Đang tải... (xem toàn văn)
Ô tô là phương tiện được sử dụng rộng rãi trong nhiều hoạt động kinh tế và nhiều hoạt động khác.
LỜI NÓI ĐẦU Ô tô là phương tiện được sử dụng rộng rãi trong nhiều hoạt động kinh tế và nhiều hoạt động khác.Việc nghiên cứu để nâng cao hiệu quả sử dụng của loại phương tiện này luôn là vấn đề được nhiều nhà khoa học kỹ thuật nghiên cứu giải quyết. Trong những năm gần đây sự phát triển của nghành ô tô có nhiều bước nhảy vọt về kỹ thuật lẫn công nghệ, đem lại hiệu quả kinh tế ngày càng cao hơn đảm bảo an toàn hơn khi điều khiển. Tính chất động lực học của ô tô được thể hiện qua các chuyển vị, vận tốc, gia tốc, tần số và biên độ dao động theo các phương pháp khác nhau khi chuyển động trong điều kiện mặt đường không bằng phẳng hoặc do tác động điều kiện như tăng giảm ga, quay vòng khi phanh. Tính chất động lực học của ô tô ảnh hưởng đến khả năng khởi hành và tăng tốc của ô tô, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận chuyển, độ êm dịu và tính an toàn trong chuyển động. Việc tính toán chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính động lực học của ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện. Vì các chỉ tiêu này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố ngẫu nhiên. Cùng với sự phát triển nhanh của nghành công nghệ thông tin và các thiết bị nghiên cứu ngày càng chính xác hơn, nên nhiều bài toán được giải quyết một cách nhanh chóng với độ chính xác cao giúp cho quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo được thuận lợi và chính xác hơn rất nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho nghành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển và đảm bảo được các yêu cầu của người sử dụng. Và ngày nay cũng đã có nhiều thiết bị và phương pháp thực nghiệm để có thể kiểm tra chất lượng và tình trạng kỹ thuật của xe trong quá trình sử dụng rất thuận tiện và đảm bảo độ chính xác cao giúp cho việc hiệu chỉnh thiết kế và chọn chế độ sử dụng cho các loại xe ô tô có hiệu quả. 1 Từ những yêu cầu đó, Dưới sự hướng dẫn giúp đỡ tận tình của thầy co tôi hoàn thành đề tài: “Nghiên cứu tính năng động lực học của ô tô Gát 13 – Trai ca”. Mục đích và yêu cầu của đề tài Mục đích - Xây dựng và vẽ đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô, thể hiện mối liên hệ lực kéo phụ thuộc vào vận tốc của xe. - Xây dựng đồ thị tia và nhân tố động lực học, cho biết khả năng mang tải, thể hiện mối liên hệ của nhân tố động lực học phụ thuộc vào vận tốc của xe. - Xây dựng và vẽ đồ thị gia tốc, thể hiện mối liên hệ giữa gia tốc phụ thuộc vào vận tốc của xe. Yêu cầu - Nghiên cứu kỹ tổng quan về hệ thống truyền lực nói chung, hiểu rõ đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc . khả năng ứng dụng và hướng phát triển của từng loại truyền động của ô tô. - Dựa vào thông số khảo nghiệm và những thông tin tìm kiếm được, tính toán, xác định các hàm và dựng lại đồ thị đặc tính không thứ nguyên bộ biến mô của xe. - Tính toán, xét sự làm việc đồng thời giữa động cơ với bộ biến mô, xác