Chương 1 Tổ ng quan Trong phạm vi của đề tài, người nghiên cứu sẽ tập trung vào tìm hiểu mối liên hệ giữa hai yếu tố này nhằm chỉ ra một cách rõ các mâu thuẫn, đưa ra các minh chứng cụ thể và từ đó đưa ra các giải pháp.1 Mục tiêu, khách thể và đối tượng nghiên cứu. - Nghiên cứu và tìm ra mối quan hệ giữa hai vấn đề động lực học và tiêu hao nhiên liệu. - Đề ra các giải pháp kỹ thuật liên quan tới hai vấn đề này nhằ m đảm bảo tính năng đô ̣ng lực ho ̣c trong khi mức tiêu thu ̣ ở mức vừa phải. - Đối tượng nghiên cứu: xe ô tô du lịch.2 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu.
- Nghiên cứu mối quan hệ giữa hai vấn đề động lực học và tiêu hao nhiên liệu. Từ đó tìm ra các giải pháp kỹ thuật liên quan tới hai vấn đề này. - Nghiên cứu tính toán các thông số động lực học và tiêu hao nhiên liệu khi có kể đến trượt. Phạm vi nghiên cứu: - Chỉ nghiên cứu trên ô tô con, ô tô du lịch.
- Chỉ nghiên cứu tính toán các chỉ tiêu, sự tác động của các hệ thống chứ không đi vào phân tích cụ thể các mạch điện điều khiển, cấu tạo… 1.3 Phương pháp nghiên cứu. - Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến các thông số động lực học và tiêu hao nhiên liệu của ô tô. - Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến trượt. - Nghiên cứu các tài liệu về các trang bị hiện đại để hạn chế sự trượt.
- Tham khảo ý kiến đóng góp của các thầy hướng dẫn và các thầy cô, các anh chị học viên. Trang 3 Chương 2 Cơ sở lý thuyế t CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sự truyền năng lƣợng trên ô tô Quá trình truyền năng lượng từ động cơ đến mặt đường thông qua hệ thống truyền lực và hệ thống chuyển động sẽ làm thay đổi vận tốc (vận tốc góc hoặc vận tốc tịnh tiến) và mô ment (hoặc lực), một phần năng lượng truyền đi sẽ tiêu hao ở hệ thống truyền lực do sự tích lũy năng lượng ở dạng động năng (do các chi tiết có khối lượng) và thế năng (do tính đàn hồi sinh ra) và một phần năng lượng nữa bị tiêu hao do có sự xuất hiện của sự trượt. Bây giờ chúng ta xét đến quá trình truyền năng lượng trên xe trong trường hợp xe chuyển động ổn định và chưa xét đến trượt.1 Sự truyền và biến đổi năng lƣợng trong hệ thống truyền lực 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 suất đầu ra ở bánh xe Pk, nghĩa là bởi vận tốc góc và mômen xoắn tương ứng: P e M e e (2.1) P k M k k Các mối quan hệ giữa các thông số Me, Mk, e, b được gọi là các đặc tính truyền động.
Ở đây: Pk – Công suất truyền đến các bánh xe chủ động. [W] k – Vận tốc góc của bánh xe chủ động. [rad/s] Trang 4 Chương 2 Cơ sở lý thuyế t Mk – Mômen của các bánh xe chủ động.m] Mặt khác, để thể hiện các mối quan hệ chức năng ở truyền động, chúng ta sử dụng các khái niệm sau: + Tỷ số truyền động học (truyền vận tốc): 1 ωe n e it (2.2) ν ωb n b Trong đó: it – Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực, thường dùng ở truyền động có cấp. – Tỷ số truyền được dùng trong hệ thống truyền động thủy lực.
[m/s] ne – Số vòng quay của động cơ [vòng/phút] nb – Số vòng quay của bánh xe. [vòng/phút] Theo kết cấu của hệ thống truyền lực thì tỷ số truyền it còn được tính theo công thức sau: it = ihipioic (2.3) Ở đây: ih – Tỷ số truyền của hộp số. ip – Tỷ số truyền của hộp số phụ (hoặc hộp phân phối). io – Tỷ số truyền của truyền lực chính.
ic – Tỷ số truyền của truyền lực cạnh (truyền lực cuối cùng). + Tỷ số truyền mômen: Mk im (2.4) Me Trang 5 Chương 2 Cơ sở lý thuyế t + Hiệu suất của hệ thống truyền lực: Pk Mkωk i ηtl i m .5) Pe M eωe it Ở trường hợp đang xét chính là hiệu suất của hệ thống truyền lực. Xét về mặt kết cấu của hệ thống truyền lực thì hiệu suất còn được tính như sau η tl = l h p cđ o c (2.6) Ở đây: l – Hiệu suất của ly hợp. h – Hiệu suất của hộp số.
p – Hiệu suất của hộp số phụ (hoặc hộp số phân phối). cd – Hiệu suất của cac đăng. o – Hiệu suất của truyền lực chính. c – Hiệu suất của truyền lực cạnh.2 Sự biến đổi năng lƣợng trong hệ thống chuyển động Hệ thống chuyển động là cụm truyền động giữa bánh xe với mặt đường.
