v

TÓM TT
Ô tô là một hệ thống động lực học rất phc tp, khi chuyển động với vận tốc khác
nhau trên các loi đưng thì tình trng chịu ti ca các chi tiết thay đổi. Khi tính
toán độ bền ca các bộ phận và chi tiết ô tô ngoài ti trọng tĩnh chúng ta phi xét
đến ti trọng động. Ti trọng động tác dụng lên các chi tiết trong thi gian ngắn
nhưng giá trị ca nó lớn hơn ti trọng tĩnh rất nhiều.
Ti trọng động xuất hiện trong các bộ phận và chi tiết ca hệ thống truyền lực
(HTTδ) khi đóng ly hợp đột ngột, khi gài số trong quá trình tăng tốc, khi phanh đột
ngột bằng phanh tay, hay khi phanh gấp không m ly hợp …Xác định chính xác giá
trị ti trọng tác dụng lên các chi tiết ca HTTδ là một bài toán rất phúc tp.
Đ tài: “Nghiên cu mô hình hóa h thng truyn lc vƠ phng pháp tính ti
trng đng trong h thng truyn lc” được thực hiện trên cơ s nghiên cu lý
thuyết về ti trọng động trong HTTδ kiểu cơ khí trên ô tô, sau đó tiến hành mô hình
hóa HTTL và sử dụng kết qu mô hình hóa để tính toán ng dụng trên một vài cụm
chi tiết ca HTTδ.
Nội dung ca đề tài bao gồm :
Chương 1. Tổng quan : trình bày tình hình nghiên cu trong và ngoài nước, những
công trình đã được công bố. Chọn đối tượng nghiên cu là HTTδ cơ khí, hướng
nghiên cu nhắm tới mục tiêu xác định được các chế độ ti trọng tác dụng lên
HTTδ và phương pháp tính toán các ti trọng đặc trưng đó.
Chương β. σghiên cu cơ s lý thuyết về ti trọng động trên xe ô tô : phân tích sơ
đồ bố trí hệ thống, thông số ban đầu để tính toán HTTδ và các đặc trưng về ti
trọng động. δựa chọn thông số cơ bn ca HTTδ kiểu cơ khí có cấp, phân tích chất
lượng kéo ca ô tô để đánh giá được mc độ chính xác việc lựa chọn các thông số
ca động cơ và ca HTTδ. Tiến hành đánh giá chất lượng kéo và tính kinh tế nhiên
liệu ca ô tô trong các điều kiện gần giống với điều kiện thực tế nhất để có được số
liệu ban đầu để tính toán chính xác độ bền ca các cụm và ca các chi tiết trong
HTTL
vi

parts, we must consider dynamic loading. Dynamic loading has an effect on the
parts in a short time but its value is much greater than the static loading capacity.
Dynamic loading appears in the parts and details of power train when the clutch is
closed suddenly, when engaging gear during accelerating, breaking suddenly by
hand break, or when breaking suddenly without opening the clutch… Exactly
determining the value of loading effect to parts of the powertrain is a very complex
problem.
The theme « Researching the power train modeling and method of dynamic loading
calculation in the power system” was carried out based on research about dynamic
loading of the powertrain with automotive mechanical type, then modeling the
power train and using the modeling for calculating on a few parts of the cluster
powertrain.
The content of the theme including :
Chapter 1. Overview : Presenting the domestic and aboard researching situation, the
works have been published. Chosing the researching object is mechanical power
train, the way researching is aimed to identify the mode of load acting on the power
train and method of calculating its specific loads.
Chapter 2. Research the theory basis of dynamic loading on automobile: Analyse
the diagram of the system arrangement, the initial parameter is to calculate the
power train and the features of dynamic loading. Select the basic parameter of the
mechanical power train analyse the tractive quality of automobile is to evaluate the
accuracy in choosing the parameter of the engine and of the power train. Evaluating
the tractive quality and the fuel economy of automobile in the conditions
approaching the real conditions is to get the initial figures to calculate the durability
of the blocks and the items in the power train.
Chapter 3. Simulate the power train: Analyse the defect features and the operating
capacity of the componenst depends on the main factors causing the defects of the
component. Calculate the durability is to prevent the breaks or defects of the
working surface when suffering the maximum dynamic load. For calculating the
durability, it is necessary to define the maximum dynamic load in the hardest