định các hàm động lực của bánh bơm biến mô và vẽ đồ thị đặc tính tải trọng hệ thống động cơ - biến mô thủy lực của xe. - Tính toán, xác định các hàm động lực của tuabin và vẽ đồ thị đặc tính ra của hệ thống động cơ - biến mô thủy lực của xe. - Tính toán, xác định hàm để xây dựng chương trình vẽ đồ thị đặc tính động lực học của xe. 2 CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ÔTÔ Phân loại ôtô Hiện nay trên thế giới có rất nhiều chủng loại tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng khác nhau nên kết cấu các loại xe cũng khác nhau để nhằm phù hợp với công việc. Ta có thể phân loại ôtô theo những cách sau đây: Theo công dụng - Xe ôtô con là xe có sức chở người đến 9 người. - Xe ôtô khách là loại xe chỉ dùng để chở người, trên 10 người. - Xe ôtô tải là loại xe chỉ dùng để chở hàng hoá, sức chở vài trăm kg trở lên. Và xe có rơmooc cũng được xếp vào loại xe này. - Xe chuyên dùng là xe có thiết bị và trang bị đặc biệt và trang bị những thiết bị chuyên dùng để đáp ứng một hay một vài mục đích nào đó. Theo số cầu xe - Xe ôtô có một cầu chủ động: Đây là loại xe thông dụng hay dùng ở các nơi có đường xá tốt, các thành phố. - Xe có nhiều cầu chủ động: Những loại xe này có tính năng ưu việt hơn loại xe một cầu chủ động, hoạt động trên nhiều địa hình khác nhau, các loại xe này có hai hay nhiều cầu chủ động. Theo dạng nhiêu liệu tiêu thụ - Xe ôtô dùng nhiêu liệu xăng. Động cơ xăng. - Xe ôtô dùng nhiên liệu diezel. Động cơ diezel. - Xe ôtô dùng ga. Động cơ ga. - Xe ôtô dùng điện, hay các nguồn năng lượng khác như năng lượng mặt trời…. 3 1.2 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC (HTTL) - Động cơ: Động cơ là thiết bị dùng để đốt cháy nhiên liệu, biến nhiệt năng thành cơ năng. Nên ôtô hiện nay vẫn sử dụng chủ yếu là là động cơ xăng và động cơ diezel. Hệ thống truyền lực nói chung để thực hiện việc truyền mô men và công suất từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của ô tô máy kéo, nó phải đảm nhiệm các chức năng sau: - Cắt nối truyền động êm dịu, do ly hợp đảm nhiệm. Hình 1.1 Hệ thống truyền lực của ô tô 4 - Thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu về tốc độ và đổi hướng chuyển động, do hộp số đảm nhiệm. - Truyền và phân phối mô men đến các bán trục bánh xe chủ động ngay cả khi xe đổi hướng chuyển động, do truyền lực chính và vi sai đảm nhiệm. - Làm tăng mô men quay cho bánh chủ động (đối với máy kéo), do truyền lực cuối cùng đảm nhiệm, hình 1.1. Dựa vào nguyên tắc hoạt động, hệ thống truyền lực được chia ra: Truyền lực cơ khí; truyền lực thủy lực (thuỷ động và thủy tĩnh); truyền lực điện cơ; truyền lực phân cấp và truyền lực không phân cấp. Trước khi đi xây dựng đường đặc tính động lực học của ô tô với hệ thống truyền lực thủy lực (thủy động), hãy xét hệ thống truyền lực cơ khí; hệ thống truyền lực thủy lực trên một số ô tô máy kéo điển hình. 1.2.1 Hệ thống truyền lực cơ khí Những bộ phận chính trong truyền lực cơ khí bao gồm: ly hợp, hộp số, truyền lực trung gian (các đăng), truyền lực