Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ Nhiệm vụ đầu tiên của hộp số ô tô là thay đổi mô men động cơ phù hợp với yêu cầu lực kéo của xe. Đặc tính kéo của ô tô phụ thuộc bậc 2 với vận tốc, trong khi mô men của động cơ bị hạn chế trong một miền vận tốc rất lớn. Nhiệm vụ thứ hai của hộp số là đóng ngắt dòng lực và giảm dao động xoắn cho động cơ. Hệ truyền lực xe tải có yêu cầu lớn về khoảng biến thiên lực kéo lơn và khả năng tăng tốc lớn.
Vì vậy hộp số xe tải phải có nhiều số; để hộp có tỷ số truyền lớn mà hộp số không cộng kềnh và thuận tiện sang số, ta phải phân cấp cho hệ thống truyền lực: Hộp số phụ đặt trược, Hộp số chình, Hộp số phụ sau, Truyền lực cuối và Truyền lực cạnh. Như vậy ta đã tạo ra các miền số khác nhau hay còn gọi là miền lực kéo hay miền vận tốc. Với cách đó, việc sang số thường trực chỉ có 4 đến 6 số, các hộp số phụ chọn một lần trong một miền nhất định. Hệ thống truyền lực gồm các cụm sau: (i) Ly hợp ma sát hoặc biến mô thủy lực BM; (ii) Hộp số (trục cố định hoặc trục quay hành tình) có nhiệm thụ thay đổi mô men và số vòng quay của động cơ cho phù hợp yếu cầu sử dụng; (iii) Hộp số phụ: Trong nhiều trường hợp miền lực kéo lớn, không thể thiết kế nhiều tay số làm cho hộp số cồng kềnh, khó sang số và tổn hao công suất, người thiết kế hộp số phụ sau với 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). (iv) Các đăng: mối các cụm trong hệ truyền lực với nhau; 10 (v) Cầu xe: Truyền lực chính và vi sai, thay đổi hướng truyền mô men; (vi) Hốp phân phối: chia mô men ra các cầu chủ động, vi sai giữa. Tổng quan về các hộp số Xe tải có miền biến thiên lực kéo lớn làm việc ở nhiều chế độ với từng đoạn đường khác nhau. Vì vậy, tỷ số truyền ngoài của hộp số rất lớn.
Hộp số chính không nên có nhiều tay số vì như vậy hộp số 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 tối thiểu tỷ số truyền cho hộp số chính. Các tỷ số truyền có thể phân ta cho: - Biến mô - Hộp số phụ đặt trước hệ số chính - Hộp số phụ đặt 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.
Do yêu cầu như vậy, nên hệ thống truyền lực của xe tải rất phức tạp. Các hệ số phụ thường là 2 số: Số truyền thẳng và số truyền tăng. Trong một số trường hợp có thể là 4 số. Thường là các tỷ số truyền cho hộp số phụ được chọn trước theo kinh nghiệm.
Hộp số chính được xác định theo 3 phương pháp:Điều hòa, cấp số nhân, cấp số điều chỉnh hỗn hợp. 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.1 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.2 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 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 12 các xe chuyên dụng có bánh xe truyền lực độc lập.3 k) là một bộ truyền bánh răng quay, tựa như truyền đai.3 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.4 Hệ truyền lực lại/ Hybrid transmission system 13 Hình 1.5 Sơ đồ hệ truyển lực chung Hệ truyền lực tổng quat 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. Đặc điểm của hệ thống xe con: Xe con có nhiều khả năng bố trí hệ truyền lực 14 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN CHIA TỶ SỐ TRUYỀN HỆ TRUYỀN LỰC 2.1 Xây dựng đặc tính động cơ Khi tính toán sức kéo ta cần có đường đặc tính động cơ; là thông số đầu vào cho mọi tính toán sau đó. Nếu với một động cơ cho trước ta có thể biết (i) đặc tính động cơ đầy đủ như hình (2.1) hoặc biết một số thông số đặc theo Catalog như số vòng quay cực tiểu, số vòng quay cực đại; mô men cực đại và công suất cực đại ứng với số vòng quay tại đó.1 Đặc tính động cơ Trong trường hợp chưa có đặc tính động cơ đôt trong đầy đủ, dựa vào một số thông số cơ bản ta có thể xây dựng đường đặc tính động cơ cho bài toán thiết kế.
