. Hộp số Wilson(a) và Simpson (b). ............................................... 19
Hình 1.15. Phương án thiết kế số lùi .............................................................. 20
Hình 2.2. Đường đặc tính kéo lý tưởng và thực tế .......................................... 22
Hình 2.3. Đặc tính kéo thực tế (4 số) và đặt tính kéo lý tưởng ....................... 22
Hình 2.4. Đặc tính động cơ và đặc tính kéo của xe ........................................ 26
Hình 2.5. Đặc tính động và các điểm là việc lý tưởng.................................... 27
Hình 2.6. Sơ đồ xác định số tay số .................................................................. 28
Hình 2.7a. Đặc tính công suất ........................................................................ 33
Hình 2.7b. Biểu đồ vận tốc và lực kéo ............................................................ 34
Hình 2.8. Đặc tính kéo .................................................................................... 34
Hình 2.9. Quan hệ vận tốc-số vòng quay động cơ với tỷ số truyền ................ 36
Hình 2.10. Quan hệ công suất khi chọn tỷ số truyền lực cuối

iA,min .............. 36

Hình 2.11. Đặc tính mô men của ô tô ............................................................. 37


6
Hình 3.1. Đặc tính động cơ ............................................................................. 38
Hình 3.2. Đồ thị đặc tính biến mô [kt: v/phut)/(Nm)1/2] ............................... 46
Hình 3.3. Đặc tính của động cơ đốt trong ...................................................... 47
Hình 4.1. Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ .................................................. 48
Hình 4.2. Đồ thị đặc tính lý tưởng xác định nk ............................................... 49
Hình 4.3. Đồ thị đặc tính công suất kéo 4 tay số ............................................ 53
Hình 4.4. Đồ thị đặc tính lực kéo 4 tay số ...................................................... 54
Hình 4.5. Đồ thị nhân tốc động lực học 4 tay số ............................................ 55

Hình 4.6. Đồ thị gia tốc xe 4 tay số................................................................. 56
Hình 4.7. Đồ thị gia tốc nghịch đảo 4 tay số .................................................. 57
Hình 4.8. Đồ thị đặc tính công suất kéo 5 tay số ............................................ 58
Hình 4.9. Đồ thị đặc tính lực kéo 5 tay số ...................................................... 59
Hình 4.10. Đồ thị nhân tố động lực học 5 tay số ............................................ 60
Hình 4.11. Đồ thị gia tốc 5 tay số ................................................................... 61
Hình 4.12. Đồ thị gia tốc nghịch đảo 5 tay số ................................................ 62


7

LỜI NÓI ĐẦU
Hệ thống động lực ô tô là hệ thống tạo ra lực kéo và công suất cho các
bánh xe chủ động, bảo đảm lực kéo đủ lớn để khởi động, lên dốc, tăng tốc
trong các điều kiện vận hành khác nhau. Hệ thống động lực gồm động cơ đốt
trong và hệ truyền lực. Hệ thống truyền lực, bao gồm Ly hợp/ Biến mô, hộp
số chính phụ, các đăng, cầu xe, truyền lực cạnh. Hệ thống truyền lực là hệ
thống quan trọng; nó đa dạng nên rất phức tạp. Đề tài “Thiết lập quy trình tính
toán kéo xe con” có mục tiêu nghiên cứu lựa chọn phương pháp xác định tối
ưu tỷ số truyền hệ truyền lực và đề xuất tiến trình thiết kế (Algoritmus) nhằm
giúp học viên, kỹ sư trẻ nắm được quy trình thiết kế. Thiết kế Hệ thống truyền
lực có hai vấn đề cơ bản:
(i)

Thiết kế động lực học và tính toán chọn động cơ, xây dựng tỷ số
truyền hệ truyền lực;

(ii)

Xác định tỷ số truyền hệ truyền lực;

(iii)

Tính toán sức kéo bằng MatLab.

