Mô hình hóa hệ thống truyền lực ô tô

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!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
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 h ...