l

Bộ Giáo dục và Đào tạo

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

*****

DƯƠNG HỮU DŨNG

Khảo sát và tính tốn động lực học
bộ đồng tốc trong hộp số cơ khí của ơ tơ

Chun ngành: Kỹ thuật Ơtơ và Xe chun dụng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
kỹ thuật ôtô và xe chuyên dụng

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. Nguyễn trọng hoan

Hà nội – Năm 2013


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn
của PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan.Đề tài được thực hiện tại Bộ mơn Ơ tơ và Xe
chun dụng, Viện Cơ khí động lực Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.Các số
liệu, kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào.
Hà Nội, ngày 02 tháng 01 năm 2013

Tác giả

Dương Hữu Dũng

1


LỜI CẢM ƠN
Với tư cách là tác giả của bản luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc
đến PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan,Thầy đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu
đáo về mặt chun mơn để tơi hồn thành luận văn này.
Đồng thời tơi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô và các bạn đồng
nghiệp đã giúp đỡ tạo, điều kiện về cơ sở vật chất trong suốt thời gian tôi học tập
và làm luận văn.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những
người đã động viên và chia sẻ với tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi tham gia
học tập và làm luận văn.
Tác giả

Dương Hữu Dũng

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... 2
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................ 5
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 7

NỘI DUNG ................................................................................................................ 9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ CƠ KHÍ ............................................. 9
1.1 Sự phát triển của ngành công nghiệp phụ trợ trên ô tô. ................................... 9
1.2 Khái quát về hộp số cơ khí. ........................................................................... 10
1.2.1 Giới thiệu chung về hộp số. ...................................................................... 10
1.2.2 Nhiêm vụ, yêu cầu, phân loại. ................................................................. 11
1.2.3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hộp số. ............................................. 13
1.3 Bộ đồng tốc trong hộp số cơ khí của ô tô ....................................................... 21
1.3.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động bộ đồng tốc sử dụng trên xe du lịch. ........ 22
1.3.2 Bộ đồng tốc kiểu quán tính sử dụng trên ơ tơ ZIL 130. ........................... 23
1.4 Phương pháp tính tốn bộ đồng tốc. ............................................................... 24
1.4.1 Nguyên lý cấu tạo chung. ......................................................................... 24
1.4.2. Mơ tả q trình đồng tốc. ........................................................................ 25
1.5 Vấn đề nghiên cứu. ......................................................................................... 29
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG XOẮN TRONG
HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ. ..................................................................... 30
2.1 Khái niệm. ...................................................................................................... 30
2.2 Mô tả HTTL bằng mơ hình dao động xoắn. ................................................... 30
2.2.1 Xây dựng sơ đồ mơ phỏng hệ thống......................................................... 30
2.2.2. Xây dựng mơ hình tốn học mơ tả hệ thống. .......................................... 38
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG QUY TRÌNH TÍNH TỐN BỘ ĐỒNG TỐC ....... 45
3.1 Xây dựng mơ hình. ......................................................................................... 45
3.2. Khảo sát ảnh hưởng của các thơng số đối với q trình đồng tốc. ................ 54
3


3.2.1. ảnh hưởng góc nghiêng γ của các mặt cơn. ............................................. 54
3.2.2. ảnh hưởng của hệ số ma sát μ................................................................. 55
3.2.3. ảnh hưởng của bán kính trung bình bề mặt ma sát rμ ............................. 57
KẾT LUẬN ............................................................................................................. 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 61

