Tính toán thiết kế ly hợp xe khách

Công việc này đã giúp cho em bước đầu làm quen với côngviệc thiết kế mà em đã được học ở trường để ứng dụng cho thực tế, đồng thời nócòn giúp cho em cũng cố lại kiến thức sau khi đã học

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CĐKT CAO THẮNG KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÀI TẬP LỚN TÍNH TOÁN Ô TÔ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP XE KHÁCH

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thái Vinh

Sinh viên thực hiện : Hoàng Văn Cơ

Nguyễn Thiên Dương

Nguyễn Đức Tuấn Anh Nguyễn Minh Thông Ngô Tấn Vinh Nguyễn Văn Toàn

Lớp : CĐ Ô TÔ 14F

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 12 năm 2016

Lời nói đầu

Ngày nay, với nền công nghiệp phát triển ngày càng hiện đại, các nhu cầu trong laođộng và cuộc sống của con người càng được nâng cao Vấn đề vận chuyển hànghóa, đi lại của con người là một trong những nhu cầu rất cần thiết Ô tô là một loạiphương tiện rất phát triển và phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay để đápứng cho nhu cầu đó Trong các loại ôtô, xe khách là phương tiện chủ yếu dùng đểchuyên chở người với khoảng cách tương đối dài

Là một sinh viên ngành động lực, việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính toán và thiết kếcác bộ phận, cụm máy, chi tiết trong xe khách là rất thiết thực và bổ ích Trongkhuôn khổ giới hạn của một đồ án môn học, em được giao nhiệm vụ thiết kế và tínhtoán ly hợp xe khách Công việc này đã giúp cho em bước đầu làm quen với côngviệc thiết kế mà em đã được học ở trường để ứng dụng cho thực tế, đồng thời nócòn giúp cho em cũng cố lại kiến thức sau khi đã học các môn lý thuyết trước đó.Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Thái Vinh và sự nổ lực củanhóm, sau một khoảng thời gian cho phép chúng em đã hoàn thành được đồ án củamình Vì bước đầu tính toán thiết kế còn rất bỡ ngỡ cho nên không tránh khỏinhững sai sót, nhầm lẫn Do vậy, chúng em rất mong các thầy thông cảm và chỉ bảothêm để em được hoàn thiện hơn trong quá trình học tập của mình Chúng em xinchân thành cảm ơn thầy

1 CÔNG DỤNG, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHO TRƯỚC:

1.1 Công dụng:

Đồ án môn học Tính toán và thiết kế Ôtô nhằm giúp cho sinh viên hiểu rõhơn về môn học Từ đó sinh viên từng bước xây dựng cho mình một phương pháptính toán thiết kế ôtô

Theo nhiệm vụ được giao trong đồ án này, sinh viên phải tính toán và thiết kế

ly hợp xe khách Như vậy sau khi làm xong đồ án, sinh viên đã nắm được phươngpháp tính toán các cơ cấu của ly hợp và dẫn động ly

hợp trên cơ sở xác định các thông số, các cách tính một cách hợp lý dựa theo các tàiliệu đã học và các tài liệu khác có liên quan Nhờ đó, sinh viên có được một phươngpháp tính toán, lựa chọn và tham khảo riêng của mình để tính toán thiết kế các phầnkhác của ôtô

Vì thế, đồ án môn học là một phần không thể thiếu trong các môn học về ôtô đối vớisinh viên ngành động lực Ngoài ra nó còn là một tài liệu bổ ích đối với nhữngngười làm công tác kỹ thuật về ngành ôtô

1.3 Các thông số kĩ thuật cho trước:

Theo nhiệm vụ của đồ án được giao, ta có các thông số kỹ thuật được cho theo bảng sau:

4 Công suất cực đại Ne max 135 KW

5 Số vòng quay với công suất cực dạ nN 3500 Vòng/phút

7 Số vòng quay với công suất cực tiểu nM 1900 Vòng/phút

Đảm bảo truyền hết mômen quay của động cơ trong bất kỳ điều kiện

sử dụng nào

Đóng êm dịu để tăng từ từ mômen quay lên trục của hệ thống truyềnlực, không gây va đập và tải trọng động lên các bánh răng của hộp số Do đókhi ôtô khởi động hoặc tăng tốc không bị giật làm giảm độ êm dịu chuyểnđộng cho ôtô

Mở dứt khoát để làm cho quá trình đồng đều tốc độ của đồng tốc đượcnhanh chóng Do đó viêc gài số được nhanh chóng

Mômen quán tính các chi tiết phần bị động của ly hợp phải nhỏ đểgiảm va đập giữa các bánh răng khi sang số và giảm mài mòn các bề mặt masát của đồng tốc.

