Giáo trình Tính toán thiết kế ô tô

281 trang phuongnguyen 1100

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Tính toán thiết kế ô tô", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_tinh_toan_thiet_ke_o_to.pdf

Nội dung text: Giáo trình Tính toán thiết kế ô tô

ÑAËNG QUYÙ TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH 2001 LÖU HAØNH NOÄI BOÄ
LÔØI NOÙI ÑAÀU Neàn coâng nghieäp cheá taïo oâ toâ treân theá giôùi ngaøy caøng phaùt trieån maïnh meõ. ÔÛ Vieät Nam, trong thôøi gian khoâng laâu nöõa töø tình traïng laép raùp xe hieän nay, chuùng ta seõ tieán ñeán töï cheá taïo oâtoâ. Bôûi vaäy, vieäc ñaøo taïo ñoäi nguõ kyõ sö coù trình ñoä ñaùp öùng ñöôïc nhöõng ñoøi hoûi cuûa ngaønh cheá taïo vaø söûa chöõa oâ toâ laø moät nhieäm vuï raát quan troïng. Ñeå phuïc vuï cho muïc ñích laâu daøi neâu treân vaø tröôùc maét ñeå ñaùp öùng cho chöông trình ñaøo taïo theo hoïc cheá tín chæ, Khoa Cô Khí Ñoäng Löïc cuûa Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät ñaõ phaân coâng caùn boä giaûng daïy bieân soaïn giaùo trình: “Tính toaùn thieát keá oâ toâ” duøng cho heä ñaïi hoïc. Giaùo trình naøy coù 14 chöông, trình baøy veà boá trí chung treân oâ toâ, caùc cheá ñoä taûi troïng khi xe hoaït ñoäng, caùc heä thoáng thuoäc phaàn truyeàn löïc, caùc caàu xe, caùc heä thoáng treo, phanh, laùi vaø khung voû cuûa oâ toâ. ÔÛ giaùo trình naøy seõ khoâng ñeà caäp nhieàu veà caáu taïo vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng caùc chi tieát vaø boä phaän treân oâ toâ. Vì phaàn naøy sinh vieân ñaõ ñöôïc hoïc kyõ ôû caùc moân hoïc thöïc taäp ôû xöôûng. “Tính toaùn thieát keá oâ toâ“ laø moân hoïc chuyeân ngaønh quan troïng ôû naêm cuoái. Bôûi vaäy, tröôùc khi hoïc moân naøy, sinh vieân phaûi hoïc tröôùc caùc moân sau: “Cô lyù thuyeát“, “Söùc beàn vaät lieäu“, “Caáu taïo oâ toâ“, “Nguyeân lyù ñoäng cô ñoát trong” vaø “Lyù thuyeát oâ toâ”. Giaùo trình naøy ñeà caäp ñeán nhöõng vaán ñeà cô baûn quan troïng cuûa moân hoïc, phuø hôïp vôùi chöông trình qui ñònh cuûa Boä Giaùo Duïc vaø Ñaøo Taïo ñoái vôùi ngaønh thieát keá cheá taïo oâ toâ. Noäi dung kieán thöùc ôû giaùo trình naøy nhaèm trang bò cho sinh vieân nhöõng hieåu bieát vöõng chaéc veà ñoäng löïc hoïc vaø ñoä beàn chi tieát aùp duïng cho caùc boä phaän thuoäc phaàn gaàm cuûa oâ toâ. Treân cô sôû ñoù, sinh vieân ra tröôøng coù theå tính toaùn, thieát keá ñöôïc caùc chi tieát vaø boä phaän cuï theå cuûa xe. Töø ñoù, hoï coù theå cheá taïo môùi hoaëc thieát keá caûi taïo ñeå phuïc vuï cho vieäc söûa chöõa, phuïc hoài vaø caûi taïo oâ toâ. Do trình ñoä vaø thôøi gian coù haïn, bôûi vaäy giaùo trình naøy chaéc seõ coù choã chöa hoaøn thieän vaø thieáu soùt. Raát mong caùc ñoàng chí vaø baïn ñoïc goùp yù. Toâi xin chaân thaønh caûm ôn. Ngöôøi bieân soaïn Ñaëng Quyù
CHÖÔNG I BOÁ TRÍ CHUNG TREÂN OÂTOÂ Boá trí chung treân oâ toâ bao goàm boá trí ñoäng cô vaø heä thoáng truyeàn löïc. Tuøy thuoäc vaøo muïc ñích söû duïng, coâng duïng vaø tính kinh teá maø moãi loaïi xe coù caùch boá trí rieâng. Nhìn chung, khi choïn phöông phaùp boá trí chung cho xe, chuùng ta phaûi caân nhaéc ñeå choïn ra phöông aùn toái öu, nhaèm ñaùp öùng caùc yeâu caàu sau ñaây : - Kích thöôùc cuûa xe nhoû, boá trí hôïp lyù phuø hôïp vôùi caùc ñieàu kieän ñöôøng xaù vaø khí haäu. - Xe phaûi ñaûm baûo tính tieän nghi cho laùi xe vaø haønh khaùch, ñaûm baûo taàm nhìn thoaùng vaø toát. - Xe phaûi coù tính kinh teá cao, ñöôïc theå hieän qua heä soá söû duïng chieàu daøi λ cuûa xe. Khi heä soá λ caøng lôùn thì tính kinh teá cuûa xe caøng taêng . l λ = L ÔÛ ñaây : l – Chieàu daøi thuøng chöùa haøng (xe taûi) hoaëc chieàu daøi buoàng chöùa haønh khaùch (xe chôû khaùch) . L – Chieàu daøi toaøn boä cuûa oâ toâ . - Ñaûm baûo khoâng gian caàn thieát cho taøi xeá deã thao taùc, ñieàu khieån xe vaø choã ngoài phaûi ñaûm baûo an toaøn. - Deã söûa chöõa, baûo döôõng ñoäng cô, heä thoáng truyeàn löïc vaø caùc boä phaän coøn laïi . - Ñaûm baûo söï phaân boá taûi troïng leân caùc caàu xe hôïp lyù, laøm taêng khaû naêng keùo, baùm oån ñònh, eâm dòu v.v cuûa xe khi chuyeån ñoäng . I. BOÁ TRÍ ÑOÄNG CÔ TREÂN OÂTOÂ. Caùc phöông aùn sau ñaây thöôøng ñöôïc söû duïng khi boá trí ñoäng cô treân oâtoâ : 1. Ñoäng cô ñaët ôû ñaèng tröôùc. Phöông aùn naøy söû duïng ñöôïc cho taát caû caùc loaïi xe. Khi boá trí ñoäng cô ñaèng tröôùc chuùng ta laïi coù hai phöông phaùp nhö sau : a) Ñoäng cô ñaët ñaèng tröôùc vaø naèm ngoaøi buoàng laùi: Khi ñoäng cô ñaët ôû ñaèng tröôùc vaø naèm ngoaøi buoàng laùi (Hình 1.1a) seõ taïo ñieàu kieän cho coâng vieäc söûa chöõa, baûo döôõng ñöôïc thuaän tieän hôn. Khi ñoäng cô laøm vieäc, nhieät naêng do ñoäng cô toûa ra vaø söï rung cuûa ñoäng cô ít aûnh höôûng ñeán taøi xeá vaø haønh khaùch. Nhöng trong tröôøng hôïp naøy heä soá söû duïng chieàu daøi λ cuûa xe seõ giaûm xuoáng. Nghóa laø theå tích chöùa haøng hoùa hoaëc löôïng haønh khaùch seõ giaûm. Maët khaùc, trong tröôøng hôïp naøy taàm nhìn cuûa ngöôøi laùi bò haïn cheá, aûnh höôûng xaáu ñeán ñoä an toaøn chung . 1
b) Ñoäng cô ñaët ñaèng tröôùc vaø naèm trong buoàng laùi (Hình 1.1b) : Phöông aùn naøy ñaõ haïn cheá vaø khaéc phuïc ñöôïc nhöõng nhöôïc ñieåm cuûa phöông aùn vöøa neâu treân. Trong tröôøng hôïp naøy heä soá söû duïng chieàu daøi λ cuûa xe taêng raát ñaùng keå, taàm nhìn ngöôøi laùi ñöôïc thoaùng hôn . Nhöng do ñoäng cô naèm beân trong buoàng laùi, neân theå tích buoàng laùi seõ giaûm vaø ñoøi hoûi phaûi coù bieän phaùp caùch nhieät vaø caùch aâm toát, nhaèm haïn cheá caùc aûnh höôûng cuûa ñoäng cô ñoái vôùi taøi xeá vaø haønh khaùch nhö noùng vaø tieáng oàn do ñoäng cô phaùt ra. Khi ñoäng cô naèm trong buoàng laùi seõ khoù khaên cho vieäc söûa chöõa vaø baûo döôõng ñoäng cô. Bôûi vaäy trong tröôøng hôïp naøy ngöôøi ta thöôøng duøng loaïi buoàng laùi laät (Hình 1.1h) ñeå deã daøng chaêm soùc ñoäng cô . Ngoaøi ra moät nhöôïc ñieåm caàn löu yù nöõa laø ôû phöông aùn naøy troïng taâm cuûa xe bò naâng cao, laøm cho ñoä oån ñònh cuûa xe bò giaûm . 2. Ñoäng cô ñaët ôû ñaèng sau . Phöông aùn naøy thöôøng söû duïng ôû xe du lòch vaø xe khaùch . Khi ñoäng cô ñaët ôû ñaèng sau (Hình 1.1d) thì heä soá söû duïng chieàu daøi λ taêng, bôûi vaäy theå tích phaàn chöùa khaùch cuûa xe seõ lôùn hôn so vôùi tröôøng hôïp ñoäng cô ñaët ôû ñaèng tröôùc neáu cuøng moät chieàu daøi L cuûa caû hai xe nhö nhau, nhôø vaäy löôïng haønh khaùch seõ nhieàu hôn . Neáu chuùng ta choïn phöông aùn ñoäng cô ñaët ôû ñaèng sau, ñoàng thôøi caàu sau laø caàu chuû ñoäng, caàu tröôùc bò ñoäng, thì heä thoáng truyeàn löïc seõ ñôn giaûn hôn vì khoâng caàn söû duïng ñeán truyeàn ñoäng caùc ñaêng . Ngoaøi ra, neáu ñoäng cô naèm ôû sau xe, thì ngöôøi laùi nhìn raát thoaùng, haønh khaùch vaø ngöôøi laùi hoaøn toaøn khoâng bò aûnh höôûng bôûi tieáng oàn vaø söùc noùng cuûa ñoäng cô . Nhöôïc ñieåm chuû yeáu cuûa phöông aùn naøy laø vaán ñeà ñieàu khieån ñoäng cô, ly hôïp, hoäp soá v.v seõ phöùc taïp hôn vì caùc boä phaän noùi treân naèm caùch xa ngöôøi laùi . 3. Ñoäng cô ñaët giöõa buoàng laùi vaø thuøng xe. Phöông aùn ñoäng cô naèm giöõa buoàng laùi vaø thuøng xe (Hình 1.1c) coù öu ñieåm laø theå tích buoàng laùi taêng leân, ngöôøi laùi nhìn seõ thoaùng vaø thöôøng chæ söû duïng ôû xe taûi vaø moät soá xe chuyeân duøng trong ngaønh xaây döïng . Tröôøng hôïp boá trí naøy coù nhöôïc ñieåm sau : Noù laøm giaûm heä soá söû duïng chieàu daøi λ vaø laøm cho chieàu cao troïng taâm xe taêng leân, do ñoù tính oån ñònh cuûa xe giaûm. Ñeå troïng taâm xe naèm ôû vò trí thaáp, baét buoäc phaûi thay ñoåi söï boá trí thuøng xe vaø moät soá chi tieát khaùc. 4. Ñoäng cô ñaët ôû döôùi saøn xe. Phöông aùn naøy ñöôïc söû duïng ôû xe khaùch (Hình 1.1e) vaø noù coù ñöôïc nhöõng öu ñieåm nhö tröôøng hôïp ñoäng cô ñaët ôû ñaèng sau. Nhöôïc ñieåm chính cuûa phöông aùn naøy laø khoaûng saùng gaàm maùy bò giaûm, haïn cheá phaïm vi hoaït ñoäng cuûa xe vaø khoù söûa chöõa, chaêm soùc ñoäng cô . 2
l a) d) L l e) b) L h) c) l L Hình 1.1 : Boá trí ñoäng cô treân oâtoâ a) Naèm tröôùc buoàng laùi ; b) Naèm trong buoàng laùi ; c) Naèm giöõa buoàng laùi vaø thuøng xe d) Naèm ôû ñaèng sau ; e) Naèm döôùi saøn xe ; h) Buoàng laùi laät . II. BOÁ TRÍ HEÄ THOÁNG TRUYEÀN LÖÏC TREÂN OÂTOÂ. Heä thoáng truyeàn löïc cuûa oâtoâ bao goàm caùc boä phaän vaø cô caáu nhaèm thöïc hieän nhieäm vuï truyeàn moâmen xoaén töø ñoäng cô ñeán caùc baùnh xe chuû ñoäng. Heä thoáng truyeàn löïc thöôøng bao goàm caùc boä phaän sau : ˘ Ly hôïp : ( vieát taét LH) . ˘ Hoäp soá : (vieát taét HS) . ˘ Hoäp phaân phoái : ( vieát taét P) . 3
˘ Truyeàn ñoäng caùc ñaêng : (vieát taét C) . ˘ Truyeàn löïc chính : ( vieát taét TC) . ˘ Vi sai : (vieát taét VS) . ˘ Baùn truïc (Nöûa truïc) : ( vieát taét N) . ÔÛ treân xe moät caàu chuû ñoäng seõ khoâng coù hoäp phaân phoái. Ngoaøi ra ôû xe taûi vôùi taûi troïng lôùn thì trong heä thoáng truyeàn löïc seõ coù theâm truyeàn löïc cuoái cuøng. Möùc ñoä phöùc taïp cuûa heä thoáng truyeàn löïc moät xe cuï theå ñöôïc theå hieän qua coâng thöùc baùnh xe. Coâng thöùc baùnh xe ñöôïc kyù hieäu toång quaùt nhö sau : a x b Trong ñoù : a laø soá löôïng baùnh xe . b laø soá löôïng baùnh xe chuû ñoäng . Ñeå ñôn giaûn vaø khoâng bò nhaàm laãn, vôùi kyù hieäu treân chuùng ta quy öôùc ñoái vôùi baùnh keùp cuõng chæ coi laø moät baùnh . Thí duï cho caùc tröôøng hôïp sau : 4 x 2 : xe coù moät caàu chuû ñoäng (coù 4 baùnh xe, trong ñoù coù 2 baùnh xe laø chuû ñoäng) 4 x 4 : xe coù hai caàu chuû ñoäng (coù 4 baùnh xe vaø caû 4 baùnh ñeàu chuû ñoäng ) . 6 x 4 : xe coù hai caàu chuû ñoäng, moät caàu bò ñoäng (coù 6 baùnh xe, trong ñoù 4 baùnh xe laø chuû ñoäng) . 6 x 6 : xe coù 3 caàu chuû ñoäng (coù 6 baùnh xe vaø caû 6 baùnh ñeàu chuû ñoäng) . 8 x 8 : xe coù 4 caàu chuû ñoäng (coù 8 baùnh xe vaø caû 8 baùnh ñeàu chuû ñoäng) . 1. Boá trí heä thoáng truyeàn löïc theo coâng thöùc 4 x 2. a) Ñoäng cô ñaët tröôùc, caàu sau chuû ñoäng (4 x 2) : Phöông aùn naøy ñöôïc theå hieän ôû hình 1.2, thöôøng ñöôïc söû duïng ôû xe du lòch vaø xe taûi haïng nheï. Phöông aùn boá trí naøy raát cô baûn vaø ñaõ xuaát hieän töø laâu . ÑC HS c LH TC VS N Hình 1.2 : Ñoäng cô ñaët tröôùc, caàu sau chuû ñoäng (4 x 2) 4
b) Ñoäng cô ñaët sau, caàu sau chuû ñoäng (4 x 2) : Phöông aùn naøy ñöôïc theå hieän ôû hình 1.3 thöôøng ñöôïc söû duïng ôû moät soá xe du lòch vaø xe khaùch. Trong tröôøng hôïp naøy heä thoáng truyeàn löïc seõ goïn vaø ñôn giaûn vì khoâng caàn ñeán truyeàn ñoäng caùc ñaêng. ÔÛ phöông aùn naøy coù theå boá trí ñoäng cô, ly hôïp, hoäp soá, truyeàn löïc chính goïn thaønh moät khoái . Hình 1.3 : Ñoäng cô ñaët sau, caàu sau chuû ñoäng (4 x 2) Moät ví duï ñieån hình cho phöông aùn naøy laø heä thoáng truyeàn löïc cho xe du lòch VW 1200 (cuûa CHDC Ñöùc) ôû hình 1.4 1 Hình 1.4 : Heä thoáng truyeàn löïc xe VW 1200 1. Baùnh raêng hình chaäu 2. Voû boä vi sai 3. Baùnh raêng baùn truïc (Khoâng veõ soá luøi treân hình veõ) 5
c) Ñoäng cô ñaët tröôùc, caàu tröôùc chuû ñoäng (4 x 2) : Phöông aùn naøy ñöôïc theå hieän ôû hình 1.5, thöôøng ñöôïc söû duïng ôû moät soá xe du lòch saûn xuaát trong thôøi gian gaàn ñaây. Caùch boá trí naøy raát goïn vaø heä thoáng truyeàn löïc ñôn giaûn vì ñoäng cô naèm ngang, neân caùc baùnh raêng cuûa truyeàn löïc chính laø caùc baùnh raêng truï, cheá taïo ñôn giaûn hôn baùnh raêng noùn ôû caùc boä truyeàn löïc chính treân caùc xe khaùc. ÑC Hình 1.5 : Ñoäng cô ôû tröôùc, caàu tröôùc chuû ñoäng Moät ví duï ñieån hình cho phöông aùn naøy laø caùch boá trí heä thoáng truyeàn löïc cuûa xe du lòch TALBOT SOLARA (cuûa CH Phaùp) : Hình 1.6 : Heä thoáng truyeàn löïc cuûa xe du lòch TALBOT SOLARA 1 vaø 2 : cô caáu sang soá luøi (khoâng theå hieän heát ôû hình veõ) 6
2. Boá trí heä thoáng truyeàn löïc theo coâng thöùc 4 x 4. Phöông aùn naøy ñöôïc söû duïng nhieàu ôû xe taûi vaø moät soá xe du lòch. Treân hình 1.7 trình baøy heä thoáng truyeàn löïc cuûa xe du lòch VAZ - 2121 (saûn xuaát taïi CHLB Nga). ÔÛ beân trong hoäp phaân phoái coù boä vi sai giöõa hai caàu vaø cô caáu khoùa boä vi sai ñoù khi caàn thieát . P LH ÑC HS C C 1 2 Hình 1.7 : Heä thoáng truyeàn löïc cuûa xe VAZ . 2121 1. Cô caáu khoaù vi sai giöõa hai caàu 2. Vi sai giöõa hai caàu 3. Boá trí heä thoáng truyeàn löïc theo coâng thöùc 6 x 4. LH TC TC ÑC C HS C Hình 1.8 : Heä thoáng truyeàn löïc cuûa xe KAMAZ – 5320 7
