Chương 1 HỆ THỐNG TRUYỀN Lực ÒTÔ 1. Giới thiệu chung về hệ thống truyền lực 1. Vai trò của h ệ thắng truyền lục trên ôtô Hệ thống tmyền lực (HTTL) trên ôtô đóng vai trò của bộ phận kết nối động cơ với các bánh xe chủ động, giúp cho xe có thể chuyển động trên các loại đường xá theo điều kiện sừ dụng cụ thể. v ề bản chất, hệ thống truyền lực là hệ thống truyền công suất của động cơ tới các bánh xe chủ động.
Nếu gọi hiệu suất cùa HTTL là Tfr thì mối quan hệ giữa công suất cực đại của động cơ N rnax với lực kéo tại các bánh xe chủ động Pli và vận tốc chuyển động của ôtô V được viết như sau: /» = * « & (U ) Biều thức trên được mô tả bằng đồ thị là một đường hyperbol như trên hình 1. Đồ thị này thường đuợc gọi là đặc tính kéo lý tưởng, nó thể hiện khả nâng sử dụng tối đa công suất của động co để đáp úng các điều kiện chuyển động của ôtô. Đặc tính kéo lý tưởng cùa ôtô và khá năng đáp ứng cùa động cơ đốt trong Trên thực tế, phạm vi hoạt động của ôtô rất rộng, nên lực kéo tại bánh xe và vận tốc chuyến động phải có khả năng thay đổi đề đáp ứng các điều kiện chuyển động cụ thể. Với 7 đặc tính kéo như trên hình 1.1 thì vùng làm việc khả dĩ cùa ôtô nằm bên dưới đuờng đặc tính lý tường và đường giới hạn khả năng bám.
Tuy nhiên, động cơ sừ dụng trên ôtô hiện nay chủ yếu vẫn là động cơ đốt Irong. lon tại dưới hai dạng là động cơ xăng và động cơ diesel. Các loại động cơ này không đáp ứng được vùng làm việc mong muốn theo đặc tính lý tướng, mà nó chi có thế cung cấp lực kéo trong phạm vi giới hạn cùa đặc tính làm việc cùa nó (vùng trăng trên hình 1. Như vậy, không thể kết nối trực tiếp động cơ với các bánh xe chủ động cùa ôtô mà cần có bộ phận truyền và biến đồi các thông số cùa động cơ sao cho phù hợp với điều kiện chuyển động thực tế.
Bộ phận này chính là hệ thống truyền lực cùa ôtô. Đe làm được điều này, hệ thống truyền lực được thiết kế như một bộ biến đoi mômen với hệ số bién đối được gọi là tỷ số truyền ¡T- Khi đó, lực kéo tại bánh xe đuợc tính như sau: p = M ¿ !t (1.2) r„ trong đó: Me là mômen cùa động cơ và n là bán kính cùa bánh xe. Hiện nay, hệ thống truyền lực của ôtô biến đổi mômen theo hai cách sau: - Biến đổi theo cấp: hệ thống truyền lực có số tỳ số truyền xác định, mỗi tỳ số truyền tương ứng với một cấp số; - Biến đối vô cấp: tý số truyền cùa hệ thống truyền lực thay đổi một cách liên tục trong vùng biến thiên của nó (giữa ¡max và ¡mfr). Đối với HTTL có cấp, mỗi tý số truyền tương ứng với một đường đặc tính lcéo.
Chẳng hạn, trên hình 1.2 thể hiện dặc tính kéo của ôtô có trang bị hệ thống truyền lực cơ khí 4 cấp cùng với các đường lực càn chuyền động và đường mô tả giới hạn bám giữa bánh xe và đường. Vùng làm việc của ôtô chính là vùng tráng trên đồ thị. Có thể nhận thấy rằng, hệ thống truyền lực có cấp chi có thể tạo được vùng làm việc theo đúng đặc tính kéo lý tường nếu nó có vô số cấp. Trên thực tế điều này không thể thực hiện được.