chính, hộp vi sai, các bán trục. a) Ly hợp ma sát Bộ phận ly hợp nằm giữa động cơ và hộp số chính. Chức năng của ly hợp trong hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo là: - Có khả năng đóng, ngắt mạch truyền lực từ động cơ tới bánh xe chủ động. Đảm bảo việc đóng, ngắt êm dịu nhằm giảm tải trọng động và thực hiện quá trình đóng, ngắt một cách nhanh chóng. - Khi chịu tải quá lớn ly hợp đóng vai trò như một cơ cấu an toàn nhằm tránh quá tải cho hệ thống truyền lực và động cơ. - Khi có hiện tượng cộng hưởng (rung động lớn) ly hợp có khả năng dập tắt chấn động để nâng cao chất lượng truyền động. Ly hợp ma sát được dùng nhiều trên ô tô, máy kéo là loại ly hợp một đĩa hoặc hai đĩa ma sát và là loại thường xuyên đóng do lực ép của các lò xo, 5 ép các đĩa ép cùng khối đĩa ma sát vào bề mặt của bánh đà, để truyền mô men từ bánh đà (liên kết cứng với vỏ ly hợp, rănh trong vỏ ly hợp ăn khớp với vấu đĩa ép (chủ động) sang đĩa ma sát nối then hoa với trục sơ cấp hộp số (phần bị động). Tuy nhiên quá trình cắt, nối ly hợp vẫn còn hiện tượng gây ồn, nếu trượt kéo dài sẽ phát sinh nhiệt và hao mòn nhanh . chính vì những nhược điểm còn tồn tại, nên đã có những giải pháp khắc phục. b) Hộp số cơ khí Trong hệ thống truyền lực của ô tô, máy kéo sử dụng hộp số để đảm bảo các chức năng: tạo nên sự thay đổi mô men và số vòng quay của động cơ ở phạm vi rộng phù hợp với sự thay đổi của địa hình làm việc, tạo nên chuyển động lùi và có thể ngắt truyền động trong thời gian dài. Hộp số cơ khí trong truyền động cơ khí của ô tô, máy kéo thường sử dụng các bộ truyền động bánh răng: răng thẳng hoặc răng nghiêng. Đối với máy kéo do tính chất công việc thay đổi phức tạp, thường làm việc ở tốc độ thấp phải bố trí hộp số nhiều số truyền hơn ở ôtô. Thường ở máy kéo bố trí loại hộp số có từ 9 số tiến trở lên và có 2 đến 3 số lùi. Trên ô tô thường bố trí hộp số có từ 3 đến 5 số tiến và 1 số lùi. Xét về cấu tạo thì hầu hết các hộp số cơ đều có điểm chung là có một cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp để truyền mô men quay từ trục sơ cấp đến trục trung gian. Trên trục sơ cấp có bố trí bánh răng liền trục của cặp bánh răng luôn luôn ăn khớp đó, và ở đầu có vành răng để gài số truyền thẳng (i = 1). Hộp số cơ có ưu điểm là kết cấu đơn giản, hiệu suất truyền cao (η = 0.9 ÷ 0.95), khối lượng nhỏ. Tuy nhiên hộp số cơ còn có nhược điểm là gây ồn khi làm việc, khó sang số đòi hỏi sự khéo léo của người vận hành điều khiển khi sang số. Muốn gài số, người vận hành phải điều khiển sao cho các bánh răng cần gài với nhau phải được quay cùng một tốc độ, có như vậy để tránh các đầu răng không bị vấp vào nhau. Để tạo điều kiện cho việc sang số dễ dàng, trên hộp số được trang 6 bị các bộ đồng tốc. Các bộ đồng tốc thường có ba loại sau: - Bộ đồng tốc không thay đổi lực ma sát. - Bộ đồng tốc quán tính. - Bộ đồng tốc quán tính tăng lực. Khi có bộ đồng tốc này sẽ làm cho hộp số làm việc êm dịu hơn, tuy nhiên trong sử dụng, khi vào số bằng lực tác dụng quá lớn có thể dẫn đến hư hỏng