Sau đây là một số phương pháp. Tất cả các phương pháp đều xuất phát từ nhận định theo kinh nghiệm là đường đặc tính động cơ đốt trong có dạng là đường bậc 3. Với một số điểm hữu hạn lấy từ thực nghiệm ta có thể xây dựng đường đặc tính khá phù hợp cho các tính toán ban đầu. 15 (a) Tính theo Jazar [5] Trong trường hợp này ta cần biết số vòng quay cực tiểu và cực đại, công suất cực đai PMax ứng với số vòng quay tại đó nP max.
Ta biểu diễn đường công = suất theo số vòng e (2π ne ); ωe quay Pe P= 2π ne ; M e = Pe / ωe .1) Với động cơ xăng ta có: Pe max P1 = (2.2) 2π nmax Pe max P2 = (2.4) (2π nmax )3 Với động cơ Diesel phun gián tiếp ta có: 0,6 Pe max P1 = (2.5) 2π nmax 1, 4 Pe max P2 = (2.7) (2π nmax )3 Với động cơ Diesel phun trực tiếp: 0,87 Pe max P1 = (2.16) 2π nmax (2π nmax ) 2 (2π nmax ) 3 17 (b) Tính theo Le-đec-man có hiệu chỉnh Công thức Le-đéc-man là một hàm bậc 3 có dang: ω ω 2 ω 3 ωe ) Pe max a Pe (= e + b e + c e (2.17) ω e, Pemax ω e, Pemax ω e, Pemax ωe ωe 2 M e (ωe ) = M e , Pe max a + b + c (2.18) ω ω e , Pemax e , Pemax Các hệ số a, b, c là các hệ số đặc trưng cho từng loại động cơ và được xác định theo công thức của [18] như sau: K e2 − K a (2 K a − 1) a= ( K e − 1) 2 2 K e − K a ( K a − 1) (2.19) a= ( K e − 1) 2 Ka − 1 c= ( K e − 1) 2 Trong đó M e ,max ωM e ,max =Ka = , Ke (2.20) M Pe ,max ωPe,max (c) Tính theo Le-đec-man hiệu chỉnh theo [6] Nhiều tài liệu ở Viêt nam đều sử dụng công thức Le-đec-man để xây dựng đặc tính động cơ đốt trong và cho các hệ số a,b,c. Công thức có dạng như biểu thức (2. Ngày nay đông cơ có nhiều thay đổi như tăng áp, phun xăng hỗn hợp…, do vậy các hệ đó không còn phù hợp. Ta biết rằng, khi một động cơ được đưa ra thị trường người ta cho biết một số thông số cơ bản như số vòng quay cực tiểu,cực đại, mô men và công suất cực đại và các số vòng quay tương ứng.
Đường đặc tính mo men (2.18) là một đường bậc 2 với số vòng quay của động cơ. Một đường bậc 2 như (2.18) ta có thể xác định các hệ số a,b,c khi biết cực trị 18 tại Mô men cực đại và xác định cặp giá trị tai hai điểm của số vòng quay cực tiểu và cực đại. Thông thường ta có thể xác định 3 điểm sau và với một đường bậc 2 với 3 điểm ta hoàn xác định được dáng điệu của M e ( ne ), Pe ( ne ) : Đường công suất và mô men: ne ne 2 ne 3 Pe (= ne ) Pe ,max a ( ) + b( ) + c( ) ne , Pemax ne , Pemax ne , Pemax (2.