Nghiên Cứu Các Phương Án Thiết Kế Hệ Truyền Lực Xe Tải

• Tác giả: Lê Văn Hồng
• Người hướng dẫn: TS Đỗ Tiến Minh
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Các Phương Án Thiết Kế Hệ Truyền Lực Xe Tải
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN CHIA TỶ SỐ TRUYỀN HỆ TRUYỀN LỰC
• 2.1. Xây dựng đặc tính động cơ
• 2.2. Cơ sở phân chia tỷ số truyền
• 2.3. Cơ sở chọn tỷ số truyền hệ truyền lực
• 2.4. Đặc tính động cơ và đặc tính kéo của xe
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CẤU TRÚC HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC XE TẢI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Hệ Truyền Lực Xe Tải Khái Niệm Vai Trò

Hệ thống động lực ô tô, đặc biệt là xe tải, đóng vai trò then chốt trong việc tạo ra lực kéo và công suất cho bánh xe. Hệ thống này bao gồm động cơ đốt trong và hệ truyền lực. Hệ truyền lực, với các thành phần như ly hợp/biến mô, hộp số chính phụ, các đăng, cầu xe và truyền lực cạnh, có cấu tạo phức tạp và đa dạng. Mục tiêu của nghiên cứu thiết kế hệ truyền lực là đề xuất một quy trình thiết kế (Algoritmus) giúp kỹ sư trẻ nắm vững quy trình. Thiết kế hệ truyền động bao gồm hai khía cạnh chính: thiết kế động lực học (tính toán chọn động cơ, xây dựng tỷ số truyền) và thiết kế kết cấu (chọn sơ đồ cấu trúc, định hình các cụm). Luận văn này tập trung vào các phương án lựa chọn và quy trình thiết kế, không đi sâu vào thiết kế chi tiết.

1.1. Tầm quan trọng của hệ truyền động xe tải trong vận hành

Hệ truyền lực xe tải có yêu cầu lớn về khoảng biến thiên lực kéo và khả năng tăng tốc. Vì vậy, hộp số xe tải cần có nhiều số. Để hộp số có tỷ số truyền lớn mà không cồng kềnh và thuận tiện sang số, cần phân cấp hệ thống truyền lực: Hộp số phụ đặt trước, hộp số chính, hộp số phụ sau, truyền lực cuối và truyền lực cạnh. Điều này tạo ra các miền số khác nhau, hay còn gọi là miền lực kéo hoặc miền vận tốc.

1.2. Các thành phần chính trong cấu tạo hệ truyền lực xe tải

Hệ truyền lực bao gồm các cụm sau: ly hợp ma sát hoặc biến mô thủy lực (BM); hộp số (trục cố định hoặc trục quay hành tinh) để thay đổi mô men và số vòng quay của động cơ; hộp số phụ (thường 2 số với một số truyền thẳng để tăng gấp đôi số tay số); các đăng; cầu xe (truyền lực chính và vi sai, thay đổi hướng truyền mô men); và hộp phân phối (chia mô men ra các cầu chủ động, vi sai giữa).

II. Thách Thức Vấn Đề Trong Thiết Kế Hệ Truyền Động Xe Tải

Việc thiết kế hệ truyền động xe tải đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là yêu cầu về khoảng biến thiên lực kéo lớn và khả năng hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau. Hộp số chính không nên có quá nhiều tay số vì sẽ gây cồng kềnh, khó sang số và tổn hao công suất. Do đó, cần phân chia miền tỷ số truyền ra các khâu khác như biến mô, hộp số phụ đặt trước/sau, cầu xe với nhiều cấp số, và truyền lực cạnh. Việc sang số các hộp số phụ được lựa chọn trong một miền sử dụng cụ thể. Vận tốc của ô tô được thay đổi thông qua hộp số chính.

2.1. Hạn chế của hộp số xe tải truyền thống

Hộp số chính không nên có nhiều tay số vì sẽ cồng kềnh, sang số khó khăn và tổn hao công suất, tính năng thông qua kém khi đi vào những vùng có hệ số bám thay đổi. Vì vậy, trong thực tế người ta phải phân miền tỷ số truyền ra các khâu khác để giảm thiểu tỷ số truyền cho hộp số chính.

2.2. Phân chia tỷ số truyền Giải pháp cho hệ truyền lực hiệu quả

Các tỷ số truyền có thể phân bổ cho: biến mô, hộp số phụ đặt trước/sau hệ số chính, cầu xe với 2 hoặc 3 cấp số, truyền lực cạnh. Việc sang số các hộp số phụ được lựa chọn trong một miền sử dụng. Vận tốc của ô tô được thay đổi bằng hộp số chính.

2.3. Phân tích các loại hộp số cơ khí

Các loại hộp số được phân tích bao gồm: hộp số cơ khí có cấp (a, b, c); hộp số thủy cơ, gồm biến mô thủy lực và hộp số cơ khí (thường là hộp số hành tinh); hộp số thủy cơ vô cấp; và hộp số lai (Hybrid transmission system). Sự kết hợp biến mô với hộp số hành tinh tạo ra hộp số tự động với tỷ số truyền thay đổi.

III. Phương Pháp Xây Dựng Đặc Tính Động Cơ Xe Tải Hướng Dẫn Chi Tiết

Khi tính toán sức kéo, đường đặc tính động cơ là thông số đầu vào quan trọng. Nếu biết đặc tính động cơ đầy đủ hoặc một số thông số như số vòng quay cực tiểu/cực đại, mô men cực đại và công suất cực đại, ta có thể xây dựng đường đặc tính động cơ. Trong trường hợp không có đặc tính đầy đủ, có thể sử dụng các phương pháp dựa trên nhận định rằng đường đặc tính động cơ đốt trong có dạng đường bậc 3. Các phương pháp bao gồm tính theo Jazar, Le-đec-man (có hiệu chỉnh).