Trong khuôn khổ của luận văn cao học hạn chế về thời gian, đề tài
“Thiết lập quy trình tính toán kéo xe con” chỉ trình bày các vấn đề sau:
(i) Cơ sở xác định đặc tính và phương pháp chọn động cơ cho ô tô ;
(ii) Cơ sở lý thuyết chọn số tay số theo Jante và phương pháp chọn tỷ số
truyền theo phương pháp hiệu chỉnh hỗn hợp.
Đề tài “Thiết lập quy trình tính toán kéo xe con” được thực hiện tại Bộ
môn Ô tô của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội trong khuôn khổ một luận
văn Thạc sỹ kỹ thuật. Trong khi làm đồ án, được sự giúp đỡ của PGS.TS Võ
Văn Hường, tác giả đã có nhiều cố gắng để hoàn thành các nhiệm vụ đề ra.
Tuy vậy, do năng lực hạn chế và chưa có kinh nghiệm nên luận văn có thể


8
còn hạn chế. Tác giả mong được sự đóng góp của các thầy để bản luận văn
hoàn chỉnh hơn.
Tác giả

Phạm Tuấn Anh


9
Chương 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE CON
1.1. Sơ đồ hệ truyền lực xe con
Xe con là đối tượng phải cạnh tranh khốc liệt trên thị trường quốc tế. Vì

vậy, khi thiết kế phải bảo đảm tối đa những yêu cầu kỹ thuật hiện hành. Đặc
biệt đối với xe con thì hệ thống truyền lực có ý nghĩa to lớn nhằm bảo đảm
khả năng động lực học. Thứ nhất là khả năng tăng tốc. Trong sơ đồ 1.1a và
1.1b là hai sơ đồ bố trí điển hình.
Trong sơ đồ 1.1a là hệ truyền lực xe con hai cầu chủ động, động cơ đặt
dọc phía trước, kế tiếp là hộp số, đến hộp phân phối và vi sai giữa truyền mô
men ra cầu trước và cầu sau. Đây là một dạng truyền lực đặc trưng có khả
năng truyền hết mô men và đạt được khả năng gia tốc lớn.
Hình 1.1b động cơ dọc đặt trước cầu tạo không gian sử dụng hiệu quả
hơn. Hệ truyền lực xe con có yêu cầu lớn về vận tộc cực đại và khả năng tăng
tốc lớn. Vì vậy nó có yêu cầu riêng về bố trí chung nhằm bảo đảm các yếu cầu
đặc trưng.

Hình 1.1a. Sơ đồ hệ thống truyền lực xe con


10

Hình 1.1b. Sơ đồ Hệ thống truyền lực xe con đặt trước cầu trước
Hệ thống truyền lực gồm các cụm sau:
(1)

Ly hợp ma sát hoặc biến mô thủy lực BM: bảo đảm điều kiện khởi

động vì động cơ không làm việc ở số vòng quay thấp. Nó còn là khớp mềm
bảo đảm cho hệ thống truyền lực an toàn. Đồng thời là cơ cấu gài số.
(2) Hộp số chính (trục cố định hoặc trục quay hành tinh), là cơ quan sang
số thường xuyên trong miền số cao và miền số thấp, có nhiệm vụ thay đổi mô
men và số vòng quay của động cơ cho phù hợp yêu cầu sử dụng;
(3) Hộp số phụ: Trong nhiều trường hợp miền lực kéo lớn, không thể thiết

kế nhiều tay số làm cho hộp số chính làm cho hộp số cồng kềnh, khó sang số
và tổn hao công suất, người ta thiết kế hộp số phụ sau và trước cho xe tải,
thường là 2 số, có một số truyền thẳng nhằm tăng gấp đôi số tay số mà hộp số
vẫn gọn gàng. Hộp số phụ tạo ra hai miền vận tốc là miền vận tốc cao (H) và
thấp (L). Hộp số phụ thường sang số một lần trong một miền làm việc.
(4) Các đăng: Nối các cụm trong hệ truyền lực với nhau;