4


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Số liệu tính tốn ........................................................................................ 52
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Sơ đồ hộp số 3 cấp số ............................................................................... 13
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hộp số 3 cấp .................................................................... 14
Hình 1.3. Sơ đồ hộp số 4 cấp số xe GAT 53 ............................................................. 16
Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý hộp số 4 cấp số. ............................................................. 17
Hình 1.5. Sơ đồ cấu tạo hộp số 5 cấp số .................................................................... 19
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý hộp số 5 cấp số. .............................................................. 20
Hình 1.7. Cấu tạo bộ đồng tốc ................................................................................... 22
Hình 1.8.Cấu tạo bộ đồng tơc xe ZIL 130 ................................................................. 23
Hình 1.9. Cấu tạo của các bộ đồng tốc quán tính với các bề mặt ma sát hình cơn. .. 25
Hình 1.10.Sơ đồ tính tốn các bộ đồng tốc: .............................................................. 26
Hình 2.1.Mơ hình cơ học và Sơ đồ tính tốn tương ứng. .......................................... 32
Hình 2.2.Mơ hình mơ phỏng HTTL với 5 khối lượng .............................................. 33
Hình 2.3. Ký hiệu quy ước các phần tử của các hệ thống động lực .......................... 37
Hình 2.4.Ví dụ chuyển đổi từ mơ hình cơ học sang sơ đồ động lực (tính tốn). ...... 38
Hình 2.5. Các bước đơn giản hóa hệ thống động lực. ............................................... 44
Hình 3.1. Sơ đồ mơ phỏng bộ đồng tốc qn tính ..................................................... 45
Hình 3.2. Sơ đồ tổng thể mơ hình hóa bộ đồng tốc trong Simulink .......................... 49
Hình 3.3. Sơ đồ tổng thể mơ men cản lăn trong Simulink ........................................ 50
Hình 3.4. Sơ đồ tổng thể mơ hình hóa mơ men ma sát đồng tốc trong Simulink. .... 50
Hình 3.5. Sơ đồ tổng thể mơ hình hóa gia tốc góc phần chủ động trong Simulink .. 51
Hình 3.6. Sơ đồ tổng thể mơ hình hóa gia tốc góc phần bị động trong Simulink ..... 51
Hình 3.7. Đồ thị kết quả thời gian đồng tốc .............................................................. 53

Hình 3.8. Đồ thị ảnh hưởng của góc nghiêng γ = 50 ................................................ 54
Hình 3.9. Đồ thị ảnh hưởng của góc nghiêng γ = 80 ............................................... 54
5


Hình 3.10. Đồ thị quan hệ giữa góc nghiêng của các mặt cơn và thời gian đồng
tốc .............................................................................................................................. 55
Hình 3.11. Đồ thị ảnh hưởng của hệ số ma sát μ = 0,05 .......................................... 56
Hình 3.12. Đồ thị ảnh hưởng của hệ số ma sát μ = 0,09 .......................................... 56
Hình 3.13. Đồ thị quan hệ giữa hệ số ma sát và thời gian đồng tốc .......................... 57
Hình 3.14. Đồ thị ảnh hưởng của bán kính ma sát trung bình rμ = 0,06 ................. 58
Hình 3.15. Đồ thị ảnh hưởng của bán kính ma sát trung bình rμ = 0,085 .............. 58
Hình 3.16Đồ thị quan hệ giữa bán kính ma sát trung bình và thời gian đồng tốc..... 59

6


LỜI NĨI ĐẦU
Trong q trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành cơng
nghiệp ơtơ giữ vai trị đặc biệt quan trọng.Ngành cơng nghiệp cũng đã lập ra lộ
trình phát triển riêng cho ngành công nghiệp ôtô đến năm 2010, tầm nhìn đến
2020.Tuy nhiên nhiên với thực trạng hiện nay, ngành công nghiệp ôtô mới chỉ
phát triển ở mức rất thấp so với các nước trên thế giới.Như vậy về mục tiêu phát
triển của ngành là chưa thực hiện được như đúng lộ trình đã đặt ra.
Theo kinh nghiệm phát triển của các nước có ngành cơng nghiệp ơtơ phát
triển như: Nhật Bản, Đức, Mỹ… thì muốn phát triển được ngành cơng nghiệp ơtơ
thì địi hỏi ngành cơng nghiệp phụ trợ phải được quan tâm đúng mức. Việt Nam
cũng đã theo con đường phát triển ngành ôtô như các nước trên thế giới. Nhưng
với điều kiện thực tế ở Việt Nam thì áp dụng khơng được phù hợp và chưa triệt
để.Chúng ta không thể áp dụng dập khuôn máy móc mà phải đi từng bước nhỏ