Phöông aùn naøy ñöôïc söû duïng nhieàu ôû caùc xe taûi coù taûi troïng lôùn. ÔÛ treân hình 1.8 laø heä thoáng truyeàn löïc 6 x 4 cuûa xe taûi KAMAZ – 5320 (saûn xuaát taïi CHLB Nga). Ñaëc ñieåm cô baûn cuûa caùch boá trí naøy laø khoâng söû duïng hoäp phaân phoái cho hai caàu sau chuû ñoäng, maø chæ duøng moät boä vi sai giöõa hai caàu neân keát caáu raát goïn. 4. Boá trí heä thoáng truyeàn löïc theo coâng thöùc 6 x 6. Phöông aùn naøy ñöôïc söû duïng haàu heát ôû caùc xe taûi coù taûi troïng lôùn vaø raát lôùn. Moät ví duï cho tröôøng hôïp naøy laø heä thoáng truyeàn löïc cuûa xe taûi URAL 375 (saûn xuaát taïi CHLB Nga) ôû treân hình 1.9 . Ñaëc ñieåm chính cuûa heä thoáng truyeàn löïc naøy laø trong hoäp phaân phoái coù boä vi sai hình truï ñeå chia coâng suaát ñeán caùc caàu tröôùc, caàu giöõa vaø caàu sau. Coâng suaát daãn ra caàu giöõa vaø caàu sau ñöôïc phaân phoái thoâng qua boä vi sai hình noùn (Nhö ôû hình 1.8) . Ngoaøi ra coù moät soá heä thoáng truyeàn löïc ôû moät soá xe laïi khoâng söû duïng boä vi sai giöõa caùc caàu nhö xe ZIL 131 ,ZIL 175 K LH ÑC HS P o Tröôùc Sau Giöõa Hình 1.9 : Heä thoáng truyeàn löïc cuûa xe URAL 375 8
CHÖÔNG II TAÛI TROÏNG TAÙC DUÏNG LEÂN CAÙC BOÄ PHAÄN VAØ CHI TIEÁT CUÛA OÂ TOÂ I. KHAÙI NIEÄM VEÀ CAÙC LOAÏI TAÛI TROÏNG. Muïc ñích cuûa coâng vieäc tính toaùn thieát keá oâ toâ laø xaùc ñònh kích thöôùc toái öu cuûa caùc boä phaän vaø chi tieát cuûa xe. Trong khi ñoù, kích thöôùc cuûa moät chi tieát phuï thuoäc vaøo ñoä lôùn vaø baûn chaát cuûa öùng suaát sinh ra beân trong chi tieát ñoù khi noù laøm vieäc. Maø öùng suaát sinh ra trong caùc chi tieát cuûa oâ toâ laïi phuï thuoäc vaøo cheá ñoä taûi troïng taùc duïng leân chuùng trong caùc ñieàu kieän söû duïng khaùc nhau. Nhö vaäy, muoán xaùc ñònh kích thöôùc cuûa caùc chi tieát ñeå ñuû ñoä beàn laøm vieäc, caàn phaûi xaùc ñònh taûi troïng taùc duïng leân chuùng khi xe laøm vieäc. OÂtoâ laø moät heä ñoäng löïc hoïc raát phöùc taïp, khi chuyeån ñoäng vôùi vaän toác khaùc nhau, treân caùc loaïi ñöôøng khaùc nhau thì tình traïng chòu taûi cuûa caùc chi tieát seõ thay ñoåi. Khi tính toaùn ñoä beàn cuûa caùc boä phaän vaø chi tieát cuûa oâtoâ, ngoaøi taûi troïng tónh chuùng ta phaûi xeùt ñeán taûi troïng ñoäng. Taûi troïng ñoäng taùc duïng leân chi tieát trong thôøi gian ngaén, nhöng giaù trò cuûa noù lôùn hôn taûi troïng tónh raát nhieàu. Taûi troïng ñoäng xuaát hieän trong caùc boä phaän vaø chi tieát cuûa heä thoáng truyeàn löïc khi ñoùng ly hôïp ñoät ngoät, khi gaøi soá trong quaù trình taêng toác, khi phanh ñoät ngoät baèng phanh tay hoaëc khi phanh gaáp maø khoâng môû ly hôïp Coøn ñoái vôùi caùc boä phaän khoâng ñöôïc treo vaø heä thoáng laùi, taûi troïng ñoäng seõ xuaát hieän khi xe chuyeån ñoäng treân maët ñöôøng khoâng baèng phaúng. Nhö vaäy, ñeå xaùc ñònh ñöôïc kích thöôùc cuûa caùc chi tieát ñaûm baûo ñuû ñoä beàn laøm vieäc, thì chuùng ta phaûi xaùc ñònh ñöôïc taûi troïng ñoäng taùc duïng leân chi tieát ñoù khi xe chuyeån ñoäng . Xaùc ñònh chính xaùc giaù trò taûi troïng ñoäng taùc duïng leân caùc chi tieát cuûa xe laø moät baøi toaùn raát phöùc taïp. Bôûi vì, giaù trò taûi troïng ñoäng coù theå thay ñoåi do ñieàu kieän maët ñöôøng vaø traïng thaùi chuyeån ñoäng cuûa xe thay ñoåi. Ñoái vôùi heä thoáng truyeàn löïc cuûa oâtoâ, taûi troïng tónh taùc duïng leân chi tieát ñöôïc tính töø moâmen xoaén cöïc ñaïi cuûa ñoäng cô Memax. Coøn taûi troïng ñoäng thöôøng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc kinh nghieäm nhaän ñöôïc töø haøng loaït caùc thí nghieäm . Thoâng thöôøng taûi troïng ñoäng ñöôïc ñaëc tröng baèng heä soá taûi troïng ñoäng kñ. Heä soá naøy baèng tæ soá cuûa giaù trò taûi troïng ñoäng treân giaù trò taûi troïng tónh : giaùtrò taûi troïng ñoäng k = (2.1) ñ giaù trò taûi troïng tónh Thoâng qua söï phaân tích vaø toång hôïp giöõa taûi troïng tónh, heä soá an toaøn, thoáng keâ xaùc suaát taûi troïng ñoäng, chuùng ta seõ choïn ra ñöôïc moät cheá ñoä taûi troïng hôïp lyù ñeå ñöa vaøo tính toaùn thieát keá caùc chi tieát cuûa oâ toâ. 9
Tieáp theo sau ñaây chuùng ta seõ nghieân cöùu moät soá tröôøng hôïp sinh ra taûi troïng ñoäng thöôøng gaëp. II. CAÙC TRÖÔØNG HÔÏP SINH RA TAÛI TROÏNG ÑOÄNG. 1. Ñoùng ly hôïp ñoät ngoät. Khi khôûi ñoäng xe, neáu chuùng ta ñoùng ly hôïp ñoät ngoät (thaû baøn ñaïp ly hôïp quaù nhanh) thì seõ phaùt sinh taûi troïng ñoäng raát lôùn, vì vaän toác goùc cuûa phaàn bò ñoäng taêng leân raát nhanh vaø bieán thieân theo thôøi gian, bôûi vaäy seõ xuaát hieän gia toác goùc vaø moâmen cuûa caùc löïc quaùn tính taùc duïng leân truïc bò ñoäng cuûa ly hôïp vaø caùc chi tieát ñöôïc noái vôùi truïc bò ñoäng. Keát quaû cuûa vieäc ñoùng ly hôïp ñoät ngoät laø xe bò giaät maïnh hoaëc ñoäng cô seõ taét maùy. Hieän taïi chöa coù phöông phaùp chính xaùc ñeå tính toaùn taûi troïng ñoäng sinh ra khi ñoùng ly hôïp ñoät ngoät, neân chuùng ta chaáp nhaän coâng thöùc kinh nghieäm sau ñaây ñeå tính heä soá taûi troïng ñoäng cho tröôøng hôïp naøy : i + 8 k = β (2.2) ñ i ÔÛ ñaây : β – Heä soá döï tröõ cuûa ly hôïp (xem chöông III) . i – Tæ soá truyeàn chung cuûa caû heä thoáng truyeàn löïc öùng vôùi tay soá ñang tính toaùn. Qua thí nghieäm, ngöôøi ta nhaän thaáy raèng khi ñoùng ly hôïp ñoät ngoät thì moâmen quay sinh ra treân truïc sô caáp cuûa hoäp soá coù theå lôùn gaáp 3÷3,5 laàn moâmen quay cöïc ñaïi cuûa ñoäng cô vaø ôû baùnh xe chuû ñoäng moâmen xoaén coù theå gaáp hai laàn so vôùi moâmen xoaén töø ñoäng cô truyeàn xuoáng. ÔÛ baûng 2-1 vaø 2-2 cho thaáy heä soá taûi troïng ñoäng ñoái vôùi heä thoáng truyeàn löïc cuûa moät soá xe trong caùc ñieàu kieän taûi troïng khaùc nhau : Baûng 2-1: Heä soá taûi troïng ñoäng cuûa heä thoáng truyeàn löïc khi ñoùng ly hôïp ñoät ngoät Hieäu oâ toâ Heä soá taûi GAZ – 51 ZIN - 150 MAZ – 200 troïng ñoäng Soá truyeàn Soá luøi Soá truyeàn Soá luøi Soá truyeàn Soá luøi moät moät moät Lyù thuyeát 1,99 1,55 1,94 1,78 2,17 1,97 Thöïc nghieäm 2,2 – 2,75 – 2,14 – 10
Baûng 2 – 2 : Heä soá taûi troïng ñoäng ñoái vôùi heä thoáng truyeàn löïc cuûa xe GAZ - 51 ôû caùc ñieàu kieän taûi troïng khaùc nhau. Thaû baøn ñaïp ly hôïp ñeå phanh baèng Caùc thoâng soá Khôûi ñoäng taïi choã ñoäng cô khi chuyeån ñoäng xuoáng doác. Soá Soá Soá Soá truyeàn Soá truyeàn Soá truyeàn truyeàn 2 truyeàn 3 truyeàn 4 2 3 4 Heä soá taûi troïng ñoäng 3,0 3,35 0,66 2,93 3,55 4,05 Tæ soá moâmen ñoäng treân moâmen tónh cuûa 1,67 1,82 2,03 1,62 1,98 2,25 ly hôïp 2. Khoâng môû ly hôïp khi phanh. Khi phanh maø khoâng môû ly hôïp thì caùc chi tieát quay cuûa ñoäng cô (ñaùng keå nhaát laø baùnh ñaø vôùi moâ men quaùn tính Jbñ ) phaûi döøng laïi trong khoaûng thôøi gian raát ngaén t vaø vôùi gia toác dω chaäm daàn raát lôùn bñ . dt (ωbñ - vaän toác goùc cuûa baùnh ñaø). Luùc naøy moâmen caùc löïc quaùn tính Mj cuûa baùnh ñaø seõ truyeàn qua ly hôïp taùc duïng leân heä thoáng truyeàn löïc, gaây neân taûi troïng ñoäng theo sô ñoà treân hình 2.1. dω M = J ⋅ bñ (2.3) j bñ dt Khi caùc baùnh xe ñaõ döøng haún laïi thì baùnh ñaø coøn quay theâm moät goùc ϕbñ vaø seõ laøm cho caùc truïc cuûa heä thoáng truyeàn löïc bò xoaén vôùi caùc goùc xoaén lieân quan vôùi nhau theo bieåu thöùc sau: ϕbñ = ϕc.ih + ϕn.i0.ih (2.4) ÔÛ ñaây : ϕc – goùc xoaén cuûa truïc caùc ñaêng (rad). ϕn – goùc xoaén cuûa moät baùn truïc (rad). 11
ϕc i h+ ϕn i0 ih ϕc+ ϕn i0 Jbñ Haõm M j M j .i h ϕn .i i h Jc , l c i0 M j .ih.i0 ϕ ϕ n 2 bñ J n, l n Haõm J n J c M j .ih .i0 M j M j .ih 2 bñ bx l c l n Hình 2.1 : Sô ñoà tính toaùn taûi troïng ñoäng khi phanh maø ly hôïp vaãn ñoùng Caùc goùc xoaén ϕc, ϕn ñöôïc tính theo saùch ″Söùc beàn vaät lieäu" : M .i .l ϕ = j h c c J .G c M j.i h.i 0.ln ϕn = 2.J n.G ÔÛ ñaây : lc, ln – chieàu daøi truïc caùc ñaêng vaø baùn truïc (m). 4 Jc, Jn – moâ men quaùn tính ñoäc cöïc cuûa tieát dieän truïc caùc ñaêng vaø baùn truïc (m ). G – moâñuyn ñaøn hoài dòch chuyeån (khi xoaén). G = 8.104 MN/m2 Thay caùc giaù trò ϕc, ϕn vaøo bieåu thöùc (2.4) ta coù: 2 2 2 i h .l c i 0 .i h .l n ϕbñ = M j ( + ) (2.5) J c .G 2J n .G Neáu chuùng ta ñaët: 12
1 C = i 2 .l i 2 .i 2 .l h c + 0 h n J c .G 2J n .G laø ñoä cöùng choáng xoaén cuûa heä thoáng truyeàn löïc (Nmrad-1) khi caùc baùnh xe cuøng bò haõm, seõ nhaän ñöôïc moät bieåu thöùc khaùc bieåu dieãn moâmen caùc löïc quaùn tính: Mj = C.ϕbñ (2.6) Töø 2 bieåu thöùc (2.3) vaø (2.6) chuùng ta coù : dωbñ Jbñ ⋅ = C.ϕbñ (2.7) dt Maët khaùc ta coù : dωbñ dϕbñ dωbñ dωbñ J bñ ⋅ = J bñ ⋅ ⋅ = J bñ ⋅ ωbñ dt dt dϕbñ dϕbñ Bôûi vaäy: C.ϕbñ.dϕbñ = Jbñ . ωbñ.dωbñ (2.8) Laáy tích phaân bieåu thöùc (2.8) vôùi caùc giôùi haïn sau : khi baét ñaàu phanh ϕbñ = 0 vaø ωbñ = ωo ñeán thôøi ñieåm cuoái cuøng cuûa quaù trình phanh ϕbñ = ϕmax vaø ωbñ = 0 ϕmax 0 C ⋅ ϕ ⋅ dϕ = J ⋅ω .dω ∫ bñ bñ ∫ bñ bñ bñ 0 ω 0 Vì chuùng ta caàn giaù trò tuyeät ñoái neân : 2 2 J bñ C. ϕ max = Jbñ.ω0 vaø ϕmax = ω 0 C vaø sau cuøng giaù trò Mjmax laø giaù trò chuùng ta caàn tìm: Mjmax = C ⋅ϕmax = ωo J bñ .C (2.9) Moâmen cuûa caùc löïc quaùn tính taùc duïng leân heä thoáng truyeàn löïc cuûa xe coù giaù trò cöïc ñaïi khi phanh gaáp ôû soáâ truyeàn thaúng cuûa hoäp soá ( ih=1 ), vì luùc ñoù ñoä cöùng C cuûa heä thoáng truyeàn löïc seõ coù giaù trò cöïc ñaïi. Tröôøng hôïp naøy thöôøng xaûy ra trong thöïc teá. Neáu chuùng ta phanh gaáp xe ñang chaïy vaän toác lôùn (soá voøng quay truïc khuyûu khoaûng 2000 ÷ 2500 voøng/phuùt) maø khoâng môû ly hôïp thì moâmen cuûa caùc löïc quaùn tính Mj seõ lôùn hôn moâmen cöïc ñaïi cuûa ñoäng cô khoaûng 15 ÷ 20 laàn. Moâmen naøy seõ truyeàn töø baùnh ñaø qua ly hôïïp ñeán heä thoáng truyeàn löïc. Vì Mjmax > Ml laø moâmen ma saùt cuûa ly hôïp, neân luùc naøy ly hôïp seõ tröôït vaø moâmen xoaén maø baùnh ñaø truyeàn xuoáng heä thoáng truyeàn löïc chæ coù theå baèng moâmen xoaén cöïc ñaïi maø ly hôïp coù theå truyeàn ñöôïc. Nhö vaäy trong tröôøng hôïp naøy ly hôïp laøm nhieäm vuï cuûa cô caáu an toaøn, nhaèm giuùp cho heä thoáng truyeàn löïc traùnh khoâng bò taùc duïng bôûi taûi troïng quaù lôùn. 13
3. Phanh ñoät ngoät khi xe ñang chaïy baèng phanh tay. Chuùng ta xeùt tröôøng hôïp cô caáu phanh tay boá trí ôû truïc thöù caáp cuûa hoäp soá. Khi xe ñang chuyeån ñoäng, ngöôøi laùi khoâng söû duïng phanh chaân ñeå döøng xe, maø söû duïng phanh tay cho ñeán luùc xe döøng haún laïi. Khi truïc thöù caáp cuûa hoäp soá bò haõm chaët, nhöng do quaùn tính, baùnh xe coøn quay ñi moät goùc ϕbx roài môùi döøng haún laïi. Ñaây laø chuyeån ñoäng quay chaäm daàn vôùi dω gia toác goùc bx , bôûi vaäy laøm xuaát hieän moâmen cuûa löïc quaùn tính : dt dω M = J bx (2.10) j bx dt Moâmen naøy truyeàn ngöôïc trôû laïi taùc duïng leân heä thoáng truyeàn löïc theo sô ñoà ôû hình 2.2 vaø gaây neân xoaén. Haõm 2M j io ϕ HS c ϕc Jc, lc io io ϕc ϕn io M j jbx ϕbx J n J c 2M j M io j HS BX l l c n J bx Hình 2.2 : Sô ñoà tính toaùn taûi troïng ñoäng khi söû duïng phanh tay ñoät ngoät Töø sô ñoà 2.2 chuùng ta coù quan heä giöõa caùc goùc xoaén : ϕc ϕbx = + ϕn (2.11) io ÔÛ ñaây: 2M j ⋅ lc ϕc = io ⋅ Jc ⋅G 14
M j ⋅ ln ϕn = J n ⋅ G Thay caùc giaù trò ϕn , ϕc vaøo bieåu thöùc (2.11) ta coù : ⎛ 2 ⋅ l l ⎞ ϕ = M ⎜ c + n ⎟ bx j ⎜ 2 ⎟ ⎝ io ⋅ Jc ⋅G Jn ⋅G ⎠ Neáu chuùng ta goïi: 1 C = 2 ⋅ l c ln 2 + io ⋅ Jc ⋅G Jn ⋅G laø ñoä cöùng choáng xoaén cuûa heä thoáng truyeàn löïc khi phanh ñoät ngoät baèng phanh tay, chuùng ta nhaän ñöôïc moät bieåu thöùc khaùc cuõng bieåu thò moâmen caùc löïc quaùn tính Mj = C.ϕbx (2.12) Töø bieåu thöùc (2.10) vaø (2.12) ta nhaän ñöôïc phöông trình vi phaân sau ñaây: dωbx Jbx . = C.ϕbx (2.13) dt Giaûi phöông trình naøy baèng phöông phaùp töông töï nhö ôû muïc (II – 2 ) ta coù: J bx ϕbx max = ωbx0 (2.14) C Bôûi vaäy: M jmax = ωbx0 J bx ⋅C (2.15) ÔÛ ñaây: ωbx0 : vaän toác goùc cuûa baùnh xe khi baét ñaàu phanh. Thoâng thöôøng taûi troïng taùc duïng leân heä thoáng truyeàn löïc khi phanh baèng phanh chaân lôùn hôn khi phanh baèng phanh tay. Khi tính toaùn moâmen caùc löïc quaùn tính theo coâng thöùc (2.9) vaø (2.15) caàn chuù yù raèng ñoä cöùng thöïc teá cuûa heä thoáng truyeàn löïc seõ nhoû hôn khi tính toaùn, bôûi vì khi moâmen phanh taùc duïng thì nhíp seõ bieán daïng, do ñoù voû caàu sau cuõng bò quay ñi moät ít. 4. Xe chuyeån ñoäng treân ñöôøng khoâng baèng phaúng. Khi xe chuyeån ñoäng treân maët ñöôøng khoâng baèng phaúng, hieän töôïng dao ñoäng cuûa xe seõ laøm xuaát hieän theâm taûi troïng phuï. Thöôøng thì taûi troïng ñoäng naøy ñöôïc caân nhaéc vaø xeùt ñeán khi tính toaùn boä phaän vaän haønh vaø heä thoáng laùi. ÔÛ treân hình 2.3 laø moät moâ hình ñôn giaûn veà dao ñoäng cuûa xe vaø phöông phaùp tính toaùn taûi troïng cho tröôøng hôïp naøy. ÔÛ ñaây chuùng ta coù theå xem toaøn boä xe nhö moät heä ñoäng löïc hoïc vaø moãi thaønh phaàn cuûa heä ñeàu coù gia toác dao ñoäng, do ñoù noù seõ chòu theâm taûi troïng ñoäng: Pñ = m ⋅ a 15