11
(5) Cầu xe: Truyền lực chính và vi sai, thay đổi hướng truyền mô men.
Trong các ô tô cơ điện tử, vi sai có điều khiển có nhiệm vụ phân phối mô men
ra các cầu,các bánh xe một cách hợp lý theo điều kiện chuyển động.
(6) Hộp phân phối: chia mô men ra các cầu chủ động, vi sai giữa. Vi sai
giữa có nhiệm vụ phân phối mô men theo tỷ lệ nhất định giữa 2 cầu.
Tổng quan về các hộp số: Người ta thường phân loại hộp số theo hai cách:
- Về cấu trúc
- Phương thức gài số
Về cấu trúc:
- Hộp số có trục cố định
- Hộp số có trục quay (hành tinh)
Trong đó hộp số cố định có trục cố định. Có thể có hai hoặc 3 trục
Về sang số:
- Sang số bằng tay (MT)
- Sang số bán tự động (AT)
- Sang số bán tự động (EAT)
Ngoài ra, người ta còn phân loại theo hộp số có cấp và vô cấp: Hộp số cơ
khí là loại có cấp. Trong đó hộp số trục cố định mỗi một số là một cặp bánh
răng, do vậy, hộp số cồng kềnh (dài) khó bố trí cho con. Hộp số hành tinh,
một cặp bánh răng hành tinh có thể tạo ra 6 số (có một số không dùng được)
vì vậy người ta có thể kết hợp hai bộ hành tinh với nhau để có thể có một dãy

tỷ số truyền hợp lý. Hộp số có đặc điểm là ngắn, gọn nhẹ dễ dàng điều khiển
bằng đóng ngắt phanh, ly hợp. Dễ dàng thiết kế hộp số tự động. Trên thực tế
có 3 loại hộp số hành tinh cơ bản: Simpson, Wilson, Ravigneaux. Đặc biệt đối
với máy kéo, cấu trúc hộp số cực kỳ phức tạp. Phải tạo ra nhiều miền số khác
nhau. Hộp số có nhiều hộp số phụ.


12
Trong phần này các cấu trúc hộp số được phân tích, hệ thống nhằm nếu
các cơ sở khi quyết định lựa chọn trong thiết kế. Hình (2.1) là các hộp số cơ
khí có cấp (a,b,c.d,e).

Hình 1.2. Các hộp số cơ khí có cấp (z)
Hình 1.2 (f,g,h) là các hộp số thủy cơ, gồm biến mô thủy lực và hộp số
cơ khí, thường là hộp số hành tinh. Biến mô thủy lực một cấp có thể tăng mô
men lên 2,1 lần; tạo ra đặc tính gần giống đặc tính của ô tô. Hộp số hành tinh
là hộp số có cấp, trục quay, bánh răng luôn ăn khớp, có chiều dài ngắn nên có
độ cứng vững cao, dễ bố trí, dễ điều khiển vào số thông qua các phanh giải và
các ly hợp. Sự kết hợp biến mô với hộp số hành tinh, gọi là hộp số thủy cơ,
tạo ra hộp số tự động với tỷ số truyền thay đổi.

Hình 1.3. Hộp số thủy cơ
Hình 1.3 là hộp số thủy cơ vô cấp, gồm một biến mô thủy lực đặt trước,
sau đó là hộp số hành tinh có cấp và một bộ truyền đai (hình 1.3 j). Hộp số
này có ba bộ phận, phần đầu (biến mô) và sau (truyền đai) tạo ra tỷ số vô cấp,


13
còn phần giữa (hành tinh) tạo các cấp để tăng tỷ số truyền cho cả hệ vì biến
mô và truyền đai có tỷ số truyền hạn chế. Hình (1.3 i) là sự kết hợp giữa một

bộ truyền hành tinh và bơm pít tông để tạo ra đặc tính gần lý tưởng cho xe.
Loại này thường thấy cho các xe chuyên dụng có bánh xe truyền lực độc lập.
Hình (1.4 k) là một bộ truyền bánh răng quay, tựa như truyền đai.