vững chắc.Trong những bước đi này thì phải chú trọng đến vấn đề nội địa hóa
sản xuất các bộ phận cơ bản trong nước.Khả năng nội địa hóa phụ mới chỉ dừng
lại ở một số khâu như hàn, sơn và lắp ráp. Trên thực tế cũng đã có những đơn vị
sản xuất các cụm chi tiết, chi tiết trên ôtô: hệ thống truyền lực (cầu chủ động),
nhíp, thùng, cabin xe tải, các chi tiết nhựa,…
Trong tính tốn, thiết kế chế tạo các linh kiện phụ tùng ơtơ có một khâu
khơng thể thiếu đó là kiểm tra chất lượng.Đối với những linh kiện, phụ tùng được
sản xuất ở nước ngồi ln có qui trình kiểm tra riêng. Ở Việt Nam ngành cơng
nghiệp phụ trợ cịn non trẻ nên kèm theo đó là qui trình kiểm tra chất lượng cũng
chưa được quan tâm thỏa đáng.
Hệ thống truyền lực nói chung và hộp sốcơ khí nói riêng góp phần tích
cực đảm bảo về hiệu suất truyền lực, tính năng kinh tế nhiên liệu. Hộp số cơ khí
sau khi chế tạo thành sản phẩm cần phải được kiểm tra các thông số kỹ thuật:
hiệu suất truyền lực,độ rung ồn,…Ở Việt Nam, những thí nghiệm này cịn mới
mẻ.

7


Do vậy, đề tài “Khảo sát và tính tốn động lực học bộ đồng tốc trong
hộp số cơ khí của ơ tơ” được hình thành góp phần hồn thiện sâu sắc hơn về quy
trình tính tốn .
Đề tài được thực hiện tại Bộ mơn Ơtơ và Xe chun dụng, Viện Cơ Khí
Động Lực, Trường ĐHBK Hà Nội dưới sự hướng dẫn của các Thầy giáo chuyên
ngành, đặc biệt là sự giúp đỡ nhiệt tình của PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan. Mục
tiêu của luận văn là tối ưu hóa các thơng số thiết kế bộ đồng tốc trong hộp số ô tô.
Do thời gian và trình độ cịn hạn chế đề tài khơng thể tránh được sai sót
nhất định. Kính mong được sự quan tâm, góp ý của các Thầy và chuyên gia để đề
tài được đầy đủ và hoàn thiện hơn trong quá trình nghiên cứu tiếp theo.


8


NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỘP SỐ CƠ KHÍ
1.1 Sự phát triển của ngành công nghiệp phụ trợ trên ô tô.
Việt Nam hiện nay có trên 70 nhà cung cấp phụ tùng ôtô ở mức độ giản đơn,
trong khi ở một số nước trong khu vực Đông Nam Á như Malaysia có gần 400,
Thái Lan có trên 2500 nhà cung cấp. Theo bản quy hoạch đã được Thủ tướng
Chính phủ phê duyệt, đến năm 2010, tỷ lệ sản xuất trong nước đối với hầu hết
các chủng loại sản phẩm ôtô phải đạt trên 50%, phấn đấu xuất khẩu ôtô và phụ
tùng đạt 5-10% tổng sản lượng của ngành.
Có thể thấy rằng, ngành sản xuất ôtô trong nước đã được bảo hộ trong nhiều
năm trước nhằm tăng tỷ lệ nội địa hóa, song hầu hết doanh nghiệp mới chỉ tập
trung ở khâu hàn, sơn, lắp ráp. Tuy nhiên trong số hơn 70 doanh nghiệp tham gia
sản xuất, lắp ráp, sửa chữa và chế tạo phụ tùng ơtơ, chưa có nhà máy nào đầu tư
hoàn chỉnh vào chế tạo các bộ phận quan trọng như động cơ, hộp số và hệ thống
truyền động. Các doanh nghiệp đầu tư quy mô sản xuất nhỏ, sản phẩm chủ yếu là
các linh kiện giản đơn, cơng kềnh, ít bí quyết cơng nghệ, có giá trị thấp trong cơ
cấu nội địa hóa. Cơng nghệ sản xuất lạc hậu, hầu như chưa đáp ứng được yêu cầu
của công nghiệp ôtô. Các doanh nghiệp FDI phần lớn các bộ linh kiện, phụ tùng
lắp ráp vào xe được cung cấp từ các công ty mẹ hoặc từ các công ty liên doanh ở
các nước trong khu vực. Thông thường một chiếc xe ơtơ có từ 20000 đến đến
30000 chi tiết và cần tới hàng trăm nhà cung cấp linh kiện, nhưng hiện tại ở Việt
Nam lại quá ít. Ngay cả những liên doanh ôtô lớn nhất tại Việt Nam như Toyota,
Ford… có hệ thống nhà cung cấp linh kiện lớn cũng không lôi kéo được nhiều
doanh nghiệp đầu tư vào Việt Nam.
Theo các chuyên gia của Viện nghiên cứu kinh tế Nhật Bản, để có ngành
cơng nghiệp ơtơ phải hình thành được 5 cấp bậc sản xuất với hàng trăm các
doanh nghiệp tham gia vào quá trình này. Trong đó nhiều nhất là các doanh

nghiệp cung cấp nguyên vật liệu, tiếp đến là các doanh nghiệp vừa và lớn cung
cấp linh kiện, cuối cùng là lắp ráp. Dễ nhận thấy những nền tảng đó ở Việt Nam
9