khoá hãm và cháy mòn vành ma sát, khi đó quá trình sang số sẽ không còn êm dịu nữa. Mặt khác việc ứng dụng giải pháp này làm cho cấu tạo hộp số thêm phức tạp đây cũng là nhược điểm cần được khắc phục. c) Truyền động các đăng Để truyền mô men từ hộp số tới cầu chủ động, trên ô tô, máy kéo thường dùng trục các đăng. Truyền động các đăng để truyền mô men quay giữa các trục có các đường tâm không trùng nhau thường là cắt nhau với một góc γ = 15 0 ÷ 20 0 . Như vậy trục các đăng dùng để truyền mô men từ các cụm cố định trên khung (hộp số, hộp phân phối) tới các cụm di động tương đối với khung như các cầu chủ động, việc sử dụng loại trục truyền này là điều không mong muốn. d) Truyền lực chính và vi sai - Truyền lực chính được dùng để tăng tỷ số truyền từ trục các đăng đến cơ cấu vi sai và các bán trục trên ô tô, máy kéo bánh lốp. - Bộ vi sai đặt giữa các bánh xe chủ động trong hộp cầu ô tô, máy kéo có chức năng là đảm bảo cho các bánh xe chủ động quay với tốc độ khác nhau khi xe quay vòng hoặc di chuyển trên đường không bằng phẳng. Phân phối mô men ra các cầu chủ động theo một tỷ lệ nhất định phụ thuộc vào trọng lượng bám của các cầu nhằm nâng cao khả năng bám của xe, đặc biệt là những xe có nhiều cầu chủ động. 7 1.2.2 Hệ thống truyền lực thủy lực Ngày nay hệ thống truyền lực trên ô tô - máy kéo được sử dụng hệ thống truyền lực thủy lực, nó gồm có hai dạng cơ bản là truyền lực thủy động và truyền lực thủy tĩnh. 1.2.2.1 Truyền lực thuỷ tĩnh Hình 1.2 Hệ thống truyền lực thủy tĩnh Trong hệ thống truyền lực thủy tĩnh, để truyền lực từ động cơ tới các bánh chủ động của xe, người ta sử dụng dạng truyền động sử dụng chất lỏng chịu áp lực nhất định. Quá trình hoạt động của HTTL thủy tĩnh có thể được mô tả như sau: Khi động cơ hoạt động, cơ năng từ động cơ được bơm biến thành thủy năng, sau đó một mô tơ lại biến thủy năng thành cơ năng trở lại cho các bánh xe truyền động. Vì vậy truyền động thủy tĩnh đảm nhiệm cả chức năng của ly hợp lẫn hộp số. Loại truyền lực thủy tĩnh là loại truyền lực thay đổi các số truyền vô cấp. Khi làm việc chất lỏng được chứa đầy trong hệ thống và làm việc theo chu trình khép kín (bơm - ống dẫn - động cơ thủy lực). Để nâng cao hiệu suất sử dụng đảm bảo vai trò vừa là bơm vừa là động cơ thủy lực, người ta sử dụng loại mô tơ có hai chế độ làm việc (chế độ bơm thủy lực và chế độ động cơ thủy lực). Trong quá trình làm việc tùy theo kết cấu của bơm và động cơ thủy lực, có thể có sự chuyển đổi cố định hay biến đổi, và phối hợp với sự biến đổi hay cố định, mà người ta chế tạo và được phân loại như sau: - Bơm chuyển đổi cố định truyền động cho mô tơ chuyển đổi cố định. 8 - Bơm chuyển đổi biến đổi truyền động cho mô tơ chuyển đổi cố định. - Bơm chuyển đổi cố định truyền động cho mô tơ chuyển đổi biến đổi. - Bơm chuyển đổi biến đổi truyền động cho mô tơ chuyển đổi biến đổi. Những ưu điểm của truyền động thủy tĩnh: - Là loại truyền động thay đổi vô cấp với khoảng rất rộng. - Điều khiển dễ dàng, êm dịu không bị gối trục. - Sang số khi đang chạy, vậy