3.1. Tính đặc tính động cơ theo Jazar Công thức và ứng dụng

Trong trường hợp này, cần biết số vòng quay cực tiểu và cực đại, công suất cực đại (PMax) ứng với số vòng quay tại đó (nP max). Đường công suất được biểu diễn theo số vòng quay. Công thức cụ thể khác nhau cho động cơ xăng và động cơ Diesel (phun gián tiếp, phun trực tiếp).

3.2. Phương pháp Le đec man Ưu điểm và hạn chế khi thiết kế hệ truyền động

Công thức Le-đéc-man là một hàm bậc 3 có dạng. Các hệ số a, b, c là các hệ số đặc trưng cho từng loại động cơ và được xác định theo công thức. Công thức này có thể được hiệu chỉnh để phù hợp hơn với các động cơ hiện đại (tăng áp, phun xăng hỗn hợp, v.v.).

3.3. Sử dụng nội suy Lagrange Phương pháp hiện đại xác định đặc tính động cơ

Trong cách tính này được tìm trên cơ sơ sử dụng các công thức nội suy Lagrange. Các thông số này lấy theo tài liệu của xe. Lấy đạo hàm và thay vào ta có. Mặt khác khi ta có ne = neN thì N e = N emax theo Lây đéc man

IV. Cơ Sở Lý Thuyết Phân Chia Tỷ Số Truyền Hệ Truyền Lực Xe Tải Hiệu Quả

Động cơ đốt trong có những hạn chế như không tạo mô men khi số vòng quay thấp, công suất lớn nhất chỉ đạt được tại một số vòng quay nhất định và tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc vào các điểm làm việc. Do đó, cần một cơ cấu để lý tưởng hóa đặc tính động cơ đốt trong, đưa nó gần với đặc tính lý tưởng. Bộ phận đó trong ô tô là hộp số. Hệ thống truyền lực có nhiệm vụ thay đổi vận tốc xe thông qua ly hợp và thay đổi mô men theo vận tốc nhờ hộp số (có cấp hoặc vô cấp).

4.1. Tại sao cần phân chia tỷ số truyền trong hệ truyền động xe tải

Động cơ đốt trong có nhiều ưu điểm như tỷ lệ công suất-khối lượng lớn, hiệu suất tương đối cao và dễ tích tụ năng lượng. Tuy vậy, nó có ba hạn chế chính: không tạo mô men khi số vòng quay thấp, công suất lớn nhất chỉ đạt được tại một số vòng quay nhất định, và tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc nhiều vào các điểm làm việc của động cơ.

4.2. Vai trò của hộp số trong việc tối ưu hiệu suất hệ truyền lực

Hộp số có vai trò quan trọng trong việc thay đổi vận tốc xe thông qua ly hợp ma sát hoặc ly hợp thủy lực, và thay đổi mô men theo vận tốc nhờ hộp số có cấp hoặc vô cấp. Với hộp số có cấp, số tay số càng cao thì đặc tính động cơ càng gần đặc tính lý tưởng (đặc tính xe).

4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực kéo của xe tải

Khi chuyển động, động cơ phải phát ra cho bánh xe chủ động một lực kéo đủ lớn để khắc phục lực cản không khí, lực cản lăn, lực cản lên dốc và lực gia tốc. Phương trình cân bằng lực kéo biểu diễn mối quan hệ giữa lực kéo và các yếu tố này. Điều kiện chuyển động không trượt cũng cần được đảm bảo.

V. Bí Quyết Chọn Tỷ Số Truyền Hệ Truyền Lực Xe Tải Hướng Dẫn Thực Tế

Hệ truyền lực có 3 tỷ số truyền quan trọng: tỷ số truyền biến mô thủy lực (iw), tỷ số truyền cầu xe (io) và tỷ số truyền hộp số cơ khí (ij). Khi thiết kế hộp số, cần xác định tỷ số truyền cầu xe, số tay số (j) và quy luật thay đổi số của các số trung gian. Tỷ số truyền phụ thuộc mức biến thiên vận tốc và lực kéo. Tỷ số truyền i1 phải tạo ra lực kéo lớn nhất. io được xác định nhờ điều kiện cân bằng lực kéo ở tay số cao nhất.

5.1. Các yếu tố quyết định tỷ số truyền trong thiết kế hệ truyền động

Tỷ số truyền phụ thuộc vào mức biến thiên vận tốc và lực kéo. Tỷ số truyền i1 phải tạo ra lực kéo lớn nhất, đáp ứng điều kiện bám giữa bánh xe và mặt đường. io được xác định nhờ điều kiện cân bằng lực kéo ở tay số cao nhất, thường là truyền thẳng, nơi xe đạt vận tốc tối đa (vmax).

5.2. Xác định số tay số và bước nhảy Kinh nghiệm từ chuyên gia

Số tay số có thể chọn theo kinh nghiệm và phân chia các số trung gian theo cấp số nhân, sau đó hiệu chỉnh. Công thức xác định số tay số dựa vào Jante. Số tay số có thể chọn theo kinh nghiệm và phân chia các số trung gian theo cấp số nhân và sau đó hiệu chỉnh. Nội dung thứ 3 trong phần tìm tỷ số truyền cho hệ truyền lực là xác định số tay số và chọn bước nhảy của các số.