đều thiếu. Hiện nay, các vật liệu như thép tấm, thép hình, thép đặc biệt… để làm
phụ tùng nội địa hóa trong nước chưa chế tạo được. Khi chưa có hệ thống nhà
cung cấp nguyên vật liệu, sản xuất linh kiện thì cơng nghiệp ơtơ khó tránh khỏi
cảnh lắp ráp giản đơn. Ngun nhân chính là do quy mơ thị trường ơtơ cịn rất
nhỏ. Mức sống của người dân cịn thấp, chưa tạo được sức mua lớn.Bên cạnh đó
cơ sở hạ tầng đường xá yếu kém, quy hoạch đô thị chưa phù hợp nên khơng
khuyến khích tiêu dùng ơtơ.Theo tính tốn, doanh số của một nhà sản xuất ơtơ
phải ở mức 300000 xe/năm mới đảm bảo đầu tư hiệu quả. Bên cạnh đó các chính
sách thường xun thay đổi nên hạn chế thu hút, khuyến khích các doanh nghiệp
trong và ngồi nước đầu tư vào sản xuất linh kiện ơtơ. Một vài doanh nghiệp
nước ngoài đã đầu tư vào sản xuất linh kiện ôtô tại Việt Nam để xuất khẩu như
công ty DENSO. Cho đến thời điểm này Viện nghiên cứu Chiến lược và Chính
sách cơng nghiệp vẫn đang hồn thiện xây dựng chính sách phát triển cơng
nghiệp phụ trợ chung cho ngành công nghiệp ô tô trong nước, sản xuất các bộ
phận trong nước trong đó có hộp số. Để tự thiết kế chế tạo được thì cần có nghiên
cứu lý thuyết.Đề tài nghiên cứu hoạt động của bộ đồng tốc trong hộp số cơ khí
bằng phương pháp mơ phỏng.
1.2 Khái quát về hộp số cơ khí.
1.2.1 Giới thiệu chung về hộp số.
Khi ô tô chuyển động trên đường, sức cản chuyển động của ô tô thay đổi trong
giới hạn rất rộng từ 20÷30 lần như lúc khơng tải, lặng gió, đường tốt hoặc lúc
ngược gió to,đường sấu, quá tải, lên rốc… Các loại động cơ trên ô tô có khả năng
thay đổi momen xốy trong giới hạn hẹp: động cơ xăng khoảng 1,1÷1,2 động cơ
diezel khoảng 1,05÷1,15, động cơ tăng áp lớn hơn một chút. Nhìn chung việc
thay đổi momen xoắn cần thiết để thắng sức cản chuyển động trên đường của xe.

Để giải quyết vấn đề này trên ô tô người ta phải đặt hộp số.