Hình 1.4. Hộp số vô cấp
Hình 1.5 là hộp số lai (Hybrid transmission system); hỗn hợp. Hộp số (l)
gồm một động cơ điện, sau đó là hộp số hành tình đến một hộp số cơ khí
thông thường. Hình (1.5 m) sử dụng một máy phát, sau đó là bộ hành tinh và
một động cơ điện.

Hình 1.5. Hệ truyền lực lai/ Hybrid transmission system


14

Hình 1.6. Sơ đồ hệ truyền lực chung
Hệ truyền lực tổng quát có thể xem sơ đồ 1.6, gồm Ly hợp ma sát LH (có
thế thêm Biến mô thủy lực MB); Hộp số phụ đặt trước; Hộp số chính; Hộp số
phụ sau; hộp phân phối (1); cầu chủ động (2); truyền lực cạnh (3). Với xe tải
cỡ lớn, hệ truyền lực đầy đủ các khâu; với xe con chỉ như sơ đồ hình 1.1.
Sau đây hai vấn đề cơ bản được trình bày: (i) cơ sơ lý thuyết phân chia tỷ số
truyền trong hệ truyền lực và (ii) cơ sở chọn sơ đồ cấu trúc khi thiết kế.
1.2. Các dạng sơ đồ hộp số
Bố trí hệ truyền động cho ô tô là sắp xếp vị trí của động cơ, hộp số trong
xe.
Động cơ có thể có các cách bố trí như sau:
(i)

Động cơ đặt trước hoặc đặt sau

(ii)

Động cơ đặt dọc hay đặt ngang

(iii)

Động cơ đặt trước hay sau hộp số

(iv)

Cầu trước hay cầu sau chủ động

(v)

Bốn bánh chủ động

(vi)

Hộp số đặt dọc hay đặt ngang.

Hình 1.7 là dạng bố trí động cơ và hộp số đặt trước (a,b,c,d,e,f). Trường
hợp (a) có động cơ đặt trước dọc, hộp số đặt dọc sau cầu; trường hợp (b) hộp


15
số và động cơ đổi vị trí cho nhau; trường hợp (c) động cơ đặt dọc trước, hộp
số đặt dọc liền và cầu xe nằm dưới; trường hợp (d) động cơ và hộp số đặt
ngang liền một dãy nằm trước cầu; trường hợp (e) động cơ và hộp số đặt song
song ngang phía trước cầu còn trường hợp (f) cũng như vậy nhưng động cơ và
hộp số nằm sau cầu xe.

Hình 1.7. Bố chung hệ truyền lực xe con (a,b,c,d,e,f)
Hình 1.8 là loại bố trí hỗn hợp. Trường hợp (g) động cơ hộp số đặt dọc
liền nhau phía trước và cầu sau chủ động; trường hợp (h) động cơ dọc đặt
trước, hộp số dọc nằm trước cầu và cầu sau chủ động; trường hợp (i) chỉ khác
(h) là hộp số đặt sau cầu chủ động.

Hình 1.8. Hệ truyền lực bố trí hỗn hợp


16

Hình 1.9. Cầu sau chủ động
Hình 1.9 là loại bố trí cầu sau chủ động; động cơ hộp số đặt sau. Trường
hợp (j) động cơ đặt dọc sau hộp số đặt dọc; trường hợp (k) ngược lại (j) động
cơ đặt sau hộp số; trường hợp (m) giống (k) nhưng hộp số dặt ngang; trường
hợp (l) động cơ dọc trước hộp số đặt dọc và chúng nằm trước cầu chủ động;
trường hợp (n,o) động cơ và hộp số nằm ngang trước hoặc sau cầu chủ động.
Hình 1.10 là các sơ đồ bố trí 4WD có vi sai phân mô men. Trong các hệ
này bộ vi sai bánh răng hành tinh hoặc vi sai trục vít có thể phân mô men ra
các cầu theo tỷ lệ mong muốn, thường là 50:50% cho đến 33:67%. Trường
hợp (a) động cơ đặt trước dọc; trường hợp (b) động cơ và hộp số đặt trước
ngang; trường hợp (c) giống (a) nhưng động cơ và hộp số đặt sau cầu chủ
động; trường hợp (d,e) động cơ và hộp số đặt dọc sau còn trường hợp (f) động
cơ hộp số đặt dọc trước cầu sau.


