Mô hình hóa hệ thống truyền lực ô tô

Chia sẻ: Sở Trí Tu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết xác định chính xác giá trị tải trọng động tác dụng lên các chi tiết của HTTL là một bài toán rất phức tạp. Để đơn giản trong việc tính toán chúng ta cần tìm các giải pháp mô hình hóa hệ thống từ nhiều cụm nhiều chi tiết phức tạp để có thể đưa về sơ đồ tính toán đơn giản. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Mô hình hóa hệ thống truyền lực ô tô

MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ Nguyễn Văn Bản, Nguyễn Đỗ Minh Triết Viện Kỹ thuật HUTECH, trƣờng Đại học Công nghệ TP.HCM (HUTECH) 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ô tô là một hệ thống động lực học rất phức tạp, khi chuyển động với vận tốc khác nhau trên nhiều loại đƣờng thì tình trạng chịu tải của các chi tiết thay đổi. Khi tính toán độ bền của các bộ phận và chi tiết ô tô, ngoài tải trọng tĩnh chúng ta phải xét đến tải trọng động. Tải trọng động tác dụng lên các chi tiết trong thời gian ngắn nhƣng có giá trị lớn hơn tải trọng tĩnh rất nhiều. Tải trọng động xuất hiện trong các bộ phận và chi tiết của hệ thống truyền lực (HTTL) khi mô men xoắn của động cơ thay đổi, khi đóng ly hợp đột ngột, khi gài số trong quá trình tăng tốc, khi phanh đột ngột bằng phanh tay, hay khi phanh gấp không mở ly hợp … Giá trị tải trọng động có thể thay đổi do điều kiện mặt đƣờng và trạng thái chuyển động của xe. Xác định chính xác giá trị tải trọng động tác dụng lên các chi tiết của HTTL là một bài toán rất phức tạp. Để đơn giản trong việc tính toán chúng ta cần tìm các giải pháp mô hình hóa hệ thống từ nhiều cụm nhiều chi tiết phức tạp để có thể đƣa về sơ đồ tính toán đơn giản 2. NỘI DUNG HTTL (gồm các chi tiết nhƣ ly hợp, hộp số, các đăng, cầu chủ động…) là một bộ phận của ô tô và có tác dụng tƣơng hỗ với các phần tử khác của xe. Tính chất tải trọng động của HTTL đƣợc xác định bởi các tham số rất đa dạng tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động, kể cả các tham số động lực học của ô tô. Hệ thống động lực học thông thƣờng là các tham số phân bổ và tham số rời rạc. Trong hệ thống tham số phân bổ, mỗi phần tử (thí dụ: trục) đƣợc đặc trƣng bởi hai tính chất: quán tính và đàn hồi. Tất cả các hệ thống thực tế là ở dạng phân bố, khi phân tích từng hệ thống ngƣời ta có xu hƣớng đƣa về dạng rời rạc và bỏ qua những sai số có tính chất thứ yếu. Ô tô nói chung, HTTL và các cụm tổng thành nói riêng là một hệ thống với các thông số phân bổ. Khi mô hình hóa chúng, ta thƣờng đƣa về các hệ thống dao động rời rạc. Phần lớn các dao động trong HTTL mà có phổ rời rạc thƣờng dao động với tần số nhỏ hơn 300 Hz. Các hệ thống rời rạc có thể đƣợc dùng để tính toán quá trình dao động trong dải tần số này. Trong các hệ thống đƣa về dạng rời rạc thì khối lƣợng đƣợc coi là khối lƣợng tập trung và chỉ có một tính chất, đó là quán tính. Các bộ phận nối với khối lƣợng này có dạng là phần tử đàn hồi đƣợc đặc trƣng bởi một độ cứng xác định. Khi phân thích dao động xoắn, các khối lƣợng có kích thƣớc theo chiều trục quay không vƣợt quá hai lần đƣờng kính thì đƣợc coi