10


1.2.2 Nhiêm vụ, yêu cầu, phân loại.
1.2.2.1 Nhiệm vụ.
Hộp số dùng để thay đổi tỉ số truyền nhằm thay đổi momen xoắn ở các bánh xe
chủ động của ô tô, đồng thời thay đổi tốc độ chạy xe sao cho phù hợp với sức cản
bên ngồi. Thơng thường muốn kéo bánh xe chủ động quay một vòng trục khuỷu
động cơ phải quay 4, 8 hay 12 vịng nhiều hơn. Ngồi ra hộp số cịn có nhiệm vụ
đảo chiều quay tạo ra chuyển động lùi cho xe. Có hộp số trung gian ( số 0) cho
xe có thể đứng yên trong trường hợp động cơ vẫn hoạt động
1.2.2.2. Yêu cầu của hợp sớ.
Phải có tỉ số truyền phù hợp để nâng cao tính kinh tế nhiên liệu, và tính động
lực của ô tô.
Hiệu suất truyền lực cao, khi làm việc không gây tiếng ồn, thay đổi số nhẹ
nhàng không sinh lực va đập ở các bánh răng.
Kết cấu gọn gàng, chắc chắn, dễ điều khiển bảo dưỡng và sửa chữa, giá thành hạ.
1.2.2.3. Phân loại hộp số.
a) Phân loại theo phương pháp thay đổi tỉ số truyền.
* Loại hộp số có cấp
Ngày nay trên ô tô dùng nhiều nhất là loại hộp só có cấp(loại này thay đổi tỉ số
truyền bàng cách thay đổi sự ăn khớp giữa các cặp bánh răng), vì cấu tạo đơn
giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất truyền lực cao, giá thành rẻ.
Trong loại hộp số có cấp này người ta chia ra:
- Theo sơ đồ động học có loại trục cố định (2, 3 hoặc 4 trục) loại hành tinh ( 1
hàng, 2 hàng).
- Theo phương pháp ăn khớp các bánh răng chia ra: loại bánh răng di động và
bánh răng thường xuyên ăn khớp.

- Theo có cấu gài số phân ra loại cơ học, thủy lực, tự động của máy.
* Loại hộp số vô cấp.
Hộp số vơ cấp có ưu điểm là có thể thay đổi tỉ số truyền liên tục trong một
giới hạn nào đó, thay đổi tự động, liên tục phụ thuộc vào sức cản chuyển động
11


của ơ tơ, nó rút ngắn được qng đường tăng tốc, tăng lớn nhất tốc độ h xác nhất định.

44


CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG QUY TRÌNH TÍNH TỐN BỘ ĐỒNG TỐC
3.1 Xây dựng mơ hình.
Hiện nay, hầu hết các bộ đồng tốc sử dụng trong các hộp số ôtô thuộc loại
đồng tốc quán tính.Nguyên lý hoạt động của loại đồng tốc này là sử dụng quán
tính của các phần tử cần được nối với nhau để tránh gài số trước khi đồng đều
được tốc độ. Bắt đầu từ khi các bề mặt ma sát tiếp xúc với nhau, quá trình gài số
nhờ bộ đồng tốc qn tính có thể được chia thành 3 giai đoạn.
Ở giai đoạn thứ nhất xảy ra quá trình đồng đều tốc độ giữa bánh răng và
trục nhờ ma sát giữa các vành côn. Trong khoảng thời gian này, cơ cấu hãm của
bộ gài không cho phép khớp răng dịch chuyển về phía bánh răng cần gài số.
Trong giai đoạn thứ hai xảy ra quá trình mở khoá hãm, nghĩa là cơ cấu
hãm trở về vị trí ban đầu so với khớp gài. Và cuối cùng là giai đoạn thứ ba khi
khớp răng trượt vào ăn khớp với các răng của bánh răng cần gài số.
Trên hình 3.1 là sơ đồ mơ phỏng q trình gài số nhờ bộ đồng tốc có xét tới ảnh
hưởng của tồn bộ hệ thống chuyển động của ơtơ.
Mf

Hình 3.1.Sơ đồ mơ phỏng bộ đồng tốc qn tính


45


Trong quá trình đồng tốc, khi ly hợp đã ngắt, bánh răng chủ động cùng với các
chi tiết gắn với nó (khối lượng quan tính J3) phải chịu tác động của mô men ma
sát giữa các mặt côn của đồng tốc MCX (mô men đồng tốc), cùng với mô men
quán tính . Khi khảo sát q trình làm việc của bộ đồng tốc, mơ men đàn hồi này
có thể coi là bằng 0 bởi vì lúc này ly hợp ở trạng thái ngắt và mơ men qn tính
của đĩa bị động ly hợp thường là rất nhỏ.
Bánh răng trên trục bị động cũng phải chịu 3 mô men: mô men qn tính,
mơ men đồng tốc MCX và mơ men cản lăn Mf. Trong trường hợp này, mô men
cản lăn Mf tác động ngược chiều quay của trục bị động (khối lượng J4) và do thời
gian xảy ra quá trình đồng tốc ngắn nên có thể coi Mf là khơng đổi.
Trong trường hợp gài số nhanh, quy luật biến thiên của mơ men đồng tốc có thể
được mơ tả một cách tương đối chính xác bằng phương trình sau:

(

M cx = M cxmax 1 − e −kt

)