17

Hình 1.10. Hệ truyền lực 4WD

1.3. Các thiết kế cơ bản

Hình 1.11. Sơ đồ cơ bản hộp số trục cố định
Hộp số có cấp thường là (i) hộp số có trục cố định và (ii) hộp số hành
tinh (trục quay). Hộp số có trục cố định có ba dạng cơ bản như hình (1.11).
Đó là (i) loại hai trục, (ii) loại 3 trục và (iii) loại nhiều trục đa cấp.Trong hình
(1.12) trình bày sự khác nhau giữa hộp số hành tình (trục quay) và hộp số trục
cố định. Hình (1.12) phải là sơ đồ hộp số hành tinh: zS là bánh răng mặt trời;
zH là bánh răng ngoại vi, zP là bánh răng hành tinh.


18

.
Hình 1.12. Cụm cơ bản hộp số cơ khí có trục
Hộp số có trục cố định thường 2 hoặc 3 trục cố định. Loại 2 trục thì một
trục mô men vào và một trục mô men ra, mô men vào ra khác chiều. Loại 3
trục có một trục trung gian, một trục vào nối với bánh đà qua ly hợp và một
trục ra đồng trục, có thể tạo ra số truyền thẳng; mô men vào ra cùng chiều.
Loại hỗn hợp có 3 trục không đồng trục tạo ra mô men khác chiều.
Hộp số hành tinh (hình 1.13) thường có 3 hoặc nhiều bánh răng: mặt
trời, hành tinh và bánh răng ngoại vi. Khung hành tinh với các bánh răng hành
tinh quay quanh trục của bánh răng mặt trời. Cụm hành tinh có 3 bậc tự do.
Để truyền được mô men ta phải khóa 1 bậc, còn 2 bậc thì một phần tử truyền
mô men vào còn một cho mô men ra. Như vậy một cặp hành tinh có thể tạo ra
9 tỷ số truyền khác nhau, cả tỷ số truyền âm. Tỷ số truyền phụ thuộc số răng
của các cặp bánh răng. Do đó không phải tất cả các tỷ số truyền trong đó có
thể sử dụng được; trong thực tế người ta phải ghép nối 2 hay nhiều cặp hành
tinh để có các bộ tỷ số truyền phù hợp cho ô tô. Ba loại bánh răng trong bộ
hành tinh liên kết với nhau, tùy theo phần tử nào cố định mà ta có các tỷ số

truyền khác nhau. Nếu không có phần tử nào bị khóa thì bộ truyền hành tinh
làm việc theo chế độ vi sai. Với một cặp ba bánh răng luôn ăn khớp, ta có thể


19
tạo ra 6 tỷ số truyền khác nhau, như vậy bánh răng hành tình tao ra sự mền
dẻo trong chọn tỷ số cho hộp số. Việc khóa các phần tử thực hiện tử các
phanh hoặc ly hợp khóa, thuận lợi cho tự động vào số, không gây ồn và hộp
số có chiều dài ngắn. Hình (1.14) sơ đồ kết hợp các cặp hành tinh để có hộp
số Wilson(a) và Simpson (b).

Hình 1.13. Cặp hành tinh và tỷ số truyền

Hình 1.14. Hộp số Wilson(a) và Simpson (b).
Thiết kế số lùi:


20
Nguyên tắc số lùi là chiều quay của mô men ra khác chiều mô men vào.
Vì vậy thường phải thiết kế bộ bánh răng đảo chiều để tạo ra số lùi. Hình
(1.15) là một số phương án đảo chiều quay.