Trong ñoù : m - khoái löôïng a - gia toác dao ñoäng Xo ε Mo, Jo M1 M2 X1 X2 L1 L2 L Hình 2.3 : Moâ hình dao ñoäng cuûa oâ toâ &x& – Gia toác , M – Khoái löôïng ε - Gia toác goùc , J – Moâmen quaùn tính Theo (hình 2.3) thì taûi troïng ñoäng ñoái vôùi caùc caàu xe ñöôïc tính nhö sau : L 2 ε Pñ1 = M o ⋅&x&o ⋅ + Jo ⋅ + M1&x&1 L L L1 ε Pñ2 = M o ⋅ &x& o ⋅ + J o ⋅ + M 2&x& 2 L L ÔÛ ñaây : Pñ1 – Taûi troïng ñoäng taùc leân duïng leân caàu tröôùc Pñ2 – Taûi troïng ñoäng taùc leân duïng leân caàu sau III. TAÛI TROÏNG TÍNH TOAÙN DUØNG TRONG THIEÁT KEÁ OÂ TOÂ. 1. Taûi troïng tính toaùn duøng cho heä thoáng truyeàn löïc. Qua phaân tích ôû muïc I, chuùng ta thaáy raèng, ñeå ñaûm baûo ñuû ñoä beàn laøm vieäc, caùc boä phaän vaø chi tieát cuûa oâ toâ phaûi ñöôïc tính toaùn thieát keá theo cheá ñoä taûi troïng ñoäng. Nhöng vieäc tính toaùn giaù trò taûi troïng ñoäng theo lyù thuyeát laø raát phöùc taïp vaø khoù chính xaùc, vì noù thay ñoåi tuøy theo ñieàu kieän maët ñöôøng vaø ñieàu kieän söû duïng. Bôûi vaäy, hieän taïi caùc boä phaän vaø chi tieát cuûa oâ toâ ñöôïc tính theo taûi troïng tónh vaø coù tính ñeán taûi troïng ñoäng baèng caùch choïn heä soá an toaøn phuø hôïp hoaëc ñöa vaøo heä soá taûi troïng ñoäng ñöôïc ruùt ra töø thöïc nghieäm. 16
Sau ñaây seõ trình baøy phöông phaùp tính toaùn söùc beàn caùc chi tieát cuûa heä thoáng truyeàn löïc theo taûi troïng tónh : Khi tính toaùn söùc beàn caùc chi tieát, tröôùc heát caàn tính moâmen töø ñoäng cô vaø moâmen theo söï baùm giöõa baùnh xe vaø maët ñöôøng truyeàn ñeán caùc chi tieát ñoù, sau ñoù laáy giaù trò moâmen nhoû hôn töø hai giaù trò moâmen vöøa tìm ñöôïc ñeå ñöa vaøo tính toaùn. Muïc ñích cuûa coâng vieäc naøy laø ñeå choïn ra kính thöôùc toái öu cho chi tieát ñoù, traùnh tröôøng hôïp thöøa kích thöôùc, toán nhieàu vaät lieäu cheá taïo, khoâng kinh teá. Neáu moâmen truyeàn töø ñoäng cô ñeán chi tieát tính toaùn lôùn hôn moâmen tính theo ñieàu kieän baùm, thì chi tieát aáy seõ chòu moâmen coù giaù trò baèng moâmen tính theo baùm maø thoâi, luùc naøy moâmen cuûa ñoäng cô thöøa chæ laøm quay trôn caùc baùnh xe chuû ñoäng, maø khoâng laøm taêng theâm giaù trò moâmen xoaén taùc duïng leân chi tieát aáy . Ngöôïc laïi, neáu moâmen tính theo ñieàu kieän baùm lôùn hôn moâmen cuûa ñoäng cô truyeàn xuoáng chi tieát ñang tính toaùn, thì chi tieát aáy seõ chòu moâmen xoaén coù giaù trò baèng moâmen tính theo moâmen xoaén cuûa ñoäng cô truyeàn xuoáng. Bôûi vì, thöïc chaát caùc taûi troïng sinh ra trong caùc chi tieát cuûa heä thoáng truyeàn löcï laø do moâmen xoaén cuûa ñoäng cô truyeàn xuoáng gaây neân. Moâmen xoaén truyeàn töø ñoäng cô xuoáng chi tieát cuûa heä thoáng truyeàn löïc trong tröôøng hôïp tính theo ñoäng cô laø : M X = M e max .i.η (2.16) ÔÛ ñaây: Me max − Moâmen xoaén cöïc ñaïi cuûa ñoäng cô (N.m) i – Tæ soá truyeàn töø ñoäng cô ñeán chi tieát ñang tính toaùn. η – Hieäu suaát truyeàn löïc töø ñoäng cô ñeán chi tieát tính toaùn . Moâmen tính theo ñieàu kieän baùm ngöôïc leân chi tieát ñöôïc xaùc ñònh nhö sau : x.Z . ϕ .r M = bx bx (2.17) b i ⋅ η ÔÛ ñaây : x – Soá löôïng caùc baùnh xe chuû ñoäng Zbx – Taûi troïng thaúng ñöùng taùc duïng leân baùnh xe chuû ñoäng (N) ϕ – Heä soá baùm (ϕ = 0,7 ÷ 0,8) rbx – Baùn kính laên cuûa baùnh xe chuû ñoäng (m) i – Tyû soá truyeàn giöõa chi tieát ñang tính vaø baùnh chuû ñoäng. η – Hieäu suaát truyeàn löïc töø chi tieát ñang tính ñeán baùnh xe chuû ñoäng. 17
2. Taûi troïng tính toaùn duøng cho caùc heä thoáng khaùc. a) Taûi troïng taùc duïng leân heä thoáng phanh : Khi choïn cheá ñoä tính toaùn cho cô caáu phanh, chuùng ta phaûi choïn cho tröôøng hôïp phanh xe vôùi cöôøng ñoä phanh vaø hieäu suaát cöïc ñaïi, nghóa laø löïc phanh baèng löïc baùm cöïc ñaïi cuûa baùnh xe vôùi maët ñöôøng. Luùc ñoù moâmen phanh Mp cuûa baùnh xe coù giaù trò laø : Mp = Zbx .ϕ .rbx Tröôøng hôïp xe coù hai caàu vaø cô caáu phanh ñaët tröïc tieáp ôû taát caû caùc baùnh xe, luùc ñoù moâmen phanh ôû moãi cô caáu phanh cuûa caàu tröôùc seõ coù giaù trò laø Mp1 G1 G M = .m . ϕ .rbx = (b + ϕ’.hg)ϕ .rbx (2.18) p1 2 1 2L vaø moâmen phanh ôû moãi cô caáu caàu sau laø Mp2 : G 2 G M = .m . ϕ .rbx = (a - ϕ’.hg)ϕ .rbx (2.19) p2 2 2 2L ÔÛ ñaây : G – Troïng löôïng toaøn boä cuûa xe khi taûi ñaày G1,G2 – Taûi troïng taùc duïng leân caàu tröôùc vaø sau ôû traïng thaùi tónh treân maët ñöôøng naèm ngang . m1, m2 – heä soá phaân boá taûi troïng leân caàu tröôùc vaø caàu sau khi phanh a, b – khoaûng caùch töø troïng taâm xe ñeán caàu tröôùc vaø sau L – chieàu daøi cô sôû cuûa xe ϕ – heä soá baùm doïc giöõa loáp vaø ñöôøng (ϕ = 0,7÷ 0,8) Caùc heä soá m1, m2 ñöôïc xaùc ñònh bôûi lyù thuyeát oâtoâ: j ⋅ h ϕ' h m = 1+ max g = 1+ g 1 g ⋅ b b j ⋅ h ϕ' h m = 1− max g = 1− g 2 g ⋅ a a ÔÛ ñaây: hg – chieàu cao troïng taâm cuûa xe g – gia toác troïng tröôøng jmax – gia toác chaäm daàn cöïc ñaïi khi phanh ⎛ jmax ⎞ ϕ′ – heä soá ñaëc tröng cöôøng ñoä phanh ⎜ϕ'= ⎟ ⎝ g ⎠ Khi xaùc ñònh ñoä beàn caùc chi tieát cuûa cô caáu phanh vaø daãn ñoäng phanh loaïi khoâng töï ñoäng thöôøng choïn : Löïc ñaïp chaân cuûa ngöôøi laùi xe khoaûng 1500 N, löïc tay keùo khoaûng 800 N, ñoái vôùi xe du lòch chæ neân choïn trong khoaûng 40 ÷ 50% caùc giaù trò neâu treân. Ñoái vôùi loaïi daãn ñoäng töï ñoäng : löïc taùc duïng leân caùc chi tieát daãn ñoäng choïn theo trò soá cöïc ñaïi töông öùng vôùi aùp suaát khí neùn hoaëc chaát loûng trong caùc xilanh löïc. 18
b) Taûi troïng taùc duïng leân heä thoáng treo vaø caàu : Caùc chi tieát cuûa heä thoáng treo vaø daàm caàu ñöôïc tính toaùn beàn theo taûi troïng cöïc ñaïi Pmax khi xe chuyeån ñoäng thoâng qua taûi troïng tónh Pt ñaõ bieát vaø heä soá taûi troïng ñoäng kñ : Pmax σ max k ñ = = Pt σ t ÔÛ ñaây : σmax , σt – ÖÙng suaát cöïc ñaïi vaø öùng suaát tónh trong caùc chi tieát cuûa heä thoáng treo. Thöïc nghieäm chöùng toû raèng kñ taêng khi ñoä cöùng cuûa heä thoáng treo vaø vaän toác cuûa xe taêng. Khi xe hoaït ñoäng trong ñeàu kieän bình thöôøng thì taûi troïng ñoäng cöïc ñaïi ít khi xuaát hieän. Khi xe chuyeån ñoäng treân ñöôøng baèng phaúng, taûi troïng taùc duïng leân daàm caàu vaø voû caàu chuû yeáu laø töø khoái löôïng ñöôïc treo. Khi maët ñöôøng khoâng baèng phaúng, taûi troïng taùc duïng leân daàm caàu vaø voû caàu chuû yeáu laø taûi troïng ñoäng töø caùc khoái löôïng khoâng ñöôïc treo. Nhaèm muïc ñích xaùc ñònh taûi troïng do chính troïng löôïng baûn thaân cuûa caàu xe sinh ra, chuùng ta chia caàu xe ra laøm nhieàu phaàn ( thoâng thöôøng khoaûng 8 ÷ 12 phaàn) vaø xaùc ñònh khoái löôïng cuûa moãi phaàn. Khi xe dao ñoäng thì taûi troïng ñoäng cuûa moãi phaàn ñöôïc xaùc ñònh : dv P = m (2.20) ñi i dt ÔÛ ñaây: mi – khoái löôïng cuûa töøng phaàn dv – gia toác dao ñoäng thaúng ñöùng cuûa caàu xe dt c) Taûi troïng taùc duïng leân heä thoáng laùi : Khi tính toaùn beàn cho caùc chi tieát cuûa heä thoáng laùi, chuùng ta coù theå tính theo caùc cheá ñoä taûi troïng sau : * Moâmen cöïc ñaïi cuûa ngöôøi laùi taùc duïng leân voâ laêng : Ml = Plmax .R ÔÛ ñaây : Plmax – Löïc cöïc ñaïi taùc duïng leân voâ laêng, ñoái vôùi xe taûi naïêng vaø trung bình vaøo khoaûng 400 ñeán 500 N, coøn ñoái vôùi xe du lòch vaøo khoaûng 150 ñeán 200 N. R – baùn kính cuûa voâ laêng. * Löïc phanh cöïc ñaïi taùc duïng leân hai baùnh xe daãn höôùng khi phanh xe treân ñöôøng coù heä soá baùm ϕ = 0,8 19
Caùc löïc P1, P2 taùc duïng leân caùc ñoøn daãn ñoäng cuûa heä thoáng laùi ñöôïc xaùc ñònh theo sô ñoà ôû (hình 2.4) m P1 = Z bx ⋅ ϕ n m P = Z ⋅ ϕ 2 bx c * Tính theo löïc va ñaäp cuûa maët ñöôøng leân caùc baùnh xe daãn höôùng khi chuyeån ñoäng treân ñöôøng goà gheà. Giaù trò löïc va ñaäp leân caùc chi tieát cuûa heä thoáng laùi phuï thuoäc vaøo vaän toác cuûa xe. m m P p P p P2 n P1 P 1 c Hình 2.4 20
CHÖÔNG III LY HÔÏP I. COÂNG DUÏNG, PHAÂN LOAÏI VAØ YEÂU CAÀU. 1. Coâng duïng. Ly hôïp duøng ñeå noái coát maùy vôùi heä thoáng truyeàn löïc, nhaèm ñeå truyeàn moâmen quay moät caùch eâm dòu vaø ñeå caét truyeàn ñoäng ñeán heä thoáng truyeàn löïc ñöôïc nhanh vaø döùt khoaùt trong nhöõng tröôøng hôïp caàn thieát. 2. Phaân loaïi. a) Theo caùch truyeàn moâmen xoaén töø coát maùy ñeán truïc cuûa heä thoáng truyeàn löïc, chuùng ta coù : ˘ Ly hôïp ma saùt : loaïi moät ñóa vaø nhieàu ñóa, loaïi loø xo neùn bieân, loaïi lo xo neùn trung taâm, loaïi caøng taùch ly taâm vaø nöûa ly taâm. ˘ Ly hôïp thuûy löïc : loaïi thuûy tónh vaø thuûy ñoäng. ˘ Ly hôïp nam chaâm ñieän. ˘ Ly hôïp lieân hôïp. b) Theo caùch ñieàu khieån, chuùng ta coù : ˘ Ñieàu khieån do laùi xe ( loaïi ñaïp chaân, loaïi coù trôï löïc thuûy löïc hoaëc khí) ˘ Loaïi töï ñoäng. Hieän nay treân oâtoâ ñöôïc söû duïng nhieàu laø loaïi ly hôïp ma saùt. Ly hôïp thuûy löïc cuõng ñang ñöôïc phaùt trieån ôû oâtoâ vì noù coù öu ñieåm caên baûn laø giaûm ñöôïc taûi troïng va ñaäp leân heä thoáng truyeàn löïc. 3. Yeâu caàu. ˘ Ly hôïp phaûi truyeàn ñöôïc moâmen xoaén lôùn nhaát cuûa ñoäng cô maø khoâng bò tröôït trong moïi ñieàu kieän, bôûi vaäy ma saùt cuûa ly hôïp phaûi lôùn hôn moâmen xoaén cuûa ñoäng cô. ˘ Khi keát noái phaûi eâm dòu ñeå khoâng gaây ra va ñaäp ôû heä thoáng truyeàn löïc. ˘ Khi taùch phaûi nhanh vaø döùt khoaùt ñeå deã gaøi soá vaø traùnh gaây taûi troïng ñoäng cho hoäp soá. ˘ Moâmen quaùn tính cuûa phaàn bò ñoäng phaûi nhoû . ˘ Ly hôïp phaûi laøm nhieäm vuï cuûa boä phaän an toaøn do ñoù heä soá döï tröõ β phaûi naèm trong giôùi haïn . ˘ Ñieàu khieån deã daøng . ˘ Keát caáu ñôn giaûn vaø goïn . ˘ Ñaûm baûo thoaùt nhieät toát khi ly hôïp tröôït . 21
II. AÛNH HÖÔÛNG CUÛA LY HÔÏP ÑEÁN SÖÏ GAØI SOÁ. Sau ñaây chuùng ta xeùt aûnh höôûng cuûa ly hôïp ñeán söï gaøi soá trong caû hai tröôøng hôïp : tröôøng hôïp ly hôïp ñoùng vaø tröôøng hôïp ly hôïp môû. ÔÛ oâ toâ söï gaøi soá ñöôïc thöïc hieän ngay khi xe ñang chuyeån ñoäng vaø ñoäng cô vaãn ñang laøm vieäc.Vì vaäy maø xuaát hieän löïc va ñaäp khi caùc baùnh raêng khoâng coù cuøng chung moät vaän toác goùc gaøi vaøo nhau. Traïng thaùi ly hôïp ñang noái hoaëc taùch seõ coù aûnh höôûng lôùn ñeán giaù trò löïc va ñaäp. Ñeå thaáy roõ aûnh höôûng cuûa ly hôïp ñeán caùc löïc va ñaäp, chuùng ta seõ xeùt quaù trình gaøi soá ôû hoäp soá theo sô ñoà ñôn giaûn nhö ôû hình 3.1. Treân sô ñoà naøy, caùc baùnh raêng khoâng chòu taûi troïng seõ khoâng ñöôïc veõ . Jm Jl 4 ωa M B 1 A Ja ω 2 3 ωm b E ω e Hình 3.1 : Sô ñoà ñeå xeùt aûnh höôûng cuûa ly hôïp ñeán söï gaøi soá ÔÛ ñaây : Jm – Moâmen quaùn tính cuûa caùc chi tieát chuyeån ñoäng cuûa ñoäng cô vaø cuûa phaàn chuû ñoäng cuûa ly hôïp [Nms2] Jl – Moâmen quaùn tính cuûa phaàn bò ñoäng cuûa ly hôïp vaø cuûa caùc chi tieát hoäp soá coù lieân heä ñoäng hoïc vôùi phaàn bò ñoäng cuûa ly hôïp ñöôïc quy daãn veà truïc cuûa ly hôïp [Nms2] . Ja – Moâmen quaùn tính cuûa baùnh ñaø töôïng tröng ñaët treân truïc thöù caáp hoäp soá töông ñöông vôùi troïng khoái chuyeån ñoäng tònh tieán cuûa xe [Nms2] . Moâmen quaùn tính naøy ñöôïc xaùc ñònh theo ñieàu kieän caân baèng ñoäng naêng cuûa oâtoâ chuyeån ñoäng tònh tieán vaø ñoäng naêng cuûa baùnh ñaø töôïng tröng chuyeån ñoäng quay : G J ω2 v2 = a a 2g 2 v Vì ωa = .io rbx 2 G rbx 2 Cho neân J a = ⋅ 2 [Nms ] (3.1) g i o 22
ωa – Vaän toác goùc cuûa truïc A [rad/s] G – Troïng löôïng toaøn boä cuûa xe [N] v – Vaän toác chuyeån ñoäng cuûa xe [m/s] io – Tyû soá truyeàn cuûa truyeàn löïc chính rbx – Baùn kính laên cuûa baùnh xe [m] g – Gia toác troïng tröôøng [9,81 m/s2] Neáu coù tính ñeán aûnh höôûng cuûa troïng khoái chuyeån ñoäng quay cuûa caùc baùnh xe thì caàn thay vaøo coâng thöùc (3.1) troïng löôïng G baèng G(1 + δ’), vôùi : g J bx δ'= Σ 2 (3.2) G rbx ÔÛ ñaây : 2 Jbx – Moâmen quaùn tính cuûa baùnh xe [Nms ] Tröôùc heát ta xeùt tröôøng hôïp gaøi soá khi ly hôïp vaãn ñoùng töùc laø ωm = ωb . Khi chuùng ta ñöa baùnh raêng 4 ôû treân truïc thöù caáp vaøo gaøi vôùi baùnh raêng 3 ôû truïc trung gian, laäp töùc giöõa caùc baùnh raêng 3 vaø 4 seõ xuaát hieän löïc va ñaäp. AÙp duïng phöông trình moâmen xung löôïng cho chuyeån ñoäng quay cuûa truïc A trong thôøi gian gaøi hai baùnh raêng 3 vaø 4 chuùng ta coù : P4 .r4 .t = J a .(ω′a − ωa ) (3.3) ÔÛ ñaây : P4 – Löïc taùc duïng leân raêng cuûa baùnh raêng 4 trong thôøi gian gaøi soá r4 – Baùn kính voøng troøn laên cuûa baùnh raêng 4 t – Thôøi gian löïc P4 taùc duïng ,trong thôøi gian ñoù truïc A thay ñoåi vaän toác goùc töø ωa ñeán ω′a ωa – Toác ñoä goùc cuûa truïc A tröôùc khi gaøi soá ω′a – Toác ñoä goùc cuûa truïc A sau khi gaøi soá ωb – Toác ñoä goùc cuûa truïc B Laäp luaän töông töï, chuùng ta cuõng laäp ñöôïc phöông trình moâ men xung löôïng cho truïc trung gian E : 2 ⎛ r ⎞ ⎜ 2 ⎟ P3 r3t = ()J m + J l ⎜ ⎟ (ωe − ω'e ) (3.4) ⎝ r1 ⎠ ÔÛ ñaây: P3 – Löïc taùc duïng leân raêng cuûa baùnh raêng 3 trong thôøi gian gaøi soá r1, r2, r3 – Baùn kính voøng troøn laên cuûa caùc baùnh raêng 1, 2, 3 ωe – Vaän toác goùc cuûa truïc E tröôùc khi gaøi soá ω′e – Vaän toác goùc cuûa truïc E sau khi gaøi soá Khi thaønh laäp caùc phöông trình (3.3) vaø (3.4) chuùng ta ñaõ boû qua moâmen cuûa ñoäng cô vaø moâmen caûn chuyeån ñoäng cuûa xe laø vì khi gaøi cöùng (khoâng taùch ly hôïp ) caùc baùnh raêng 23