(3.1)

trong đó: M cxmax - giá trị cực đại của mô men đồng tốc; t- thời gian tăng mơ men
tới giá trị cực đại;.
Vì e −3  0 (khi đó M cx = 0,95M cxmax ), nên có thể coi một cách gần đúng là kt = 3 và
3
k = .k = (50 - 300) hệ số biểu thị tốc độ gài số.

t

Mô men do các lực ma sát tạo nên trên các bề mặt cơn của đồng tốc(hình 1.9)
bằng giá trị cực đại của mô men đồng tốc. Kết hợp biểu thức ( 1.2) ta có.
𝑚𝑎𝑥
𝑀𝜇 = 𝑀𝑐𝑥
=

𝑟𝜇 𝜇𝐹𝑐
sin 𝛾

Chọn các thơng số trong bảng 3.1, Mô men đồng

(

)

M cx = M cxmax 1 − e −kt = 𝑟𝜇 𝜇𝐹𝑐 (1 − 𝑒 − 𝑘𝑡 )
sin 𝛾

tốc được xác định là:
(3.2)

Lực dọc trục Fc được xác định từ lực cần thiết tác dụng lên cần gài số Fp (chọn
theo tiêu chuẩn), tỷ số truyền và hiệu suất của dẫn động từ cần số đến khớp trượt.
Đối với ôtô con: Fp = 60 N, đối với ôtô tải Fp = 100 N. Thông qua các cánh tay
đòn là đầu trên của cần gài số được chọn bằng 60 cmđược tính từ tâm của khớp
46



cầu trên cần gạt số, đầu dưới của cần gài số được chọn bằng 10 cmđược tính từ
tâm của khớpcầu trên cần gạt số. Như vậy Lực dọc trục Fc tỷ lệ nghich với lực
tác dụng lên cần gài số Fp =100N, ta xác định được lực dọc trục Fc= 600N.
Như vậy, khi chuyển từ số thấp n sang số cao hơn n+1 sự cân bằng của các khối
lượng J3 và J4 trong quá trình đồng tốc và vận tốc góc của chúng được xác định
bởi các phương trình vi phân sau:

J3 ω̇3 = −Mcxn+1

1
in+1

J4 ω̇4 = −Mcxn+1 − Mf
trong đó:

in+1 =

(3.3)

z 2 z3
z1 z 4

M cxn+1 -mơ men ma sát đồng tốc ở tay số n+1.
Mf =

fgma r0
iT

;Mf - Mô men cản lăn của mặt đường.


Khi vào số truyền thẳng i = 1, khi chuyển từ số cao sang số thấp trục thứ cấp
(khối lượng J4) quay nhanh hơn so với bánh răng bị động cần gài I5 của số thấp.
Vì vậy, trong thời gian ngắn, cần phải tăng vận tốc của bánh răng bị động và
cùng với nó là vận tốc góc của các bánh răng trên trục trung gian và trục sơ cấp
của hộp số, nghĩa là khối lượng J3. Phương trình chuyển động của các khối lượng
được nối với bộ đồng tốc có dạng:

J3 ω̇3 = Mcxn

1
in

J4 ω̇4 = −Mcxn − Mf
trong đó:

in =

(3.4)

z 2 z5
z1 z 6

M cxn - mô men ma sát đồng tốc ở tay số n.

47


Giá trị của i được xác định theo biểu thức (3.3) hoặc (3.5) tuỳ theo trường hợp
gài lên số cao hoặc về số thấp.
Sau khi kết thúc quá trình đồng tốc, nghĩa là khi td = 0 , khớp răng của bộ đồng

tốc ăn khớp với vành răng trên bánh răng cần gài số. Lúc này chuyển động của
các khối lượng J3, J4 được mơ tả bởi các phương trình sau:
J 3 3 = M 23 − M 34


M 34 e34 = 3 −  4
i
J 4 4 = M 34 − M 45

1
i
(3.5)

trong đó e34- hệ số đàn hồi tổng của khớp nối giữa khớp răng với bánh răng và
trục.
Vì điều kiện thời gian có hạn, luận văn chỉ mơ phỏng và tính tốn trong trường
hợp tăng số (hệ phương trình 3.3) cụ thể là mơ phỏng trường hợp tăng từ số 2lên
số 3 của hộp số xe ZIL 130. Số liệu tính tốn trong bảng 3.1
Dưới đây là hệ phương trình vi phân mơ tả q trình đồng tốc. Kết hợp
các phương trình (3.2), (3.3) ta có hệ phương trình. Giải hệ này giúp ta tìm được
các thơng số mô tả trạng thái của bộ đồng tốc.

