CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
1.1. Nhiệm vụ và phân loại
1.1.1. Nhiệm vụ
Hệ thống truyền lực (HTTL) của ô tô là tổ hợp của các cụm, tổng thành nối từ động cơ tới
bánh xe chủ động.
HTTL làm nhiệm vụ:
-Truyền, biến đổi và phân bố mô men xoắn từ động cơ tới các bánh xe chủ động của ô tô. Sự
thay đổi này có thể được đánh giá bằng tỷ số truyền và được xác định thông qua: tỷ số giữa
vận tốc quay trục khuỷu động cơ với vận tốc quay của bánh xe chủ động, khi bỏ qua tổn
thất năng lượng trong hệ thống.
-Ngắt tạm thời dòng truyền lực trong khoảng thời gian nhất định.
-Thực hiện đổi chiều chuyển động nhằm tạo chuyển động lùi cho xe,
Mô tả cấu trúc, sự truyền, biến đổi và phân phối mô men trong HTTL của ô tô một cầu chủ
động, với hộp số 4 số tiến (I, II, III, IV) với công thức bánh xe 4x2 được trình bày trên hình 1.1.
Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc và sự thay đổi mô men xoắn trong HTTL của ô tô 4x2
a) Sơ đồ HTTL, b) Biểu đồ thay đổi mô men
Me: Mô men động cơ
MT(I): Mô men bánh xe trái ở số 1, MP(I): Mô men bánh xe phải ở số 1
HTTL cơ bản của ô tô bao gồm: động cơ 1, ly hợp 2, hộp số 3, trục truyền 4, cầu chủ động 5
và các bánh xe chủ động. Khi ô tô chuyển động, công suất của động cơ được truyền qua các cụm
của HTTL tới bánh xe chủ động. Bánh xe quay nhờ mô men xoắn (Mk) và tựa trên nền đường
hình thành phản lực dọc (lực kéo PK). Lực kéo được xác định với giá trị xấp xỉ bằng:
Tỷ số mô men xoắn Mk trên bánh xe chủ động với bán kính bánh xe rbx tạo ra lực kéo PK, để
duy trì sự chuyển động của ô tô. Trong quá trình chuyển động, lực kéo PK được dùng để khắc
phục các lực cản chuyển động: cản lăn của bánh xe, cản của không khí, cản lên dốc và cản tăng
tốc. Trong thực tế, tổng cộng các lực cản chuyển động thay đổi trong một khoảng rộng (khoảng
động lực) và mômen Me truyền trực tiếp từ động cơ tới bánh xe không thể đáp ứng được khoảng
động lực rộng này. Sự phù hợp giữa mô men động cơ (Me) và mô men yêu cầu trên các bánh xe
chủ động (Mk) được thực hiện bằng việc thay đổi tỷ số truyền trong HTTL.
Hộp số 3 là nơi được chọn để thay đổi tỷ số truyền trong khi ô tô hoạt động, mô men được
thay đổi tùy thuộc vào các giá trị tỷ số truyền của hộp số (I, II, III, IV). Tại cầu xe, mô men
truyền được tăng lên với tỷ số truyền cố định và phân phối tới các bánh xe chủ động bên phải và
bên trái (MP, MT)
Nếu kí hiệu: ih là tỷ số truyền của hộp số, io – tỷ số truyền của cầu xe, tỷ số truyền chung iTL
của HTTL sẽ tính bằng:
iTL = ih.io
Ứng với sự thay đổi tỷ số truyền trong hộp số (kí hiệu: ihi), có thể tổ hợp được các giá trị thay
đổi của iTL. Khoảng biến đổi tỷ số truyền R của toàn bộ HTTL được tính bằng tỷ số của iTLmax với
iTLmin:
R=
Giá trị R phụ thuộc vào các giá trị ihi. Các số truyền trong hộp số (ở hộp số có 4 tỷ số truyền
trên hình 1.1), lần lượt các giá trị tỷ số truyền từ lớn đến nhỏ: ih1> ih2> ih3> ih4, có nghĩa là càng có
thứ tự cao, tỷ số truyền càng nhỏ. Tương ứng với thực tế chuyển động của ô tô: khi khởi hành xe
cần có mô men bánh xe lớn, phù hợp với ih1, sau đó số truyền được chuyển lần lượt lên cao hơn
giúp cho ô tô tăng tốc độ. Với khái niệm như vậy, trong thực tế được gọi là các “tay số”. Ở tay
số 4, tốc độ chuyển động có thể đạt được lớn nhất, ngược lại ở ih1 tốc độ nhỏ nhất, và mô men
trên các bánh chủ động đạt lớn nhất, đồng thời lực kéo cũng có thể đạt giá trị cao nhất.
