Mô phỏng và khảo sát hoạt động của ly hợp ma sát trong hệ thống truyền lực cơ khí của ô tô

NGUYỄN NGỌC SƠN

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

NGUYỄN NGỌC SƠN

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT Ô TÔ VÀ XE
CHUYÊN DỤNG

MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA LY HỢP MA
SÁT TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CƠ KHÍ CỦA Ơ TƠ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
CHUN NGÀNH KỸ THUẬT Ơ TƠ VÀ XE CHUN DỤNG

KHỐ 2009

HÀ NỘI – NĂM 2011


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

NGUYỄN NGỌC SƠN

MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA LY HỢP MA
SÁT TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CƠ KHÍ CỦA Ô TÔ
Chuyên ngành
KỸ THUẬT Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. NGUYỄN TRỌNG HOAN

HÀ NỘI – NĂM 2011


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS. Nguyễn Trọng Hoan. Đề tài được thực hiện tại bộ mơn Kỹ thuật Ơ tơ và xe
chuyên dụng - Viện Cơ khí Động lực - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Các số
liệu, kết quả trình bày trong luận văn là hồn tồn trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào.
Hà Nội, ngày 11 tháng 11 năm 2011
TÁC GIẢ

Nguyễn Ngọc Sơn

1


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. 1
MỤC LỤC............................................................................................................ 2
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ...................................................................... 4
Danh mục các bảng ............................................................................................... 5
Danh mục các hình vẽ và đồ thị .............................................................................. 6
MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 8
Chương I- TỔNG QUAN ..................................................................................... 10
T
1
2

21T

T
1
2

21T

T
1
2

T
1
2

T
1
2

21T

T
1
2

T
1
2

T
1
2

21T

T
1
2

21T

1.1 Tình hình sản xuất và sử dụng ơtơ trên thế giới và ở Việt Nam ......................... 10
T
1
2

T
1

2

1.2 Đối tượng nghiên cứu đề của tài ....................................................................... 11
T
1
2

T
1
2

1.3 Các nghiên cứu về hệ thống truyền lực bằng mơ hình dao động xoắn ở trong
T
1
2

nước và nước ngoài ................................................................................................ 13
21T

1.3.1 Các nghiên cứu ở trong nước ..................................................................... 13
T
1
2

T
1
2

1.3.2 Các nghiên cứu ngoài nước ...................................................................... 14
T

1
2

T
1
2

1.4 Nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu của đề tài .............................................. 15
T
1
2

T
1
2

1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài ................................................................................... 15
T
1
2

T
1
2

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 16
T
1
2

T
1
2

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài........................................................... 16
T
1
2

T
1
2

Chương II - PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC ............... 18
2.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................ 18
T
1
2

T
1
2

T
1
2

21T

2.2 Mơ hình cơ học với các thông số tập trung ....................................................... 19

T
1
2

T
1
2

2.3 Xây dựng sơ đồ động lực học ........................................................................... 23
T
1
2

T
1
2

2.4. Sử dụng chương trình Simulink trong phần mềm MATLAB để khảo sát dao
T
1
2

động xoắn của ly hợp ma sát khô loại một đĩa ........................................................ 29
T
1
2

2.5. Xây dựng mơ hình Simulink ............................................................................ 36
T
1

2

T
1
2

Chương III - MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA LY HỢP MA SÁT ........................ 38
I. Mô phỏng cụm ly hợp....................................................................................... 38
1.1 Công dụng của ly hợp ....................................................................................... 38
T
1
2

T
1
2

T
1
2

21T

T
1
2

21T

1.2. Phân loại ly hợp............................................................................................... 38

T
1
2

21T

1.2.1. Phân loại theo phương pháp truyền mô men. ............................................ 39
T
1
2

T
1
2

2


1.2.2. Phân loại theo trạng thái làm việc của ly hợp ............................................ 39
T
1
2

T
1
2

1.2.3. Phân loại theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép........................... 40
T
1

2

T
1
2

1.2.4. Phân loại theo phương pháp dẫn động ly hợp ........................................... 40
T
1
2

T
1
2

1.3. Yêu cầu ly hợp ................................................................................................ 41
T
1
2

21T

1.4 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ly hợp loại đĩa ma sát khô........................... 41
T
1
2

T
1
2

1.4.1 Sơ đồ cấu tạo của ly hợp loại đĩa ma sát khô ............................................. 41
T
1
2

T
1
2

1.4.2 Cấu tạo chung của ly hợp loại đĩa ma sát khô ........................................... 42
T
1
2

T
1
2

1.4.3 Nguyên lý làm việc của ly hợp loại đĩa ma sát khô .................................... 42
T
1
2

T
1
2

1.5 Xây dựng mơ hình cơ học để mơ phỏng ly hợp................................................. 43
T

1
2

T
1
2

1.5.1 Hệ phương trình vi phân mơ tả ly hợp ....................................................... 45
T
1
2

T
1
2

Chương IV – KHẢO SÁT MỘT SỐ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA LY HỢP TRONG HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC ..................................................................................... 56
4.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................ 56
T
1
2

21T

T
1
2

21T

4.2 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ đóng ly hợp đối với hệ thống truyền lực ......... 56
T
1
2

T
1
2

4.3. Ảnh hưởng của giảm chấn đến tải trọng động của ly hợp ................................. 60
T
1
2

T
1
2

4.3.1. Ảnh hưởng của lò xo giảm chấn đến tải trọng động của ly hợp (c2).......... 60
T
1
2