Phải làm được nhiệm vụ của cơ cấu an toàn để tránh cho hệ thống truyền lực

bị quá tải Mômen ma sát không được lớn quá để tránh xảy ra hiện tượng gãy trục các đăng

Ngoài ra còn có các yều cầu khác:

Điều khiển nhẹ nhàng, lực tác dụng lên bàn đạp vừa phải

Hệ số ma sát cao và ổn định

Thoát nhiệt tốt, bền vững

Làm việc tin cậy, hiệu suất cao

Kích thước nhỏ gọn, kết cấu, sửa chữa, bảo dưỡng đơn giản

Giá thành không cao lắm

Với yêu cầu như vậy, tùy theo cánh truyền mômen quay từ trục động cơ đến

hệ thống truyền lực mà có các loại ly hợp sau:

Ma sát: Truyền mômen quay bằng các bề mặt ma sát

Thủy lực: Truyền mômen quay bằng chất lỏng

Nam châm điện: Truyền mômen quay nhờ tác dụng của trường nam châm điện

Liên hợp: Truyền mômen quay bằng cách kết hợp các loại kể trên

Các loại ly hợp này, tùy theo từng loại mà nó có những ưu nhược điểm khác nhau Ta dựa vào các điều kiện này mà chọn cho hợp lý

Ly hợp ma sát: có 2 loại:

Loại một đĩa: Ly hợp ma sát một đĩa bị động với tính đơn giản trong kết cấu

cũng như đơn giản trong bộ phận dẫn động, thoát nhiệt tốt, mở dứt khoát, mômen của các chi tiết thụ động bé, giá thành rẻ Tuy nhiên khi làm việc dễ

bị trượt do bị mòn các bề mặt ma sát và việc điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát khó khăn, thời gian phục vụ không cao Khi làm việc cũng có trường hợp xảy ra là không cắt dứt khoát đường truyền công suất do độ đảo của các tấm ma sát Tăng hành trình của bàn đạp (hay hành trình điều khiển)

Kích thước của các chi tiết tăng lên như trục bị động của ly hợp (trục sơ cấp

của hộp số).

Loại hai đĩa: Như loại một đĩa, ngoài ra do có nhiều đĩa cùng làm việc nên khi

đóng ly hợp các bề mặt ma sát làm việc một cách từ từ, do đó đóng được êm dịunhưng khi cắt ly hợp không được dứt khoát Viêc định vị các đĩa ma sát khi cắt lyhợp khó khăn (đặc biệt là đĩa trung gian)

Ly hợp thủy lực:

Ưu điểm của loại ly hợp này làm việc rất êm, không cần bàn đạp ly hợp Thời hạn phục vụ cao, động cơ vẫn ổn định khi sức cản của đường quá lớn Nhược điểm chính trong việc áp dụng thực tế là ly hợp cắt không hoàn toàn, trong quá trìnhlàm việc luôn luôn bị trượt, kết cấu phức tạp, khó bảo dưỡng, giá thành sản xuất cao

Với ly hợp thuỷ lực có các nhược điểm như : kết cấu phức tạp, giá thành cao,

sử dụng và sửa chữa phức tạp hơn Bên cạnh đó dẫn động thủy lực cũng có một số

ưu điểm như: hiệu suất cao, độ cứng cao, dể lắp đặt (nhờ có thể sử dụng đường ống

và các khớp nối mềm), truyền động xa Có khả năng hạn chế tốc độ dịch chuyển củađĩa ép khi đóng ly hợp đột ngột, giảm tải trọng động

Ngoài ra để đảm bảo sự điều khiển nhẹ nhàng, giảm cường độ lao động chongười lái và tăng tính tiện nghi, người ta còn dùng trợ lực khí nén, trợ lực chânkhông hoặc trợ lực thủy lực

Như vậy, đối với ly hợp cần thiết kế, ta chọn dẫn động là dẫn động thủy lực

Do tải trọng của xe lớn (Ga = 10000KG) nên hệ thống dẫn động có thể có trợ lực tùy theo ta tính toán

1

2

4 3

6 5

12 11

1: Bánh đà 2: Đĩa bị động 3: Đòn mở 4: Giá tùy động 5: Bạc mở và ổ bi tỳ 6: Lò

xo hồi vị và ổ bi tỳ 7: Xi lanh công tác 8: Xi lanh trợ lực 9: Cơ cấu phân phối 10:Đường thông khí trời 11: Buồng tỷ lệ 12: Màng tỷ lệ 13: Xilanh dẫn động cơ cấutrợ lực 14: Bình khí nén 15: Bàn đạp 16: Xilanh chính 17: Tiết lưu 18: Nạng mở.19: Ống trượt 20: Đĩa ép

XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA LY HỢP:

1.5 Xác định bán kính vịng ngồi đĩa ma sát R : 2

Bạn kênh voìng trong R1

Việc xác định bán kính ngồi phải dựa theo ba điều kiện sau:

Đảm bảo cho ly hợp truyền hết momen quay của động cơ

Đảm bảo tuổi thọ cần thiết

Phải lắp ghép được với vành bánh đà

Để đảm bảo cho ly hợp truyền hết mơmen quay của động cơ thì ly hợp phải sinh ra được một mơmen ma sát luơn luơn lớn hơn hoặc bằng mơmen quay cực đại của động cơ trong suốt quá trình sử dụng Để đảm bảo điều kiện này, mơmen ma sát Mms yêu cầu của ly hợp được xác định theo cơng thức:

ly hợp sẽ làm cho kích thước ly hợp tăng và mất vai trò của cơ cấu an toàn.Theo[III], đối với xe khách giá trị =(1,6 2,2) Ta chọn = 2.  

Mômen ma sát sinh ra trong ly hợp được xác định theo công thức:

3 1 3 2

RR

RR3

[q]: áp suất cho phép lên bề mặt ma sát

Đối với bề mặt ma sát là thép và phêrađô thì[q]=100 250[kN/m 2] (theo [I]trang 50) Chọn[q]=130[kN/m ].2

F: diện tích bề mặt tấm ma sát, [m].

Từ (3.1) và (3.2) ta suy ra công thức:

ms tb max

e P.R ZM

Từ (3.4) ta suy ra:

)RR.(

]

q[

Vậy ,từ (3.3), (3.5) vaì (3.6) ta suy ra:

ms 2 1 2 2

3 1 3 2 2 1 2 2 max

RR

RR3

2)

RR]

q.[

M

3

2 ).

R R ].

q [

M    

3

2 ).

K 1 ( R ].

q [

M    

max e 2

Z)K1.(

q 2

.M3R

RK2

1

r   (theo [I] trang 50), chọn K = 0,6.rThay số vào ta có:

0,1998 2

).

6 , 0 1 (

10 130 27 , 0 14 , 3 2

460 2 3

1.6 Bán kính vòng trong của đĩa ma sát R : 1

Bán kính vòng trong của đĩa masát được xác định từ K :r

R1 = Kr.R2 [m]

Thay số ta có:

R=0,6.0,2 = 0,12 [m]

Vậy R1=120[mm].

1.7 Bán kính trung bình của đĩa ma sát R : tb

Theo công thức (3.3), thay số vào và ta tính được:

Rtb = 3

1 3 2

3 1 3 2

3

2

R R

R R





12 , 0 2 , 0 12 , 0 2 , 0 3

2

2 2 3 3

ms

M Z R

M P

1633 , 0 27 , 0 460 2

Vậy Pct=10430,8[N]

1.9 Chiều dày đĩa ma sát ms :

Theo [III], đối với xe tải và xe khách chiều dày đĩa ma sát ms xác định trongkhoảng 4 5 [mm]

Vậy Fms=80425[mm ]

2 TÍNH CÔNG TRƯỢT RIÊNG VÀ KÍCH THƯỚC ĐĨA ÉP:

1.12 Tính công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp:

 [rad/s]

H.4.1 Mô hình động cơ - truyền lực và đồ thị tốc độ góc

Khi đóng ly hợp có hiện tượng trượt ở thời gian đầu cho đến khi nào đĩa chủđộng và đĩa bị động quay như một hệ thống động học liền Khi các đĩa bị trượt sẽsinh ra công ma sát làm nung nóng các chi tiết của ly hợp lên quá nhiệt độ làm việc

bình thường, làm hao mòn các tấm ma sát và nguy hiểm nhất là các lò xo ép bị ram

ở nhiệt độ như vậy, mất khả năng ép Vì thế việc xác định công ma sát trong thờigian đóng ly hợp là một điều cần thiết

Trong quá trình gài số ôtô tuỳ theo sự đổi số từ thấp lên cao hoặc từ caoxuống thấp mà quá trình gài có thể tiến hành khác nhau

Khi đổi từ số thấp lên số cao, tốc độ góc của trục khuỷu động cơ trong khiđóng ly hợp cao hơn tốc độ góc của trục sơ cấp hộp số, vì vậy mômen quay củađộng cơ M không nên lớn để tránh tăng công trượt.e