thì thôøi gian t raát nhoû vaø moâ men xung kích raát lôùn, neân aûnh höôûng cuûa moâmen ñoäng cô vaø moâmen caûn chuyeån ñoäng laø khoâng ñaùng keå . Phöông trình (3.4) coù theå vieát laïi nhö sau : 2 ⎛ r ⎞ ⎛ r r ⎞ ⎜ 2 ⎟ ⎜ 1 ′ 4 ⎟ P3 .r3 .t = ()J m + J l .⎜ ⎟ .⎜ωb − ωa ⎟ (3.5) ⎝ r1 ⎠ ⎝ r2 r3 ⎠ Deã daøng thaáy raèng löïc P3, P4 taùc duïng giöõa caùc raêng laø baèng nhau vaø thôøi gian gaøi soá t laø thôøi gian chung . Khi gaøi baùnh raêng 4 vaøo aên khôùp vôùi baùnh raêng 3 thì tyû soá truyeàn cuûa hoäp soá ih seõ laø: r2 r4 i h = ⋅ r1 r3 Töø hai phöông trình (3.3) vaø (3.5) chuùng ta seõ xaùc ñònh ñöôïc toác ñoä goùc ωa’ .Tröôùc heát r ta nhaân hai veá phöông trình (3.5) vôùi 4 : r3 2 r ⎛ r ⎞ ⎛ r r ⎞ r 4 ⎜ 2 ⎟ ⎜ 1 ′ 4 ⎟ 4 P3 .r3 .t = ()J m + J l .⎜ ⎟ .⎜ωb − ωa ⎟. r3 ⎝ r1 ⎠ ⎝ r2 r3 ⎠ r3 2 ⇒ P3 .r4 .t = ()J m + J l .ωb .i h − (J m + J l ).ω′a .i h (3.6) Vì P3 = P4 cho neân P3.r4.t = P4.r4 .t . Bôûi vaäy töø phöông trình (3.3) vaø (3.6) ta coù : 2 J a ()ω′a − ωa = (J m + J l ).ω b .i h − (J m + J l ).ω′a .i h Suy ra : ()J + J .ω .i + J .ω ′ m l b h a a ωa = 2 (3.7) ()J m + J l .i h + J a Thay giaù trò ωa’ vaøo (3.3) ta coù : ⎡ ()Jm + Jl .ωb .i h + Ja .ωa ⎤ P4 .r4 .t = Ja ⎢ 2 − ωa ⎥ ⎣ ()Jm + Jl .i h + Ja ⎦ J a ()J m + J l .i h (ωb − ωa .i h ) P4 .r4 .t = 2 (3.8) ()J m + J l .i h + J a Theo phöông trình (3.8) ta thaáy löïc xung kích taùc duïng leân caëp baùnh raêng khi gaøi soá phuï thuoäc vaøo toång soá moâmen quaùn tính (Jm + Jl ). Löïc naøy coù theå giaûm baèng caùch giaûm toång (Jm + Jl), muoán vaäy khi gaøi soá ta caàn môû ly hôïp ñeå giaù trò Jm khoâng coøn aûnh höôûng ñeán ñoä lôùn cuûa P4. Vì moâmen quaùn tính Jm lôùn hôn Jl raát nhieàu, neân khi ly hôïp taùch trong quaù trình gaøi soá thì löïc P4 seõ giaûm raát nhieàu. Baây giôø chuùng ta xeùt tröôøng hôïp gaøi soá khi ly hôïp môû. Luùc ñoù aûnh höôûng cuûa Jm khoâng coøn nöõa, bôûi vaäy Jm seõ khoâng xuaát hieän trong caùc phöông trình vaø phöông trình (3.8) luùc naøy seõ nhö sau: J .J .i .(ω − ω .i ) ′ a l h b a h P4 .r4 .t = 2 (3.9) J l .i h + J a 24
ÔÛ ñaây : P4′ – Löïc taùc duïng leân caëp baùnh raêng ñöôïc gaøi khi taùch ly hôïp. Töø phöông trình (3.9) chuùng ta thaáy raèng löïc P4′ phuï thuoäc moâmen quaùn tính Jl. Ñeå cho P4′ giaûm, caàn phaûi giaûm Jl, bôûi vaäy khi thieát keá ly hôïp caàn phaûi giaûm moâmen quaùn tính phaàn bò ñoäng xuoáng möùc nhoû nhaát coù theå ñöôïc. Töø phöông trình (3.8) vaø (3.9) suy ra raèng giaù trò P4 hoaëc P4′ tyû leä thuaän vôùi hieäu soá (ωb - ωa.ih ). Neáu trong hoäp soá coù ñaët boä ñoàng toác thì seõ traùnh ñöôïc löïc va ñaäp giöõa caùc baùnh raêng khi gaøi soá. Ñeå vaän toác goùc coù theå ñoàng ñeàu nhanh choùng thì ly hôïp phaûi ñaûm baûo môû döùt khoaùt. So saùnh phöông trình (3.8) vaø (3.9) ta coù theå keát luaän raèng khi gaøi soá maø ly hôïp môû thì moâmen xung löôïng hoaëc löïc xung kích seõ giaûm ñaùng keå neáu hieäu soá (ωb - ωa.ih) nhö nhau. Tyû soá caùc xung löôïng P4′ .t vaø P4.t ñöôïc xaùc ñònh nhö sau : 2 P4′.t J a J l i h ()ω b − ωa i h ()J m + J l i h + J a = 2 ⋅ = P4 .t J l i h + J a J a ()J m + J l i h (ω b − ωa i h ) ⎡⎛ J l ⎞ 2 J a ⎤ J l ⎢⎜1+ ⎟i h + ⎥ (3.10) 2 ⎜ J ⎟ J J l []()J m + J l i h + J a ⎣⎝ m ⎠ m ⎦ = 2 = ()J i h + J ()J + J ⎛ J ⎞ l a m l 2 ⎜ l ⎟ ()J l i h + J a ⎜1+ ⎟ ⎝ J m ⎠ J l Vì moâmen quaùn tính Jm lôùn hôn Jl raát nhieàu, neân coù theå xem coù giaù trò raát nhoû, luùc J m ñoù chuùng ta coù : J i 2 + a P′ ⋅ t h J 4 = m (3.11) P4 ⋅ t 2 J a i h + J l Xeùt tröôøng hôïp cuï theå ôû xe URAL –355 khi gaøi soá truyeàn III vôùi caùc soá lieäu bieát tröôùc nhö sau : ih3= 1,84 2 Jm =1,5 Nms 2 Ja =10,2 Nms 2 Jl =0,022 Nms Thay caùc soá lieäu treân vaøo phöông trình (3.11) ta coù : P′.t 4 = 0,022 P4 .t Nhö vaäy nhôø ly hôïp ôû traïng thaùi môû neân moâmen xung löôïng giaûm ñöôïc gaàn 50 laàn khi gaøi soá, do ñoù taêng ñöôïc tuoåi thoï cuûa baùnh raêng hoäp soá. 25
III. TAÙC DUÏNG CUÛA LY HÔÏP KHI PHANH OÂTOÂ. ω m Ml Jm i h i 0 ω bx Hình 3.2: Sô ñoà heä thoáng truyeàn löïc ñeå xeùt taùc duïng cuûa ly hôïp khi phanh Chuùng ta seõ nghieân cöùu taùc duïng cuûa ly hôïp khi phanh xe nhôø sô ñoà ôû (hình 3.9). Chuùng ta xeùt tröôøng hôïp phanh gaáp ñeå döøng xe maø ly hôïp vaãn ñoùng. dv Khi phanh xe seõ coù gia toác aâm vaø do ly hôïp ñoùng neân truïc khuyûu chuyeån ñoäng dt dω chaäm daàn vôùi gia toác goùc m dt Do truïc khuyûu chuyeån ñoäng coù gia toác goùc, cho neân seõ xuaát hieän moâmen caùc löïc quaùn tính Mj truyeàn töø ñoäng cô qua ly hôïp: dω M = J m (3.12) j m dt Moâmen naøy seõ taùc duïng leân heä thoáng truyeàn löïc, neáu trong quaù trình phanh maø ly hôïp vaãn ñoùng vaø khoâng bò tröôït, töùc laø: Mj < Ml ÔÛ ñaây: ωm -Vaän toác goùc cuûa truïc khuyûu. ωbx - Vaän toác goùc cuûa baùnh xe v - Vaän toác cuûa xe i0 - Tyû soá truyeàn cuûa truyeàn löïc chính. Ml - Moâmen masaùt cuûa ly hôïp. Gia toác goùc cuûa truïc khuyûu ñoäng cô ñöôïc tính nhö sau: dω dω m = bx ⋅ i ⋅ i dt dt h o dω Trong ñoù bx laø gia toác goùc cuûa baùnh xe: dt 26
dωbx d ⎛ v ⎞ 1 dv = ⎜ ⎟ = ⋅ dt dt ⎝ rbx ⎠ rbx dt Cuoái cuøng ta coù: dω i .i dv m = 0 h ⋅ dt rbx dt dω Thay giaù trò m vöøa tìm ñöôïc vaøo (3.12) ta coù : dt i 0 .i h dv Mj = Jm ⋅ (3.13) rbx dt dv Deã daøng thaáy raèng Mj phuï thuoäc vaøo , cho neân : dt i0 .i h ⎛ dv ⎞ Mj max = Jm ⋅⎜ ⎟ (3.14) rbx ⎝ dt ⎠max Löïc phanh cöïc ñaïi Pp max chuùng ta coù theå xaùc ñònh theo ñònh luaät Niutôn nhö sau : δG ⎛ dv ⎞ Pp max = ⎜ ⎟ (3.15) g ⎝ dt ⎠max ÔÛ ñaây : Pp max - Toång caùc löïc phanh cöïc ñaïi ôû caùc baùnh xe. G - Troïng löôïng toaøn boä cuûa xe. g - Gia toác troïng tröôøng. δ - Heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa caùc troïng khoái quay cuûa xe ( xem ôû “Lyù thuyeát oâtoâ") J i 2 i 2.η g δ = 1+ m h o tl + J (3.16) 2 ∑ bx 2 G rbx G bx.rbx Trong ñoù : ηt1 - Hieäu suaát cô hoïc cuûa heä thoáng truyeàn löïc. ∑ J bx - Toång soá moâmen quaùn tính cuûa caùc baùnh xe. Gbx - Troïng löôïng cuûa baùnh xe. Löïc phanh cöïc ñaïi ñoái vôùi xe coù boá trí cô caáu phanh ôû taát caû caùc baùnh xe seõ baèng tích soá giöõa troïng löôïng toaøn boä cuûa xe G vôùi heä soá baùm ϕ Pp max = ϕ .G (3.17) Töø phöông trình (3.15) vaø (3.17) chuùng ta coù : ⎛ dv ⎞ ϕ .g ⎜ ⎟ = (3.18) ⎝ dt ⎠max δ 27
⎛ dv ⎞ Thay giaù trò ⎜ ⎟ ôû (3.18) vaøo phöông trình (3.14) chuùng ta xaùc ñònh ñöôïc ⎝ dt ⎠max moâmen cöïc ñaïi cuûa caùc löïc quaùn tính truyeàn qua ly hôïp: i h i0 ϕg M jmax = J m . . (3.19) rbx δ Moâmen naøy seõ truyeàn qua ly hôïp, neáu moâmen ma saùt Ml cuûa ly hôïp lôùn hôn noù. Neáu ngöôïc laïi thì ly hôïp bò tröôït vaø heä thoáng truyeàn löïc seõ chòu taûi troïng vôùi giaù trò chæ baèng moâmen ma saùt Ml cuûa ly hôïp. Neáu ly hôïp coù moâmen ma saùt Ml baèng hoaëc lôùn hôn giaù trò Mj max , thì heä thoáng truyeàn löïc seõ chòu taûi troïng coù giaù trò ñuùng baèng Mj max. Bôûi vaäy khi phanh gaáp, ñeå traùnh gaây taûi troïng quaù lôùn cho heä thoáng truyeàn löïc, chuùng ta caàn taùch ly hôïp. IV. COÂNG TRÖÔÏT SINH RA TRONG QUAÙ TRÌNH ÑOÙNG LY HÔÏP. 1. Quaù trình ñoùng ly hôïp. Quaù trình ñoùng ly hôïp xaûy ra khi phaàn chuû ñoäng cuûa ly hôïp quay vôùi vaän toác goùc ωm, vaø phaàn bò ñoäng quay vôùi vaän toác goùc ωa. Do coù söï khaùc bieät veà vaän toác goùc ωm ≠ ωa neân giöõa caùc ñóa chuû ñoäng vaø bò ñoäng cuûa ly hôïp seõ sinh ra söï tröôït. Söï tröôït naøy chaám döùt khi caùc ñóa chuû ñoäng vaø bò ñoäng ñöôïc noái lieàn thaønh moät khoái, töùc laø ωm = ωa. Khi khôûi ñoäng xe taïi choã, do ωa =0 neân söï tröôït seõ raát lôùn. Söï tröôït seõ sinh ra coâng ma saùt, coâng naøy seõ bieán thaønh nhieät naêng laøm nung noùng caùc chi tieát cuûa ly hôïp, daãn ñeán haäu quaû laø heä soá ma saùt cuûa ly hôïp giaûm vaø caùc loø xo coù theå maát khaû naêng eùp. Quaù trình ñoùng ly hôïp coù theå coù hai tröôøng hôïp sau : a) Ñoùng ly hôïp nhanh : Luùc naøy ñoäng cô quay vôùi vaän toác cao vaø taøi xeá ñoät ngoät thaû baøn ñaïp ly hôïp. Khôûi ñoäng nhö vaäy seõ coù söï giaät lôùn, nhaát laø ôû nhöõng ly hôïp coù heä soá döï tröõ β lôùn. Ñoùng ly hôïp theo phöông phaùp naøy khoâng coù lôïi, vì noù sinh ra taûi troïng ñoäng lôùn cho caùc chi tieát cuûa heä thoáng truyeàn löïc, nhöng trong thöïc teá ôû moät vaøi tröôøng hôïp ngöôøi ta vaãn söû duïng. b) Ñoùng ly hôïp töø töø : ÔÛ tröôøng hôïp naøy taøi xeá thaû töø töø baøn ñaïp cuûa ly hôïp cho xe chuyeån ñoäng töø töø. Do ñoù thôøi gian ñoùng ly hôïp vaø coâng tröôït trong tröôøng hôïp naøy seõ taêng. 28
Ñeå xaùc ñònh coâng tröôït trong quaù trình ñoùng ly hôïp, chuùng ta khaûo saùt ñoà thò ôû hình 3.3: ω ω A B m ω 0 M l ω M m m ωa ω a J m Ja M a to Tröôït Taêng Toác ñoä ly hôïp toác oån ñònh a) b) Hình 3.3: Sô ñoà ñeå tính toaùn coâng tröôït a. Moâ hình tính toaùn b. Ñoà thò bieán thieân vaän toác goùc ωm, ωa – Vaän toác goùc cuûa truïc khuyûu vaø truïc ly hôïp Jm – Moâmen quaùn tính cuûa baùnh ñaø vaø cuûa caùc chi tieát ñoäng cô quy daãn veà baùnh ñaø. Ja – Moâmen quaùn tính cuûa xe vaø rômooùc quy daãn veà truïc cuûa ly hôïp. 2 ⎛ G + G ⎞ r bx J = ⎜ o m ⎟⋅ a ⎜ ⎟ 2 ⎝ g ⎠ ()i hipio ÔÛ ñaây: G0 – Troïng löôïng toaøn boä cuûa xe Gm – Troïng löôïng toaøn boä cuûa rômooùc. ih, ip, io – Tyû soá truyeàn cuûa hoäp soá, hoäp soá phuï vaø truyeàn löïc chính. Ma – Moâmen caûn chuyeån ñoäng quy daãn veà truïc ly hôïp: 2 rbx M a = [()G o + G m ψ + KFv ] (3.20) i hi pi o ηtl ÔÛ ñaây : Ψ - Heä soá caûn toång coäng cuûa ñöôøng. K – Heä soá caûn cuûa khoâng khí ηtl – Hieäu suaát cuûa heä thoáng truyeàn löïc. ω0 – Vaän toác goùc cuûa khoái löôïng coù moâmen quaùn tính Jm vaø Ja sau khi ly hôïp vöøa keát thuùc söï tröôït. 29
F – Dieän tích maët chính dieän cuûa xe v – Vaän toác cuûa xe rbx – Baùnh kính laên cuûa baùnh xe. Coâng tröôït cuûa ly hôïp ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình : α L = M dα (3.21) ∫ l 0 Trong ñoù: Ml – Moâmen masaùt cuûa ly hôïp. α – Goùc tröôït cuûa ly hôïp. Do coù hai quaù trình ñoùng ly hôïp khaùc nhau : ñoùng ly hôïp nhanh vaø ñoùng ly hôïp töø töø, bôûi vaäy seõ coù hai phöông phaùp khaùc nhau ñeå xaùc ñònh coâng tröôït. 2. Tính toaùn xaùc ñònh coâng tröôït. a) Phöông phaùp thöù nhaát : Chuùng ta giaû thieát quaù trình ñoùng ly hôïp dieãn ra raát nhanh ( ñoät ngoät). Bôûi vaäy trong thôøi gian ñoùng ly hôïp, caùc giaù trò Mm, Ma, Ml khoâng ñoåi vaø luùc ñoù phöông trình cuûa heä chuû ñoäng goàm ñoäng cô, ly hôïp (Phaàn A) laø : J m ()ωm − ωo + M m ⋅ t o − M l ⋅ t o = 0 (3.22) Ñoái vôùi phaàn bò ñoäng goàm ly hôïp vaø heä thoáng truyeàn löïc (Phaàn B) chuùng ta coù : M l ⋅ t o − J a ()ωo − ωa − M a .t 0 = 0 (3.23) Töø hai phöông trình (3.22) vaø (3.23) chuùng ta xaùc ñònh ñöôïc giaù trò ωo ôû cuoái thôøi kyø tröôït : J mωm ()M l − M a + J a ωa (M l − M m ) ωo = (3.24) J m ()M l − M a + J a (M l − M m ) Trong ñoù : ωm, ωa, ωo laø caùc giaù trò vaän toác goùc ñöôïc trình baøy ôû hình 3b Cuõng töø hai phöông trình treân ta xaùc ñònh ñöôïc thôøi gian tröôït cuûa ly hôïp t0 : J m J a ()ωm − ωa t o = (3.25) J m ()M l − M a + J a (M l − M m ) Goùc tröôït α ñöôïc xaùc ñònh : α = ωtb.to Trong ñoù : ωtb – vaän toác goùc tröôït trung bình: (ω − ω )+ 0 ω = m a tb 2 Thay giaù trò t0 vaø ωtb vaøo bieåu thöùc α ta coù : 0,5J J ()ω − ω 2 α = m a m a (3.26) J m ()M l − M a + J a (M l − M m ) Coâng tröôït sinh ra khi ñoùng ly hôïp ñoät ngoät laø : 30
2 M lJ m J a (ωm − ωa ) L = M l ⋅α = (3.27) 2J m ()M l − M a + J a (M l − M m ) Coâng tröôït L vaø goùc tröôït α tính theo caùc coâng thöùc treân seõ coù giaù trò nhoû hôn thöïc teá bôûi vì thôøi gian tröôït ly hôïp khi ñoùng ly hôïp ñoät ngoät seõ nhoû. b) Phöông phaùp thöù hai: ÔÛ phöông phaùp naøy ngöôøi ta xeùt ñeán hai giai ñoaïn thöïc teá cuûa quaù trình ñoùng ly hôïp töø töø : + Giai ñoaïn 1: Taêng moâmen ma saùt cuûa ly hôïp Ml töø 0 ñeán giaù trò baèng Ma. Luùc ñoù xe baét ñaàu khôûi ñoäng taïi choã. + Giai ñoaïn 2: Taêng moâmen cuûa ly hôïp Ml ñeán giaù trò khoâng coøn toàn taïi söï tröôït cuûa ly hôïp. ÔÛ giai ñoaïn 1, ly hôïp bò tröôït hoaøn toaøn, bôûi vaäy coâng cuûa ñoäng cô ôû giai ñoaïn naøy vôùi thôøi gian t1 seõ tieâu hao cho söï tröôït vaø nung noùng ly hôïp. Coâng tröôït cuûa giai ñoaïn naøy ñöôïc tính : ω − ω L = M m a ⋅ t 1 l 2 1 ÔÛ giai ñoaïn 2, coâng cuûa ñoäng cô vôùi thôøi gian t2 duøng ñeå taêng toác truïc bò ñoäng cuûa ly hôïp vaø ñeå thaéng caùc söùc caûn chuyeån ñoäng cuûa xe. Giaù trò coâng tröôït cuûa giai ñoaïn naøy laø : 1 2 L = J ()ω − ω 2 + M ()ω − ω t 2 2 a m a 3 a m a 2 Coâng tröôït toaøn boä L cuûa ly hôïp laø: ⎛ t1 2 ⎞ 1 2 L = L1 + L2 = M a ()ωm − ωa ⎜ + t 2 ⎟ + J a (ωm − ωa ) (3.28) ⎝ 2 3 ⎠ 2 Thôøi gian t1 vaø t2 ñöôïc tính nhö sau: M t = a 1 k A t = 2 k Trong ñoù : k – Heä soá tæ leä, ñaëc tröng cho nhòp ñoä taêng moâmen cuûa ñóa ly hôïp Ml khi ñoùng ly hôïp. k = 50 ÷ 150 Nm/s ñoái vôùi xe du lòch k = 150 ÷ 750 Nm/s ñoái vôùi xe taûi Laáy giaù trò k lôùn ñoái vôùi xe coù coâng suaát rieâng lôùn. Giaù trò cuûa A ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : A = 2J a ()ωm − ωa 31