T
1
2

4.3.2. Ảnh hưởng của ma sát trong giảm chấn (b2) đến tốc độ dập tắt dao động
T

1
2

của ly hợp .......................................................................................................... 64
21T

4.4. Ảnh hưởng của chế độ tải trọng đối với quá trình trượt của ly hợp................... 68
T
1
2

T
1
2

KẾT LUẬN ........................................................................................................ 72
1. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 72
2. Kết quả đạt được ............................................................................................. 72
3. Hướng phát triển của đề tài ............................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 74
T
1
2

21T

T
1
2

T
1
2

21T

21T

T
1
2

T
1
2

21T

21T

3


Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Ký hiệu

Đơn vị

Ý nghĩa

P kmax

N

Lực kéo lớn nhất

P kmin

N

Lực kéo nhỏ nhất

Ii

Kg.m2

Mô men quán tính

υ

Hz

Tần số dao động

d

m

Đường kính mối ghép then.

l

m

Chiều dài mối then.

h

m

Chiều cao then.

ma

kg

Khối lượng chuyển động tịnh tiến của ơtơ.

Ia

Kg.m2

Mơ men qn tính của bánh đà tương đương

V

m/s

Vận tốc của khối lượng chuyến động tịnh tiến.

ω

Rad/s

Vận tốc góc của bánh đà tương đương.

Ro

m

Bán kính lăn của bánh xe trong điều kiện lăn khơng trượt.

ω ,ω /

Rad/s

Vận tốc góc của bánh đà tương đương.

M1

N. m

Mô men phần chủ động của ly hợp

M2

N. m

Mô men phần bị động của ly hợp

I1

Kg.m2

Mơ men qn tính phần chủ động của ly hợp

I2

Kg.m2

Mơ men qn tính phần bị động của ly hợp

ϕ

Rad

Góc quay của phần chủ động

ψ

Rad

Góc quay của trục bị động ly hợp

R

m

Bán kính trung bình của đĩa ma sát

r1

m

Bán kính trong của đĩa ma sát

r2

m

Bán kính ngồi của đĩa ma sát

R

R

R

P

R

R

P

R

R

R

R

R

R

R

P

P

4


F lị xo
R

R

Lực lị xo ép.

N

i

số đơi bề mặt ma sát

k

Hệ số đặc trưng cho tốc độ đóng ly hợp

I ĐC

kg.m2

IC

kg.m2

R

R

R

P

P

R

Mơ men qn tính của động cơ được quy dẫn về bánh đà
Mơ men qn tính của bánh đà tương đương thay cho khối
lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô.

c1

N.m/rad

Độ cứng trên phần chủ động ly hợp.

c2

N.m/rad

Độ cứng trên phần bị động ly hợp.

b1

N.m.s/rad Hệ số cản nhớt (nội ma sát) trên phần chủ động của ly hợp

b2

N.m.s/rad Hệ số cản nhớt (nội ma sát) trên phần bị động của ly hợp

ψ 2

Rad/s

R

R

R

R

R

Vận tốc góc phần bị động của ly hợp
Danh mục các bảng
Tên gọi

TT
Bảng 4.1.

Bảng 4.2.

Bảng 4.3.

Bảng 4.4.

Trang

Ảnh hưởng của thời gian đến hệ số tải trọng động của ly
59

hợp
Ảnh hưởng của độ cứng lò so giảm chấn đến tần số dao

63

động của ly hợp
Ảnh hưởng của ma sát trong giảm chấn đến số lần dao động

66

của ly hợp
Ảnh hưởng của chế độ tải trọng đối với quá trình trượt của

70

ly hợp

5


Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Tên gọi

TT

Trang

Hình 1.1

Sơ đồ bố trí chung hệ thống truyền lực cơ khí ôtô 4x2

12

Hình 2.1

Mô hình cơ học và Sơ đồ động lực học

24

Hình 2.2

Mơ hình cơ học hệ thống truyền lực

25

Hình 2.3

Sơ đồ động lực học hệ thống truyền lực

25

Hình 3.1

Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khơ một đĩa

41

Hình 3.2

Mơ hình cơ học của ly hợp

43

Hình 3.3

Đĩa ma sát

44

Hình 3.4

Mơ hình ly hợp

46

Hình 3.5

Sơ đồ động lực học của tồn bộ ly hợp

47

Hình 3.7

Mơ men M đc từ động cơ đưa vào ly hợp

50

Hình 3.8

Mơ men phần chủ động của ly hợp M1

51

Hình 3.9

Mơ men trục bị động ly hợp M2

51

Hình 3.10

R

R

Góc quay phần chủ động của ly hợp

52

Hình 3.11

Góc quay trục bị động của ly hợp

52

Hình 3.12

Vận tốc góc phần chủ động ly hợp

53

Hình 3.13

Vận tốc góc phần bị động ly hợp

54

Hình 3.14

Vận tốc góc phần chủ động và bị động ly hợp

54

Hình 4.1

Mơ men trên trục bị động của ly hợp khi tc = 0,01 s.

57

Hình 4.2

Mơ men trên trục bị động của ly hợp khi tc = 0,5 s.

58

Hình 4.3

Mơ men trên trục bị động của ly hợp khi tc = 2,4 s.

58

Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đóng ly hợp đến hệ số tải
Hình 4.4

59

trọng động của ly hợp.