Tuy nhiên, lực kéo lớn nhất bị giới hạn bởi khả năng ma sát (sự bám) của bánh xe chủ động
với đường. Lực kéo cực đại phụ thuộc vào lực ma sát (lực bám), tức là phụ thuộc vào: trạng thái
nền đường, kết cấu bánh xe và tải trọng thẳng đứng (trọng lượng bám). Để có được lực kéo trên
toàn bộ ô tô cao, cần thiết sử dụng nhiều bánh xe chủ động, nghĩa là sử dụng tối đa phần trọng
lượng của ô tô đặt trên các bánh xe chủ động, do vậy trên ô tô cần lực kéo lớn (ô tô có khả năng
cơ động cao), tất cả các cầu xe bố trí cầu chủ động. Với các ô tô sử dụng chủ yếu trên đường tốt,
có lớp phủ nền đường cứng chỉ cần hai bánh xe chủ động là đủ.
Sự liên kết các bánh xe chủ động trong HTTL còn thông qua các cụm có chức năng phân phối
mô men truyền. Trên hình vẽ, mô men truyền từ cầu xe được phân phối tới bánh xe thông qua
cụm vi sai nằm trong cầu xe. Với bộ truyền vi sai đối xứng trong điều kiện lí tưởng, sự phân bố
mô men truyền được coi là như nhau giữa bánh xe bên trái và bánh xe bên phải (MT = MP).
Trên các ô tô có nhiều cầu chủ động, còn bổ sung thêm các cụm phân phối (hộp phân phối).
Hộp phân phối có thể ở cấu trúc liên kết cứng, hay phân bố thông qua một cụm vi sai đặt bên
trong.
1.1.2. Phân loại
HTTL của ô tô là hệ thống truyền năng lượng, do vậy HTTL được phân loại theo phương
pháp truyền năng lượng từ động cơ tới bánh xe chủ động, thành dạng: cơ khí, thuỷ tĩnh, thủy
động, điện hoặc các dạng liên hợp (thuỷ cơ, điện cơ) ....
1.1.2.1. Hệ thống truyền lực cơ khí
HTTL cơ khí là hệ thống liên kết với nhau thông qua các cụm truyền cơ khí: hộp giảm tốc,
hộp phân chia công suất, hộp trích công suất, .... HTTL cơ khí với cấu trúc cơ sở gồm: bánh
răng, trục, ổ, nên dễ chế tạo, giá thành hợp lý, và được sử dụng rộng rãi.
HTTL còn được phân chia theo công dụng của ô tô: (xem chương 1: Cấu tạo chung của ô tô),
với các tiêu chí:
-Tính năng vận tải của xe (ô tô con, ô tô tải , ô tô buýt, ô tô chuyên dụng),
-Bố trí động cơ (nằm dọc, nằm ngang, phía trước, phía sau của xe, ...),
-Số lượng cầu hay bánh xe chủ động (4x2, 4x4, 6x2, 6x4, 6x6, 8x4, 8x8, ....).
Hệ thống truyền lực cơ bản đã được trình bày trên hình 1.1, sử dụng trên ô tô con, ô tô tải, ô
tô buýt. Tuy vậy ngày nay cấu trúc HTTL đã có những cải tiến: chức năng các cụm cơ sở ít thay
đổi, nhưng phương pháp bố trí đã được tối ưu theo hướng: nâng cao khả năng đáp ứng chức
năng vận tải, đảm bảo tối ưu động học, động lực học và ổn định của ô tô.
A. HTTL trên ô tô con:
HTTL trên ô tô con có thể phân ra thành hai nhóm: nhóm xe thông dụng và nhóm xe cơ động.
Nhóm xe thông dụng
Nhóm xe thông dụng bố trí HTTL với một cầu chủ động theo cấu trúc: động cơ đặt trươc,
động cơ đặt sau, với một cầu chủ động bố trí trước hay sau như trên hình 1.1 và hình 1.2.