Vaän toác goùc cuûa truïc khuyûu khi ñoùng ly hôïp coù theå coi laø khoâng ñoåi vaø baèng vaän toác goùc öùng vôùi moâmen cöïc ñaïi cuûa ñoäng cô. Qua caùc coâng thöùc treân ta thaáy raèng coâng tröôït seõ taêng, neáu giaù trò cuûa hieäu soá ωm - ωa taêng. Ñeå giaûm coâng suaát tröôït (nghóa laø giaûm söï maøi moøn cuûa caùc taám ma saùt cuûa ly hôïp), taøi xeá caàn giaûm giaù trò cuûa hieäu soá ωm - ωa . Hieäu soá naøy lôùn nhaát khi khôûi ñoäng xe taïi choã, luùc ñoù ωa = 0. Neáu taêng khoái löôïng cuûa xe hoaëc cuûa caû ñoaøn xe thì coâng tröôït cuõng taêng. Khi khôûi ñoäng xe taïi choã, ñeå giaûm coâng tröôït taøi xeá phaûi khôûi ñoäng ôû soá truyeàn thaáp, nhôø ñoù seõ giaûm ñöôïc giaù trò moâmen caûn quy daãn veà truïc ly hôïp. V. XAÙC ÑÒNH KÍCH THÖÔÙC CÔ BAÛN, TÍNH TOAÙN HAO MOØN VAØ NHIEÄT ÑOÄ CUÛA LY HÔÏP. 1. Xaùc ñònh kích thöôùc cô baûn cuûa ly hôïp. Cô sôû ñeå xaùc ñònh kích thöôùc cuûa ly hôïp laø ly hôïp phaûi coù khaû naêng truyeàn ñöôïc moâmen xoaén lôùn hôn moâmen cöïc ñaïi cuûa ñoäng cô moät ít. Moâmen ma saùt cuûa ly hôïp phaûi baèng moâmen xoaén lôùn nhaát caàn truyeàn qua ly hôïp : M l = β⋅ M e max (3.29) ÔÛ ñaây : Ml - Moâmen ma saùt cuûa ly hôïp (Nm) Me max - Moâmen xoaén cöïc ñaïi cuûa ñoäng cô (Nm) β - Heä soá döï tröõ cuûa ly hôïp Xe du lòch : β = 1,3 ÷ 1,75 Xe taûi khoâng coù mooùc β = 1,6 ÷ 2,25 Xe taûi coù mooùc 2 ÷ 3. Phöông trình (3.29) cuõng coù theå vieát döôùi daïng sau : M l = β ⋅ M e max = µ ⋅ P ⋅ R tb ⋅ p (3.30) ÔÛ ñaây : µ - Heä soá ma saùt cuûa ly hôïp. p - Soá löôïng ñoâi beà maët ma saùt. p = m + n −1 m - Soá löôïng ñóa chuû ñoäng. n - Soá löôïng ñóa bò ñoäng. P - Löïc eùp leân caùc ñóa ma saùt. Rtb - baùn kính ma saùt trung bình ( baùn kính cuûa ñieåm ñaët löïc ma saùt toång hôïp). Töø phöông trình (3.30) xaùc ñònh ñöôïc löïc eùp caàn thieát leân caùc ñóa ñeå truyeàn ñöôïc moâmen Memax : M β ⋅ M P = l = emax (3.31) µ ⋅ R tb ⋅ p µ ⋅ R tb ⋅ p 32
Baùn kính Rtb ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau : 3 3 2 R 2 − R 1 R tb = ⋅ 2 2 3 R 2 − R 1 dR D 2 R O R1 R 2 Hình 3.4 : Sô ñoà xaùc ñònh Rtb Giaù trò Rtb ñöôïc xaùc ñònh nhö sau : Treân hình 3.4 laø moät taám ma saùt cuûa ly hôïp. Chuùng ta xeùt tröôøng hôïp ly hôïp coù moät ñoâi beà maët ma saùt (p = 1). Giaû thieát coù löïc P taùc duïng leân taám ma saùt vôùi baùn kính trong laø R1, baùn kính ngoaøi R2 bôûi vaäy aùp suaát sinh ra treân beà maët taám ma saùt seõ laø : P P q = = 2 2 S π()R 2 − R 1 Baây giôø ta haõy xeùt moät voøng phaàn töû naèm caùch taâm O, baùn kính R vaø coù chieàu daøy dR. Moâmen do caùc löïc ma saùt taùc duïng treân voøng phaàn töû ñoù laø : 2 dM l = µ ⋅ q ⋅ 2πR ⋅ dR ⋅ R = 2µπqR dR Moâmen caùc löïc ma saùt taùc duïng treân toaøn voøng ma saùt laø R R 2 2 2 M l = dM l = 2µπqR dR = ∫R ∫R 1 1 3 3 (3.32) R 2Pµ 2 2 2 ()R − R = R dR = µ ⋅ P ⋅ 2 1 2 2 ∫R 2 2 1 R 2 − R1 3 ()R 2 − R1 Maët khaùc moâmen caùc löïc ma saùt taùc duïng treân toaøn voøng ma saùt cuõng baèng löïc ma saùt toång hôïp µP nhaân vôùi Rtb, töùc laø : M l = µ ⋅ P ⋅ R tb (3.33) Töø coâng thöùc (3.32) vaø (3.33) ta suy ra ; 3 3 2 (R 2 − R1 ) R tb = ⋅ 2 2 (3.34) 3 (R 2 − R1 ) 33
Trong tröôøng hôïp khoâng caàn ñoä chính xaùc cao thì Rtb coù theå xaùc ñònh theo coâng thöùc gaàn ñuùng sau: R + R R = 1 2 (3.35) tb 2 Ñöôøng kính ngoaøi D2 cuûa voøng ma saùt bò khoáng cheá bôûi ñöôøng kính ngoaøi cuûa baùnh ñaø ñoäng cô. Coù theå choïn ñöôøng kính ngoaøi cuûa taám ma saùt theo coâng thöùc kinh nghieäm sau : M D = 2R = 3,16 e max (3.36) 2 2 C Trong ñoù : D2 – Ñöôøng kính ngoaøi cuûa taám ma saùt (cm). Me max – Moâ men xoaén cöïc ñaïi cuûa ñoäng cô (Nm). C – Heä soá kinh nghieäm: Ñoái vôùi xe du lòch C = 4,7 Ñoái vôùi xe taûi söû duïng trong ñieàu kieän bình thöôøng C = 3,6 Ñoái vôùi xe taûi ñoå haøng vaø xe taûi söû duïng trong ñieàu kieän naëng nhoïc C = 1,9. Baùn kính trong R1 cuûa taám ma saùt coù theå choïn sô boä nhö sau : R1 = (0,53 ÷ 0,75 )R2 Giôùi haïn döôùi (0,53 R2 ) duøng cho ñoäng cô coù soá voøng quay thaáp. Coøn giôùi haïn treân (0,75R2) duøng cho caùc ñoäng cô coù soá voøng quay cao. Heä soá ma saùt µ phuï thuoäc vaøo tính chaát vaät lieäu, tình traïng beà maët, toác ñoä tröôït vaø nhieät ñoä cuûa taám ma saùt. Khi tính toaùn, coù theå thöøa nhaän heä soá ma saùt chæ phuï thuoäc vaøo tính chaát vaät lieäu ( xem baûng 3.1) Baûng 3.1 : Vaät lieäu cheá taïo taám ma saùt cuûa ly hôïp. Nguyeân lieäu cuûa caùc beà Heä soá masaùt µ AÙp suaát cho pheùp maët masaùt Khoâ Trong daàu ( kN/m2 ) Theùp vôùi gang 0,15 ÷0,18 150 ÷ 300 Theùp vôùi theùp 0,15 ÷0,20 0,03 ÷0,07 250 ÷ 400 Theùp vôùi pheârañoâ 0,25 ÷0,35 0,07 ÷0,15 100 ÷ 250 Gang vôùi pheârañoâ 0,2 100 ÷ 250 Theùp vôùi pheârañoâ caosu 0,4 ÷0,5 0,07 ÷0,15 100 ÷250 Soá löôïng ñoâi beà maët ma saùt p coù theå töï choïn döïa vaøo keát caáu hieän coù, sau ñoù tìm löïc eùp P caàn thieát theo coâng thöùc (3.31), sau ñoù caàn kieåm tra aùp suaát leân beà maët ma saùt theo coâng thöùc sau: P P q = = 2 2 ≤ [q] (3.37) S π(R 2 − R 1 ) ÔÛ ñaây : 34
[q] – AÙp suaát cho pheùp laáy theo baûng 3.1 Trong tröôøng hôïp khoâng theå döï kieán tröôùc ñöôïc soá löôïng ñoâi beà maët ma saùt p thì coù theå xaùc ñònh thoâng qua coâng thöùc sau: 2 M l = β.M e max = 2πR tb b.µ.q.p Trong ñoù : Memax – Moâmen xoaén cöïc ñaïi cuûa ñoäng cô (Nm) b – Chieàu roäng cuûa taám ma saùt : b = R2 – R1 q – Aùp suaát cho pheùp laáy theo baûng 3.1 (N/m2) Töø ñoù coù theå xaùc ñònh soá löôïng ñoâi beà maët ma saùt: β.M e max p = 2 (3.38) 2.π.q.µ.b.R tb 2. Tính toaùn ñoä hao moøn cuûa ly hôïp. Hieän töôïng tröôït cuûa ly hôïp khi ñoùng ly hôïp seõ laøm cho caùc taám ma saùt bò hao moøn. Vaø khi bò tröôït seõ xuaát hieän coâng tröôït. Nhöng chuùng ta khoâng theå ñaùnh giaù möùc ñoä hao moøn thoâng qua coâng tröôït, bôûi vì neáu 2 ly hôïp coù cuøng giaù trò coâng tröôït, nhöng ly hôïp naøo coù dieän tích beà maët caùc taám ma saùt nhoû hôn seõ bò moøn nhieàu hôn. Cho neân ñeå xeùt möùc ñoä hao moøn cuûa ly hôïp, chuùng ta phaûi tính coâng tröôït treân ñôn vò dieän tích beà maët caùc taám ma saùt. Ñoù chính laø coâng tröôït rieâng L0: L L = ≤ []L (3.39) o S.p o Trong ñoù : 2 Lo – Coâng tröôït rieâng (J/m ) L – Coâng tröôït sinh ra khi ly hôïp tröôït (J) 2 2 2 S – Dieän tích beà maët taám ma saùt (m ), S = π.(R 2 − R1 ) p - Soá löôïng ñoâi beà maët ma saùt [Lo] – Coâng tröôït rieâng cho pheùp tra theo baûng 3.2 Baûng 3.2: Loaïi oâtoâ [L0] OÂ toâ taûi coù troïng taûi ñeán 50 kN 150.000 ÷ 250.000 J/m2 OÂ toâ taûi coù troïng taûi treân 50 kN 400.000 ÷ 600.000 J/m2 OÂ toâ du lòch 1.000.000 ÷ 1.200.000 J/m2 35
3. Tính toaùn nhieät ñoä cuûa ly hôïp. Moãi laàn ñoùng ly hôïp, coâng tröôït sinh ra bieán thaønh nhieät naêng vaø laøm nung noùng caùc chi tieát cuûa ly hôïp. Bôûi vaäy, ngoaøi vieäc kieåm tra coâng tröôït rieâng coøn caàn phaûi kieåm tra nhieät ñoä cuûa caùc chi tieát bò nung noùng trong quaù trình tröôït. Khi khôûi haønh xe taïi choã, coâng tröôït sinh ra seõ lôùn nhaát. Bôûi vaäy, tính toaùn nhieät ñoä cuûa ly hôïp caàn phaûi kieåm tra luùc khôûi haønh. Nhieät ñoä taêng leân cuûa chi tieát tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi taám ma saùt trong thôøi gian ly hôïp bò tröôït ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : θ ⋅ L T = (3.40) c ⋅ m ÔÛ ñaây: T – Nhieät ñoä taêng leân cuûa chi tieát (0K) θ – Heä soá xaùc ñònh phaàn coâng tröôït duøng ñeå nung noùng chi tieát caàn tính, θ ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: 1 θ = : Ñoái vôùi ñóa eùp (n – soá löôïng ñóa bò ñoäng) 2n 1 θ = : Ñoái vôùi ñóa chuû ñoäng trung gian n L – Coâng tröôït sinh ra toaøn boä khi ñoùng ly hôïp (J) c – Nhieät dung rieâng cuûa caùc chi tieát bò nung noùng, ñoái vôùi theùp vaø gang c ≈ 500J/kg.ñoä m – Khoái löôïng cuûa chi tieát bò nung noùng (kg). Moãi laàn khôûi haønh oâtoâ taïi choã trong ñieàu kieän söû duïng ôû ñöôøng phoá T khoâng ñöôïc vöôït quaù 100K. VI. TÍNH TOAÙN CAÙC CHI TIEÁT CHUÛ YEÁU CUÛA LY HÔÏP. Trong phaàn naøy, chuùng ta chæ tính toaùn caùc chi tieát chuû yeáu cuûa ly hôïp goàm coù : loø xo eùp, ñoøn môû vaø cô caáu ñieàu khieån ly hôïp. Caùc chi tieát coøn laïi cuûa ly hôïp nhö : ñóa bò ñoäng, voøng ma saùt, moayô ñóa bò ñoäng, giaûm chaán vaø truïc ly hôïp, ñóa eùp vaø ñóa eùp trung gian chuùng ta coù theå tham khaûo theâm ôû caùc taøi lieäu khaùc. 1. Loø xo eùp cuûa ly hôïp. Nhaèm taïo ra löïc neùn P, chuùng ta coù theå söû duïng moät loø xo hình coân trung taâm hoaëc nhieàu loø xo hình truï boá trí treân moät voøng troøn coù baùn kính baèng Rtb. Cô sôû ñeå thieát keá loø xo eùp laø giaù trò löïc neùn Nmax Giaû thieát coù nl loø xo, ñeå taïo ra moät löïc neùn toång coäng P leân caùc ñóa cuûa ly hôïp thì baûn thaân moãi loø xo phaûi chòu moät löïc neùn N = P/nl vaø bò eùp ñi moät ñoaïn laø f (xem hình 3.5). Khi taùch ly hôïp ñóa eùp dòch ra moät ñoaïn s vaø neùn tieáp caùc loø xo, do ñoù taûi troïng duøng ñeå tính toaùn thieát keá laø : 36
1,2.P N max = (N) (3.41) n l ÔÛ ñaây : P – Löïc neùn toång coäng tính theo coâng thöùc (3.31) nl - Soá löôïng loø xo 1,2 – Heä soá tính ñeán loø xo bò neùn theâm khi taùch ly hôïp. Loø xo ñöôïc tính toaùn theo giaùo trình “Chi tieát maùy”. N max sN f s P n1 0,2P o n i 1 Hình 3.5: Loø xo eùp cuûa ly hôïp 2. Ñoøn môû cuûa ly hôïp. Khi chuùng ta muoán môû ly hôïp, caàn thieát phaûi taùc duïng leân caùc ñoøn môû moät löïc lôùn hôn löïc neùn toång coäng cuûa caùc loø xo trong tröôøng hôïp ñóa eùp dòch chuyeån moät ñoaïn laø S. Giaû thieát coù nñ ñoøn môû, thì moãi ñoøn môû chòu 1 löïc laø: 1,2.P Q = (N) (3.42) i.n ñ Döôùi taùc duïng cuûa löïc Q seõ xuaát hieän moâmen uoán Q.l taïi tieát dieän nguy hieåm A – A. Cô e sôû ñeå thieát keá ñoøn môû laø tæ soá truyeàn i = phaûi thoaû maõn ñieàu kieän ñieàu khieån vaø ñieàu f kieän beàn taïi tieát dieän A – A (hình 3.6): Q.l σ u = ≤ [σ u ] (3.43) Wu ÔÛ ñaây: 37
Wu – Moâmen choáng uoán taïi tieát dieän A – A [σ] = 300 ÷ 400 MN/m2 f e l Q Hình 3.6: Sô ñoà löïc taùc duïng leân ñoøn môû 3. Cô caáu ñieàu khieån ly hôïp. Treân oâtoâ thöôøng söû duïng hai daïng ñoù laø : ñieàu khieån ly hôïp baèng cô khí vaø ñieàu khieån ly hôïp baèng thuûy löïc (xem hình 3.7 vaø hình 3.8). Sau khi ñaõ quyeát ñònh choïn cô caáu ñieàu khieån laø daïng cô khí hay thuûy löïc, chuùng ta tính toaùn tæ soá truyeàn i cuûa cô caáu thoûa maõn caùc yeâu caàu sau ñaây: ˘ Coù choã ñeå boá trí caùc heä ñoøn baåy. ˘ Haïn cheá ñeå soá löôïng caùc khôùp noái ma saùt laø ít nhaát, nhaèm ñeå naâng cao hieäu suaát truyeàn löïc. ˘ Löïc taùc duïng leân baøn ñaïp vaø haønh trình baøn ñaïp ly hôïp phaûi naèm trong giôùi haïn cho pheùp. ˘ Löïc taùc duïng leân töøng chi tieát caøng nhoû caøng toát. a) Tính toaùn tæ soá truyeàn : ˘ Ñoái vôùi cô caáu ñieàu khieån baèng cô khí : a c e i = ⋅ ⋅ (3.44) c b d f ˘ Ñoái vôùi cô caáu ñieàu khieån baèng thuûy löïc : 2 a c e ⎛ d ⎞ ⎜ 2 ⎟ i t = ⋅ ⋅ ⎜ ⎟ (3.45) b d f ⎝ d1 ⎠ 38
ÔÛ ñaây: d1, d2 : Ñöôøng kính cuûa caùc xilanh thuûy löïc. S Pbñ Pmax f e a d b c Hình 3.7: Cô caáu ñieàu khieån ly hôïp baèng cô khí S Pmax f b a 1 d e Pbñ 2 d c d Hình 3.8: Cô caáu ñieàu khieån ly hôïp baèng thuûy löïc. 39
b) Kieåm tra vaø ñieàu chænh ly hôïp: b1) Haønh trình cuûa baøn ñaïp ly hôïp: ˘ Ñieàu khieån baèng cô khí: a c S = S⋅i + ∆S = S⋅i + ∆ ⋅ ⋅ (3.46) bñ c c b d ˘ Ñieàu khieån baèng thuûy löïc: 2 a c ⎛ d ⎞ ⎜ 2 ⎟ Sbñ = S⋅i t + ∆S = S⋅i t + ⋅ ⎜ ⎟ (3.47) b d ⎝ d1 ⎠ ÔÛ ñaây: Sbñ – Haønh trình toång coäng cuûa baøn ñaïp ( khoaûng 150 ÷ 180 mm) ∆S – Haønh trình töï do cuûa baøn ñaïp (khoaûng 35 ÷ 60 mm) ∆ - Khe hôû giöõa ñaàu ñoøn môû vaø baïc môû (khoaûng 2 ÷ 4 mm) S – Haønh trình dòch chuyeån cuûa caùc ñóa eùp. Ñeå ñaûm baûo cho ly hôïp ñöôïc môû moät caùch döùt khoaùt, moãi ñoâi beà maët ma saùt phaûi coù khoaûng caùch 0,75 ÷ 1 mm, do ñoù S = (0,75 ÷ 1)p (Trong ñoù p laø soá löôïng ñoâi beà maët masaùt) b2) Löïc taùc duïng leân baøn ñaïp ly hôïp: 1,2.P P = ≤ 200 N (3.48) bñ i.η ÔÛ ñaây : P – Löïc neùn toång coäng taùc duïng leân caùc ñóa cuûa ly hôïp tính theo coâng thöùc (3.31) 1, 2 – Heä soá tính ñeán caùc loø xo eùp cuûa ly hôïp bò neùn theâm khi taùch môû ly hôïp i – Tæ soá truyeàn theo coâng thöùc (3.44) hoaëc (3.45) η - Hieäu suaát truyeàn löïc ˘ Ñoái vôùi cô caáu ñieàu khieån baèng cô khí : η = ηc = 0,7 ÷ 0,8 ˘ Ñoái vôùi cô caáu ñieàu khieån baèng thuûy löïc: η = ηt = 0,8 ÷ 0,9 b3) Coâng môû ly hôïp: ()P + 1,2P A = ⋅ S ≤ 30 J (3.49) 2 Neáu A > 30 J thì phaûi thieát keá vaø boá trí thích hôïp boä phaän trôï löïc cho ly hôïp. 40