Khi đổi từ số cao xuống số thấp tốc độ góc của trục khuỷu động cơ có thểthấp hơn tốc độ góc trục sơ cấp trong trường hợp này khi đóng ly hợp cần phải cómômen M nào đó của động cơ để làm đồng đều các tốc độ góc nói trên.e

Nhưng ở hai trường hợp nói trên tuỳ theo kỹ thuật của người lái tốc độ góccủa trục khuỷu và trục sơ cấp của hộp số có thể đồng đều, nghĩa là e  ih a động

cơ đó công trượt sẽ giảm đến tối thiểu

Khi ôtô bắt đầu chuyển động, sự đồng đều nói trên không thể thực hiện được, vç e>

0 và = 0 trong trường hợp này công trượt sẽ cực đại Ta sẽ tính công trượt trongatrường hợp này

Diễn biến quá trình đóng ly hợp hợp gồm 2 giai đoạn :

Giai đoạn đầu với thời gian t 1: lúc này mômen quay của ly hợp hợp tăng từgiá trị 0 đến giá trị M , thời điểm này ôtô bắt đầu khởi động tại chổ.a

Giai đoạn tiếp theo với thời gian t 2: là giai đoạn mômen quay của ly hợp Ml bắt đầutăng lên đến khi không còn sự trượt xảy ra (tức là lúc ea)

1.12.1 Tính mômen quán tính của bánh đà và của các chi tiết của ôtô quy dẫn

về trục ly hợp J : a

Từ công thức quan hệ vận tốc tịnh tiến ôtô và vận tốc góc của bánh xe như

sau: v = bx.rbx= bx

0 h

a ri

 : vận tốc góc của bánh xe, [rad/s]

v: vận tốc chuyển động tịnh tiến của xe, [m/s]

a

 : vận tốc góc tại trục của ly hợp, [rad/s]

Ta suy ra công thức tính vận tốc góc tại trục ly hợp:

h 0bx

2 a a

 [J]

Động năng chuyển động tịnh tiến của xe:

W =T 2

v g

G2

2 bx á 2 o 2 a

2 a bx a a

ii

r.g

Gi

.r.g

Ga = trọng lượng toàn bộ của ôtô, [N].

0

i : tỉ số truyền lực chính, i = 5,5 (theo bảng 1.1).0 1

i : tỉ số truyền tay số một, i = 7,5 (theo bảng 1.1).h1

rbx:bán kính của bánh xe, r =0,45 [m] (theo bảng 1.1).bxg: gia tốc trọng trường, lấy g=9.81[m/s2]

Thay số ta có:

Ja =

7 , 5 5 , 5 1,19[N.m.s ])

45 , 0 ( 81 9 81 9 000

bx.i

tl: hiệu suất truyền lực, tl0,89 (theo [II] trang 15)

: hệ số cản tổng cộng của đường Ta xét khi xe bắt đầu

chyển động trên đường nằm ngang (v 0, 0), hệ số cảntổng cộng của mặt đường chính bằng hệ số cản lăn Theo [II],chọn = 0,02.

Thay số ta có:

Ma = (104.9,81.0,02)

89 , 0 5 , 7 5 , 5 45 , 0

L1: công trượt ở giai đoạn đầu, trong khoảng thời gian là t Công này1

sẽ tiêu tán cho sự trượt và nung nóng ly hợp

L1 = Ma

1 a

[J] (theo [I] trang 46)

L2: công trượt ở giai đoạn thứ hai, trong khoảng thời gian là t Công2này dùng để tăng tốc và thắng sức cản của xe

L2 = a m a 2 M a ( m a ) t 2

3

2 ) ( J 2

22

t)(

A  ae a (theo [I] trang 46)Tốc độ góc của trục động cơ khi đóng ly hợp có thể thừa nhận không đổi vàbằng tốc độ góc ứng với tốc độ góc cực đại của trục động cơ Rõ ràng ta thấy côngtrượt tăng khi hiệu số ( - ) tăng Giá trị lớn nhất của hiệu số này xảy ra khie a

a = 0 Tốc độ góc của trục động cơ:

e = 366 , 5 [rad/s

60 3500 14 , 3 2 60 n

Thời gian t :1

05 0 490 5 , 24

t 1   [s]

Thời gian t :

334 , 1 490

) 0 5 , 366 (

19 , 1 2

t 2    [s]

Thay số ta có:

[Nm] 2 , 87964 )

0 5 , 366 ( 19 , 1 334 , 1 3

2 2 05 , 0 ) 0 5 ,

366

.(

24

Vậy công trượt toàn bộ là: L  87964 , 2 [Nm]

