BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VŨ VĂN THUYẾT

XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC CHẾ ĐỘ TẢI
TRỌNG PHỤC VỤ CHO VIỆC ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN HỆ THỐNG
TRUYỀN LỰC CỦA ÔTÔ TẢI SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM

CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ ÔTÔ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS NGUYỄN TRỌNG HOAN

Hà Nội - 2009


MỤC LỤC

Lời nói đầu
Chương I –Tổng quan về vấn đề nghiên cứu đề tài.......................................................1
1.1 Tình hình sản xuất và sử dụng ôtô ở Việt Nam .................................... 1
1.2 Đối tượng nghiên cứu của đề tài.......................................................2
1.3 Các nghiên cứu về hệ thống truyền lực bằng mô hình dao động
xoắn ở trong nước và nước ngoài......................................................................4
1.3.1 Các nghiên cứu ở trong nước...............................................4
1.3.2 Các nghiên cứu ngoài nước................................................5
1.4 Nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu của đề tài.............................6
1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài............................................................ 6
1.4.2 Phương pháp nghiên cứu.....................................................7

2.3.2 Phương trình vi phân mô tả hệ bánh răng và các trục của
hộp số cơ khí.........................................................................................41
1.3..3 Giải hệ phương trình vi phân...........................................42
III. Mô phỏng cụm cầu xe ôtô.....................................................................46
3.1 Đặc điểm cầu chủ động...................................................................46
3.2. Mô hình cầu xe...............................................................................46
3.3. Sơ đồ động lực học.........................................................................48
3.3.1. Xét cặp bánh răng qủa dứa và vành chậu.........................48
3.3.2 Xét bánh răng bán trục và các bán trục..............................49
3.4. Giải hệ phương trình vi phân........................................................50
Chương IV – Mô phỏng và khảo sát hệ thống truyền lực.........................55
4.1 Đặt vấn đề...................................................... ................................55


4.2 Xây dựng mô hình hệ thống truyền lực cơ khí................................56
4.2.1 Sơ đồ hệ thống truyền lực..................................................56
4.2.2 Xây dựng các phương trình vi phân mô tả hệ thống..........57
4.2.3 Giải hệ phương trình vi phân.............................................59
4.3 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ đóng ly hợp đối với hệ thống
truyền lực xe ôtô LIFAN LF3070G1-2...........................................................64
4.4 Tính toán tải trọng tác động lên bán trục ở các tay số khác nhau xe
ôtô LIFAN LF3070G1.....................................................................................68
4.5 Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng của lò xo giảm chấn ly hợp lên
bán trục xe LIFAN LF3070G1............... ........................................................70
Kết luận: ...................................................... .................................................73
Các vấn đề đạt được trong luận văn................................................................73
Tài liệu tham khảo...........................................................................................75
Phụ lục 1 các số liệu của chương trình tính toán.............................................76
Phụ lục 2 một số thông số kỹ thuật hệ thống truyền lực xe ôtô LIFAN
LF3070G1-2 ...................................................................................................79

hiện nay ngoài 12 liên doanh đã có hơn 30 doanh nghiệp nhà nước, tư nhân sản
xuất, lắp ráp ôtô, đặt ngành công nghiệp ôtô Việt Nam trước những thách thức
lớn, trong đó có vấn đề tỷ lệ nội địa hoá các chi tiết của ôtô, tiến tới làm chủ
công nghệ chế tạo ôtô trong quá trình hội nhập với khu vực và Thế giới. Do đó
việc nghiên cứu, chế tạo hoàn thiện và đảm bảo chất lượng các chi tiết, cụm chi
tiết và hệ thống của ôtô là việc làm tất yếu đối với sự phát triển của nghành công
nghiệp ôtô Việt Nam.
1.2 Đối tượng nghiên cứu đề của tài
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống truyền lực ôtô tải trung bình lắp
ráp tại Chi nhánh công ty MEKONG Auto. Xưởng lắp ráp Nhà máy ôtô Cổ Loa
đang được thiết kế lắp ráp và chế tạo thử nghiệm tại Việt Nam. Hệ thống truyền
lực cơ khí của ôtô tải bao gồm các cụm từ Ly hợp, Hộp số cơ khí và Cầu chủ
động của ôtô.
2

6

3

1
4
5

1.
2.
3.
4.
5.
6.