Ở trường hợp 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 suất của bánh xe chủ động được thể hiện qua Mk và k. 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 tuyến của bánh xe chủ động.
Như vậy hệ thống chuyển động đã biến đổi chuyển động quay của bánh xe thành chuyển động tịnh tiến của xe. Tức là biến đổi mômen Mk và vận tốc góc k trên trục bánh xe thành lực kéo của bánh xe và vận tốc tịnh tiến v. Trang 6 Chương 2 Cơ sở lý thuyế t Quan hệ giữa các thông số vừa nêu được thể hiện: M k M e i t ηtl M e i h i p i o i c ηtl F k (2.8) Ở đây: r – Bán kính tính toán (bán kính làm việc trung bình) của bánh xe. v – Vận tốc tịnh tiến thực tế.
rl – Bán kính lăn của bánh xe. Trong thực tế có thể coi r = const, còn rl const, vì rl phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ví dụ: tải trọng, vận tốc… Cho nên từ (2.8) 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 thì có thể xem rl = r. Trên đường xấu và với vận tốc nhỏ thì rl r, lúc này chúng ta phải cân nhắc đến sự trượt giữa bánh xe với mặt đường.3 Sự tổn hao năng lƣợng khi truyền năng lƣợng trên xe Khi truyền năng lượng từ động cơ đến khung xe sẽ có một phần năng lượng biến đổi thành nhiệt năng không thể 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 tô 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 cầu năng lượng của xe đã cho. - Nhằm xác định các yêu cầu làm mát đảm bảo cho hệ thống làm việc bình thường. Trang 7 Chương 2 Cơ sở lý thuyế t Các tổn thất được biểu thị về mặt định lượng bởi công suất tổn hao P hay mômen tổn hao M .
Tuy vậy người ta thường biểu thị bằng các hệ số không thứ nguyên là hiệu suất η tl hoặc hệ số tổn hao . Mối quan hệ giữa các đại lượng: P γ Pe P k Pγ (2.10) Pe Me P P e P k P 1 k 1 ηtl (2.11) Pe Pe Pe ηtl 1 (2.12) Công việc tính toán tổn hao dựa trên cơ sở kinh nghiệm và định hướng, bởi vậy nó luôn là gần đúng. Muốn xác định chính xác chỉ có thể bằng con đường 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 hợp 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 trơn… 2.2 Các quan hệ về lực khi bánh xe lăn trên đƣờng Chúng ta cũng khảo sát ứng với ba trạng thái lăn của bánh xe, sơ đồ lực tác dụng ở các trạng thái được chỉ ra ở hình ở 2. Trang 8 Chương 2 Cơ sở lý thuyế t 2.1 Bánh xe bị động (Hình 2.1a) Để cho bánh xe có tải trọng F có thể chuyển động được với tốc độ V (hoặc k) thì tại ổ trục của nó phải có lực F hướng theo hướng của V.
Hợp lực của F và F đi qua ổ trục và nghiêng một góc , cắt mặt đường ở khoảng cách a. Tại điểm này có tác dụng của tất cả các phản lực của bánh xe với mặt đường X và Z. Phản lưc Z ngược hướng với tải trọng thẳng đứng trên bánh xe F và bằng nó về giá trị: Z = F (2.13) Phản lực X sẽ ngược chiều chuyển động của xe, tức là ngược chiều trục x và được coi là lực cản, đó là lực cản lăn ký hiệu Ff. Lực cản lăn phải được khắc phục bởi lực đẩy F, vì thế ta phải có phương trình: F = X = Ff (2.14) Xét về mặt định lượng, lực cản lăn được mô tả bằng quan hệ: Ff = Zf (2.15) Trong đó f được gọi là hệ số cản lăn Nếu viết phương trình cân bằng moment tại tâm bánh xe, ta có: Z.16) Trong đó moment Mf sẽ được đưa vào sơ đồ nếu giả thiết rằng các phản lực tác dụng từ mặt đường nằm tại giao điểm của trục thẳng đứng đối xứng của bánh xe với mặt đường.
Moment Mf được gọi là moment cản lăn. Cũng từ sơ đồ ta rút ra quan hệ sau: tg = a/rd = Ff/Z = f (2.17) Trang 9 Chương 2 Cơ sở lý thuyế t 2.2 Bánh xe chủ động (Hình 2.1: Các lực và moment tác dụng lê n bánh xe bi ̣đô ̣ng (a.)và bánh xe phanh (c.