thuận lợi khi xe chạy trên đường có địa hình phức tạp. - Cho mô men lớn nên dễ khởi động. - Giảm được một số cụm, cơ cấu (hộp số, ly hợp), nên kết cấu gọn, đem lại lực lớn. - Giảm tải trọng đột biến, làm tăng tuổi thọ cho hệ thống, chăm sóc bảo dưỡng dễ dàng. - Có thể dùng bơm để truyền động cho bộ phận khác (hệ thống nâng hạ và những phần phía sau của xe) nâng cao khả năng hoạt động của xe. Nhược điểm: do hệ thống làm việc với áp suất cao (8 ÷ 35 MN/m 2 ), ứng suất lớn nên đòi hỏi vật liệu chế tạo có độ bền cao, công nghệ chế tạo đòi hỏi chính xác. Việc làm kín khó khăn, hiệu suất làm việc thay đổi phụ thuộc vào chất lượng và nhiệt độ dầu, vì vậy hiệu suất chỉ đạt η = 0.75 ÷ 0.85. 1.2.2.2 Truyền lực thủy động 9 Hình 1.3 Truyền lực thủy động Như ta đã biết ly hợp ma sát không cho phép trượt lâu dài khi làm việc, vì sự hao mòn, hư hỏng tăng nhanh. Trên ô tô - máy kéo hiện nay, cùng với việc sử dụng hộp số cơ khí người ta đã trang bị hầu hết là hệ thống truyền lực thủy cơ. Hệ thống truyền lực thủy cơ thường dùng là ba loại chủ yếu sau đây: - Ly hợp thủy lực kết hợp với hộp số cơ khí. - Biến mô thủy lực. - Biến mô thủy lực kết hợp với hộp số cơ khí. Ly hợp thủy lực Hình 1.4 Ly hợp thủy lực 1 - tuabin; 2 - hướng dòng chảy; 3 - dòng chảy trung bình; 4 – Bánh bơm; 5 - vòng trong; 6 - vòng ngoài;7 - trục ra; 8 - vòng làm kín. Ly hợp thủy lực có 4 là bánh bơm (bánh chủ động) được gắn với bánh đà; có 1 là tuabin (bánh bị động) gắn với trục sơ cấp hộp số. Bên trong của bánh bơm và tua bin đều có các cánh dẫn dầu chúng được ghép nối tạo thành một hộp kín trong đó chứa đầy dầu, biểu thị trên hình 1.4. Khi làm việc, động cơ quay làm cho bánh đà cùng bánh bơm quay theo, lúc này dầu chứa trong không gian các cánh bơm chịu lực ly tâm chuyển động từ phía tâm trục rời xa trục quay tới cửa thoát văng ra khỏi bánh bơm đi vào 10 [...]... tốc ô tô nhanh chóng và êm dịu - Nâng cao chất lượng kéo của ô tô và tính kinh tế nhiên liệu của chúng - Nâng cao được tính năng cơ động của ô tô - Giảm được tải trọng động lên hệ thống truyền lực 19 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ÔTÔ 2.1 CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN ÔTÔ L a v b Pw hw Zn G.sin Mfn hg A Pf n G.cos Pj G Zk Mfk Pk Pfk Hình 2.1 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô 2.1.1 Lực. .. sánh các tính chất động lực học của các ô tô vận chuyển khác nhau vì các ô tô khác nhau sẽ có trọng lượng khác nhau và đặc tính kỷ thuật của các loại ô tô cũng có thể khác nhau Do vậy để đánh giá so sánh tính chất động lực học của tô vận chuyển khác nhau người ta sử dụng một thông số đặc trưng tính chất động lực học không có thứ nguyên Thông số đó là nhân tố động lực học Nhân tố động lực học là tỷ... tính động lực học của ô tô hoặc gọi tắt là đường đặc tính động lực học Trên hình 2.7 là dạng đường đặc tính động lực học D với giả thiết các bánh xe chủ động không bị trượt δ = 0 và hệ số cản lăn không phụ thuộc vào vận tốc chuyển động f = const 36 Hình 2.7 Đặc tính động lực học của ô