Động cơ Diesel k = 1,1÷1,15
Để mở rộng vùng điều chỉnh mô men trong hệ thống truyền lực sử dụng hộp số
cơ khí. Hộp số cơ khí thường được tính toán để đảm bảo tạo ra ở các bánh xe chủ
động lực kéo nhỏ nhất Pkmin (ứng với vmax) và lực kéo lớn nhất Pkmax được chọn
trước. Trong khoảng từ Pkmin÷Pkmax hộp số có từ 4 đến 6 cấp số (thông thường
các xe ôtô hiện nay hộp số có 5 cấp số)
Đối với ly hợp thường sử dụng ly hợp ma sát khô, đơn và thường đóng do
chúng có kết cấu đơn giản dễ chăm sóc bảo dưỡng.
Đối với trục các đăng hệ thống truyền lực sử dụng các đăng khác tốc loại kép.
Đối với cầu chủ động sử dụng cầu chủ động đơn, vi sai côn đối xứng.
Thực tế, trên các ôtô ở Việt Nam hiện nay nhất là các xe tải cỡ trung bình hệ
thống truyền lực là cơ khí.
Do đó, việc nghiên cứu hệ thống truyền lực nhằm tối ưu hoá quá trình thiết
kế là vấn đề rất đáng được quan tâm trong tình hình hiện nay, khi mà ngành công


4
nghiệp ôtô Việt Nam đang phát triển. Có nhiều phương pháp nghiên cứu khác
nhau, nhưng ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, mô
phỏng được coi là phương pháp nghiên cứu mang lại hiệu quả cao, tiết kiệm
được thời gian, công sức và chi phí cho quá trình nghiên cứu.
Đề tài tập trung vào nghiên cứu, xây dựng mô hình mô phỏng và khảo sát
một số chế độ làm việc đặc trưng của các cụm trong hệ thống truyền lực cơ khí
bằng mô hình dao động xoắn.
1.3 Các nghiên cứu về hệ thống truyền lực bằng mô hình dao động xoắn ở
trong nước và nước ngoài
1.3.1 Các nghiên cứu ở trong nước
Đã có nhiều tác giả trong nước qua các đề tài tốt nghiệp đại học, Thạc sỹ
đã nghiên cứu về hệ thống truyền lực của ôtô.
Tác giả Nguyễn Đình Nghĩa trong luận văn cao học: "Khảo sát tốc độ gài

Xuất phát từ hướng nghiên cứu đó trong luận văn này em đã lựa chọn đề
tài: " xây dựng phương pháp xác định các chế độ tải trọng phục vụ cho việc đánh
giá độ bền của hệ thống truyền lực ôtô tải sản suất tại Việt Nam". Luận văn được
trình bày trong 4 chương:
Chương I: Tổng quan
Chương II: Phương pháp mô phỏng hệ thống truyền lực bằng mô hình dao
động xoắn.
Chương III: Xây dụng mô hình mô phỏng một số cụm trong hệ thống
truyền lực.
Chương IV: Xây dựng mô hình tổng thể của hệ thống truyền lực, khảo sát
một số chế độ làm việc đặc trưng.
Phần kết luận: Về những kết quả nghiên cứu đạt được của đề tài và các
hướng nghiên cứu tiếp theo.