CHÖÔNG IV HOÄP SOÁ CÔ KHÍ I. COÂNG DUÏNG, YEÂU CAÀU, PHAÂN LOAÏI. 1. Coâng duïng. ˘ Nhaèm thay ñoåi tyû soá truyeàn vaø moâmen xoaén töø ñoäng cô ñeán caùc baùnh xe chuû ñoäng phuø hôïp vôùi moâmen caûn luoân thay ñoåi vaø nhaèm taän duïng toái ña coâng suaát cuûa ñoäng cô. ˘ Giuùp cho xe thay ñoåi ñöôïc chieàu chuyeån ñoäng. ˘ Ñaûm baûo cho xe döøng taïi choã maø khoâng caàn taét maùy hoaëc khoâng caàn taùch ly hôïp. ˘ Daãn ñoäng moâmen xoaén ra ngoaøi cho caùc boä phaän ñaëc bieät ñoái vôùi caùc xe chuyeân duïng. 2. Yeâu caàu. ˘ Coù daõy tyû soá truyeàn phuø hôïp nhaèm naâng cao tính naêng ñoäng löïc hoïc vaø tính naêng kinh teá cuûa oâ toâ. ˘ Phaûi coù hieäu suaát truyeàn löïc cao, khoâng coù tieáng oàn khi laøm vieäc, sang soá nheï nhaøng, khoâng sinh ra löïc va ñaäp ôû caùc baùnh raêng khi gaøi soá. ˘ Phaûi coù keát caáu goïn beàn chaéc, deã ñieàu khieån, deã baûo döôõng hoaëc kieåm tra vaø söûa chöõa khi coù hö hoûng. 3. Phaân loaïi. Theo phöông phaùp thay ñoåi tyû soá truyeàn, hoäp soá ñöôïc chia thaønh: hoäp soá coù caáp vaø hoäp soá voâ caáp. a) Hoäp soá coù caáp ñöôïc chia theo : + Sô ñoà ñoäng hoïc goàm coù: - Loaïi coù truïc coá ñònh (hoäp soá hai truïc, hoäp soá ba truïc ). - Loaïi coù truïc khoâng coá ñònh (hoäp soá haønh tinh moät caáp, hai caáp ). + Daõy soá truyeàn goàm coù: - Moät daõy tyû soá truyeàn (3 soá, 4 soá, 5 soá ). - Hai daõy tyû soá truyeàn. + Phöông phaùp sang soá goàm coù: - Hoäp soá ñieàu khieån baèng tay. - Hoäp soá töï ñoäng. b) Hoäp soá voâ caáp ñöôïc chia theo : + Hoäp soá thuûy löïc (hoäp soá thuûy tónh, hoäp soá thuûy ñoäng ). + Hoäp soá ñieän. + Hoäp soá ma saùt. 41
II. TRÌNH TÖÏ TÍNH TOAÙN HOÄP SOÁ COÙ CAÁP CUÛA OÂ TOÂ. Coâng vieäc tính toaùn thieát keá hoäp soá oâ toâ coù hai böôùc chính nhö sau: + Xaùc ñònh tyû soá truyeàn ñaûm baûo tính chaát keùo vaø tính kinh teá theo ñieàu kieän laøm vieäc ñaõ cho tröôùc. + Xaùc ñònh kích thöôùc caùc chi tieát cuûa hoäp soá. Hai böôùc lôùn treân ñöôïc cuï theå hoùa bôûi caùc böôùc cuï theå sau: 1. Treân cô sôû cuûa ñieàu kieän söû duïng vaø ñieàu kieän kyõ thuaät cho tröôùc, cuøng vôùi ñieàu kieän cheá taïo, chuùng ta choïn sô ñoà ñoäng hoïc vaø döï kieán soá caáp cuûa hoäp soá. 2. Tính toaùn löïc keùo cuûa oâtoâ, xaùc ñònh tæ soá truyeàn chung cuûa caû heä thoáng truyeàn löïc khi gaøi caùc soá khaùc nhau. 3. Phaân chia phuø hôïp tæ soà truyeàn cuûa heä thoáng truyeàn löïc theo töøng cuïm (hoäp soá, hoäp soá phuï, truyeàn löïc chính, truyeàn löïc cuoái cuøng). 4. Tính toaùn xaùc ñònh tæ soá truyeàn cuûa hoäp soá . 5. Xaùc ñònh kích thöôùc cuûa caùc chi tieát, boá trí caùc chi tieát cuûa hoäp soá vaø kieåm tra söï lieân quan laøm vieäc giöõa caùc chi tieát vôùi nhau. III. SÔ ÑOÀ ÑOÄNG HOÏC MOÄT SOÁ LOAÏI HOÄP SOÁ CUÛA OÂ TOÂ. 1. Sô ñoà ñoäng hoïc hoäp soá hai truïc. Treân hình 4.1 laø sô ñoà ñoäng hoïc hoäp soá hai truïc boán caáp (khoâng keå soá luøi). Khi gaøi caùc soá tieán ñeàu söû duïng boä ñoàng toác, khi gaøi soá luøi thì dòch chuyeån baùnh raêng thaúng 2 taïo neân söï aên khôùp 1-2 vaø 2-3. Hình 4.1 : Sô ñoà ñoäng hoïc hoäp soá hai truïc Hoäp soá xe SKODA 100 MB (Coäng hoøa Czech) 42
2. Sô ñoà ñoäng hoïc hoäp soá ba truïc. Treân hình 4.2 laø sô ñoà ñoäng hoïc cuûa moät soá hoäp soá ba truïc coù töø 3 ñeán 6 soá tieán. Khi soá caáp cuûa hoäp soá taêng thì möùc ñoäâ phöùc taïp veà maët keát caáu cuõng taêng theo. ÔÛ hình 4.2 ñöôïc thoáng nhaát caùc kyù hieäu nhö sau: 1, 2, 3, 4, 5, 6 : vò trí gaøi caùc soá 1, 2, 3, 4, 5, 6. L (hoaëc R) : vò trí gaøi soá luøi. I- truïc sô caáp. II- truïc thöù caáp. III- truïc trung gian. Baùnh raêng laép coá ñònh treân truïc, Baùnh raêng laép coá ñònh treân truïc, raêng ngoaøi raêng trong Baùnh raêng laép vôùi truïc baèng then hoa Baùnh raêng quay trôn treân truïc. vaø tröôït treân truïc. Hình 4.2 : Sô ñoà ñoäng hoïc hoäp soá ba truïc 3. Sô ñoà ñoäng hoïc hoäp soá haønh tinh (xem chöông V) : 43
IV. CHOÏN TYÛ SOÁ TRUYEÀN CUÛA HOÄP SOÁ. Tæ soá truyeàn cuûa hoäp soá oâ toâ ñöôïc xaùc ñònh treân cô sôû tính toaùn löïc keùo ôû caùc tay soá. Trong ñoù quan troïng nhaát laø tæ soá truyeàn ôû tay soá I. Tæ soá truyeàn ih1 ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc cuûa vieän só Chuñacoáp: G.rbx .ψ max i h1 = (4.1) M emax ⋅i o ⋅ ηtl ÔÛ ñaây : G – Troïng löôïng toaøn boä cuûa xe (N) ψmax - Heä soá caûn chuyeån ñoäng lôùn nhaát rbx – Baùn kính laên cuûa baùnh xe coù tính ñeán söï bieán daïng cuûa loáp (m) io – Tyû soá truyeàn cuûa truyeàn löïc chính ηtl – Hieäu suaát cuûa heä thoáng truyeàn löïc Tyû soá truyeàn cuûa truyeàn löïc chính ñöôïc xaùc ñònh : r i = θ bx (4.2) o 2,65 ÔÛ ñaây : θ - Heä soá voøng quay cuûa ñoäng cô Ñoái vôùi xe du lòch : θ = 30 ÷ 40 Ñoái vôùi xe taûi : θ = 40 ÷ 50 Neáu hoäp soá coù 3 caáp vôùi soá III laø soá truyeàn thaúng thì : ih3 =1 ; ih2 = ih1 Neáu hoäp soá coù 4 caáp vôùi soá IV laø soá truyeàn thaúng thì : 3 3 2 ih4 = 1 ; i h3 = i h1 ; i h2 = i h1 Neáu hoäp soá coù 5 caáp vôùi soá V laø soá truyeàn thaúng thì : 3 4 4 2 4 ih5 = 1 ; ih4 = i h1 ; ih3 = i h1 ; ih2 = i h1 Neáu hoäp soá coù 5 caáp vôùi soá V laø soá truyeàn taêng vaø soá IV laø soá truyeàn thaúng thì: 1 3 3 2 ih5 = ; ih4 = 1 ; ih3 = i h1 ; ih3 = i h1 3 i hi Soá truyeàn cao nhaát cuûa hoäp soá neân laøm soá truyeàn thaúng hay soá truyeàn taêng laø tuøy thuoäc vaøo thôøi gian söû duïng. Neân choïn soá truyeàn laøm vieäc nhieàu nhaát ñeå laøm soá truyeàn thaúng ñeå giaûm tieâu hao khi truyeàn löïc vaø taêng tuoåi thoï cuûa hoäp soá. 44
V. TÍNH TOAÙN CAÙC CHI TIEÁT CUÛA HOÄP SOÁ. 1. Baùnh raêng cuûa hoäp soá. a) Tính toaùn thieát keá toång theå: Khi thieát keá sô boä hoäp soá vaø baùnh raêng hoäp soá ngöôøi ta choïn tröôùc khoaûng caùch giöõa caùc truïc vaø moâñuyn baùnh raêng. Döïa vaøo caùc thoâng soá ñoù seõ xaùc ñònh soá raêng cuûa caùc baùnh raêng ñeå ñaûm baûo tyû soá truyeàn caàn thieát cuûa hoäp soá. a1) Choïn khoaûng caùch giöõa caùc truïc: Khoaûng caùch A giöõa caùc truïc ñöôïc choïn theo coâng thöùc kinh nghieäm sau: 3 A= C Memax (mm) (4.3) ÔÛ ñaây : Memax - Moâmen xoaén cöïc ñaïi cuûa ñoäng cô (Nm) C - Heä soá kinh nghieäm: + Ñoái vôùi xe du lòch : C = 13÷16 + Ñoái vôùi xe taûi : C =17÷19 + Ñoái vôùi xe duøng ñoäng cô diezel: C =20÷21 a2) Choïn moâñuyn phaùp tuyeán cuûa baùnh raêng : Chuùng ta coù hai phöông phaùp löïa choïn: Coù theå choïn theo coâng thöùc kinh nghieäm sau: m = (0.032÷0.040).A (4.4) Hoaëc coù theå söû duïng ñoà thò kinh nghieäm nhö ôû hình 4.3 a m[mm] b M [kN.m] Hình 4.3 : Ñoà thò ñeå choïn moâñuyn phaùp tuyeán cuûa baùnh raêng a/ Duøng cho baùnh raêng coù raêng thaúng b/ Duøng cho baùnh raêng coù raêng xieân 45
ÔÛ ñaây : m - Moâñuyn phaùp tuyeán M - Moâmen xoaén ñöôïc tính : M= Memax.ih1.0,96 a3) Xaùc ñònh soá raêng cuûa caùc baùnh raêng: + Ñoái vôùi hoäp soá hai truïc : ÔÛ hình 4.4 laø sô ñoà hoäp soá hai truïc ñeå xaùc ñònh soá raêng : Z 1 Z 2 Z i A Z' 1 Z' 2 Z' i Baùnh raêng laép vôùi truïc baèng then hoa vaø tröôït treân truïc khi caàn gaøi soá Hình 4.4 : Sô ñoà tính toaùn soá raêng cuûa baùnh raêng hoäp soá 2 truïc ÔÛ hoäp soá hai truïc coù theå xaùc ñònh khoaûng caùch A theo coâng thöùc sau : m (z + z′) m (z + z′ ) m (z + z′) A= 1 1 1 = 2 2 2 = = i i i (4.5) 2cosβ1 2cosβ 2 2cosβi z1′ Sau ñoù thay : ih1= z1 z′2 ih2= z 2 46
. z′i ihi= zi / vaøo bieåu thöùc tính A, chuùng ta nhaän ñöôïc coâng thöùc toång quaùt ñeå xaùc ñònh zi vaø zi : 2Acosβi zi = (4.6) mi (1+ i h1 ) z′i = zi .ihi (4.7) ÔÛ ñaây: z1,z2, zi – soá raêng cuûa caùc baùnh raêng ôû truïc sô caáp. z1′ , z′2 z′i - soá raêng caùc baùnh raêng ôû truïc thöù caáp. A – khoaûng caùch giöõa hai truïc . βi – goùc nghieâng cuûa caëp baùnh raêng thöù i. mi – moâñuyn phaùp tuyeán cuûa caëp baùnh raêng thöù i. + Ñoái vôùi hoäp soá ba truïc : ÔÛ treân hình 4.5 laø sô ñoà hoäp soá ba truïc ñeå xaùc ñònh soá raêng Z'i Z'2 Z a Z'1 A A Z i Z 2 Z1 Z'a Hình 4.5 : Sô ñoà tính toaùn soá raêng cuûa baùnh raêng hoäp soá 3 truïc 1- Truïc sô caáp 2- Truïc trung gian 3- Truïc thöù caáp A- Khoaûng caùch giöõa caùc truïc za , z′a – soá raêng cuûa caëp baùnh raêng luoân aên khôùp z1, z2, , zi – soá raêng cuûa caùc baùnh raêng treân truïc trung gian z1′ , z′2 , , z′i – soá raêng cuûa caùc baùnh raêng treân truïc thöù caáp 47
Khoaûng caùch A ñöôïc tính nhö sau: m (z + z′ ) m .z (1+ i ) A = a a a = a a a (4.8) 2cosβ a 2cosβ a 2A.cosβ a Bôûi vaäy : ia = −1 (4.9) m a.z a ÔÛ ñaây : ia – tyû soá truyeàn cuûa caëp baùnh raêng luoân aên khôùp. ma – moâ ñuyn phaùp tuyeán cuûa caëp baùnh raêng luoân aên khôùp. βa – goùc nghieâng cuûa raêng cuûa caëp baùnh raêng luoân aên khôùp. Soá raêng z′a cuûa baùnh raêng bò ñoäng ôû caëp baùnh raêng luoân aên khôùp seõ ñöôïc xaùc ñònh: z′a = za. ia Tyû soá truyeàn cuûa caùc caëp baùnh raêng ñöôïc gaøi igi seõ laø : i hi igi= ia Soá raêng cuûa caùc baùnh raêng treân truïc trung gian vaø thöù caáp ñöôïc xaùc ñònh : 2A cosβ i zi = (4.10) m i (1+ i gi ) z′i = zi .igi (4.11) Trong ñoù : zi - Soá raêng cuûa baùnh raêng thöù i treân truïc trung gian. z′i - Soá raêng cuûa baùnh raêng thöù i treân truïc thöù caáp. βi – goùc nghieâng cuûa raêng cuûa caëp baùnh raêng thöù i. mi- moâ ñuyn phaùp tuyeán cuûa caëp baùnh raêng thöù i . b) Tính toaùn kieåm tra baùnh raêng : Baùnh raêng cuûa hoäp soá oâtoâ tính toaùn theo uoán vaø tieáp xuùc . b1) Tính toaùn kieåm tra theo öùng suaát uoán : ÖÙng suaát uoán taïi tieát dieän nguy hieåm cuûa raêng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc Lewis: P.K 2 σ u = (MN/m ) (4.12) b.t n .y Trong ñoù : P – Löïc voøng taùc duïng leân raêng taïi taâm aên khôùp (MN). b–Beà roäng raêng cuûa baùnh raêng (m) tn – Böôùc raêng phaùp tuyeán (m) y – Heä soá daïng raêng (xem baûng 4.1) k – Heä soá boå sung : tính ñeán söï taäp trung öùng suaát ôû raêng, ñoä truøng khôùp khi caùc raêng aên khôùp, ma saùt beà maët tieáp xuùc, bieán daïng ôû caùc oå ñôõ vaø truïc 48
- Löïc voøng P taùc duïng leân raêng ñöôïc xaùc ñònh : M P = r ÔÛ ñaây : M – Moâmen xoaén taùc duïng leân baùnh raêng ñang tính M = Memax.i. η i – Tyû soá truyeàn töø ñoäng cô ñeán baùnh raêng ñang tính . η – Hieäu suaát truyeàn löïc keå töø ñoäng cô ñeán baùnh raêng ñang tính. - Beà roäng b cuûa raêng ñoái vôùi raêng thaúng choïn nhö sau : b = (4,4÷7)m, ñoái vôùi raêng xieân choïn trong khoaûng b = (7÷8,6)mn. Trong ñoù: m – moâñuyn cuûa baùnh raêng truï raêng thaúng; mn – moâñuyn phaùp tuyeán cuûa baùnh raêng truï raêng xieân . - Trong tröôøng hôïp raêng thaúng thì tn ñöôïc thay baèng t vaø chuùng ta coù : t= π.m tn=π.mn (4.13) - Heä soá daïng raêng y ñoái vôùi caëp baùnh raêng khoâng ñieàu chænh ñöôïc choïn theo baûng 4.1 : Ñoái vôùi raêng thaúng laáy soá raêng Z thöïc teá ñeå choïn, coøn ñoái vôùi raêng xieân choïn theo soá raêng töông ñöông Ztñ Z Ztñ= (4.14) cos 3 β Trong ñoù : Z - soá raêng thöïc teá cuûa baùnh raêng β - goùc nghieâng ñöôøng raêng cuûa baùnh raêng truï raêng xieân Neáu caëp baùnh raêng coù ñieàu chænh , heä soá daïng raêng ñöôïc tính : 1+ λε yñieàu chænh = y. (4.15) f0 Trong ñoù : y – Heä soá daïng raêng tieâu chuaån (baûng 4.1) λ – Heä soá tra ôû baûng 4.1 theo Z hoaëc Ztñ ε – Heä soá ñieàu chænh raêng fo – Heä soá chieàu cao ñaàu raêng. Neáu goùc aên khôùp α ≠ 20 0 vaø chieàu cao cuûa raêng khaùc 2,25m thì heä soá daïng raêng phaûi nhaân theâm heä soá hieäu ñính a : a= aα.ah Trong ñoù: 2,25m ah - heä soá chieàu cao, ah = h aα - heä soá goùc aên khôùp 49
h - chieàu cao raêng m - moâduyn Neáu : 0 / α= 14 50 thì aα = 0,75 0 / α=17 30 thì aα = 0,89 0 / α= 22 30 thì aα = 1,1 0 α= 25 thì aα = 1,23 Cho baùnh raêng cuït coù chieàu cao ñaàu raêng h’= 0,8 m thì heä soá daïng raêng y tìm ra theo caùch treân ñaây coøn phaûi nhaân theâm 1,14. ÖÙng suaát uoán cho pheùp [σu] trình baøy ôû baûng 4.2 Baûng 4.1: Heä soá daïng raêng y Z Caét baèng dao phay Caét baêøng dao phay hoaëc Heä soáλ ñóa hoaëc dao phay laên raêng hoaëc dao soïc Maøi baèng ñaù maøi ñóa Z tñ ngoùn thanh raêng 12 _ 0,098 0,084 1,13 14 _ 0,105 0,093 0,97 16 0,101 0,113 0,100 0,75 17 0,102 0,117 0,104 0,68 18 0,104 0,120 0,107 0,62 19 0,105 0,122 0,109 0,56 20 0,106 0,124 0,112 0,53 21 0,108 0,126 0,115 0,48 22 0,110 0,128 0,117 0,44 24 0,112 0,132 0,122 0,36 26 0,114 0,136 0,126 0,32 28 0,117 0,138 0,129 0,29 30 0,120 0,140 0,132 0,27 32 0,123 0,142 0,135 0,25 35 0,128 0,144 0,137 0,23 37 0,131 0,146 0,140 0,22 40 0,136 0,148 0,143 0,21 45 0,142 0,150 0,146 0,20 50 0,145 0,152 0,149 0,19 60 0,150 0,156 0,153 0,17 80 0,158 0,159 0,159 0,14 50