tô Đường đặc tính động lực học được xây dựng dựa trên đường đặc tính tải trọng hoặc đường đặc tính tải trọng của động. .. chế độ làm việc của động cơ, tỷ số truyền trong hệ thống truyền lực, khả năng bám của các bánh xe chủ động và tốc độ chuyển động của các ô tô Nhân tố động lực học là đại lượng không có thứ nguyên và có thể sử dụng để đánh giá so sánh tính chất động lực học của các loại ô tô khác nhau hoặc cùng một loại ô tô làm việc ở các điều kiện đường xá khác nhau 2.6.2 Đặc tính động lực học của ô tô Để dễ nhận thấy... động lực học và điều kiện chuyển động (thông qua hệ số cản mặt đường ψ và gia tốc j) 34 Khi ô tô chuyển động đều (j = 0) thì nhân tố động lực học tính bằng hệ số cản chung của mặt đường: D = ψ = fcosα ± sinα Nếu ô tô chuyển động đều trên đường nằm ngang, tức là j = 0 và α = 0, thì nhân tố động lực học bằng hệ số cản lăn: D=f Giá trị của nhân tố động lực học còn phụ thuộc vào các thông số kết cấu của. .. Hình 2.6 Đồ thị cân bằng công suất Các đường cong Nk = f(v) cũng được xây dựng tương tự vì tỷ lệ thuận với Ne theo biểu thức (Nk = Ne ηm ) 2.6 ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ÔTÔ 2.6.1 Nhân tố động lực học ô tô Phương trình cân bằng lực kéo và phương trình cân bằng công suất có thể sử dụng để phân tích đánh giá tính chất động lực học của một loại ô tô vận chuyển cụ thể Nhưng không thể sử dụng các phương... Trong đó : Pj’ lực cản quán tính tịnh tiến, kN; P’’j lực cản quán tính do sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều trên ô tô gây ra, kN Lực cản quán tính tịnh tiến Pj’ có thể xác định theo công thức: P = j Trong đó : G g (2 .13) j - gia tốc tịnh tiến của ô tô; G - trọng lượng của ô tô, kG; g - gia tốc trọng trường, m/s2 Thành phần lực quán tính Pj’’ được xác định theo công thức: P ''... thống truyền lực, giúp cho tô, máy kéo và xe chuyên dụng nâng cao tính năng động lực và tính năng kinh tế kỹ thuật của 12 chúng Hệ thống truyền lực trên tô máy kéo và xe chuyên dụng có sự kết hợp giữa bộ truyền thủy động với các bộ truyền cơ học được gọi chung là bộ truyền thủy cơ Hình 1.5 Truyền lực thủy - cơ trên tô a) Bộ BMM hoặc ly hợp thủy lực; b) Hộp số cơ học c) Hộp phân phối truyền lực cuối... chủ động; 35 G - trọng lượng của ô tô ( không có trọng lượng rơ moóc); kG Đối với ô tô có tất cả các bánh chủ động thì λ k = 1 , ở ô tô chỉ có cầu sau chủ động λ k = 0,62 ÷ 0,67 còn đối với ô tô tải tuỳ thuộc vào sự phân bố hàng hoá trên thùng xe giá trị hệ số λ k có thể thay đổi Một số nhận xét : Nhân tố động lực học D đặc trưng cho khả năng tăng tốc và khắc phục lực cản của mặt đường Giá trị của. .. chuyển động Do vậy phản lực tiếp tuyến P k được gọi là lực kéo tiếp tuyến, đôi khi còn được gọi là lực chủ động Về bản chất, lực kéo tiếp tuyến là phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe do mô men chủ động gây ra, có chiều cùng với chiều chuyển động của ô tô Giá trị lực kéo tiếp tuyến khi ô tô chuyển động ổn định được xác định theo công thức : Pk = M k M e i.ηm = rk rk (2.1) Trong đó: Mk – mô men