Hình 1.15. Phương án thiết kế số lùi


21
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN CHIA TỶ SỐ TRUYỀN
HỆ TRUYỀN LỰC Ô TÔ
2.1. Nhiệm vụ hệ truyền lực ô tô

Hầu hết các ô tô ngày nay đều được truyền động bằng động cơ đôt trong:
động cơ xăng hoặc động cơ Diesel. Động cơ đốt trong có nhiều ưu điểm như
tỷ lệ công suất - khối lượng lớn (công suất riêng), hiệu suất tương đối cao, dễ
tích tụ năng lượng. Tuy vậy nó có ba hạn chế sau:
(i)

Không như động cơ hơi nước hoặc động cơ điện, động cơ đốt trong
không cho mô men khi số vòng quay thấp; không có khả năng cấp
mô men khi khởi động.

(ii)

Công suất lớn nhất chỉ đạt được tại một số vòng quay nhất định;
công suất cực đại không cùng số vòng quay với mô men cực đại.

(iii)

Tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc nhiều vào các điểm làm việc của động
cơ.

Với một công suất cực đại Pmax, ta đạt một vận tốc v, tương ứng lực
kéo Fk ,id . Trong toàn miền ta có đặc tính xe lý tưởng

Fk ,id  ( Pmax / v)

(2.1)

Nếu biểu thị trên đồ thị thì đặc tính đó là một Hyperbol. Lực kéo mà động
cơ đốt trong cung cấp không thỏa mãn (2.24). Đặc tính thực tế do động cơ đốt
trong cấp có dạng

Fk ,e   M eioi j / r

(2.2)

Ngoài ra, lực kéo còn bị giới hạn bởi khả năng bám giữa lốp và đường.
Các quan hệ (2.1), (2.1) được biểu diễn như trong hình (2.2).


22

Hình 2.2. Đường đặc tính kéo lý tưởng và thực tế
Như vậy cần có một cơ cấu nào đó để lý tưởng hóa đặc tính động cơ đốt
trong, đưa nó gần với đặc tính lý tưởng. Bộ phận đó trong ô tô gọi là Hộp số,
xem hình (2.2).

Hình 2.3. Đặc tính kéo thực tế (4 số) và đặt tính kéo lý tưởng
Như vậy nhiệm vụ hệ thống truyền lực là:
(i) Thay đổi vận tốc xe thông qua ly hợp ma sát hoặc ly hợp thủy lực;
(ii) Thay đổi mô men theo vận tốc nhờ hộp số có cấp hoặc vô cấp.
Nhìn vào hình 2.3 ta thấy rằng, với hộp số có cấp, số tay số càng cao đặc
tính động cơ càng gần đặc tính lý tưởng (đặc tính xe); chỉ có hộp số vô cấp
mới có thể tạo ra đặc tính lý tưởng. Khi khởi hành động cơ đốt trong cũng
không tạo ra mô men. Với ly hợp ma sát hoặc biến mô thủy lực có thể tạo lực
đẩy khi khởi hành.


23
Khi chuyển động, động cơ phải phát ra cho bánh xe chủ động một lực
kéo đủ lớn để khắc phục 4 loại lực cản là lực cản không khí, lực cản lăn, lực

cản lên dốc và lực gia tốc:

Fk   iw io i ji p M e / r
Trong đó:

(2.3)

Fk Lực kéo tại bánh xe chủ động
iw

Tỷ số truyền biến mô thủy lực

ij

Tỷ số truyền hốp số cơ khí

ip

Tỷ số truyền hốp số phụ

io

Tỷ số truyền cầu xe

M e (n e ) Mô men động cơ phụ thuộc số vòng quay
r

bán kính bánh xe

Ta có phương trình cân bằng lực kéo:

1
Fk  mg ( f R  tg St )   LcL Av 2  ma
2

(2.4)

Trong đó: m khối lượng toàn bộ của xe (kg); g gia tốc trọng trường
(m/s2);  St góc dốc;
vận tốc (m/s);

 L mật độ không khí (kg/m3); cL Hệ số cản không khí ;v

 : Hệ số ảnh hưởng khối lượng quay trong hệ truyền lực ô tô;

a gia tốc xe (m/s2).
Điều kiện chuyển động không trượt:

Fk  Fk ,max  Fmax
Fk   iw io i ji p M e / r
Trong đó: F

max là trọng lượng bám và hệ số bám

(2.5)