Vì vậy, tùy theo mục đích sừ dụng và điều kiện làm việc của từng loại òtô người ta lựa chọn số cấp số cùa hệ thống truyền lực sao cho phù hợp. Vận tóc V Hi'ti ¡ 2 Vùhịị lùm Viét i 'to ỒIÓ vri h ệ ft ọ ‘I I h r c. < khỉ cõ*i ( // H'lTL vò cap (Continuously Variable Transmission, viết tắt là CVT) thay đổi tỷ số truyền một cách liên tục. Nhờ đó, nó có thề cung cấp đường đặc tính tương tự như đặc tính lý urưna Irong vùng biến thiên tý số truyền của nó.
Tuy nhiên, các loại truyền lực vô cấp trên ôtô hiện nay có vùng biến thiên tỷ số truyền tương đối hẹp nên không đáp ứng được trọn vẹn mọi điều kiện chuyển động của ôtô. Vì vậy, các bộ truyền vô cấp thường được sừ dựng song hành với bộ truyền cơ khí truyền thống. Chẳng hạn, biến mô thúy lực luôn được sử dung cùng với một hộp số cơ khí, còn bộ truyền đai vô cấp thì phái đi cùng với một hộp giảm tốc bánh răng. Chức nâng cũa h ệ thong truyền lực VỚI vai ưò là bộ phận trung chuyển công suất từ động cơ tới các bánh xe chủ động, hệ thống truyền lực phải đảm bảo các chức năng cụ thề dưới đây: - Giúp cho ôtô khới hành từ trạng thái đứng yên, vì động cơ đốt trong chi có thề làm việc trong một dài tốc độ nhất định.
Nó không thể tăng tốc từ vận tốc bàng không. Vì vậy, hệ ihống iruyền lực phải có cơ cấu cho phép ôtô khời hành từ trạng thái tĩnh. - Tăng mômen cùa động cơ đế tạo được mômen (lục kéo) tại bánh xe đù lớn trong những trường hợp cần thiết. Động cơ đốt trong thường có mômen xoắn không lớn, nếu được truyền trục tiếp tới bánh xe thì nó không đủ để khắc phục điều kiện cản chuyển động khi xe khời hành, tăng tốc hoặc chuyển động trên đuờng xấu, có độ dốc lớn.
Vì vậy, hệ thống truyền lục phải c6 chức năng tăng mômen của động co. Hệ số tăng mômen chính là tý số truy ền cùa hệ thống truyền. - Thay đối tỳ số truyền để có được lực kéo và vận tốc tại bánh xe thay đồi trong dải rộng đáp ứng mọi điều kiện hoạt động ôtô khi chuyển động trên các loại đường khác nhau. Chức năng này khác phục nhược điểm của động cơ đốt trong là khá năng thích ứng rất hạn , chế, nghĩa là vùng thay đổi môroen cũa nộ rất hẹp.
- Đảo chiều chuyển động trong hệ thống truyền lực để tạo số lùi. Động cơ đốt ưong trên ôtô chi quay được theo một chiều, nên muốn lùi được thì phải có cơ cấu đảo chiều trong hệ Lhổng truyền lực. - Ngắt dòng công suất tù động cơ xuống các bánh xe chù động để khi dùng xe không cầr, phai tắt máy. Việc khởi động động cơ đốt trong khá phức tạp, nên người ta chi tắt nó khi cằn thièt.
Vì vậy, hệ thống truyền lực cần phải có cơ cấu ngat dòng công suất từ động cơ xuống cíc bánh xe chu động để khi dừng xe không cần phải tẳt máy. Chức năng này có thềđưọc thực hiện nhờ bộ ly hợp hoặc số "0” trona hộp số. Các bộ phận chính trong hệ thống truyền lực Để đảm bảo được các nhiệm vụ nêu trên, HTTL của ôtô bao gồm những bộ phận chức nâng chính như ly hợp, hộp số, truyền động các-đăng và cầu chù động. Ly hợp là bộ phận có nhiệm vụ ngắt và nối đường truyền công suất từ động cơ tới HTTL và đảm bào cho ôtô khới hành một cách êm dịu.