7
1.4.2 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn là nghiên cứu lý
thuyết, tính toán mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng, nghiên cứu khảo sát sử
dụng một số thông số thực để kiểm chứng và đánh giá.
Cách thức tiến hành là tách từng cụm trong hệ thống để nghiên cứu mô
phỏng, trên cơ sở các cụm đã được xây dựng mô hình nghiên cứu ghép nối các
cụm thành hệ thống truyền lực hoàn chỉnh.
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài xây dựng phương pháp xác định các chế độ tải trọng và đánh giá độ
bền hệ thống truyền lực của ôtô tải sản xuất tại Việt Nam. Nghiên cứu mô phỏng
hệ thống truyền lực bằng mô hình dao động xoắn có tính đến các thông số đặc
trưng của chi tiết, đây là một vấn đề mới, vì thực tế các chi tiết cơ khí khi làm
việc trong vùng biến dạng đàn hồi của vật liệu là vùng nhạy cảm ảnh hưởng lớn
đến công nghệ chế tạo, độ bền chi tiết mà ngành cơ khí chế tạo quan tâm.

giản hoá sao cho, các thông số nhận được từ quá trình tính toán trên hệ thống
tương đương có sai số nằm trong phạm vi cho phép với việc tính toán trên hệ
thống thực.
Như vậy, hệ thống tương đương đã mô phỏng lại hệ thống thực ban đầu với
một độ chính xác nhất định. Kết quả tính toán phụ thuộc nhiều vào phương pháp
mô phỏng. Như vậy, trình tự để giải bài toán mô phỏng hệ thống thông thường như
sau:
- Xây dựng mô hình cơ học.
- Xây dựng sơ đồ động lực học từ mô hình cơ học đã có.


9
- Xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống.
- Giải hệ phương trình vi phân với các điều kiện cụ thể.
2.2 Xây dựng mô hình cơ học
Mô hình cơ học của một hệ thống chính là sơ đồ động học của hệ thống đó.
Trong mô hình cơ học các phần tử của hệ thống được thể hiện dưới dạng sơ đồ
hoá và có hai dạng:
- Mô hình với các thông số tập trung
- Mô hình với các thông số phân bố
Tất cả các hệ thống thực là hệ thống phân bố, nhưng nếu xây dựng mô hình với
các thông số là phân bố sẽ vô cùng phức tạp, không thể xây dựng được. Để đơn
giản trong quá trình phân tích, người ta quy chúng về dạng thông số tập trung
bằng cách, bỏ bớt những tính chất ít quan trọng và ảnh hưởng không lớn của các
phần tử đó trong hệ thống
Việc quy đổi từ dạng phân bố về dạng tập trung (còn gọi là rời rạc hoá)
được thực hiện trên cơ sở, các dao động xoắn của hệ thống truyền lực có phổ
không liên tục, có tần số riêng nằm trong miền dưới 300Hz, có thể sử dụng sơ đồ
dạng tập trung để tính toán các quá trình dao động xoắn trong miền tần số trên.
Các hệ thống được quy về dạng tập trung có các mức độ phức tạp khác nhau.

11
xe và tham gia vào quá trình dao động của hệ thống truyền lực như vỏ ly hợp, vỏ
hộp số, vỏ cầu xe....
Các khối lượng liên kết phản lực được thể hiện trên sơ đồ dưới dạng lò xo
xoắn. Một đầu nối với vỏ của cơ cấu, đầu kia nối với khung xe và được xem là
cố định.
Như vậy hệ thống truyền lực trên ôtô được mô hình hoá thành một hệ dao
động bao gồm tập hợp các các khối lượng tập trung, các phần tử nối các khối
lượng tập trung, đặt vào đó các thông số cần thiết cho quá trình nghiên cứu.

Hình 2.3 Mô hình cơ học hệ thống truyền lực
2.2.2 Mô hình tập trung đơn giản hoá
Mô hình này được xây dựng trên cơ sở mô hình tập trung. Các tính chất của
chi tiết được xét đến như mô hình tập trung đầy đủ, nhưng khi xét toàn bộ hệ
thống, một số chi tiết để đơn giản hơn trong quá trình xây dựng mô hình cũng
như thiết lập các phương trình vi phân mô tả hoạt động của hệ thống có thể
không tính đến trong mô hình.
Ở mô hình này cũng có thể bỏ bớt các thông số đặc trưng, mô men quán tính
I, độ cứng C hay cản nhớt b tuỳ thuộc vào mục tiêu của quá trình nghiên cứu.