Baûng 4.2 2 Loaïi baùnh raêng [σu] (MN/m ) 1 Baùnh raêng truï thaúng cho soá 1 vaø soá luøi 400÷850 Baùnh raêng truï nghieâng duøng cho Xe taûi 100÷250 2 caùc soá cao vaø caëp baùnh raêng luoân 180÷350 Xe du lòch aên khôùp Heä soá boå sung K cho baùnh raêng truï raêng thaúng laø 1.12 vaø cho baùnh raêng truï raêng xieân laø 0.75 Thay caùc giaù trò K ôû treân vaø böôùc raêng t hoaëc tntöø coâng thöùc (4.13) vaøo coâng thöùc (4.12) ñeå tính σu, sau khi ñôn giaûn ta coù : Cho baùnh raêng truï raêng thaúng : P 2 σu = 0.36 (MN/m ) (4.16) b.m.y Cho baùnh raêng truï raêng xieân: P 2 σu = 0.24 (MN/m ) (4.17) b.m n .y Trong ñoù : Ñôn vò cuûa caùc ñaïi löôïng laø : P (MN) b, m, mn: (m) b2) Tính toaùn kieåm tra theo öùng suaát tieáp xuùc : Möùc ñoä hao moøn raêng cuûa caùc baùnh raêng phuï thuoäc vaøo giaù trò öùng suaát tieáp xuùc taïi taâm aên khôùp. ÖÙng suaát tieáp xuùc ñöôïc tính theo coâng thöùc Hert - Beliaev: NE ⎛ 1 1 ⎞ σtx = 0,418 ⎜ ± ⎟ (4.18) bo ⎝ ρ1 ρ2 ⎠ Trong ñoù : N - Löïc taùc duïng vuoâng goùc leân maët tieáp xuùc giöõa caùc raêng aên khôùp (MN) 2 σtx - Coù ñôn vò laø MN/m bo - Chieàu daøi ñöôøng tieáp xuùc cuûa caùc raêng (m) E - Moâñuyn ñaøn hoài. (E = 2,1.105 MN/m2) ρ1,ρ2 - Baùn kính cong cuûa caùc beà maët raêng chuû ñoäng vaø bò ñoäng taïi ñieåm tieáp xuùc (m). Neáu hai baùnh raêng aên khôùp ngoaøi seõ laáy daáu ″ + ˜, neáu aên khôùp trong laáy daáu ″ - ˜. Ñoái vôùi baùnh raêng truï thaúng : P N= ; b0 =b (4.19) cosα 51
ÔÛ ñaây: P – Löïc voøng taùc duïng leân baùnh raêng (MN) b – Beà roäng baùnh raêng (m) Ñoái vôùi baùnh raêng truï raêng nghieâng ; vôùi goùc nghieâng ñöôøng raêng laø β: P b N= ; bo = (4.20) cosα.cosβ cosβ Thay caùc giaù trò ôû (4.19) vaø(4.20) vaøo (4.18) ta coù coâng thöùc chung cho baùnh raêng truï raêng thaúng vaø raêng nghieâng: P.E ⎛ 1 1 ⎞ σtx = 0,418 ⎜ ± ⎟ (4.21) b.cosα ⎝ ρ1 ρ 2 ⎠ Muoán xaùc ñònh σtx taïi taâm aên khôùp chuùng ta phaûi laáy ρ1, ρ2 taïi taâm aên khôùp . Cho baùnh raêng truï raêng thaúng: ρ1= r1sinα ; ρ2= r2sinα (4.22) Cho baùnh raêng truï raêng nghieâng: sin α sin α ρ1= r1 ; ρ2= r2 (4.23) cos 2 β cos 2 β ÔÛ ñaây: r1,r2 - baùn kính voøng troøn laên cuûa baùnh chuû ñoäng vaø bò ñoäng. ÖÙng suaát tieáp xuùc thoâng thöôøng ñöôïc xaùc ñònh theo cheá ñoä taûi troïng trung bình. Löïc voøng P ñöôïc tính baèng coâng thöùc: γ.M .i P= e max (4.24) r Trong ñoù γ xaùc ñònh theo ñoà thò kinh nghieäm. 1 Thoâng thöôøng xe chæ söû duïng Memax, neân thöôøng choïn γ= 0,5. 2 ÖÙng suaát tieáp xuùc cho pheùp [σtx ] treân beà maët raêng khi cheá ñoä taûi troïng ôû truïc sô caáp hoäp soá laø 0,5 Memax ñöôïc trình baøy ôû baûng 4.3: Baûng 4.3 2 [σtx ] (MN/m ) Loaïi baùnh raêng Xeâmentit hoaù Xianuya hoùa 1. Baùnh raêng duøng cho soá 1 vaø soá luøi 1900÷2000 950÷1000 2. Baùnh raêng luoân aên khôùp vaø caùc 1300÷1400 650÷700 baùnh raêng ôû caùc soá cao 52
Caùc baùnh raêng cuûa hoäp soá xe du lòch vaø xe taûi vôùi taûi troïng ñeán 20 kN thöôøng ñöôïc xianuya hoùa, ngoaøi ra caùc baùnh raêng cuûa oâ toâ taûi vôùi taûi troïng hôn 20 kN vaø cuûa xe buyùt thöôøng ñöôïc xeâmentit hoùa. 2. Truïc cuûa hoäp soá. a) Choïn sô boä kích thöôùc cuûa truïc: Chuùng ta coù theå tính kích thöôùc sô boä theo caùc coâng thöùc kinh nghieäm sau: Ñoái vôùi truïc sô caáp: 3 d1 = 5,3 M e max (4.25) Trong ñoù: d1 (mm) - ñöôøng kính cuûa truïc sô caáp. Memax (Nm) - Moâ men xoaén cöïc ñaïi cuûa ñoäng cô. Ñoái vôùi truïc trung gian: d 2 d2 ≈ 0,45.A ; = 0,16÷0,18 (4.26) l2 Trong ñoù: d2 , l2 (mm) - ñöôøng kính vaø chieàu daøi truïc trung gian. A (mm) - khoaûng caùch giöõa caùc truïc hoäp soá. Ñoái vôùi xe du lòch: 3 A = 12,1 M e max (mm) Ñoái vôùi xe taûi: 3 A = 18,7 M e max (mm) Ñoái vôùi truïc thöù caáp: d 3 d3 ≈ 0,45.A ; = 0,18÷0,21 (4.27) l3 d3, l3 (mm) laø ñöôøng kính vaø chieàu daøi cuûa truïc thöù caáp. Khi ñaõ coù sô boä kích thöôùc caùc truïc vaø veõ sô ñoà boá trí hoäp soá chuùng ta xaùc ñònh caùc löïc taùc duïng leân caùc truïc hoäp soá. Cuoái cuøng tieán haønh tính toaùn truïc theo cöùng vöõng vaø tính söùc beàn cuûa truïc . b) Tính toaùn caùc löïc taùc duïng leân truïc : Löïc taùc duïng leân trucï goàm coù hai nhoùm : - Nhoùm 1: caùc löïc töø caùc baùnh raêng ñang laøm vieäc. - Nhoùm 2 : caùc löïc töø caùc oå cuûa truïc ( phaûn löïc ) 53
Muoán xaùc ñònh ñöôïc phaûn löïc ôû caùc oå, tröôùc heát phaûi xaùc ñònh löïc taùc duïng leân truïc töø caùc baùnh raêng. Sô ñoà chòu löïc cuûa caùc truïc ñöôïc trình baøy ôû hình 4.6. Laáy vò trí aên khôùp cuûa baùnh raêng ôû moät tay soá naøo ñoù laøm ví du . Giaù trò caùc löïc voøng, löïc höôùng kính, löïc chieàu truïc ñöôïc tính nhö sau (xeùt tröôøng hôïp toång quaùt baùnh raêng truï raêng nghieâng) : M Löïc voøng: P = (4.28) r M.tg.α Löïc höôùng kính: R = (4.29) r.cos.β M.tg.β Löïc chieàu truïc: Q = (4.30) r ÔÛ ñaây: M = Memax .i i – tyû soá truyeàn töø ñoäng cô ñeán truïc ñang tính α - Goùc aên khôùp cuûa caùc caëp baùnh raêng β - Goùc nghieâng cuûa raêng r – baùn kính voøng troøn laên cuûa baùnh raêng. a1 b1 a2 z y b2 o x a3 c b3 Hình 4.6 : Sô ñoà caùc löïc taùc duïng leân truïc 54
Trong tröôøng hôïp laø baùnh raêng truï raêng thaúng, caùc coâng thöùc treân vaãn coù giaù trò vôùi β = 0 . Caùc phaûn löïc ôû caùc oå cuûa truïc ñöôïc xaùc ñònh töø caùc phöông trình caân baèng löïc vaø moâ men (xem laïi ôû moân “Cô hoïc lyù thuyeát”) c) Tính toaùn kieåm tra ñoä cöùng vöõng : δ1 Z X δ12 f1 f a) 2 δ 2 0 X δ'12 Y f 2' f 1' b) δ'2 δ'1 Hình 4.7 : Aûnh höôûng cuûa ñoä cöùng vöõng cuûa caùc truïc ñeán söï aên khôùp cuûa caùc baùnh raêng . a) Trong maët phaúng ZOX – doïc b) Trong maët phaúng YOX – ngang 55
f – ñoä voõng ; δ – goùc xoay ; δ12 = δ1 + δ2 . Ñoä cöùng vöõng cuûa moãi ñieåm treân truïc ñöôïc ñaëc tröng baèng ñoä voõng vaø goùc xoay taïi ñieåm ñoù cuûa truïc trong 2 maët phaúng vuoâng goùc vôùi nhau. Ñoä voõng vaø goùc xoay xaùc ñònh taïi vò trí ñaët baùnh raêng . Treân cô sôû sô ñoà chòu löïc, veõ caùc sô ñoà noäi löïc trong caùc maët phaúng ngang vaø doïc, tieán haønh tính ñoä voõng vaø goùc xoay lôùn nhaát cuõng nhö ôû caùc tieát dieän coù baùnh raêng aên khôùp. Quan troïng nhaát laø ñoä cöùng vöõng trong maët phaúng ngang, vì noù aûnh höôûng raát xaáu ñeán söï aên khôùp cuûa caùc caëp baùnh raêng ( hình 4.7). Phöông phaùp tính ñoä voõng vaø goùc xoay theo saùch “ Söùc beàn vaät lieäu”. Ñoä voõng cho pheùp trong maët phaúng doïc (ZOX) ≤ 0,2 mm. Goùc xoay cho pheùp cuûa caùc truïc trong maët phaúng ngang (YOZ) ≤ 0,002 rad. Coâng vieäc tính toaùn seõ ñöôïc laëp laïi cho caùc tay soá, ñeå tìm ra tröôøng hôïp yeáu nhaát, ñeå kieåm tra caùc truïc moät caùch toaøn dieän. d) Tính toaùn söùc beàn cuûa truïc : Truïc cuûa hoäp soá tính theo uoán vaø xoaén, phaàn coù then hoa cuûa truïc tính theo daäp vaø caét. Khi tính söùc beàn phaûi tieán haønh cho töøng tay soá: ÖÙng suaát uoán σu ñöôïc tính: M u 2 σu = (MN/m ) (4.31) 0,1.d 3 ÖÙng suaát xoaén τ ñöôïc tính : M τ = x (MN/m2) (4.32) 0,2.d 3 Neáu truïc laøm vieäc ñoàng thôøi vöøa chòu uoán vaø xoaén, thì öùng suaát toång hôïp ñöôïc tính theo lyù thuyeát söùc beàn vaät lieäu: 2 2 ⎛ M ⎞ ⎛ M ⎞ σ = σ 2 + 4τ 2 = u + 4 x th u ⎜ 3 ⎟ ⎜ 3 ⎟ ⎝ 0,1.d ⎠ ⎝ 0,2.d ⎠ Bôûi vì: 2 2 Mth = M u + M x Neân ta coù : M th 2 σth= (MN/m ) (4.33) 0,1d 3 Trong ñoù : Mth – Moâmen toång hôïp taùc duïng leân truïc ( MNm) 2 σth – ÖÙng suaát toång hôïp maø truïc phaûi chòu (MN/m ) d – Ñöôøng kính truïc taïi tieát dieän nguy hieåm (m) Neáu treân truïc coù then hoa thì laáy ñöôøng kính trung bình ñeå tính (dtb): 56
d n + d t dtb = 2 dn – Ñöôøng kính ngoaøi cuûa truïc then hoa (m) dt – Ñöôøng kính trong cuûa truïc then hoa (m) Neáu truïc cheá taïo lieàn vôùi baùnh raêng thì truïc cuõng baèng caùc loaïi theùp baùnh raêng. Khi truïc cheá taïo rieâng vôùi baùnh raêng thì coù theå duøng theùp 40, 40X vaø 50. Ñoâi khi truïc coøn cheá taïo baèng caùc loaïi theùp sau 18XHBA, 40XHMA,45,15XA. ÖÙng suaát toång hôïp cho pheùp laø 50÷70 MN/m2 . Phaàn then hoa cuûa truïc khi laøm vieäc chòu öùng suaát daäp vaø caét. Qua thöïc teá söû duïng chöa coù tröôøng hôïp then hoa bò hoûng do öùng suaát caét. Vì vaäy, then hoa thöôøng tính theo öùng suaát daäp, luùc thaät caàn thieát môùi kieåm tra theâm öùng suaát caét. ÖÙng suaát daäp σd cuûa then hoa ñöôïc xaùc ñònh : Q 2M ñ .i σ d = = (4.34) ΣF 0,75.z.h.l.d tb Trong ñoù: Q – Löïc voøng taùc duïng leân caùc then hoa ΣF – Toång soá beà maët tieáp xuùc cuûa then vôùi moay ô baùnh raêng Mñ – Moâmen xoaén cuûa ñoäng cô i – Tæ soá truyeàn töø ñoäng cô ñeán truïc ñang tính z – Soá löôïng then hoa h – Chieàu cao then hoa l – Chieàu daøi tieáp xuùc cuûa then vôùi moay ô baùnh raêng 0,75 – Heä soá tính ñeán söï phaân boá taûi troïng khoâng ñeàu leân caùc then hoa dtb – Ñöôøng kính trung bình cuûa truïc then hoa. Ñoái vôùi loaïi then hoa noái gheùp coá ñònh, öùng suaát daäp cho pheùp 2 [σd] = 50÷100 MN/m Ñoái vôùi loaïi then hoa noái gheùp khoâng coá ñònh thì: 2 [σd] = 30 MN/m 4. Caùc cô caáu ñieàu khieån quan troïng cuûa hoäp soá. a) Cô caáu ñieàu khieån gaøi soá(xem laïi ôû moân “Caáu taïo oâ toâ” ) b) Boä ñoàng toác: Khi sang soá, cho duø ñaõ taùch ly hôïp,nhöng do quaùn tính neân caùc baùnh raêng vaãn coøn quay vôùi caùc vaän toác goùc khaùc nhau, neáu gaøi vaøo nhau thì sinh löïc va ñaäp. Ñeå khaéc phuïc hieän töôïng treân vaø ñôn giaûn hoùa caùc quaù trình thao taùc cuûa taøi xeá, ngöôøi ta duøng boä ñoàng toác. 57
Xeùt tröôøng hôïp chuyeån töø soá cao veà soá thaáp ñeå tìm hieåu nguyeân lyù vaø phaân tích löïc (hình 4.8). Hình 4.8 : Caáu taïo cuûa boä ñoàng toác 1,4. Baùnh raêng; 2. Choát ; 3. OÁng raêng; 5. Bi; 6. OÁng gaït ; 7. OÁng loàng ; 8. Truïc b1) Giai ñoaïn dòch chuyeån töï do (luùc maët coân cuûa oáng loàng 7 chöa tieáp xuùc vôùi maët coân cuûa baùnh raêng 4). Vì voøng gaït 6 lieân keát cöùng vôùi oáng raêng 3 vaø oáng naøy laïi lieân keát ñaøn hoài vôùi oáng loàng 7, cho neân khi gaït 6 veà phía baùnh raêng 4, caû khoái chi tieát 6-2-3-5-7 ñeàu dòch chuyeån. Khi hai maët coân tieáp xuùc vôùi nhau thì taïm thôøi döøng laïi vaø baét ñaàu giai ñoaïn hai. b2) Giai ñoaïn chöa ñoàng toác: Do taùc duïng cuûa ñaø quaùn tính neân oáng raêng 3 vaãn coøn quay vôùi toác ñoä goùc cuûa soá cuõ: ωm ω3 = ic Trong ñoù: ω3 – Vaän toác goùc cuûa oáng raêng. ωm – Vaän toác goùc cuûa truïc. ic – Tæ soá truyeàn soá cao. Trong khi ñoù baùnh raêng 4 luoân luoân aên khôùp vôùi baùnh raêng cuûa truïc trung gian vaø bôûi vaäy: ωm ω4 = it ω4 – Vaän toác goùc cuûa baùnh raêng 4. it – Tæ soá truyeàn soá thaáp. Bôûi vì: ic ω4 58
OÁng loàng 7 vöøa coù lieân heä vôùi baùnh raêng 4 vöøa coù lieân heä vôùi oáng raêng 3 neân toác ñoä goùc cuûa noù laø ω7 naèm trong giôùi haïn: ω4 < ω7 < ω3 Keát quaû laø choát 2 bò haõm trong hoác cuûa oáng 7 vaø oáng raêng 3 khoâng dòch chuyeån ñöôïc nöõa. Sau ñaây chuùng ta phaân tích löïc ñeå thaáy ñöôïc vì sao choát 2 bò haõm : Döôùi taùc duïng cuûa löïc eùp chieàu truïc Q1 (löïc taùc duïng cuûa ngöôøi laùi thoâng qua cô caáu ñoøn baåy chuyeån ñeán) tình traïng chòu löïc cuûa 3 chi tieát nhö ôû hình 4.9 α µN Q P 1 Q N r r1 Q1 Q β Hình 4.9 : Sô ñoà chòu löïc cuûa caùc chi tieát 2,4,7 Trong giai ñoaïn chöa ñoàng toác maët coân cuûa oáng loàng 7 tröôït treân maët coân cuûa baùnh raêng 4, neân giöõa chuùng coù löïc ma saùt µ.N, trong ñoù : Q N = 1 (4.35) sin α ÔÛ ñaây : α - goùc nghieâng cuûa maët coân. N – phaûn löïc . Löïc ma saùt seõ caân baèng vôùi löïc voøng P taùc duïng töông hoã giöõa chi tieát 7 vaø 2 theo ñieàu kieän sau: 59
µ.N.r P.r1 = µ.N.r ⇒ P= r1 Trong ñoù : µ – Heä soá ma saùt r, r1 – Baùn kính ñieåm ñaët löïc . Thay N baèng bieåu thöùc (4.35) ta coù : µ.Q .r P= 1 (4.36) r1.sin α Taïi maët xieân goùc β cuûa coå vuoâng choát 2 taùc duïng moät phaûn löïc Q phaân tích töø P: P Q= (4.37) tgβ Löïc Q chính laø löïc haõm coå vuoâng B cuûa choát 2 trong hoác A cuûa oáng loàng 7, do ñoù Q phaûi thoõa maõn ñieàu kieän haõm sau ñaây: µ.Q1 .r Q > Q1 ⇒ > Q1 r1 .sinα.tgβ Töùc laø : µ.r tgβ < (4.38) r1.sin α Bieåu thöùc (4.38) laø cô sôû ñeå thieát keá goùc β ñuû ñeå haõm choát 2 vaø giöõ khoâng cho oáng raêng 3 dòch chuyeån khi chöa ñoàng toác . b3) Giai ñoaïn ñoàng toác : Do ma saùt neân ñaø quaùn tính daàn daàn bò trieät tieâu vaø cuoái cuøng ω3 = ω7 = ω4 Khi ñaõ ñoàng toác thì löïc ma saùt µN cuõng khoâng coøn nöõa vaø do ñoù löïc haõm baèng khoâng. Tay cuûa ngöôøi laùi chæ taùc duïng nheï laø ñuû ñeå thaéng ñònh vò loø xo bi 5 vaø gaït oáng raêng 3 aên khôùp vôùi vaønh raêng cuûa baùnh raêng 4 moät caùch eâm dòu vì chuùng ñaõ ñoàng ñeàu vaän toác goùc. Khi thieát keá thöôøng choïn heä soá ma saùt µ = 0,05÷0,1 , goùc nghieâng α = 70 ÷120 , Q1=(4÷9).(50÷100)N, tyû soá truyeàn cuûa caàn soá :4÷9, löïc taùc duïng leân caàn soá : 50÷100 N. 60