6

Hình 4.5

Tần số dao động của ly hợp khi c2 = 1000 N.m/rad

61

Hình 4.6

Tần số dao động của ly hợp khi c2 = 4000 N.m/rad

62

Hình 4.7

Tần số dao động của ly hợp khi c2 = 8000 N.m/rad

62

Đồ thị ảnh hưởng của độ cứng lị so giảm chấn đến tốc độ
Hình 4.8

63

dao động của ly hợp.

Hình 4.9

Số lần dao động của ly hợp khi b2 = 9 N.m.s/rad

65

Hình 4.10

Số lần dao động của ly hợp khi b2 = 12 N.m.s/rad

65

Hình 4.11 Số lần dao động của ly hợp khi b2 = 17 N.m.s/rad

66

Đồ thị ảnh hưởng của ma sát trong giảm chấn đến số lần
Hình 4.12

dao động của ly hợp.

67

Hình 4.13

Mơ men trên trục bị động với k = 0.2 N.m.s/rad

68

Hình 4.14

Mô men trên trục bị động với k = 0.8 N.m.s/rad

69

Mô men trên trục bị động với k = 2 N.m.s/rad
Hình 4.15

Mơ men trên trục bị động với k = 2 N.m.s/rad

69

Đồ thị ảnh hưởng của hệ số cản (k) đến thời gian trượt của
Hình 4.16

70

ly hợp:

7


MỞ ĐẦU
Sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay có một tốc độ tăng trưởng vượt bậc, ơ tơ là
một phương tiện dao thông đường bộ chủ yếu trong mạng lưới dao thông của các quốc
gia, đặc biệt trong các quốc gia phát triển. Nhu cầu dao thông vận tải không ngừng gia
tăng cùng với khả năng vận chuyển hàng hoá phục vụ con người một cách linh hoạt, đa
dạng kể cả ở thành phố và nông thôn là những thể hiện cấp thiết của phương tiện này
và nó địi hỏi mọi quốc gia phải quan tâm thích đáng.
Hiện nay ở Việt Nam ngành công nghiệp sản xuất ô tô đang được quan tâm phát
triển mạnh. Vấn đề tăng tỉ lệ nội địa hoá trong sản xuất là mục tiêu quan trọng và là
hướng phát triển tất yếu của ngành ô tô Việt Nam trong sự nghiệp công nghiệp hố
hiện đại hố đất nước. Tuy nhiên ngành cơng nghiệp này vẫn đang trong giai đoạn sơ
khai nên còn rất nhiều việc phải làm để có thể sản xuất ra các loại ô tô chất lượng cao

không những phục vụ cho nhu cầu sản xuất vận tải trong nước mà còn hướng đến việc
xuất khẩu. Trong bối cảnh như vậy, việc nghiên cứu động lực học ô tô phục vụ cho quá
trình thiết kế, chế tạo các cụm, các hệ thống trên xe và tiến tới chế tạo những chiếc ô tô
hoàn chỉnh mang thương hiệu Việt Nam đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế là rất quan
trọng và cần thiết.
Đối với ô tô, một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu là nâng cao chất
lượng và hiệu suất của hệ thống truyền lực (HTTL) nhằm giảm mức tiêu hao nhiên liệu
và tăng tuổi thọ của các cụn trong hệ thống. Trên đại đa số các xe ô tô ở Việt Nam và
trên thế giới hiện nay đều sử dụng HTTL với hộp số cơ khí và ly hợp ma sát. Vì vậy,
đề tài chọn ly hợp ma sát làm đối tượng nghiên cứu và sử dụng phương pháp mơ hình
hóa và mơ phỏng làm cơng cụ. Để hiểu rõ các quá trình xảy ra bên trong HTTL và can
thiệp sâu hơn vào các q trình đó nhằm nâng cao chất lượng làm việc của nó, người ta
có thể sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau. Tuy nhiên, các cơng cụ tính
tốn hiện đại có thể giúp cho người nghiên cứu thực hiện mô phỏng hoạt động của các

8


cụm, hệ thống trên ơ tơ với kết quả chính xác mà lại tiết kiệm được thời gian và kinh
phí so với phương pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm.
Với những lý do trên tôi chọn đề tài: " Mô phỏng hoạt động của ly hợp ma sát
bằng mơ hình dao động xoắn, khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu và sử dụng
tới hoạt động của ly hợp " cho luận văn tốt nghiệp cao học.
Luận văn gồm 4 chương:
Chương I: Tổng quan.
Chương II: Phương pháp mô phỏng bằng mơ hình dao động xoắn.
Chương III: Xây dụng mơ hình mơ phỏng ly hợp ma sát trong HTTL.
Chương IV: Khảo sát một số chế độ làm việc của ly hợp trong HTTL.
Phần kết luận: Về những kết quả nghiên cứu đạt được của đề tài và các hướng
nghiên cứu tiếp theo.

Trong quá trình thực hiện đề tài, với trình độ và thời gian hạn chế, chắc chắn
không tránh khỏi những thiếu sót, vậy tơi rất mong sẽ nhận được sự đóng góp, giúp đỡ
của các thày cơ trong Hội đồng và các bạn đồng nghiệp để tiếp tục hoàn thành đề tài
này.
Cuối cùng xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Trọng Hoan đã tận tình
hướng dẫn tơi hồn thành đề tài này.
Ngày 11 tháng 11 năm 2011.