Li cam đoan iii
Li cm ơn iv
Tóm tắt v
Mục lục ix
Danh sách các bng xi
Danh sách các hình xii
Danh sách các ký hiệu xiv
Chöông 1. TNG QUAN 1
1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cu 1
1.2. Mục đích ca đề tài 4
1.3. Nhiệm vục hính ca đề tài 4
1.4. Phương pháp nghiên cu 4
Chng 2. C SỞ Lụ THUYT V TI TRNG ĐNG TRONG H
THNG TRUYN LC CA Ọ TỌ 5
2.1. Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực 9
2.2. Các thông số ban đầu để tính toán hệ thông truyền lực 12
2.3. Thống số cơ bn ca hệ thống truyền lực kiểu cơ khí có cấp 25
2.4. Đánh giá chất lượng kéo ca ô tô có hệ thống cơ khí 38
2.5. Tính toán chế độ chuyển động ca ô tô 45
Chng 3. MÔ HÌNH HÓA H THNG TRUYN LC 51
3.1 Đặc tính hư hỏng và các dng tính toán hệ thống truyền lực 51
3.1.1 Đặc tính hư hỏng 51
3.1.2 Các dng tính toán bền 54
3.2 Mô hình hóa hệ thống truyền lực để tính toán hệ thống 58
x

3.3 Xỏc nh ti trng ln nht trong h thng truyn lc 78
3.4 Ch ti trng khi tớnh toỏn v bn lõu ca h thng truyn lc 84
Chng 4: TNH TON NG DNG TRấN MT S CHI TIT CA H
THNG TRUYN LC 98

Bng γ.4 Thông số để tính toán tải trọng riêng của một số loại xe 93
xii

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Đồ thị trị số khối lượng riêng phụ thuộc vào sức chứa định mức
của xe buýt chạy liên tỉnh và trong thành phố 15
Hình 2.2 Mối quan hệ giữa khối lượng và hệ số tải trọng trên xe vận tải 16
Hình 2.3 Đặc tính ngoài của động cơ IAMZ– 238 20
Hình 2.4 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa N
er
và v
amax
25
Hình 2.5 Đồ thị động lực học của ô tô ZIL 130 41
Hình 2.6 Mối quan hệ giữa gia tốc và vận tốc khi thay đổi số truyền 45
Hình 3.1 Mô hình tính toán hệ thống truyền lực 62
Hình 3.2 Phương pháp tính mô men khi chia nhỏ chi tiết 65
Hình 3.3 Tính mô men với chi tiết không phân tích được thành các hình
đơn giản 65
Hình 3.4 Đơn giản hóa hệ thống động lực học 76
Hình 3.5 Mô men trong HTTL khi đóng mở ly hợp 79
Hình 3.6 Sơ đồ xác định tải trọng lớn nhất của ô tô 4x2 và 6x4 79
Hình 3.7 Sơ đồ khối để giải bài toán trên máy tính 84
Hình 3.8 Phân bố lực vòng riêng để tính toán các chi tiết truyền lực
chính xe tải nặng 96
Hình 3.9 Đồ thị để xác định quãng đường xe chạy theo ứng suất uốn 97
Hình 3.10 Đồ thị để xác định quãng đường xe chạy theo ứng suất tiếp xúc 97
Hình 4.1 Mômen M
e

m
rm
Khối lượng ca rơ moóc
m
đx
Khối lượng ca đoàn xe
H
0
Chiều cao cơ s ca ô tô
B
0
Bề rộng cơ s ca ô tô
m
a
Khối lượng toàn bộ ca ô tô
m
ci
Ti trọng có ích
m
n
Khối lượng con ngưi 7ηkg/ ngưi
m
Ł
Là khối lượng hành lý
k
G
hệ số ti trọng
k
đx
Hệ số khối lượng ca đoàn xe

tt
εô men tính toán tương đương
k
s
Hệ số quãng đưng xe chy
ξ
u
Quãng đưng xe chy tương ng  tay sô u

tt(u)
Lực vòng tính toán riêng trên các số truyền
xv

M
emax
Mô men cực đi ca động cơ,
i
u
Tỷ số truyền tương ng  tay số th u,
u
Hiệu suất tương ng  tay số truyền th u
M
H
Mô men  bánh bơm khi cung cấp năng lượng hoàn toàn,
k
p
Hệ số mô men


Lực cn riêng ca mặt đưng,
kk
tbi


Lực cn riêng trung binh ca không khí,
tt
tbi

Lực cn riêng trung bình khi tăng tốc
0
l
r

Bán kính lăn không trượt ca bánh xe
r
0
Bánh kính tự do ca bánh xe
r
t
Bánh kính tĩnh ca bánh xe
i
hs
Tỷ số truyền ca hộp số
i
hp
Tỷ số truyền ca hộp số phân phối
v
amax