1.13 Tính công trượt riêng L : o

Công trượt nói chung không cho ta xét đoán về điều kiện làm việc của ly hợp.Muốn xét điều kiện làm việc nặng nhọc của ly hợp, ta cần phải tính công trượtriêng Công trượt riêng là công trượt trên 1 đơn vị diện tích bề mặt các tấm ma sát,đặc trưng cho sự hao mòn tấm ma sát

] m / [ Z F

L

ms ms

o  (theo [I] trang 53) (4.4)Trong đó:

Lo: công trượt riêng, [J/m2]

L: công trượt chung, [Nm]

Fms- diện tích bề mặt ma sát, theo tính toán phần trước ta có

2.80425.10

2,87964

trong thời gian ly hợp bị trượt phải có khối lượng lớn để đảm bảo tiếp thu được lượng nhiệt phát sinh khi ly hợp bị trượt mà nhiệt độ của chi tiết ấy sẽ không tăng lên nhiều đểï không làm ảnh hưởng nhiều đến sự làm việc của tấm ma sát (cụ thể không làm ảnh hưởng đến hệ số ma sát và không gây nên sự cháy cục bộ các tấm 

ma sát)

Do bánh đà có kích thước lớn nên khả năng tải nhiệt tốt nên không cần tính

mà ta chỉ tính cho đĩa ép Vì trên đĩa ép còn bố trí các lò xo ép, nếu nhiệt độ đĩa ép tăng lên quá mức cho phép thì sẽ làm thay đổi độ cứng của lò xo ép Công trượt lớn nhất sinh ra khi xe khởi hành, cho nên ta tính toán ly hợp hợp theo điều kiện của xe lúc khởi hành để đảm bảo sự làm việc ổn định của ly hợp

Nhiệt độ tăng lên của đĩa ép khi tiếp xúc trực tiếp với tấm ma sát trong thời gian ly hợp bị trượt được xác định theo công thức:

T =

d

m c

L

[oC] (theo [I] trang 55)Trong đó:

T: nhiệt độ tăng lên của đĩa ép, [0C]

: hệ số xác định phần công trượt dùng để nung nóng đĩa ép

 = 0, 5 đối với đĩa ép của ly hợp 1 đĩa

c 500(J/kg.độ): nhiệt dung riêng của đĩa ép (thép) (theo[I]trang 56)

mâ: khối lượng của đĩa ép, [kg]

Theo công thức trên thì công trượt chung của ly hợp càng lớn thì nhiệt độsinh ra trên đĩa ép càng lớn Do đó, ta cần kiểm tra chế độ nhiệt của đĩa ép khi côngtrượt lớn nhất (ứng với lúc xe khởi động tại chổ) Khi đó nhiệt độ tăng lên của đĩa

ép T10oC Suy ra:

8 , 8 500 10 2 , 87964 5 , 0 c T L

Rn: bán kính vòng ngoài của đĩa ép, [m].

Rn=R +0,001=0,2+0,001=0,201[m].2

Rt: bán kính vòng trong của đĩa ép, [m]

Rt=R -0,001=0,12-0,001=0,119[m].1

 = 7800 [Kg/m ] : khối lượng riêng của đĩa ép.2

â chiều dày của đĩa ép

Từ công thức trên và kết quả tính toán khối lượng đĩa ép ở trên, ta suy ra bề dày của

7600)119,0201,0(14,3

8,8)

RR(

m

2 2 2

t 2 â

Vậy, ta chọn chiều dày đĩa ép â0,015[m]

1.14 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT, CỤM CHÍNH CỦA LY HỢP:

Lò xo ép:

Thường trên ly hợp của ôtô, người ta dùng các lọai lò xo trụ, lò xo côn và lò xo đĩa

để làm lò xo ép Mỗi loại lò xo có những ưu và nhượt điểm riêng của nó Đối với xe

ta thiết kế là xe khách, ta chọn kiểu lò xo ép là lò xo trụ Vì lò xo côn sẽ làm cho ly hợp dài, cồng kềnh còn lò xo côn thì lực ép không lớn do khó chế tạo

Đặc điểm khi lắp lò xo trụ:

Ưu điểm:

Tính toán thiết kế đơn giản cũng như chế tạo

Dễ bố trí lắp đặt đảm bảo gọn gàng về kết cấu và có rộng chổ để đặt ổ bi ép của đòn mở ly hợp nằm trên trục ly hợp

Nhược điểm:

Nếu trong trường hợp chế tạo độ cứng của lò xo khác nhau thì lực ép của chúng cũng khác nhau do đó làm cho lực ép các bề mặt ma sát không đều nhau