Nguyễn Ngọc Sơn

9


Chương I- TỔNG QUAN
1.1 Tình hình sản xuất và sử dụng ôtô trên thế giới và ở Việt Nam
Những năm gần đây ngành công nghiệp sản xuất ôtô phát triển rất nhanh, nhiều
mẫu ôtô đã được sản xuất để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và các nền kinh tế.
Xu hướng phát triển ôtô nằm trong các xu hướng lớn sau:
- Không ngừng nghiên cứu nâng cao năng suất và tăng tính kinh tế trong sử
dụng ơtơ;
- Hiện đại hố cơng nghệ sản xuất ơtơ và tự động hố q trình điều khiển ơtơ
nhằm đạt tính kinh tế và độ tin cậy cao, giảm ô nhiễm môi trường;
- Ứng dụng các công nghệ hiện đại để rút ngắn thời gian chế tạo sản phẩm ôtô
và phụ tùng ôtô.
Ngành cơng nghiệp ơtơ Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc, tính từ
năm 1995 đến năm 2002 hàng năm số phương tiện ôtô tăng trưởng hàng năm từ 12 ÷
18,8%. Khối lượng vận chuyển hàng hố cho các ngành kinh tế chiếm 60 ÷ 70%. Ơtơ
tại thị trường Việt Nam có nhiều chủng loại, phong phú về kiểu dáng, đa dạng về nhãn
hiệu xe. Xe nhập khẩu, xe chế tạo và các xe được lắp ráp trong nước của các liên doanh
ơtơ.

Mặc dù chính phủ đã có nhiều giải pháp để giảm lượng các xe ơtơ có số năm sử
dụng cao, nhưng chất lượng của các xe ôtô ở nước ta còn nhiều vấn đề cần khắc phục,
sản phẩm ơtơ sản xuất trong nước cịn hạn chế về công nghệ, độ bền cũng như giá
thành của sản phẩm...
Sự phát triển của ngành ơtơ Việt Nam tuy có những thành tựu đáng kể. Song so
với khu vực và thế giới vẫn ở mức rất thấp về số lượng, chất lượng và mức độ hiện đại
phương tiện. Theo thống kê mới nhất, hiện nay ở Việt Nam có trên 16 liên doanh sản
xuất và lắp ráp ôtô. Các liên doanh đó mới chỉ dừng ở mức độ lắp ráp các cụm, chi tiết

10


nhập từ nước ngồi và có thể sản xuất những cụm, những chi tiết đơn giản, sau đó
nghiên cứu sản xuất một số cụm chi tiết.
Ngành công nghiệp ôtô đã được Chính phủ xác định là ngành cơng nghiệp quan
trọng. Sau gần 20 năm kể từ khi có liên doanh ôtô đầu tiên tại Việt Nam, hiện nay
ngoài 16 liên doanh ô tô và trên 160 doanh nghiệp tham gia sản xuất, lắp ráp, sửa chữa
và chế tạo phụ tùng ôtô. Trong đó khoảng 60 đơn vị chuyên chế tạo phụ tùng ơtơ. Tuy
nhiên, đến nay vẫn chưa có nhà máy nào đầu tư hoàn chỉnh, một số phụ tùng vẫn phải
nhập khẩu, cơng suất trung bình của hơn chục doanh doanh nghiệp liên doanh sản xuất,
láp ráp ôtô đạt trên chục nghìn xe/năm, nhưng cơng suất này vẫn thấp, trong khi nhu
cầu xe tải ở Việt Nam vào năm 2005 chỉ khoảng 68 nghìn xe, năm 2010 là 127 nghìn
xe. Trong khi đó mục tiêu của Chình phủ đối với ngành công nghiệp ôtô Việt Nam, đến
năm 2006 tất cả các liên doanh lắp ráp và sản xuất ôtô trong nước phải đảm bảo đạt tỷ
lệ nội địa hoá 30% và đến năm 2010 đạt tỷ lệ nội địa hố 60%, đáp ứng 80% nhu cầu
đối với ơtơ phổ thơng và chun dùng. Trong khi đó định hướng của Chính Phủ là sản
xuất các loại xe ơ tơ thơng dụng (xe tải nhỏ, xe du lịch, xe chở khách nhỏ, xe buýt,…. )
và xe chyên dùng. Điều đó đã đặt ngành công nghiệp ôtô Việt Nam trước những thách
thức lớn, trong đó có vấn đề tỷ lệ nội địa hố các chi tiết của ơtơ, tiến tới làm chủ cơng
nghệ chế tạo ơtơ trong q trình hội nhập với khu vực và Thế giới. Do đó vấn đề

nghiên cứu, chế tạo hoàn thiện và đảm bảo chất lượng các chi tiết, cụm chi tiết và hệ
thống của ôtô là việc làm tất yếu đối với sự phát triển của nghành công nghiệp ôtô Việt
Nam.
1.2 Đối tượng nghiên cứu đề của tài
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mô phỏng hoạt động của ly hợp ma sát bằng mô hình dao
động xoắn, tối ưu hóa các thơng số kết cấu phục vụ cho quá trình thiết kế ly hợp và hệ thống
truyền lực của ô tô tải 5 tấn.

11


2

6

3

1
4

1.
2.
3.
4.
5.
6.