Hiện nay, trên các loại ôtô sử dụng chù yếu ly hợp ma sát cho HTTL cơ khí và ly hợp thủy lực (hoặc biến mô thủy lực) cho hộp số thùy cơ. Hộp số là bộ phận đàm nhiệm chức năng thay đồi tý số truyền trong HTTL. Trong đại đa số trường hợp, hộp số sù dụng trên ôtô hiện nay là hộp số kiểu bánh răng. Việc thay đổi tỳ số truyền đuợc thực hiện bằng cách thay đổi đường truyền qua các bộ truyền bánh răng.
Đối với HTTL vô cấp thì hộp số được thay bằng bộ biến đổi mômen (đai. xích, con lăn, thủy lực) có tỷ số truyền thay đổi liên tục. Truyền động các-đăng đảm bảo việc kết nối trục ra của hộp sổ với trục vào cầu chú động trong truờng hợp động cơ đặt xa cầu chù động và hai trục cần liên kết không đồng trục với nhau. Trên ôtỗ con dẫn động cầu trước với động cơ đặt ờ phía đầu xe thì không có truyền động các-đăng do toàn bộ HTTL được bố trí trong cùng một khối.
Cầu chủ động là bộ phận cuối cùng ữong hệ thống, nó truyền mômen tới các bánh xe chủ động. Trong cầu chủ động thường cố ba bộ phận: truyền lực chính, vi sai và các bán trục. Truyền lực chính về bản chất là bộ phận giảm tổc, có nhiệm vụ tàng tỷ số truyền cho HTTL. Bộ vi sai được đặt giữa hai bán trục, nhờ nó mà các bán trục có thề quay với các vận tốc khác nhau khi ôtô quay vòng hoặc chuyển động trên mặt đường gồ ghề.
Các bán trục có nhiệm vụ truyền mômen tới các bánh xe chủ động. Phân loại hệ thống truyền lực HTTL thường được phân loại theo phưomg pháp truyền mômen thành các dạng sau: - HTTL cơ khí: + Có cấp; + Vô cấp; - HTTL thủy lực: + Thủy động; + Thúy tĩnh; - HTTL điện. Hiện nay, trên ôtô sừ dụng chủ yếu các hệ thống truyền lực bằng cơ khí và thúy động (biến mô thùy lực). HTTL thúy tĩnh được sử dụng nhiều trên một số phươrc tién tư hành.
10 máy móc thi công, khai thác mò và máy nâng chuyền hàng trong các kho bãi, sân bay, bến cáng,. HTTL điện có thề gặp trên ôtô lai (hybrid) hoặc trên một số ôtô đặc chủng. Theo cách thay đổi tý số truyền, HTTL được phân thành hai loại: HTTL có cấp và HTTL vô cẩp. Theo phương pháp điều khiển, HTTL được phân loại như sau: HTTL điều khiển bằng tay, HTTL tự động và HTTL bán tự động.
Hệ thông truyền lực cơ khí 1. Hệ thống truyền lụ t cơ k h í có cấp a) Hệ thong truyền lực cơ khí truyền thống HTTL cơ khí có cấp được coi là HTTL truyền thống, ở đó tỳ số truyền đuợc thay đồi theo các cấp số ưong hộp số. p L j / 3 4 6 -1 5 d=) c=bp a) Cầu sau chú động Hình 1. Sơ để hệ thống truyền lực ôtô I- Động cơ; 2- Ly hợp; 3- Hộp số; 4- Trục các-đăng; 5- Truyền lục chính và bộ vi sai; 6- Bán trục; 7- Cụm hộp số, truyền lực chính và vi sai.3 là hai sơ đồ điển hình của HTTL cơ khí có cấp.
Trong đó, sơ đồ a) thường dùng cho tô tài ôtô khách cỡ nhò. Trên các ôtô con loại nhỏ và trung bình thưởng sứ dụng sơ đả b) cố cầu trước chủ động, động ca đặt ngang cùng với cụm hộp số, truyền lực chính và vi sai được chế tạo liền khối. Ưu điểm nổi trội của HTTL cơ khí có cấp là-két cấu đơn giản, hiện suất cao nên-được sứ dụng một cách rộng rãi, đặc biệt là ưên các ôtô thương mại.