Mf =

fgma r0
iT

𝑀𝜇 =

𝑟𝜇 𝜇𝐹𝜇

sin 𝛾

𝑚𝑎𝑥 (
𝑀𝑐𝑥 = 𝑀𝑐𝑥
1 − 𝑒 −𝑘𝑡 ) =

J3 ω̇3 = −Mcxn+1

𝑟𝜇 𝜇𝐹𝑐
sin 𝛾

(1 − 𝑒 − 𝑘𝑡 )

1
in+1

J4 ω̇4 = −Mcxn+1 − Mf
48


Do đề tài đặt mục đích là nghiên cứu các q trình đồng tốc nên việc mơ phỏng
và tính tốn chỉ thực hiện cho tới khi quá trình đồng đều tốc độ chấm dứt.
Trước hết cần xác định vận tốc góc của bộ đồng tốc khi tay số đang ở số 2 và vận
tốc góc của bánh răng Z3.(hình 3.1)
Giả sử tại thời điểm tốc độ động cơ ở đang quay ở vận tốc góc là 2200 vịng/phút
tay số đang ở số 2, lúc này bộ đồng tốc đang ăn khớp với bánh răng Z5( Hình 3.1)
do vậy tốc độ quay của bộ đồng tốc và tốc độ quay của J4 là như nhau.
Vậy 𝜔4 =

2200

𝑖2

=

2200
4,41

500𝜋

≈ 500𝑣/𝑝ℎú𝑡 =

Vận tốc góc của bánh răng Z3 =

2200
𝑖3

=

30

2200
2,29

≈ 52 𝑟𝑎𝑑/𝑠

≈ 960

𝑣
𝑝ℎú𝑡


=

960𝜋
30

= 100𝑟𝑎𝑑/𝑠

Sau đây ta sẽ sử dụng phần mềm Matlab, công cụ Simulink để mơ phỏng các
phương trình vi phân để giải bằng phương pháp số.

[Mcx]

Mcx
Phi 3

[Phi4]

Mf

[Phi3]

[Mf]

Phi4

Mf

Phi3

[Phi3]


[Phi4]

[Mcx]

Mcx
Phi 4

[Mf]

Scope

[Phi4]

Mcx

[Mcx]

Mf

Phi1

Mcx

Hình 3.2.Sơ đồ tổng thể mơ hình hóa bộ đồng tốc trong Simulink

49


0.02

10
g

0.525
r0

f

9800

1
Mf

Ma

6
iT

Divide

Hình 3.3.Sơ đồ tổng thể mơ men cản lăn trong Simulink

0.08
r guy
0.07
guy
600
Fc
0.13


1
Mcx

sin gama
-KDivide

Clock

Gain

e

u

Math
Function
1

Add
Product

Constant

Hình 3.4.Sơ đồ tổng thể mơ hình hóa mô men ma sát đồng tốc trong Simulink.

50


1
1


-1

Mcx

Phi 3

Gain
1
s

2.29
i

Integrator1

0.73
I3

Divide

<=

STOP

Relational
Operator

Stop Simulation


2
Phi4

Hình 3.5.Sơ đồ tổng thể mơ hình hóa gia tốc góc phần chủ động trong Simulink

1
Mcx
2
Mf

Add1
1
s

1
Phi 4

Integrator1
10.748
I4

Divide

Hình 3.6.Sơ đồ tổng thể mơ hình hóa gia tốc góc phần bị động trong Simulink

51


Bảng 3.1.số liệu tính tốn
Các thơng sớ


Đơn vị đo

Hệ số cản lăn f

Trị sớ
0,02

𝑚⁄
𝑠2

10

Khối lượng của xe

Kg

9800

Bán kính bánh xe

M

0,525

Tỷ số truyền lực chính

iT

6


Mơ men qn tính j3

N.𝑚2

0,73

Mơ men qn tính j4

N.𝑚2

10,748

Gia tốc trọng trường (g)