5

Động cơ

Ly hợp ma sát
Hộp số cơ khí
Các đăng
Cầu chủ động
Bánh xe chủ động

6

Hình 1.1 – Sơ đồ bố trí chung hệ thống truyền lực cơ khí ơtơ 4x2
Hệ thống truyền lực cơ khí (hình 1.1) được dùng khá phổ biến trên các ôtô tải đang
được lắp ráp chế tạo ở Việt Nam do nó có các ưu điểm là:
- Cấu tạo đơn giản, dễ bảo dưỡng, sửa chữa và chế tạo ;
- Hiệu suất truyền động cao, giá thành sản phẩm hạ ;
- Có thể thay đổi mơ men truyền đến bánh xe chủ động trong một phạm vi yêu
cầu.
Tuy nhiên, hệ thống truyền lực thường phụ thuộc vào hệ số thích ứng của động cơ
đốt trong được lắp đặt trên ơtơ. Hệ số thích ứng của động cơ được xác định theo cơng
thức sau:
k=

M e max
M eN

Trong đó: đối với động cơ xăng k = 1,2 ÷ 1,25
đối với động cơ Diesel k = 1,1 ÷ 1,15
Để mở rộng vùng điều chỉnh mô men trong hệ thống truyền lực sử dụng hộp số
cơ khí. Hộp số cơ khí thường được tính tốn để đảm bảo tạo ra ở các bánh xe chủ động

12

lực kéo nhỏ nhất P kmin (ứng với v max ) và lực kéo lớn nhất P kmax được chọn trước. Trong
R

R

R

R

R

R

khoảng từ P kmin ÷ Pkmax hộp số có từ 3 đến 5 cấp số (thông thường các xe ôtô hiện nay
R

R

hộp số có 5 cấp số).
Đối với ly hợp thường sử dụng ly hợp ma sát khô, đơn và thường đóng trong hệ
thống truyền lực do chúng có kết cấu đơn giản dễ chăm sóc bảo dưỡng.
Đối với trục các đăng trong hệ thống truyền lực sử dụng các đăng khác tốc loại
kép.
Đối với cầu chủ động sử dụng cầu chủ động đơn, vi sai côn đối xứng. Thực tế
các ôtô ở Việt Nam hiện nay nhất là xe tải cỡ trung bình hệ thống truyền lực là cơ khí.
Do đó, việc nghiên cứu hệ thống truyền lực đặc biệt nghiên cứu qua mô phỏng
chúng là vấn đề rất đang được quan tâm trong tình hình hiện nay, khi mà ngành công
nghiệp ôtô Việt Nam đang phát triển.
Đề tài tập trung vào nghiên cứu, xây dựng mơ hình mơ phỏng ly hợp ma sát bằng mơ

hình dao động xoắn.
1.3 Các nghiên cứu về hệ thống truyền lực bằng mơ hình dao động xoắn ở trong
nước và nước ngồi
1.3.1 Các nghiên cứu ở trong nước
Đã có rất nhiều tác giả trong nước cơng bố các cong trình nghiên cứu về hệ
thống truyền lực của ơtơ. Trong đó chủ yếu là các luận văn cao học và một số bài báo
trên các tạp chí chun ngành.
Tác giả Nguyễn Đình Nghĩa trong luận văn cao học: " Khảo sát tốc độ gài số
trong hộp số cơ khí", tác giả đã trình bày mơ hình dao động của hệ thống truyền lực mơ
phỏng bằng Matlab Simulink 5.3. Mơ hình hệ thống truyền lực được tác giả xây dựng
trên cơ sở các khối lượng tập trung, tác giả đã coi ly hợp, hộp số, cầu xe và trục các
đăng là các khối lượng tập trung. Các khối lượng tập trung chỉ đặc trưng bởi một tính
chất là tính quán tính, các thành phần nối cũng chỉ được đặc trưng bởi độ cứng c.

13


Tác giả Khiếu Hữu Hùng trong luận văn cao học “Khảo sát dao động xoắn của
P

P

trục khuỷu động cơ và ảnh hưởng của nó đến hệ thống truyền lực ơtơ” tác giả đã đi sâu
P

P

nghiên cứu dao động xoắn cưỡng bức của trục khuỷu động cơ và ảnh hưởng của nó đến
hệ thống truyền lực. Trong đó tác giả đã xây dựng mơ hình của hệ thống truyền lực
gồm 5 khối lượng. Các khối lượng tập trung trong mơ hình chỉ đặc trưng bởi một thông

số là mô men quán tính và tác giả đã coi cụm hộp số, cụm cầu xe, cụm ly hợp là các
cụm chỉ là 1 khối lượng, nhưng trong thực tế, các cụm đó bao gồm nhiều chi tiết các
chi tiết ấy có những đặc tính riêng ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ thống truyền lực.
Một số bài báo đăng trên các tạp chí chuyên ngành về hệ thống truyền lực như
bài bảo của tác giả Nguyễn Văn Bang và Trần Văn Như tạp chí KH Dao Thơng Vận
Tải, tác giả đã trình bày phương pháp khảo sát ảnh hưởng của độ cứng lò xo giảm chấn
Ly hợp đến cộng hưởng trong hệ thống truyền lực với nguồn kích thích từ động cơ, từ
đó lựa chọn hợp lý độ cứng của lị xo giảm chấn, mục đích đưa vùng cộng hưởng ra
khỏi vùng tốc độ khai thác của ôtô. Hệ thống truyền lực đã được tác giả coi là hệ bao
gồm các khối lượng tập trung phần khối lượng tập trung chỉ được đặc trưng bởi tính
quán tính, các thành phần nối các khối lượng chỉ được đặc trưng bằng độ cứng.
1.3.2 Các nghiên cứu ngoài nước
Việc nghiên cứu dao động xoắn hệ thống truyền lực ôtô được tiến hành từ rất
lâu, nhiều cơng trình của hàng trăm tác giả.
Năm 1970 Mischle đã biên soạn tập trung với các nghiên cứu dao động lại thành
tác phẩm nổi tiếng của mình là: "Dynamik der Fahrzeuge". Tác giả đã đề cập đến hầu
hết các loại mơ hình dao động cơ bản về đối tượng là xe con. Vào năm 1980, Schiehlen
đã cho ra đời phương pháp hệ nhiều vật, mơđun hố các cơ hệ cơ học theo xu thế
nghiên cứu dao động bằng mô phỏng máy tính.
Khái quát về nghiên cứu hệ thống truyền lực bằng mơ hình dao động xoắn, ta
có thể thấy nội dung lĩnh vực này bao hàm các vấn đề sau:

14


- Mơ hình dao động tập trung với các khối lượng được gom lại thành một khối
lượng và được đặc trưng bởi tính chất qn tính (Ii) ;
- Mơ hình dao động, bao gồm mơ hình vật lý và mơ hình tốn học trong đó các
khâu nối các khối lượng chỉ có độ cứng (c) mà khơng kể đến cản nhớt, trong khi đó
thực tế trong vùng biến dạng đàn hồi của vật liệu tồn tại cả hệ số cản nhớt (b).

Các đề tài này có ưu điểm là mơ hình của hệ thống truyền lực được đơn giản
hố, sơ đồ các khâu trong hệ thống truyền lực chỉ tính đến khối lượng quán tính Ii hay
độ cứng c đo đó các sơ đồ trở nên đơn giản.
Nhược điểm của các mơ hình này là bỏ qua hệ số cản nhớt b, thực tế cụm chi
tiết là tập hợp nhiều chi tiết, các chi tiết có mơ men qn tính riêng, có độ cứng
riêng...chứ khơng thể coi một cụng chi tiết là một khối lượng. Các chi tiết làm việc
trong vùng biến dạng đàn hồi của vật liệu luôn tồn tại hệ số cản nhớt b. Do vậy mức độ
chính xác của các thơng số lấy ra trong q trình nghiên cứu còn rất nhiều hạn chế,
chưa phản ánh đầy đủ đặc tính của các chi tiết khi làm việc.
1.4 Nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu của đề tài
T
5
1

1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài
T
6
1

Dựa vào phần tổng quan về tình hình nghiên cứu dao động xoắn của hệ thống
truyền lực trong nước và trên thế giới, cũng như thực tế quá trình truyền lực của các chi
tiết trong hệ thống truyền lực của ôtô. Nghiên cứu mô phỏng hệ thống truyền lực bằng
mơ hình dao động xoắn, trong đó mơ hình hệ thống truyền lực được chi tiết hố bằng
cách tách ra thành nhiều khối lượng theo cấu tạo của chúng. Mỗi một phần tử khối
lượng tập trung được đặc trưng bởi cả 3 thông số là khối lượng quán tính m, độ cứng c
và hệ số cản nhớt b. Các phần tử nối được đặc trưng bởi 2 thông số là độ cứng c và hệ
số cản nhớt b.

15

Xuất phát từ hướng nghiên cứu đó trong luận văn này em đã lựa chọn đề tài:
"Mô phỏng và khảo sát hoạt động của ly hợp ma sát trong hệ thống truyền lực cơ khí
của ơ tơ".
1.4.2 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn là nghiên cứu lý thuyết,
tính tốn mơ phỏng trên phần mềm chuyên dụng, nghiên cứu khảo sát sử dụng một số
thông số thực để kiểm chứng và đánh giá.
Cách thức tiến hành là tách hệ thống truyền lực thành từng cụm trong hệ thống để
nghiên cứu mô phỏng ly hợp ma sát.
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài nghiên cứu mô phỏng ly hợp bằng mơ hình dao động xoắn có tính đến
các thơng số đặc trưng của chi tiết, đây là một vấn đề mới, vì thực tế các chi tiết cơ khí
khi làm việc trong vùng biến dạng đàn hồi của vật liệu là vùng nhạy cảm ảnh hưởng
lớn đến công nghệ chế tạo, độ bền chi tiết mà ngành cơ khí chế tạo quan tâm.
Bảng tính dao động xoắn của ly hợp là yêu cầu bắt buộc của các cơ quan đăng
kiểm, đây là cơ sở để ngành công nghiệp chế tạo ôtô của Việt Nam tiếp cận làm chủ
công nghệ thiết kế, với việc chế tạo các cụm trong hệ thống truyền lực.
Kết quả của đề tài bổ xung cho việc đánh giá, dự đốn tìm ra các thơng số ảnh
hưởng đến các chi tiết, các cụm trong hệ thống truyền lực từ giai đoạn thiết kế, góp
phần làm giảm thời gian, chi phí thiết kế, thử nghiệm chi tiết trong hệ thống truyền lực.
Kết luận chương I
Trong chương I đã trình bày những nét tổng quan về tình hình phát triển công
nghiệp ôtô Việt Nam trong những năm qua và mục tiêu sắp tới, tổng quan về vấn đề
nghiên cứu hệ thống truyền lực ơtơ bằng mơ hình dao động xoắn. Trên cơ sở đó, em đã
lựa chọn đề tài nghiên cứu với mục tiêu, nhiệm vụ cụ thể và phương pháp nghiên cứu

16

đề tài. Phần tổng quan cho phép xác định hướng nghiên cứu nói chung và phương pháp
xác lập đối tượng nghiên cứu cụ thể là ly hợp cơ khí trên xe ôtô.