CHÖÔNG V HOÄP SOÁ TÖÏ ÑOÄNG I. COÂNG DUÏNG, YEÂU CAÀU, PHAÂN LOAÏI. 1. Coâng duïng. Hoäp soá töï ñoäng cho pheùp ñôn giaûn hoùa vieäc ñieàu khieån hoäp soá. Quaù trình chuyeån soá eâm dòu, khoâng caàn caét coâng suaát truyeàn töø ñoäng cô xuoáng khi sang soá. Hoäp soá töï ñoäng töï choïn tæ soá truyeàn phuø hôïp vôùi ñieàu kieän chuyeån ñoäng, do ñoù taïo ñieàu kieän söû duïng gaàn nhö toái öu coâng suaát cuûa ñoäng cô. 2. Yeâu caàu. Hoäp soá töï ñoäng phaûi ñaûm baûo caùc yeâu caàu sau: ˘ Thao taùc ñieàu khieån hoäp soá ñôn giaûn, nheï nhaøng. ˘ Ñaûm baûo chaát löôïng ñoäng löïc keùo cao. ˘ Hieäu suaát truyeàn ñoäng phaûi töông ñoái lôùn. ˘ Ñoä tin caäy lôùn, ít hö hoûng,tuoåi thoï cao. ˘ Keát caáu phaûi goïn, troïng löôïng nhoû. 3. Phaân loaïi. Hieän nay, söû duïng treân xe coù hai loaïi hoäp soá töï ñoäng: a. Hoäp soá töï ñoäng coù caáp. b. Hoäp soá töï ñoäng voâ caáp. Hoäp soá töï ñoäng coù caáp goàm coù ba boä phaän chính: ˘ Truyeàn ñoäng thuûy ñoäng (ly hôïp thuûy löïc hoaëc bieán moâmen thuûy löïc). ˘ Hoäp soá haønh tinh. ˘ Heä thoáng ñieàu khieån. Hoäp soá töï ñoäng voâ caáp ít ñöôïc söû duïng hôn do coâng ngheä cheá taïo phöùc taïp, giaù thaønh cao. Ví duï: Hoäp soá voâ caáp töï ñoäng FORD CTX goàm coù ba boä phaän chính: ˘ Boä baùnh raêng haønh tinh ñeå thay ñoåi chieàu quay truïc sô caáp. ˘ Truyeàn ñoäng voâ caáp cô khí (Truyeàn ñoäng nhôø ñai truyeàn keïp giöõa caùc beà maët ma saùt hình coân). ˘ Heä thoáng ñieàu khieån. Cho ñeán nay, hoäp soá töï ñoäng coù caáp ñöôïc söû duïng roäng raõi hôn nhieàu so vôùi hoäp soá töï ñoäng voâ caáp. Bôûi vaäy, trong chöông naøy chuùng ta chæ nghieân cöùu veà hoäp soá töï ñoäng coù caáp. Coøn hoäp soá töï ñoäng voâ caáp, chuùng ta tham khaûo theâm ôû caùc chuyeân ñeà. Sau ñaây, chuùng ta seõ laàn löôït nghieân cöùu caùc boä phaän chính cuûa hoäp soá töï ñoäng coù caáp. 61
II. LY HÔÏP THUÛY ÑOÄNG. 1. Caáu taïo vaø nguyeân lyù laøm vieäc. a) Caáu taïo: (Hình 5.1) Ly hôïp thuûy ñoäng goàm ñóa bôm 1 vaø ñóa tuoác bin 2. Chuùng ñöôïc ñaët vaøo moät voû chung coù chöùa daàu. Ñiaõ B gaén treân truïc chuû ñoäng cuûa ly hôïp vaø noái vôùi truïc ñoäng cô, ñóa T gaén treân truïc bò ñoäng cuûa ly hôïp. Giöõa B vaø T ( cuõng nhö giöõa truïc chuû ñoäng vaø bò ñoäng cuûa ly hôïp) khoâng coù söï noái cöùng naøo caû. Coâng suaát truyeàn töø B sang T nhôø naêng löôïng cuûa doøng chaát loûng. Treân B vaø T coù gaén caùc caùnh cong, xeáp theo chieàu höôùng kính. Caùc caùnh naøy hôïp vôùi caùc maët cong trong vaø ngoaøi cuûa ñóa taïo thaønh caùc raõnh cong. Chaát loûng ñöôïc tuaàn hoaøn trong caùc raõnh theo höôùng muõi teân ôû hình 5.1. Mbbn ωb ωt nt M t Hình 5.1 b) Nguyeân lyù laøm vieäc: Xeùt quaù trình laøm vieäc khi khôûi ñoäng xe: Khi ñoäng cô laøm vieäc, ñóa B seõ quay vaø chaát loûng ôû hai ñóa baét ñaàu chuyeån ñoäng. Giöõa caùc caùnh cuûa B chaát loûng chuyeån ñoäng töø trong ra ngoaøi rìa döôùi taùc duïng cuûa löïc ly taâm. Vaän toác cuûa doøng chaát loûng khi chuyeån ñoäng giöõa caùc caùnh cuûa B daàn daàn taêng leân do naêng löôïng maø doøng chaát loûng nhaän töø ñoäng cô cuõng daàn daàn taêng leân. Khi chuyeån ñoäng töø caùc caùnh cuûa B sang caùc caùnh cuûaT, chaát loûng baén vaøo caùc caùnh cuûa T, taïo thaønh löïc eùp leân 62
caùc caùnh cuûa T. Sau ñoù chaát loûng ñoåi höôùng chuyeån ñoäng, vaän toác giaûm xuoáng vaø chuyeån ñoäng töø ngoaøi vaøo taâm giöõa caùc caùnh cuûa T. Löïc va ñaäp cuûa chaát loûng taïo ra moâmen quay baét ñóa T phaûi quay cuøng chieàu vôùi ñóa B. Sau ñoù chaát loûng laïi töø ñóa T trôû veà ñóa B vaø chu kyø chuyeån ñoäng cuûa chaát loûng laïi laëp laïi neáu ñoäng cô vaãn laøm vieäc. Khi taêng soá voøng quay cuûa ñoäng cô, löïc li taâm cuûa chaát loûng ôû ñóa B caøng taêng, do ñoù laøm taêng löïc eùp cuûa chaát loûng leân caùc caùnh cuûa T vaø laøm taêng moâmen quay cuûa ñóa T. Khi moâmen quay cuûa T baèng hoaëc lôùn hôn moâmen caûn chuyeån ñoäng cuûa ñöôøng quy daãn veà truïc cuûa ñóa T thì xe baét ñaàu chuyeån ñoäng. Khi taûi troïng leân truïc cuûa ñóa T coù söï thay ñoåi, laäp töùc vaän toác goác cuûa T seõ thay ñoåi theo, do ñoù laøm thay ñoåi söï tuaàn hoaøn chaát loûng vaø keát quaû laø moâmen cuûa T seõ thay ñoåi caân baèng vôùi giaù trò cuûa moâmen caûn chuyeån ñoäng. Bôûi vaäy, ly hôïp thuûy ñoäng laø loaïi truyeàn ñoäng töï ñoäng ñieàu chænh moâ men xoaén. Caùc öu ñieåm vaø nhöôïc ñieåm cuûa ly hôïp thuûy ñoäng (Xem laïi ôû moân ″Caáu taïo oâtoâ˜). 2. Tính toaùn ly hôïp thuûy ñoäng. u2 2 α 2 v2 w2 v1 α1 Mb u1 w1 1 r2 ωb r1 Hình 5.2 : Quó ñaïo chuyeån ñoäng 63
Khi chuyeån ñoäng giöõa caùc caùnh cuûa B vaø T, caùc phaàn töû chaát loûng tham gia ñoàng thôøi hai chuyeån ñoäng : Chuyeån ñoäng töông ñoái giöõa caùc phaàn töû chaát loûng vaø caùc caùnh cuûa B vaø T, vôùi vaän toác töông ñoái laø wr . Chuyeån ñoäng theo söï quay cuûa B vaø T vôùi vaän toác theo laø ur . Bôûi vaäy, phaàn töû chaát loûng seõ chuyeån ñoäng theo veùc tô vaän toác tuyeät ñoái vr : v = wr + ur (5.1) ÔÛ hình 5.2 laø quyõ ñaïo chuyeån ñoäng cuûa phaàn töû chaát loûng giöõa caùc caùnh cuûa B. Ñieåm 1 laø ñieåm phaàn töû chaát loûng ñi vaøo caùc caùnh cuûa B vôùi vaän toác tuyeät ñoái v 1 , ñieåm 2 laø ñieåm ñi ra khoûi caùc caùnh cuûa B vôùi vaän toác tuyeät ñoái laø v 2 .Vì khe hôû giöõa B vaø T voâ cuøng nhoû, neân toån thaát naêng löôïng cuûa doøng chaûy khi ñi qua khe hôû naøy laø khoâng ñaùng keå. Bôûi vaäy, vaän toác khi ñi vaøo vaø ñi ra khoûi B cuûa phaàn töû chaát loûng baèng vaän toác khi ñi ra vaø ñi vaøo cuûa ñóa T. Cho neân chæ caàn xeùt caùc thaønh phaàn vaän toác taïi ñieåm 1 vaø 2: u1 = ωb.r1 u2 = ωb.r2 (5.2) Moâmen quay cuûa ñóa bôm Mb baèng hieäu soá cuûa caùc moâmen ñoäng löôïng trong töøng giaây cuûa chaát loûng khi ñi ra vaø ñi vaøo ñóa B. Moâmen M b naèm trong maët phaúng vuoâng goùc vôùi truïc ly hôïp: G M = m.()u .r − u .r = .(u .r − u .r ) (5.3) b 2 2 1 1 g 2 2 1 1 Töø hình (5.2) ta thaáy: u2 = v2 .cosα2 u1 = v1.cosα1 Cho neân : G M = .()r .v .cosα − r .v .cosα (5.4) b g 2 2 2 1 1 1 ÔÛ ñaây: m – Khoái löôïng cuûa chaát loûng chaûy qua caùc caùnh cuûa B trong moät giaây. Moâmen quay cuûa tuoác bin Mt cuõng ñöôïc tính nhö treân: G G M = .()u .r − u .r = − .(u .r − u .r )= −M (5.5) t g 1 1 2 2 g 2 2 1 1 b Neáu chæ quan taâm ñeán giaù trò tuyeät ñoái thì: M t = M b (5.6) 64
Khi chaát loûng chuyeån ñoäng giöõa caùc caùnh cuûa ly hôïp thì moät phaàn coâng suaát seõ maát maùt do ma saùt trong doøng chaûy, ma saùt giöõa chaát loûng vaø caùc caùnh vaø do va ñaäp khi chuyeån töø B sang T vaø töø T sang B Bôûi vaäy: N b = N t + N r (5.7) Trong ñoù: Nb – Coâng suaát cuûa B. N t – Coâng suaát cuûa T. N r – Coâng suaát maát maùt do ma saùt. Hieäu suaát cuûa ly hôïp: N M .ω M n η = t = t t = t . t (5.8) N b M b.ωb M b n b ÔÛ ñaây: n b,n t − Soá voøng quay cuûa ñóa B vaø ñóa T. Vì M t = M b neân : n n − n η = t = 1− b t = 1− S (5.9) n b n b n − n Giaù trò S = b t goïi laø ñoä tröôït cuûa ñóa T so vôùi ñóa B. n b Trong thôøi gian laáy ñaø, soá voøng quay n t cuûa ñóa T taêng leân vaø tieán daàn ñeán soá voøng quay n b cuûa ñóa B, do ñoù S caøng giaûm. ÔÛ soá voøng quay lôùn S= 2 % ÷ 3 %, cho neân hieäu suaát cuûa ly hôïp ñaït tôùi 98 %. Kích thöôùc cuûa ly hôïp thuûy ñoäng ñöôïc tính toaùn treân cô sôû xaùc ñònh ñöôøng kính lôùn nhaát D. Treân cô sôû cuûa lyù thuyeát caùc maùy coù caùnh, ta coù moái lieân heä giöõa moâmen quay ñöôïc truyeàn bôûi ly hôïp vôùi caùc thoâng soá cuûa ly hôïp. ( Xem laïi moân″Thuûy löïc vaø maùy thuûy löïc˜) 3. Ñöôøng ñaëc tính cuûa ly hôïp thuûy ñoäng. Ñoà thò bieåu dieãn söï phuï thuoäc cuûa moâmen quay M, hieäu suaát η vaø ñoä tröôït S theo tæ soá n t (vôùi nb = const) goïi laø ñöôøng ñaëc tính ngoaøi cuûa ly hôïp thuûy ñoäng. n b n Ñöôøng ñaëc tính η theo t laø ñöôøng thaúng nghieâng vôùi truïc hoaønh moät goùc laø 450 do n b n hieäu suaát η = t . n b 65
Khi hieäu suaát ñaït tôùi ηmax = 98 % thì noù giaûm ñoät ngoät theo ñöôøng neùt ñöùt vaø ôû giaù trò n soá t =1 thì η= 0. Do ñoù hieäu suaát khoâng theå baèng 1. n b M, S η(%) 98 M 75 S 50 25 n t n b 0 0,25 0.5 0,75 1 Hình 5.3 : Ñöôøng ñaët tính ngoaøi cuûa ly hôïp vôùi nb = const Sôû dó coù hieän töôïng naøy laø do khi nt taêng ñeán giaù trò gaàn baèng nb thì moâmen quay cuûa ly hôïp seõ giaûm nhieàu ñeán möùc noù chæ ñuû ñeå thaéng ma saùt cô hoïc ôû ly hôïp, do ñoù moâmen coù ích ôû truïc bò ñoäng cuûa ly hôïp seõ baèng khoâng vaø η= 0. Ñöôøng ñaëc tính ñoä tröôït S cuõng laø ñöôøng thaúng vaø ñöôïc xaây döïng theo coâng thöùc: n S = 1− η = 1 − t (5.10) n b n Ñöôøng ñaëc tính moâmen quay M theo t ñöôïc xaây döïng töø thöïc nghieäm. n b Töø ñoà thò ta thaáy: Khi nt giaûm (vaø S taêng) thì M taêng.Khi nt = 0 (töùc laø S = 1) thì moâmen quay truyeàn bôûi ly hôïp ñaït giaù trò cöïc ñaïi. Moâmen quay truyeàn bôiû ly hôïp khi nt = 0 goïi laø moâmen quay khôûi ñoäng. 66
III. BIEÁN MOÂMEN THUÛY LÖÏC. 1. Caáu taïo vaø nguyeân lyù laøm vieäc. Bieán moâmen thuûy löïc coù ba boä phaän chính: (Hình 5.4) T B P nb ωb M b nt ωt M 1 t 2 P T B Hình 5.4 : Caùc boä phaän chính cuûa bieán moâmen thuyû löïc Ñóa bôm (B) ñöôïc noái vôùi truïc 1 laø truïc chuû ñoäng. Truïc naøy noái tröïc tieáp vôùi truïc khuyûu ñoäng cô. Ñóa tuoác bin (T) ñöôïc noái vôùi truïc 2 laø truïc bò ñoäng cuûa bieán moâmen thuûy löïc. Ñóa phaûn xaï (P) coøn ñöôïc goïi laø boä phaän daãn höôùng. Ñóa P ñoùng vai troø trong vieäc laøm taêng moâmen xoaén. ÔÛ treân hình 5.4 laø tröôøng hôïp ñóa P noái cöùng vôùi voû cuûa bieán moâmen. Taát caû ñöôïc ñaët trong voû coá ñònh,beân trong ñöôïc naïp ñaày chaát loûng. Giöõa B, T vaø P laø caùc khe hôû voâ cuøng nhoû. Treân caùc ñóa B, T vaø P coù gaén caùc caùnh ñöôïc uoán cong, taïo thaønh caùc raõnh, maø trong chuùng doøng chaát loûng seõ chuyeån ñoäng tuaàn hoaøn. Bieán moâmen thuûy löïc coù hai chöùc naêng: taêng moâmen xoaén cuûa ñoäng cô vaø töï ñoäng ñieàu chænh moâmen xoaén. Khi ñoäng cô laøm vieäc, ñóa B quay. Chaát loûng ôû giöõa caùc caùnh cuûa B nhaän ñöôïc naêng löôïng seõ chuyeån ñoäng töø taâm ñeán rìa ñóa B, vaän toác caøng ra xa taâm caøng taêng. Khi rôøi B, doøng chaát loûng vôùi vaän toác lôùn va ñaäp vaøo caùc caùnh cuûa T. Caùc löïc va ñaäp naøy taïo thaønh moâmen xoaén taùc duïng leân ñóa T, töùc laø moâmen Mt . 67
Ñeå moâmen xoaén M t lôùn hôn moâmen M b cuûa ñóa B, thì phaûi taêng vaän toác cuûa doøng chaát loûng khi ra khoûi ñóa B vaø phaûi höôùng ñöôïc caùc doøng chaûy vaøo caùc caùnh cuûa T vôùi goùc ñoä thích hôïp ñeå taïo thaønh caùc löïc eùp lôùn. Ñóa phaûn xaï P (hay boä phaän daãn höôùng) ñaûm nhaän nhieäm vuï quan troïng naøy: Khi doøng chaát loûng ñi qua ñóa P, thì noù nhaän moâmen xoaén vaø truyeàn ñeán voû coá ñònh (ñieåm töïa). Neáu ñóa P quay töï do thì moâmen xoaén cuõng khoâng taêng leân ñöôïc. Nhö vaäy ñieàu quan troïng laø ñóa phaûn xaï phaûi coá ñònh. Vaän toác doøng chaát loûng qua ñóa P seõ taêng daàn nhôø caùc caùnh ñóa P laøm heïp doøng chaûy. Höôùng cuûa doøng chaát loûng cuõng ñöôïc thay ñoåi toát hôn nhôø caùnh cuûa ñóa P ñöôïc uoán cong vôùi goùc ñoä yeâu caàu. Bôûi vaäy, sau khi ñi qua P doøng chaát loûng ñi vaøo ñóa T seõ coù vaän toác lôùn hôn (neân ñoäng naêng taêng leân) vaø ñi vaøo vôùi goùc ñoä thích hôïp hôn. Nhôø vaäy löïc eùp leân ñóa T seõ taêng vaø keát quaû laø laøm taêng moâmen xoaén cuûa ñóa T so vôùi moâ men xoaén cuûa ñóa B. Khi chuyeån ñoäng qua P, ñoäng naêng cuûa doøng chaûy taêng vaø aùp naêng cuûa doøng chaûy giaûm neân toång naêng löôïng cuûa doøng chaûy vaãn khoâng ñoåi vaø baèng toång naêng löôïng cuûa doøng chaûy chuyeån ñoäng ôû ñóa bôm. Khaû naêng thöù hai cuûa bieán moâmen thuûy löïc laø töï ñoäng ñieàu chænh lieân tuïc moâmen xoaén vaø soá voøng quay cuûa ñóa T theo giaù trò moâmen caûn ôû beân ngoaøi taùc duïng leân truïc ñóa T: ÔÛ cheá ñoä laøm vieäc oån ñònh: moâmen xoaén M t vaø moâmen caûn taùc duïng leân truïc ñóa T luoân baèng nhau veà trò soá. Khi moâmen caûn taêng leân lôùn hôn M t thì ñóa T quay chaäm laïi (maø coâng suaát treân truïc N = M.ω, do ñoù khi N khoâng ñoåi thì ω giaûm daån ñeán M taêng). Moâmen xoaén cuûa T seõ taêng cho ñeán khi baèng moâmen caûn, luùc ñoù ω seõ khoâng giaûm nöõa. Neáu moâmen caûn giaûm xuoáng (taûi troïng beân ngoaøi giaûm), quaù trình seõ bieán ñoåi ngöôïc laïi. 2. Tính toaùn boä bieán moâmen thuûy löïc. Khi caùc phaàn töû chaát loûng chuyeån ñoäng qua caùc caùch cuûa B, T vaø P vaän toác tuyeät ñoái vr bao goàm vaän toác töông ñoái wr vaø vaän toác theo ur : vr = wr + uv Khi ñi vaøo ñóa B, doøng chaát loûng coù caùc vaän toác vb1, wb1, ub1(ôû hình 5.5). Khi ra khoûi ñóa B caùc vaän toác cuûa doøng chaát loûng laø vb2 , wb2, ub2. G Chuùng ta kí hieäu m = laø khoái löôïng cuûa chaát loûng ñi qua caùc caùnh ñóa B trong moät g giaây, thì moâmen xoaén cuûa truïc ñóa B seõ laø: (Theo moân″Maùy thuûy löïc") G M = .(v .r .cosα − v .r .cosα ) b g b2 b2 b2 b1 b1 b1 G = .(v .OB − v .OA) (5.11) g b2 b1 68