I
i
’ e
i
’ Mô men quán tính khối lượng và độ đàn hồi ca hệ cơ khí
I
i
e
i
Mô men quán tính khối lượng và độ đàn hồi ca hệ tương đương
R
z
Phn lực pháp tuyến
φ Hệ số bám ca bánh xe với mặt đưng
ω Tần số dao động riêng ca hệ cục bộ
e
tđ
Độ đàn hồi tương đương
I
tđ
εô men quán tính tương đương
M
f
Mômen cn quy dẫn
M
lhmax
Mômen tĩnh khi ly hợp đóng hoàn toàn
k Hằng số đặc trưng cho nhịp độ đóng ly hợp

lh

εômen quán tính tương ng với khối lượng chuyển động tịnh tiến
xvii

T
c
Thi gian đóng ly hợp
k Hệ số đặc trưng cho mc độ đóng ly hợp

c
Hệ số dự trữ ca ly hợp
M
cmax
Mô men tĩnh khi đóng hoàn toàn ly hợp
v
tb
Tốc độ trung bình ca ô tô
M
ms
Mô mem ma sát ca ly hợp
M
x
Mô men xoắn ca ly hợp
M
r
Mô mem ti thi điểm đóng lò xo
W
µ
Công trượt riêng ca ly hợp
W
1,2

Hệ thống truyền lực (HTTL) trên xe ô tô giữ một vị trí vô cùng quan trọng dùng
để nối và truyền mô men quay từ động cơ tới các bánh xe ch động. HTTL phi đm
bo truyền được mô men quay một cách êm dịu, cắt truyền động đến các chi tiết một
cách nhanh chóng dt khoát (cụm ly hợp), truyền và biến đổi mô men quay, đổi chiều
chuyển động (hộp số), phân chia mô men đến từng bánh xe ch động, đm bo các
bánh xe có thể chuyển động  các tốc độ khác nhau. Trong quá trình thiết kế tính toán
HTTL. Vấn đề đầu tiên đặt ra là cần phi xác định ti trọng động tác dụng lên hệ thống.
Trong lĩnh vực này tác gi Nguyễn Khắc Tuấn đã có công trình nghiên cu
“Vybor putey snizheniya dinamicheskih nagruzok vmehanicheskoy transmissii
avtomobilya kombinirovannoy ustanovkoy pri zapuske dvs skhodu”- “Lựa chọn con
đưng gim ti trọng động trong HTTL kiểu cơ khí ca ô tô có HTTL kiểu hỗn hợp khi
khi hành”. Trong đề tài này tác gi đã đưa ra được phương pháp ci thiện nhằm nâng
cao tính an toàn và hiệu qu ca HTTL, tránh được những hư hỏng có thể gây ra bi ti
trọng động. Tác gi cũng xây dựng một thuật toán điều khiển và khắc phục sự cố một
cách tự động khi xuất hiện ti trọng động lớn trong HTTL. Đặc biệt khi trong HTTL
xuất hiện ti trọng động  tần số cao.
HTTL bao gồm rất nhiều các chi tiết và hot động rất phúc tp, để mô t quá
trình hot động ca HTTL, bằng công trình: “Driveline modelling using
mathmodelica”- “Sử dụng εathεodelica để mô hình hóa HTTL”, Tác gi Per Nobrant
đã xây dựng mô hình HTTL trong MathModelica. Một số phần tử ca hệ thống được
lấy từ các thư viện có sẵn trong Modelica, đã được tiêu chuẩn và sử dụng thích
hợp. Các thành phần còn li được xác định bi các phương trình toán học. Công trình
2

này mô hình hóa một cách cụ thể và mô phỏng một cách chính xác hot động ca ly
hợp, hộp số, các đăng, truyền lực chính, bán trục và bánh xe. Mô phỏng cũng được
thực hiện với các chế độ khác nhau khi vận hành (khi hành xe, chuyển động ổn đinh,
thay đổi số truyền ) và các điều kiện khác nhau ca mặt đưng.
Các mô phỏng tương ng với từng chế độ vận hành được đề cập chi tiết trong công
trình nghiên cu: “Driveline modeling and principles for speed control and gear-shift