17


Chương II - PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
BẰNG MƠ HÌNH DAO ĐỘNG XOẮN
2.1 Đặt vấn đề
Tính tốn động lực học của các hệ thống nói chung cho phép xác định được các
thông số như lực, mô men tác dụng lên hệ thống trong quá trình hệ thống làm việc. Các
thông số này là cơ sở đánh giá chất lượng của hệ thống. Đối với hệ thống đã được thiết
kế sẵn, các thơng số này có tính chất kiểm nghiệm, đối với hệ thống thiết kế chế tạo
mới thơng số này có ý nghĩa hết sức quan trọng cho việc tìm ra kết cấu tối ưu cho hệ
thống.
Việc tính tốn động lực học của các hệ thống có nhiều phương pháp khác nhau,
công nghệ hiện nay với sự hỗ trợ của các máy tính có các cấu hình mạnh, việc tính tốn
động lực học cho các hệ thống đã rút ngắn đáng kể về thời gian và chi phí cho các q
trình đó...
Trước khi tính tốn động lực học và các tính tốn khác đối với một hệ thống,
thường phải sơ đồ hố hệ thống cần tính tốn, với mục tiêu của từng bài toán, với các
giả thiết khác nhau để đơn giản hoá hệ thống ban đầu việc đơn giản hố sao cho, các
thơng số nhận được từ q trình tính tốn trên hệ thống tương đương có sai số nằm
trong phạm vi cho phép với việc tính tốn trên hệ thống thực. Như vậy, hệ thống tương
đương đã mô phỏng lại hệ thống thực ban đầu với một độ chính xác nhất định tuỳ
thuộc vào các mục tiêu của q trình mơ phỏng.
Với sự hỗ trợ mạnh của máy tính và các chương trình phần mềm chun dùng, kết
quả tính tốn phụ thuộc nhiều vào phương pháp mơ phỏng. Như vậy, trình tự để giải bài
tốn mô phỏng hệ thống thông thường như sau:
- Xây dựng mơ hình cơ học.

18


- Xây dựng sơ đồ động lực học từ mô hình cơ học đã có.
- Xây dựng sơ đồ tính tốn bằng cách đơn giản hố mơ hình động học.
- Xây dựng hệ phương trình vi phân mơ tả hệ thống.
- Giải hệ phương trình vi phân với các điều kiện cụ thể.
Mơ phỏng các cụm hay mơ phỏng tồn bộ hệ thống truyền lực của ơtơ bằng mơ
hình dao động xoắn, cũng phải thực hiện tuần tự các bước như trên.
2.2 Mơ hình cơ học với các thơng số tập trung
Mơ hình cơ học của một hệ thống chính là sơ đồ động học của hệ thống đó. Trong
mơ hình cơ học các phần tử của hệ thống được thể hiện dưới dạng sơ đồ hố và có hai
dạng:
- Sơ đồ với các thông số tập trung
- Sơ đồ với các thông số phân bố
Trên thực tế, các hệ thống truyền lực đều là hệ thống phân bố. Mỗi phần tử của hệ
thống được đặc trưng bởi hai hay nhiều tính chất đó là tính chất qn tính, tính chất
đàn hồi... (trong đề tài nghiên cứu các phần tử được xét đến bởi đầy đủ các tính chất
đặc trưng).
Tất cả các hệ thống thực đều là hệ thống phân bố, nhưng để đơn giản trong q
trình phân tích người ta quy chúng về dạng thông số tập trung bằng cách, bỏ bớt những
tính chất ít quan trọng và ảnh hưởng khơng lớn của các phần tử đó trong hệ thống.
Trên ôtô, hệ thống truyền lực là dạng hệ thống phân bố, tải trọng tác động lên hệ
thống truyền lực được phân bố trên toàn bộ hệ thống, nhưng để đơn giản khi phân tích
ta quy chúng về dạng tập trung.
Việc quy đổi từ dạng phân bố về dạng tập trung (cịn gọi là rời rạc hố) được thực
hiện trên cơ sở, các dao động xoắn của hệ thống truyền lực có phổ khơng liên tục, có

19

tần số riêng nằm trong miền dưới 300Hz, có thể sử dụng sơ đồ dạng tập trung để tính
tốn các quá trình dao động xoắn trong miền tần số trên.
Các hệ thống được quy về dạng tập trung, các khối lượng được coi là tập trung và
có thể chỉ có quán tính hoặc cả tính chất quán tính và tính chất đàn hồi, ... Các chi tiết
có nhiệm vụ nối các khối lượng với nhau là các trục dẫn động có dạng phần tử đàn hồi và
được đặc trưng bởi một độ cứng (c) và hệ số cản nhớt (b). Vì vậy, trong sơ đồ mơ phỏng bằng
mơ hình dao động xoắn, mỗi phần tử được đặc trưng bởi 3 thơng số:
- Mơ men qn tính;
- Độ cứng;
- Hệ số cản nhớt.
Trong nghiên cứu dao động xoắn người ta coi các phần tử có kích thước dọc theo
trục quay khơng vượt quá hai lần đường kính là các phần tử khối lượng tập trung. Các
phần tử này có thể được mô tả trong sơ đồ mô phỏng thông qua một thơng số đặc trưng
là mơ men qn tính vì các thơng số cịn lại là độ cứng và hệ số cản nhớt có ảnh hưởng
khơng đáng kể. Ngược lại, những phần tử có tỷ lệ đường kính/chiều dài nhỏ lại thường
được mô tả trên sơ đồ mô phỏng với hai thông số đặc trưng là hệ số độ cứng và hệ số
cản nhớt do có mơ men qn tính nhỏ.
Vì vậy, việc lập sơ đồ tập trung của hệ thống truyền lực phải được thực hiện trên
cơ sở nghiên cứu kỹ cấu tạo các chi tiết trong hệ thống.
Khi lập sơ đồ mô phỏng hệ thống truyền lực, thông thường người ta phân các
phần tử trong hệ thống làm hai loại. Loại chỉ có tính qn tính (khối lượng tập trung),
loại chỉ có tính đàn hồi (các phần tử nối), nhưng trong đề tài này, các phần tử trong
cụm ly hợp được mô tả với đầy đủ cả 3 thông số đặc trưng: quán tính, độ cứng và hệ số
cản nhớt.

