ĐỒ án TÍNH TOÁN ôtô đề tài TÍNH TOÁN và THIẾT kế LY hợp XE ôtô

Nếu khớp nối ly hợp không ngắt được truyền động từtrục khuỷu động cơ đến hệ thống truyền lực khi gài số thì việc gài số sẽ rất khókhăn và có thể gây ra sự dập răng,thậm chí có thể gãy vỡ

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO

THẮNG KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

*** ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN ÔTÔ

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ LY HỢP XE ÔTÔ

GV hướng dẫn: Lê Quang Thống

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU IV

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LY HỢP 1

1.1Công dụng 1

1.2 Phân loại 1

1.2.1Theo phương pháp truyền momen 1

1.2.2 Theo trạng thái làm việc của ly hợp 1

1.2.3 Theo phương sinh lực ép trên đĩa ép 1

1.2.4 Theo phương pháp dẫn động 2

1.3 Yêu cầu của ly hợp 2

1.4 Đặc điểm cấu tạo của bộ ly hợp 3

1.5 Nguyên lý làm việc của ly hợp 3

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LY HỢP 4

2.1 Thông số ban đầu 4

2.2 Momen ma sát của ly hợp cần truyền 4

2.3 Chọn đường kính ngoài, trong và bề dày của tấm ma sát 5

2.4 Lực ép cần thiết lên các đĩa ma sát để truyền momen 5

2.5 Hành trình của đĩa ép 6

2.6Kiểm tra ly hợp theo công trượt 6

2.7Kiểm tra độ tăng nhiệt độ của ly hợp 9

2.8Tính toán các chi tiết chính của ly hợp 10

2.8.1 Lò xo ép của ly hợp 10

2.8.2 Đĩa bị động 13

2.8.3 Đĩa ép 14

2.8.4 Giảm chấn 15

2.8.5 Trục ly hợp 16

2.8.6 Đinh tán 21

2.8.7Đòn mở ly hợp 23

2.9 Thiết kế cơ cấu điều khiển ly hợp 24

II

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

2.9.1 Phân loại 24

2.9.2 Lựa chọn cơ cấu điều khiển 26

2.9.3 Tính toán cơ cấu điều khiển 27

Tài liệu tham khảo 28

LỜI NÓI ĐẦU

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 mộtloại phương tiện rất phát triển và phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay

để đáp ứng cho nhu cầu đó

Là một sinh viên ngành động lực, việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính toán vàthiết kế các bộ phận, cụm máy, chi tiết trong xe là rất thiết thực và bổ ích Trongkhuôn khổ giới hạn của một đồ án môn học, em được giao nhiệm vụ thiết kế vàtính toán ly hợp xe ô tô Công việc này đã giúp cho em bước đầu làm quen vớicông việc thiết kế mà em đã được học ở trường để ứng dụng cho thực tế, đồngthời nó còn giúp cho em cũng cố lại kiến thức sau khi đã học các môn lý thuyếttrước đó

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê Quang Thống, cùng với sự nổ lực

của bản thân và các thành viên trong nhóm, sau một khoảng thời gian cho phép

em đã hoàn thành được đồ án của mình Vì bước đầu tính toán thiết kế còn rất

bỡ ngỡ cho nên không tránh khỏi những sai sót Do vậy, em rất mong các thầy(cô) thông cảm và góp ý để em được hoàn thiện hơn trong quá trình học tập củamình

IV

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LY HỢP 1.1 Công dụng

Ly hợp ô tô là khớp nối giữa trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực vì vậy nó có các chức năng chính là:

- Nối động cơ với hệ thống truyền lực khi ô tô di chuyển

-Ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong trường hợp chuyển số

- Ngoài ra, ly hợp còn được dùng như một cơ cấu an toàn cho hệ thốngtruyền lực khi quá tải Nếu khớp nối ly hợp không ngắt được truyền động từtrục khuỷu động cơ đến hệ thống truyền lực khi gài số thì việc gài số sẽ rất khókhăn và có thể gây ra sự dập răng,thậm chí có thể gãy vỡ rang hộp số

1.2 Phân loại

1.2.1 Theo phương pháp truyền momen

Theo phương pháp truyền mô men từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thốngtruyền lực người ta chia ly hợp thành các loại sau:

- Ly hợp ma sát: mô men truyền động nhờ các bề mặt ma sát

- Ly hợp thuỷ lực: mô men truyền động nhờ năng lượng của chất lỏng

- Ly hợp điện từ: mô men truyền động nhờ tác dụng của trường nam châm điện

- Ly hợp liên hợp: mô men truyền động bằng cách kết hợp hai trong các loại kể trên

1.2.2 Theo trạng thái làm việc của ly hợp

Theo trạng thái làm việc của ly hợp người ta chia ly hợp thành các loại sau:

1.2.3 Theo phương sinh lực ép trên đĩa ép

Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép người ta chia ra thành các loại ly hợp sau:

- Loại lò xo (lò xo đặt xung quanh, lò xo trung tâm, lò xo đĩa)

- Loại nửa ly tâm: lực ép sinh ra ngoài lực ép của lò xo còn có lực ly tâm của trọng khối phụ ép thêm vào