12
2.3 Cách tính các thông số của mô hình
Mô men quán tính khối lượng, độ cứng xoắn của các đoạn trục được tính
như sau:
- Chuyển vị của vật rắn trong chuyển động quay được đo bằng toạ độ góc
quay. Mô men phục hồi trong dao động xoắn là sự đàn hồi của trục
MT =

GJθ


- Mô men quán tính khối lượng đĩa được tính bằng công thức sau:
I=

ρhπD 4 WD 4
=
32
8g

[kg.m2]

(2.4)

Trong đó:
3

ρ là trọng lượng riêng của đĩa (kg/m )


13
h là chiều cao (m)
D là đường kính đĩa (m)
W là trọng lượng của đĩa (N)
g là gia tốc trọng trường (m/s2)
- Độ cản nhớt được xác định bằng công thức:
bi = 2.ξm C i

I i .I i +1
I i + I i +1


= ∑
eΣ i =1 ei

(2.7)

- Độ đàn hồi của các mối ghép then và then hoa được tính.
k
T
e =
T d2 .l.h.z

(2.8)

Trong đó:
kT: hệ số tuỳ thuộc vào mối ghép then.
d: đường kính mối ghép then.
l: chiều dài mối then.
h: chiều cao then.
z: số then.
- Độ đàn hồi riêng của các bánh răng quy về một trong hai trục là:
e br =

k br
bR 2 cos2 α

(2.9)

Trong đó:
kbr: hệ số bánh răng.
kbr = 6.10-11

6.
7.
8.

.
Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống truyền lực của ôtô

Động cơ
Ly hợp
Hộp số
Trục các đăng
Cụm cầu xe
Khớp các đăng
Bán trục
Bánh xe chủ động


16
2.4.1 Cụm ly hợp
Các khối lượng tập trung được đặc trưng bằng mô men quán tính Ii; độ cứng
C và hệ số cản nhớt b:
+ Mô men quán tính phần chủ động của ly hợp
+ Mô men quán tính phần bị động của ly hợp
Phần tử nối giữa các khối lượng tập trung được đặc trưng bằng 2 thông số là độ
cứng C và cản nhớt b

Hình 2.4 Mô hình ly hợp
M1- mô men phần chủ động của ly hợp
M2- mô men phần bị động của ly hợp
I1- mô men quán tính phần chủ động của ly hợp

1.Trục quả dứa
2. Bánh răng quả dứa
3. Bánh răng vành chậu
4. Bánh răng hành tinh
5. Bánh răng bán trục
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ xét trường hợp xe ôtô đi thẳng
lực cản hai bên bánh xe bằng nhu, vi sai của cầu chủ động chưa hoạt động. Như
vậy xây dựng mô hình cho cầu chủ động trong trường hợp này là mô hình của
các cặp bánh răng ăn khớp giữa bánh răng quả dứa và bánh răng vành chậu. Các
bánh răng được đặc trưng bởi khối lượng quán tính Ii của các bánh răng, độ cứng
C và cản nhớt b.
Các trục dẫn động truyền mô men không có quán tính mà chỉ có độ cứng
C và cản nhớt b.
Các công thức chuyển đổi:
Trên ôtô, các dao động xoắn của hệ thống truyền lực có mối liên hệ chặt chẽ
với chuyển động tính tiến của khối lượng treo và khối lượng không được treo. Vì


19
vậy, khi nghiên cứu các chế độ tải trọng phải tính đến các khối lượng chuyển
động tịnh tiến, các khối lượng chuyển động tịnh tiến thể hiện trên sơ đồ tính toán
bằng một bánh đà tương đương với điều kiện là động năng của các bánh đà này
bằng động năng của các khối lượng chuyển động tịnh tiến ta có:
ma v 2 I aϖ 2
=
;
2
2

2