4

Công trình “modeling and simulation of a driveline with an automatic gearbox” – “ Mô
phỏng HTTL ô tô sử dụng hộp số tự động” ca tác gi Tomas Zackrisson: mô hình
động học ca HTTL ca một chiếc xe ti với một hộp số tự động được xây dựng và
thực hiện trong ngôn ngữ phần mền mô phỏng Modelica. Mô hình này được xây dựng
trong một mô-đun để to điều kiện thuận lợi cho việc tái sử dụng và sắp xếp các mô
hình. Mô hình chiếc xe ti này đã được phát triển từ một mô hình được to ra trước đó
mô phỏng hệ thống truyền lực sử dụng hộp số cơ khí. Công trình nghiên cu này đã
phát triển một mô hình chiếc xe ti có thể được sử dụng để mô phỏng các tín hiệu tốc
độ từ các bộ phận khác nhau ca HTTL, để cho phép thử nghiệm một hệ thống hộp số
tự động trong một phòng thí nghiệm thay vì thử nghiệm trên một chiếc xe ti bình
thưng. Để thực hiện đầy đ các thử nghiệm như vậy, tín hiệu tốc độ từ các bộ phận
khác nhau ca HTTL ca một chiếc xe ti đã được to ra bi mô hình. Nói cách khác,
các tín hiệu tốc độ được cm nhận trên một chiếc xe ti thực sự được điều khiển bi hệ
thống mô phỏng, tc là các bộ phận cơ khí trong các đưng truyền lực ca một chiếc
xe ti phi được thay thế bi các tín hiệu điện mô phỏng đầy đ hot động ca các
thành phần. Để làm được điều này phi sử dụng các thiết bị điều khiển có độ tin cậy
cao, kh năng tiếp nhận tín hiệu  tốc độ cao từ một chiếc xe ti thực. Vấn đề là to ra
một cách thc tính toán các tín hiệu tốc độ với trng thái động lực để đt được kết qu
giống như với thực tế

1.2 Mc đích ca đ tài:
Đề tài thực hiện nhằm bổ sung vào những nghiên cu trên về ti trọng động trong
HTTL cơ khí trên ô tô. Đây là đề tài tương đối phc tp, hiện có rất ít tài liệu nghiên
cu về ti trọng động trong HTTL phục vụ học tập nghiên cu ca sinh viên và kỹ
thuật viên. Vì vậy đề tài có nhiệm vụ:
- Nghiên cu cơ s lý thuyết về ti trọng động trong HTTL kiểu cơ khí trên ô tô
- Mô hình hóa HTTL trên ô tô
5

xe đi qua mặt đưng không bằng phẳng , v.v… Muốn xác định kích thước ca các chi
tiết để làm việc được an toàn, cần phi xác định ti trọng động tác dụng lên các chi tiết
đó khi ô tô làm việc. Xác định chính xác trị số ti trọng động tác dụng lên các chi tiết ô
tô là vấn đề rất phc tp, vì ti trọng động có thể sinh ra trong nhiều điều kiện sử dụng
khác nhau. Xác định ti trọng động bằng lý thuyết có mục đích để hn chế bớt số
trưng hợp gây nên ti trọng động và để đơn gin quá trình tính toán. Bi vậy ti trọng
động thưng được xác định theo công thc kinh nghiệm nhận được từ hàng lot các
thí nghiệm.
Thông thưng, ti trọng động đặc trưng bằng hệ số ti trọng động. Hệ số này
bằng tỷ số ca ca trị số ti trọng động trên ti trọng tĩnh. Đối với HTTL ca ô tô, ti
trọng tĩnh tác dụng lên chi tiết được tính từ mômen cực đi ca động cơ M
emax
truyền
xuống.
Khi khi động ô tô ti chỗ và đóng ly hợp đột ngột sẽ gây ti trọng động lớn
nhất, bi vì khi đóng ly hợp đột ngột các đĩa ch động và bị động được ép vào nhau
không những nh lực ép ca lò xo mà còn nh lực quán tính sinh ra khi đĩa ch động
chm vào đĩa bị động. Thí nghiệm và tính toán chng tỏ rằng mômen ca các lực quán
tính này có thể lớn hơn nhiều so với mômen ma sát sinh ra giữa các đĩa ly hợp. Ti
7

trọng động sinh ra truyền qua ly hợp không thể lớn quá mômen cực đi mà ly hợp có
thể truyền, vì nếu lớn quá thì ly hợp sẽ trượt.
Khi đóng ly hợp để phanh bằng động cơ lúc ô tô chuyển động xuống dốc, khi đóng ly
hợp đột ngột để gài số trong quá trình chuyển động ca ô tô, hoặc khi phanh bằng
phanh tay (trên HTTL) cũng gây ti trọng động khá lớn.
σhư vậy, khi đóng ly hợp đột ngột sẽ gây ti trọng động lớn nhất lên HTTL có thể
làm gãy vỡ các chi tiết. Đó là chế độ ti trọng thừa nhận để tính toán bánh răng, trục
ca hệ thống truyền truyền lực theo ti trọng động.
Hệ số ti trọng động ca ô tô là k, trong trưng hợp này được tính theo công


rất lớn
bd
d
dt

(
bd

- tốc độ góc ca bánh đà). Trong trưng hợp này, mômen các lực
quán tính M
j
ca bánh đà sẽ truyền qua ly hợp để tác dụng lên HTTL.
εômen này xác định theo công thc :
M
j
=