Hình 1.2: Sơ đồ bố trí các cụm HTTL của ô tô con một cầu chủ động
1.Động cơ
2.Ly hợp
3.Hộp số
4.Trục truyền
5.Cầu xe
6.Bánh xe chủ động
Sơ đồ HTTL trên hình 1.1 có các cụm tách rời xếp thành 1 dãy thẳng hàng, động cơ bố trí
trước, cầu sau chủ động. Mô men truyền từ động cơ qua hộp số, các đăng theo trục quay song
song với mặt phẳng đối xứng dọc của ô tô. Các bánh xe cần quay theo hướng chuyển động của ô
tô, do vậy cầu xe sử dụng bộ truyền bánh răng côn đảo 90o phương quay của truyền lực. Truyền
mô men từ cầu xe 5 ra bánh xe chủ động 6 được thực hiện thông qua trục truyền 8 (gọi tên là bán
trục). Bán trục có thể được bố trí nằm gọn trong cầu chủ động. Hệ thống sử dụng trục truyền 4
(nối từ hộp số 3 xuống cầu sau 5), bố trí dưới sàn xe và dễ gây ồn trong khoang chở người sàn
trên ô tô.
Sơ đồ trên hình 1.2a: bố trí động cơ nằm dọc, cầu trước chủ động. Cụm động cơ 1, ly hợp 2,
hộp sô 3, cầu xe 5 được ghép liền không có các đăng nối giữa hộp số và cầu chủ động, cầu xe sử
dụng bộ truyền bánh răng côn đảo phương quay để tạo nên mô men chủ động phù hợp với chiều
chuyển động yêu cầu của bánh xe 6.
Phần lớn cầu chủ động của ô tô con thông dụng sử dụng dẫn động bánh xe bằng trục truyền 4
với khớp các đăng đồng tốc. Việc bố trí khớp các đăng đồng tốc cho phép bánh xe cầu trước có
thể thực hiện vai trò của bánh xe chủ động, và vai trò của bánh xe dẫn hướng. Các cầu này được
gọi tên là cầu chủ động dẫn hướng.
Sơ đồ trên hình 1.2b: bố trí động cơ nằm ngang, cầu trước chủ động. Cụm động cơ, ly hợp,
hộp sô, cầu xe được ghép liền, cầu xe sử dụng bộ truyền bánh răng trụ phù hợp với việc truyền
mô men chủ động từ động cơ tới bánh xe chủ động.
Hai sơ đồ bố trí động cơ, cầu chủ động nằm ở phía đầu xe có không gian bố trí cụm động cơ
hết sức chặt chẽ. Trọng tâm của ô tô dịch về đầu xe giúp cho xe có khả năng tăng tốc và ổn định
chuyển động ở tốc độ cao trên đường bằng. Ngày nay hai sơ đồ này được sử dụng phổ biến trên
ô tô con thông dụng.
Sơ đồ trên hình 1.2c và hình 1.2d bố trí động cơ đặt dọc nằm phía sau xe, cầu sau chủ động.
Trên sơ đồ của hình 1.2c, động cơ 1 đặt sau cầu chủ động 5, sơ đồ của hình 1.2d - động cơ 1 đặt
trước cầu chủ động 5. Cả hai sơ đồ bố trí các cụm có trọng lượng lớn: động cơ 1, hộp số 3, cầu
chủ động 5, nằm về phía sau (nơi bố trí bánh xe chủ động 6), cho phép nâng cao trọng lượng đặt
trên cầu chủ động thích hợp với việc tăng trọng lượng bám, tăng lực kéo trên bánh xe chủ động
đáp ứng với ô tô cần có khả năng tăng tốc cao và đặc biệt với các dạng xe cần tốc độ cao và xe
thể thao. Ngoài cấu trúc trên, các sơ đồ HTTL động cơ bố trí phía sau còn có ở dạng động cơ bố
trí nằm ngang.
Nhóm ô tô có khả năng cơ động cao
Nhóm ô tô có khả năng cơ động cao sử dụng hai cầu chủ động (hình 1.3) bố trí với động cơ 1
nằm trước, truyền mô men động cơ thông qua các cụm: ly hợp 2, hộp số 3, hộp phân phối 7, các
đăng 8 cầu xe 5 đến tất cả các bánh xe chủ động 6.
Hình 1.3: Sơ đồ bố trí các cụm HTTL của ô tô con hai cầu chủ động
1. Động cơ 4. Trục truyền (bán trục) 7. Hộp phân phối