Lựa chọn hợp lý độ cứng lò xo của giảm chấn ly hợp ôtô TS nguyễn Văn banG KS trần văn nh Bộ môn Cơ khí ô tô Khoa Cơ khí Trờng Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bi báo trình by phơng pháp khảo sát ảnh hởng của độ cứng lò xo giảm chấn ly hợp đến cộng hởng trong hệ thống truyền lực với nguồn kích thích từ động cơ, từ đó lựa chọn hợp lý độ cứng của lò xo nhằm mục đích đa vùng cộng hởng ra khỏi vùng tốc độ khai thác của ôtô. Summary: The paper presents the method for surveying the effects of the rigidity of damping spring of clutch on the resonate of transmission with excitation from the engine, and then make a seasonable choice of rigidity of damping spring in order to put the resonate area out of speed employment of automobiles. I. Đặt vấn đề Giảm chấn đợc dùng trong ly hợp để tránh cho hệ thống truyền lực của ôtô khỏi những dao động xoắn cộng hởng sinh ra khi có sự trùng một trong những tần số riêng của hệ thống truyền lực với tần số kích thích của động cơ (cộng hởng ở tần số cao), hoặc của mặt đờng (cộng hởng ở tần số thấp). Phần tử đàn hồi của giảm chấn làm giảm độ cứng chống xoắn của hệ thống truyền lực, vì vậy giảm đợc tần số dao động riêng của hệ thống truyền lực, do đó triệt tiêu đợc khả năng cộng hởng ở tần số cao. Việc chọn độ cứng giảm chấn là rất quan trọng trong thiết kế ly hợp. CT 2 II. Nguồn kích thích Khi động cơ làm việc, lực khí thể và lực quán tính của các khối lợng chuyển động tịnh tiến thông qua nhóm trục khuỷu thanh truyền sinh ra mô men xoắn trên trục khuỷu có trị số thay đổi theo chu kỳ, đó là nguồn gây kích thích. Để nghiên cứu tìm ra tần số của nguồn kích phải giải bài toán tính nhiệt động cơ tìm ra quy luật thay đổi mô men xoắn trên trục khuỷu trong một chu trình công tác. Để tìm ra các thành phần tần số kích thích ta khai triển mô men xoắn của động cơ theo chuỗi Fourie: + +=== = = 1k k 1k ktbd )tk.cos(.bt).sin(k.a M )tf() f( M (1) hoặc có thể viết dới dạng: +++= =1k k 2 k 2 ktbd )tk.sin(.ba M M (2) Rời rạc hoá M d tại các điểm i (i = 1 m), các hệ số a k , b k và M tb đợc xác định theo công thức sau: = = m 1i itb )(f m 1 M ; ) m ksin(.)(f m 2 a i m 1i ik = = ; ) m kcos(.)(f m 2 b i m 1i ik = = (3) trong đó: góc quay tơng ứng với 1 chu kỳ của mô men lực kích thích, = 90 0 ; k hệ số điều hoà (k = 3). CT 2 Hình 1. Sự thay đổi mô men xoắn của động cơ trong một chu trình công tác động cơ ZMZ 53 Bảng 1 Kết quả phân tích tần số của mô men xoắn động cơ ZMZ 53 k Biên độ của mômen (KGm) Tần số góc k (rad/s) Pha ban đầu k (độ) 1 50,9 1336,2 47,5 2 40,2 2672,4 6,7 3 26,57 4008,6 -30 III. Mô Hình dao động xoắn của hệ thồng truyền lực Từ hệ thống truyền lực cụ thể, để xây dụng mô hình dao động xoắn, cần xác định các đại lợng thay thế. Các phép thay thế phải đảm bảo thoả mãn điều kiện bảo toàn năng lợng của hệ. Nhờ các phép thay thế, có thể đa mô hình dao động xoắn nhiều trục với nhiều vận tốc khác nhau về mô hình một trục (hình 2). B C 5 A J 1 ; 1 C 1 C 2 J 2 ; 2 J 4 ; 4 J 5 ; 5 J 6 ; 6 C 4 J 3 ; 3 C 3 M e b) a) Hình 2. Mô hình dao động xoắn hệ thống truyền lực ôtô 4x2 a) mô hình cơ học; b) mô hình các khối lợng tập trung; CT 2 J 1 mô men quán tính của các chi tiết chuyển động của động cơ và phần chủ động của ly hợp; J 2 mô men quán tính của hộp số (trục sơ cấp, trục trung gian, bánh răng, các bộ đồng tốc, trục thứ cấp); J 3 mô men quán tính của 1/2 các đăng (nạng trợt, trục chữ thập, 1/6 ống); J 4 mô men quán tính của 1/2 các đăng, truyền lực chính-visai và 1/6 bán trục; J 5 mô men quán tính của 1/6 bán trục và các bánh xe chủ động; J 6 mô men quán tính của khối lợng chuyển động tịnh tiến của ôtô; M e mô men xoắn của động cơ; C i - độ cứng của phần tử nối khối lợng quán tính i (i = 1 5). Theo nguyên lý Đa-lam-be, xây dựng đợc phơng trình dao động của hệ: = =+ =+ =+ =+ =++ ;0)(CJ ;0)(C)(CJ ;0)(C)(CJ ;0)(C) (CJ ;0)(C)(CJ ;0M)(CJ 565 6 6 565454 5 5 454343 4 4 343232 3 3 232121 2 2 e121 1 1 (4) IV. xác định tần số dao động riêng của hệ thống Phơng trình dao động tự do của hệ có thể suy ra từ phơng trình chuyển động (4) bằng cách cho ngoại lực M e = 0. Tìm nghiệm của hệ dới dạng . Thay và hệ (4) ta đợc hệ (5): tj i0i e = =+ =++ =++ =++ =++ =+ 0)CJ(C 0C)CCJ(C 0C)CCJ(C 0C)CCJ(C 0C)CCJ(C 0C)CJ( 055 2 6055 0650554 2 5044 0540443 2 4033 0430332 2 3022 0320221 2 2011 021011 2 1 (5) Phơng trinh (5) luôn luôn có có nghiệm tầm thờng i0 = 0 ứng với trờng hợp không dao động. chỉ đợc xác định khác 0 trong trờng hợp định thức của hệ bằng 0 (đợc gọi là phơng trình đặc trng của hệ (4)). i0 0 )CJ(00000 0)CCJ(C000 0C)CCJ(C00 00C)CCJ(C0 000C)CCJ(C 0000C)CJ( 5 2 6 54 2 54 443 2 43 332 2 32 221 2 21 11 2 1 = (6) CT 2 Nghiệm dơng của phơng trình đặc trng (6) là các tần số dao động riêng của hệ. áp dụng tính toán cho hệ thống truyền lực ôtô 53. Bảng 2 là các trị số khối lợng và độ cứng theo mô hình ở hình 2. Các đồ thị ở hình 3 cho ta thấy ảnh hởng của độ cứng lò xo giảm chấn đến tần số dao động riêng của hệ thống truyền lực ở từng tay số. Bảng 2 Thông số quy đổi mô hình hệ thống truyền lực ôtô 53 Tay số J 1 (kg.m 2 ) J 2 (kg.m 2 ) J 3 (kg.m 2 ) J 4 (kg.m 2 ) J 5 (kg.m 2 ) J 6 (kg.m 2 ) I 0.5199 0.004468 0.00229 0.000358 0.018 0.802 II 0.5199 0.00575 0.0101 0.00158 0.078 3.54 III 0.5199 0.00888 0.0330 0.00527 0.256 11.5 IV 0.5199 0.0175 0.121 0.0151 0.748 33.7 Tay số C 1 (N.m) C 2 (N.m) C 3 (N.m) C 4 (N.m) C 5 (N.m) I 39841 4149.4 490.1961 30.9598 183.1502 II 39841 7751.9 1904.8 137.9310 813.0081 III 39841 10050 6135 444.4444 2631.6 IV 39841 25575 18018 1310.6 7692.3 ả nh hởng của độ cứng lò xo giảm chấn đến tần số cộng hởng 2 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 10000 20000 30000 40000 50000 C1(N.m) (rad/s) So 1 So 2 So 3 So 4 ả nh hởng của độ cứng lò xo giảm chấn đến tần số cộng hởng 3 98 100 102 104 106 108 110 112 0 10000 20000 30000 40000 50000 C1(N.m) 4(rad/s) So 1 So 2 So 3 So 4 ả nh hởng của độ cứng lò xo giảm chấn đến tần số cộng hởng 0 200 400 600 800 1000 1200 0 10000 20000 30000 40000 50000 C1(N.m) 3(rad/s) So 1 So 2 So 3 So 4 ả nh hởng của độ cứng lò xo giảm chấn đến tần số cộng hởng 5 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 0 10000 20000 30000 40000 50000 C1(N.m) 5(rad/s) So 1 So 2 So 3 So 4 CT 2 VI. Kết luận - Dao động của các khối lợng có mômen quán tính J 4 ; J 5 ; J 6 nhạy cảm nhất với sự thay đổi của C1; - Các khối lợng có mômen quán tính J 5 ; J 6 bị cộng hởng ở tần số cao do kích thích từ động cơ; - Khối lợng có mômen quán tính J 5 cộng hởng chỉ xẩy ra ở tay số 1, khối lợng J 6 cộng hởng xẩy ra ở tất cả các tay số. ả nh hởng của độ cứng lò xo giảm chấn đến tần số cộng hởng 6 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0 10000 20000 30000 40000 50000 C1(N.m) 6(rad/s) So 1 So 2 So 3 So 4 Hình 3 2 3 4 5 6 Tài liệu tham khảo [1] . . . , , , 1984. [2] . . . , , , 1981. [3] H Tn Chun và các tác gi khác. Kt cu v tính toán động cơ đốt trong. Tp I, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà nội, 1971. [4] Lê Ph c Ninh. ng lc hc máy i cng, i hc GTVT, 2000Ă . pháp khảo sát ảnh hởng của độ cứng lò xo giảm chấn ly hợp đến cộng hởng trong hệ thống truyền lực với nguồn kích thích từ động cơ, từ đó lựa chọn hợp lý độ cứng của lò xo nhằm mục đích đa vùng. Lựa chọn hợp lý độ cứng lò xo của giảm chấn ly hợp ôtô TS nguyễn Văn banG KS trần văn nh Bộ môn Cơ khí ô tô Khoa Cơ khí Trờng Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bi báo trình. hởng của độ cứng lò xo giảm chấn đến tần số cộng hởng 2 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 10000 20000 30000 40000 50000 C1(N.m) (rad/s) So 1 So 2 So 3 So 4 ả nh hởng của độ cứng lò xo giảm chấn