J
b.đ
bd
d
dt


Khi các bánh xe đã dừng li thì bánh đà còn quay đi một góc
b.d
ω
và sẽ xoắn các trục
ca HTTL với các góc quan hệ với nhau theo công thc sau:

h
i
0
– tỷ số truyền tương ng ca hộp số và truyền lực chính,
Mômen ca các lực quán tính tác dụng lên HTTL ca ô tô có trị số cực đi khi
phanh ngặt  số truyền thẳng ca hộp số (i
h
= 1), vì lúc đó độ cng C ca HTTL sẽ cực
đi. Trưng hợp này hay gặp trong điều kiện sử dụng.
Khi phanh gấp ô tô đang chy  tốc độ cao (số vòng quay ca trục khuỷu khong 2000
÷ 2500 vg/ph) không m ly hợp thì mômen các lực quán tính tính toán M
j
sẽ lớn hơn
mômen cực đi ca động cơ khong 15 ÷ 20 lần. Mômen này truyền từ bánh đà qua ly
hợp đến HTTL. Trong trưng hợp này ly hợp làm nhiệm vụ ca cơ cấu an toàn để
tránh cho HTTL khỏi bị ti trọng lớn. Lúc đó ly hợp sẽ trượt và mômen quay bánh đà
truyền xuống HTTL chỉ có thể bằng mômen quay cực đi mà ly hợp có thể truyền.
Khi phanh bằng phanh tay ( trung ương) trên đưng trơn, hệ thống truyền lực sẽ bị ti
trọng bi mômen các lực quán tính M’
j
truyền từ bánh xe lên xác định bằng công thc :
M
j =
J
bx
x
b
d
dt


0
là tỷ số truyền ca truyền lực chính,
φ
c
, φ
c
’, φ
c
’’ lần lượt là góc xoắn ca bán trục, các đăng th nhất và các đăng
th hai
Kết cấu ca HTTL có tác dụng lớn trong việc làm gim ti trọng động. Khi dùng khớp
nối đàn hồi  trục các đăng, ti trọng động sẽ gim từ 10 ÷ 15%. Khi dùng bộ phận đàn
hồi  hệ thống treo phía sau để truyền lực đẩy lên khung, ti trọng động gim đi 10 ÷
20%, ngoài ra ly hợp dùng trên ô tô cũng có tác dụng gim ti trọng động đáng kể.
Phương pháp tốt nhất để gim ti trọng động là dùng hộp số thy cơ và ly hợp thy lực
 HTTL ca ô tô. Thí nghiệm chng tỏ rằng, khi dùng hộp số thy cơ, ti trọng động
gim 1.5 ÷ 4.5 lần lúc khi động, gim 3 lần lúc tăng tốc, gim 1.8 ÷ 2.7 lần khi ô tô đi
qua đưng không bằng phẳng và 2.5 lần khi phanh.
Ngoài ti trọng động tác dụng lên chi tiết do ngoi lực sinh ra còn có ti trọng động tác
dụng lên chi tiết do quá trình gia công, chế to và lắp ghép và cân bằng không chính
xác. Bi thế khi tính toán từng cơ cấu ca HTTL cần chú ý tới hệ số ti trọng động ri
rc ca từng cơ cấu.
Từ những phân tích trên cho chúng ta thấy rõ các cụm và các chi tiết ca HTTL trên ô
tô làm việc theo ti trọng động. Cần chú ý, ti trọng động trên ô tô thay đổi tùy theo
loi ô tô, loi đưng và kết cấu ca từng cụm… Vì vậy tính toán ti trọng theo lý
10

thuyết là rất phc tp và khó chính xác. Do những nguyên nhân trên mà hiện nay các
chi tiết và các cụm ca ô tô được tính ch yếu theo ti trọng tĩnh. Để các chi tiết làm
việc đm bo độ bền, khi chọn ng suất cho phép phi chú ý tới ti trọng động có thể

2
3

Bố trí HTTL trên xe theo công thc 4 x 4

1
2
3
4

Bố trí HTTL trên xe theo công thc 4 x 4
1
2
3

Bố trí HTTL trên xe theo công thc 6 x 6 ( không có vi sai cầu)
1
2
3
4

12

Bố trí HTTL trên xe theo công thc 6 x 6 ( có vi sai cầu)
1
2
3
4

Bố trí HTTL trên xe theo công thc 8 x 8 ( bố trí hai hộp số phụ)