Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN 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.1b là hai sơ đồ bố trí điển hình.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.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 bô trí chung nhằm bảo đảm các yếu cầu đặc trưng.1a Sơ đồ Hệ thống truyền lực xe con 10 Hình 1.1b Sơ đồ Hệ thống truyền lực xe con 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: Mối 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.1) là các hộp số cơ khí có cấp (a,b,c.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 hốp số hành tinh, gọi là hộp sô thủy cơ, tạo ra hộp số tự động với tỷ số truyền thay đổi.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. Hộp số này có ba bộ phận, phần đầu (biến mô) và sau (truyền đai) tạo ra tỷ số vô cấp, còn phần giữa (hành tinh) tạo các cấp để tăng tỷ số truyền cho cả hệ vì biến mô và truyền đai 13 có tỷ số truyền hạn chế.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.3 k) là một bộ truyền bánh răng quay, tựa như truyền đai.4 Hộp số vô cấp Hình 1.4 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.4 m) sứ dụng một máy phát, sau đó là bộ hành tình và một động cơ điện.5 Hệ truyền lực lại/ Hybrid transmission system 14 Hình 1.6 Sơ đồ hệ truyển lực chung Hệ truyền lực tổng quát có thể xem sơ đồ 1.5, 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. 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. 15 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN CHIA TỶ SỐ TRUYỀN 2.1 Cơ sở phân chia tỷ số truyền 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 lương. 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 ment 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 )η (2.1) Nếu biểu thị trên đồ thị thì đặc tính đó là một Hyperbol. Lực kéo mà động cơ đôt trong cung cấp không thỏa mãn (2. Đặc tính thức tế do động cơ đốt trong cấp có dạng Fk ,e = η M eioi j / r (2.2) Ngoài ra, lực kéo còn bị giới hạn bởi khả năng bám giữa lốp và đường.25) được biểu diễn như trong hình (2.1 Đường đặc tính kéo lý tưởng và thực tế Như vậy cần có một cơ cấu nào đó để lý tưởng hóa đặc tính đông 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 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 tao ra mô men. Với ly hợp ma sát hoặc biến mô thủy lực có thể tạo lực đẩy khi khởi hành.
17 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 lặn, lực cản lên dốc và lực gia tốc: Fk = η iw io i ji p M e / r (2.3) Trong đó: 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 α St ) + ρ L cL Av 2 + λ ma (2.4) 2 Trong đó: m khối lượng toàn bộ của xe (kg); g gia tốc trọng trường (m/s2); α St góc dốc; ρ L mật độ không khí (kg/m3); cL Hệ số cản không khí ;v vận tốc (m/s); λ : 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: Fϕϕ max Fk < Fk ,max = (2.5) Fk = η iw io i ji p M e / r Trong đó: Fϕ ϕ max là trọng lượng bám và hệ số bám 18 2.1 Cơ sở chọn tỷ số truyền hệ truyền lực xe con Với xe con, hệ truyền lực có 3 tỷ số truyền là: iw =2 Tỷ số truyền biến mô thủy lực; io Tỷ số truyền cầu xe và i j. Tỷ số truyền hốp số cơ khí.