Tỷ số truyền số 2

4,41

Tỷ số truyền số 3

2,29

Bán kính trung bình của bề mặt ma sát 𝑟𝜇

M

Hệ số ma sát μ

0,08

0,07

Lực gài số tác dụng lên khớp trượt Fc

N

600
60

Góc nghiêng của các mặt cơn 𝛾

Kết quả mơ phỏng: Với sơ đồ mơ phỏng nói trên, sau khi thay các thông số của
hệ thống, ta thu được các kết quả sau:

52


100
Van toc goc phan chu dong
Van toc goc phan bi dong
90

Van toc goc (rad/s)

80

70

60


50

40

0

0.1

0.2

0.3
0.4
Thoi gian dong toc t (s)

0.5

0.6

0.7

Hình 3.7.Đồ thị kết quả thời gian đồng tốc
Nhận xét: đường nét liền là vận tốc góc phần chủ động, đường nét đứt là tốc độ
góc phần bị động. Với một tốc độ ban đầu đã tính tốn ở trên thì ở thời điểm
chuyển số phần chủ động có vận tốc ban đầu là 100 (rad), phần bị động có vân tốc
ban đầu là 52 (rad/s). Sau thời gian 0,5265(s) thì 2 tốc độ bằng nhau và quá trình
đồng tốc kết thúc. Từ đồ thị có thể thấy, thời gian t để đồng đều tốc độ giữa phần
chủ động và phần bị động phù hợp với kết quả đã biết đối với xe tải t = (0,3  0,8)
cho số truyền cao, t = (0,5 – 0,8) cho số truyền thấp.

53



3.2. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số đối với q trình đồng tốc.
3.2.1. ảnh hưởng góc nghiêng 𝛄 của các mặt cơn.
Trong phần này ta thay đổi góc nghiêng của các mặt côn của bộ đồng tốc, ứng với
mỗi giá trị khác nhau thời gian đồng tốc bị thay đổi.
100
Van toc goc phan chu dong
Van toc goc phan bi dong

90

Van toc goc (rad/s)

80

70

60

50

40

0

0.05

0.1


0.15

0.2
0.25
Thoi gian dong toc t (s)

0.3

0.35

0.4

0.45

Hình 3.8.Đồ thị đồng tốc khi góc nghiêng 𝛄 = 𝟓𝟎
100
Van toc goc phan chu dong
Van toc goc phan bi dong
90

Van toc goc (rad/s)

80

70

60

50


40

0

0.1

0.2

0.3
0.4
0.5
Thoi gian dong toc t (s)

0.6

0.7

Hình 3.9.Đồ thị đồng tốc khi góc nghiêng 𝛄 = 𝟖𝟎
54

0.8


0.9

Thoi gian dong toc (s)

0.8

0.7


0.6

0.5

0.4

0.3

4

4.5

5

5.5

6
6.5
7
7.5
Goc nghieng gama (do)

8

8.5

9

Hình 3.10.Đồ thị quan hệ giữa góc nghiêng của các mặt cơn và thời gian

đồng tớc
Nhận xét:Khi tính tốn cho các giá trị 𝛾 trong dải từ 50 – 90 ta có được quy luật
như trên đồ thị (hình 3.10) khi tăng góc nghiêng của các mặt cơn thì hành trình
của khớp trượt vòng đồng tốc bị kéo dài kéo theo thời gian để đồng đều tốc độ sẽ
tăng lên.
3.2.2. ảnh hưởng của hệ số ma sát 𝝁.
Trong phần này ta thay đổi hệ số ma sát của các mặt côn của bộ đồng tốc, ứng với
mỗi giá trị khác nhau thời gian đồng tốc bị thay đổi.

55


100
Van toc goc phan chu dong
Van toc goc phan bi dong
90

Van toc goc (rad/s)

80

70

60

50

40

0


0.1

0.2

0.3
0.4
0.5
Thoi gian dong toc t (s)

0.6

0.7

0.8

Hình 3.11.Đồ thị đồng tốc khi hệ số ma sát 𝛍 = 𝟎, 𝟎𝟓
100
Van toc goc phan chu dong
Van toc goc phan bi dong
90

Van toc goc (rad/s)

80

70

60


50

40

0

0.05

0.1

0.15
0.2
0.25
Thoi gian dong toc t (s)

0.3

0.35

Hình 3.12.Đồ thị đồng tốc khi hệ số ma sát 𝛍 = 𝟎, 𝟎𝟗

56

0.4