là khối lƣợng tập trung khi tính toán xoắn. Khối lƣợng đƣợc coi là phân bố nếu nó nhỏ hơn so với khối lƣợng tập trung. Sự rời rạc hóa khi tính toán HTTL đƣợc tiến hành bằng cách nghiên cứu kỹ bản vẽ chi tiết của HTTL và phân chia thành các phần tử có khối lƣợng tập trung và phần tử chỉ có tính đàn hồi. Bánh đà, đĩa ly hợp, mặt bích, các bánh răng, vỏ hộp số và vỏ các chi tiết sẽ đƣợc coi là khối lƣợng tập trung. Các phần tử chỉ có tính đàn hồi, trƣớc tiên phải kể tới là các trục trong HTTL và các cụm chi tiết đàn hồi của hệ thống treo. Việc xác định đúng độ cứng của các phần tử liệt kê ở trên có một ý nghĩa rất quan trọng khi thành lập sơ đồ tính toán HTTL tƣơng đƣơng. Các ăn khớp răng, các gối tựa cơ khí có tính đàn hồi tƣơng đối nhỏ nhƣng phải tính toán một cách c n thận khi tính dao động ở tần số cao. Lốp và các khớp đàn hồi vừa có khối lƣợng lớn vừa có tính đàn hồi 1488
cao. Khi mô hình hóa thì đƣợc thay bằng một khối lƣợng tập trung và nối vào nó bằng một chi tiết đàn hồi. Ô tô là một hệ dao động cơ khí gồm rất nhiều khối lƣợng tập trung và liên kết với nhau bằng các khâu đàn hồi không có quán tính. Các hệ thống này biểu diễn mối quan hệ động học giữa trục và các cụm tổng thành tạo nên HTTL (bộ truyền bánh răng, cơ cấu điều khiển hộp số), biểu diễn lực và mômen tác dụng lên hệ thống. Trong đó có cả lực ma sát và năng lƣợng mất mát ra môi trƣờng. Từ các giả thuyết trên, ta có mô hình kết cấu của HTTL ô tô công thƣc bánh xe 4 2 (hình 1a) và mô hình tính toán của chúng (hình 1b) a) b) Hình 1: Mô hình tính toán HTTL I’i và Ii lần lượt là các mômen quán tính của mô hình cơ khí và của hệ tương đương: Các chi số i = 0 _ động cơ và bánh đà; i = 1 _ đĩa bị động ly hợp; i = 2, 3, 4, 5, 6 _ các chi tiết hộp số; i = 7,8 _ truyền lực chính; i = 9,10 _ bánh xe chủ động; I = p _ mômen quán tính phản lực cầu chủ động e’j và ej lần lượt lần lượt là độ đàn hồi của mô hình cơ khí và của hệ tương đương: Các chỉ số j = 12 _ trục sơ cấp của hộp số; j = 23, 34, 45, 46 _ là của các chi tiết hộp số; j = 57 _ trục các đăng; j = 78 _ cầu chủ động; j = 89, 8.10 _ bán trục; j = p _ hệ thống treo cầu sau khi quay trong mặp ph ng dọc của xe. Trong đó: Mômen quán tính và độ đàn hồi sẽ đƣợc xác định bằng thực nghiệm hoặc đƣợc xác định theo bản vẽ chi tiết. Có nhiều phƣơng pháp để giản đơn. Trong đó phổ biến nhất là phƣơng pháp rời rạc từng phần. Với phƣơng pháp này không mất quá nhiều thời gian nhƣng vẫn nhận đƣợc một hệ thống tính toán mà ở đó tần số dao động riêng và dạng dao động nằm trong khoảng tần số quan tâm. Khi tính toán với hệ tƣơng đƣơng vẫn cho ta kết quả tƣơng đối chính xác phù hợp với đặc tính của hệ thống đƣợc thay thế. Để đơn giản hóa hệ thống động lực học, trong hệ thống rời rạc ngƣời ta phân ra nhiều hệ thống riêng phần nhỏ hơn nhƣ trên hình 1.a. Mỗi một hệ rời rạc này đƣợc đặc trƣng bởi một tần số riêng. Bình phƣơng của các tần số dao động riêng của hệ rời rạc có chỉ số k đƣợc xác định theo biểu thức: ωk2 = (etđ Itđ)-1 1489