20

Các phần tử được coi là là chỉ có tính đàn hồi là các trục và một số chi tiết đàn hồi
thơng dụng trong hệ thống truyền lực có đủ hai thành phần độ cứng và cản nhớt
Trong hệ thống truyền lực của ơtơ, ngồi các phần tử đàn hồi các phần tử qn
tính cịn có các khối lượng liên kết phản lực. Đó là các phần tử vỏ nối với khung xe và
tham gia vào quá trình dao động của hệ thống truyền lực như vỏ ly hợp, vỏ hộp số....
Các khối lượng liên kết phản lực được thể hiện trên sơ đồ dưới dạng lò xo xoắn.
Một đầu nối với vỏ của cơ cấu, đầu kia nối với khung xe và được xem là cố định. Như
vậy hệ thống truyền lực trên ôtô trong đề tài được sơ đồ hoá thành một hệ dao động
bao gồm tập hợp các các khối lượng tập trung đặt vào đó đầy đủ các thơng số cần thiết
cho q trình nghiên cứu.
Các khối lượng được nối với nhau bằng các khâu đàn hồi khơng qn tính.
Những thơng số cơ bản của mơ hình cơ học là mơ men qn tính của các khối lượng
quán tính Ii tính theo trục quay và độ đàn hồi ei (ci;bi). Ngồi ra trên sơ đồ cịn thể hiện
các lực và mô men tác dụng lên các phần tử của hệ thống, trong đó có lực ma sát là
thành phần tiêu thụ năng lượng dao động.
Độ đàn hồi của phần tử đàn hồi là đại lượng nghịch đảo của độ cứng và được tính
bằng góc quay (rad) của một trong những mặt cắt của trục khi chịu mô men xoắn bằng
1N.m đặt vào một đầu trục khi đầu kia bị ngàm cứng. Độ đàn hồi và mô men quán tính
được xác định bằng thực nghiệm hoặc tính theo bản vẽ cấu tạo, có thể sử dụng các
phần mềm chun dụng để xác định mơ men qn tính của các chi tiết trong hệ thống
truyền lực.
Độ đàn hồi của các phần tử ghép với nhau được xác định như sau. Trường hợp
các trục ghép nối tiếp với nhau thì độ cứng là tổng nghịch đảo các độ cứng thành phần
và độ đàn hồi tổng được tính.

n
e = ∑e
Σ i=1 i

21

Trường hợp các trục ghép song song độ cứng là tổng các độ cứng thành phần và
độ đàn hồi được tính như sau.

n 1
1
= ∑
eΣ i=1 ei
Độ đàn hồi của các mối ghép then và then hoa được tính.

k
T
e =
T d2 .l.h.z
Trong đó:
kT: hệ số tuỳ thuộc vào mối ghép then.
d: đường kính mối ghép then.
l: chiều dài mối then.
h: chiều cao then.
z: số then.
Độ đàn hồi của nhíp của cầu chủ động theo phương dọc xe (độ đàn hồi liên kết)
được tính:

en =

4
cL

Trong đó:

c: độ cứng của nhíp.
L: chiều dài của nhíp.
Độ đàn hồi của các khớp các đăng được tính:

e

cd

=

5.10 −9
d3

Trong đó:

22


d: đường kính các trục nối.
Độ đàn hồi riêng của các bánh răng quy về một trong hai trục là:

e br =

k br
bR 2 cos2 α

Trong đó:
kbr: hệ số bánh răng.
đối với bánh răng thẳng;

kbr = 6.10-11
P

P

kbr = 3,6.10-11 đối với bánh răng nghiêng;
P

P

kbr = 4,4.10-11 đối với bánh răng chữ V.
P

P

b: bề rộng làm việc của bánh răng.
R: bán kính vịng chia của bánh răng trên trục quy dẫn.
α: góc ăn khớp.
Trong cơng thức trên, các kích thước được tính bằng mét (m), lực được tính bằng
newton (N) và độ đàn hồi được tính bằng rad/N.m.
Khi nghiên cứu quá trình dao động ổn định trong một thời gian dài thì việc thất
thốt năng lượng là đáng kể vì vậy khi tính tốn phải tính đến các phần tử tiêu thụ năng
lượng.
Khi nghiên cứu quá trình dao động quá độ xẩy ra trong thời gian ngắn là tổn thất
do ma sát, sự thất thốt năng lượng là khơng đáng kể khi tính tốn ta có thể bỏ qua.
Trong q trình dao động, năng lượng dao động bị mất mát trong bản thân các chi
tiết, các mối nghép then, then hoa, các ổ lăn, các phớt, đệm làm kín và trong các cơ cấu
giảm chấn.
2.3 Xây dựng sơ đồ động lực học
Để chuyển từ sơ đồ cơ học sang sơ đồ động lực học, người ta quy các thông số

của sơ đồ cơ học về một hoặc vài trục và thể hiện hệ thống đó theo các quy ước và các

23