trong đó: ω là tần số dao động, etđ là độ đàn hồi tƣơng đƣơng Itđ mômen quán tính tƣơng đƣơng Nếu hệ thống tƣơng đƣơng đƣợc chia thành hệ thống rời rạc một khối lƣợng thì độ đàn hồi và mô men quán tính đƣợc xác định theo công thức: ek 1.k ek .k 1 etd  ; Itđ = Ik ek 1.k  ek .k 1 I k I k .k 1 Đối với hệ hai khối lƣợng: etd  ek ; I td  I k  I k .k 1 Trong đó: Ik-1 ; Ik ; Ik+1 lần lƣợt là mômen quán tính của khâu có chỉ số k-1, k và k+1 ek-1 ; ek ; ek+1 lần lƣợt là độ đàn hồi của khâu có chỉ số k-1, k và k+1 I1 I2 I3 I4 I5 I6 a) e 12 e23 e34 e45 e56 e 60 I2 I3 I4 I5 e23 e45 b) I1 I2 I3 I4 I5 I6 e 12 e34 e56 I3 I5 e23 e34 e45 e56 I2 I4 I6 c) e 12 e23 e34 e45 e56 e 60 e45 e34 e60 e56 I4 ; I4 ; I6 ; I6 e34  e45 e34  e45 e56  e60 e56  e60 I1+ I2 d) e34 + e45 e56 + e 60 I I ` e34 e60 I1+ I2 I 3  I1 e45 I5  I 4  I6 e34  e45 e34  e45 e56  e60 e34 + e45 e56 + e 60 I1 e) e23  e12 I1  I 2 Hình 2: Đơn giản hóa hệ thống động lực học 1490
Hệ thống rời rạc mà có tần số riêng lớn hơn rất nhiều giới hạn trên của khoảng tần số đang nghiên cứu thì đƣợc thay thế bằng hệ thống tƣơng đƣơng một khối lƣợng hoặc hai khối lƣợng. Nếu là hệ thống một khối lƣợng chúng ta thay thế bằng hệ thống hai khối lƣợng bằng cách chia khối lƣợng đó ra làm hai và gộp khâu đàn hồi bên phải và bên trái hệ thống và tách trục đàn hồi (hình 2c). Trên hình vẽ đó cũng ghi các công thức tính của hệ tƣơng đƣơng. Các kinh nghiệm thành lập hệ thống động lực học tính toán đã chỉ ra rằng. Khi tính toán dao động trong HTTL có tần số dƣới 250 Hz thì mô men các chi tiết chuyển động quay của động cơ đƣợc thay thế bằng một mô men có khối lƣợng tổng cộng. Nếu tải trọng đặt lên các bánh xe chuyển động là bằng nhau, độ bám đƣờng giống nhau và ma sát trong ổ vi sai không lớn lắm thì hệ thống động lực học trong đoạn từ truyền lực chính tới bánh xe là đối xứng. Một cách khác, có thể đơn giản hóa bằng cách gộp các nhánh song song lại với nhau và ta nhận đƣợc một hệ thống động lực học ở đó các mô men quán tính và độ cứng bằng tổng các thông số tƣơng đƣơng của các nhánh song song. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu C n – Phan Đình Kiên, Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo, Nhà xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1987, 208 trang. [2] Nguyễn Hữu C n, Dƣ Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng. Lý thuyết ô tô máy kéo. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2000, 359 Trang [3] Nguyễn Nƣớc, Kết cấu và tính toán ô tô, tập 1, ĐH Giao Thông Vận tải Thành Phố Hồ Chí Minh, 2011, 131 trang. [4] Grishkevich A.I.Proektirovanie transmissy avtomobiley. Spravochnik, MOSKVA "MASHINOSTROENIE, 1984, 268 trang [5] Grishkevich AI Vavula V.A. etal. Avtomobili, konstruktsiya, konstruirovanie u raschet, transmissiya. M: Vysheyshaya shkola, 1985. - 240 trang [6] N A Buharin, VS Prozorov, M SchSchukin, Pod ed. NA Buharina - Avtomobili. Konstruktsiya, nagruzochnye rezhimy, rabochie protsessy, prochnost gregatov avtomobilya, Mashinostroenie, 1973 - 504 trang [7] Reza N. Jazar, Vehicle Dynamics theory and application, Springer, 2008, 1022 trang [8] Harald Naunheimer –Bernd Bertsche- Joachim Ryborz – Wolfgang Novak, Automotive tránmissions, Springer, 2010, 742 trang 1491