- Loại ly tâm: ly hợp ly tâm sử dụng lực ly tâm để tạo lực ép đóng và mở

+ Ly hợp dẫn động cơ khí cường hoá khí nén

+ Ly hợp dẫn động thuỷ lực cường hoá khí nén

1.3 Yêu cầu của ly hợp

- Ly hợp phải có khả năng truyền hết mômen của động cơ mà không bị trượt

ở bất kỳ điều kiện sử dụng nào

- Khi đóng ly hợp phải êm dịu để giảm tải trọng va đập sinh ra trong các răng của hộp số khi khởi hành ô tô và khi sang số lúc ô tô đang chuyển động

- Khi mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng, tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian ngắn

- Mômen quán tính phần bị động của ly hợp phải nhỏ để giảm lực va đập lên bánh răng khi khởi hành và sang số

- Điều khiển dễ dàng, lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ;

- Các bề mặt ma sát phải thoát nhiệt tốt

- Kết cấu ly hợp phải đơn giản, dễ điều chỉnh chăm sóc

1.4 Đặc điểm cấu tạo của bộ ly hợp

Hình 2.1 - Sơ đồ cấu tạo ly hợp 1 đĩa ma sát

1.Bánh đà; 2.Đĩa ma sát; 3.Thân ly hợp; 4.Đĩa ép; 5.Đòn mở ly hợp;6.Lò xo hồi vị; 7.Bạc mở ly hợp; 8.Bàn đạp; 9.Lò xo hồi vị; 10.Thanhkéo 11.Cơ cấu điều chỉnh hành trình tư do của ly hợp; 12.Lò xo ép;13.Bộ phận giảm chấn đĩa ma sát

I.Trục khuỷu; II.Trục ly hợp

1.5 Nguyên lý làm việc của ly hợp

- Khi đạp pedal ly hợp, sức đẩy cơ khí của bộ phận ly hợp hoặc các bộ phậnđòn bẩy đẩy lên càng đẩy ly hợp Càng đẩy di chuyển bạc đạn chà đến giữa cácmâm ép, bề mặt mâm ép bị đẩy ra khỏi đĩa ly hợp tách rời đĩa ma sát ra khỏibánh đà Do đó trục khuỷu động cơ quay mà không làm quay đĩa ly hợp ở đầuvào trục hộp số

- Khi pedal ly hợp được nhả ra, sức ép các lò xo ở bên trong mâm ép đẩy vềphía trong đĩa ly hợp Làm khóa chặt bánh đà đĩa ma sát, mâm ép, đĩa đầu vàohộp số lại với nhau Động cơ làm quay trục sơ cấp hộp số, bánh răng hộp số,cardan, cầu xe và các bánh xe

Khi ly hợp ở vị trí đóng, vỏ ly hợp được ghép chặt trên bánh đà bằng cácbulông cùng quay với bánh đà Đĩa ép, ép chặt đĩa ma sát và bánh đà Moay ởđĩa ma sát được lắp trượt trên trục sơ cấp hộp số và các rãnh then hoa Do đóđĩa ma sát làm quay trục sơ cấp hộp số Ở vị trí này ly hợp luôn luôn đóng

- Khi ly hợp ở vị trí mở, dưới tác dụng của lực đạp pedal lực được truyền qua các cơ cấu cần đẩy đến càng mở ly hợp tỳ vào bạc đạn chà, bạc đạn này tỳ vào

3

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

đầu cần mở Lúc này cần mở sẽ kéo đĩa ép dịch chuyển ra xa làm cho đĩa ma sáttách rời khỏi bánh đà và đĩa ép, do đó mômen động cơ không truyền qua hộp số.

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LY HỢP 2.1 Thông số ban đầu

Thông số kỹ thuật xe

trị

2 Số vòng quay ứng với công suất cực nN 2900 vòng/phútđại

4 Số vòng quay ứng với momen xoắn nM 2000 vòng/phútcực đại

2.2 Momen ma sát của ly hợp cần truyền

Trong đó:

Ml – Momen ma sát cực đại của ly hợp

Mdc – Momen cực đại của động cơ

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

2.3 Chọn đường kính ngoài, trong và bề dày của tấm ma sát

* Đường kính ngoài của tấm ma sát được chọn dựa theo đường kính của bánh

đà và công thức thực nghiệm sau:

Trong đó: A – Hệ số kinh nghiệm, chọn tùy vào loại xe ôtô

Tra bảng 2.2 giáo trình BTL TT ÔTÔ với loại xe ôtô tải chọn: A=0,36

Tra bảng 2.3 giáo trình BTL TT ÔTÔ chọn:

z ms– Số đôi bề mặt ma sát.

* Chọn z ms=2 (1 đĩa thụ động) μ – Hệ số ma sát

Tra bảng 2.4 giáo trình BTL TT ÔTÔ với nguyên liệu của các bề mặt ma sát là Thép và phêrađô chọn:

Kiểm nghiệm áp suất (q) tác dụng lên bề mặt ma sát với số đôi bề mặt ma sát

- Đối với ly hợp 1 đĩa thì Ʃ∆0=(2mm – 4mm) vậy chọn Ʃ∆0= 2 mm

2.6 Kiểm tra ly hợp theo công trượt

θ – Hệ số vòng quay của động cơ.

* Đối với xe tải: θ=40 ÷ 50=¿ chọnθ=50.

ηtl – Hiệu suất của hệ thống truyền lực

Tra bảng 3.1 giáo trình BTL TT ÔTÔ đối với ôtô tải: η tl =0,89.

- Momen quán tính của ôtô và rơmóc quy dân về trục của ly hợp (Ja):

ip – Tỷ số truyền hộp số phụ (i p=1nếu xe không có hộp số phụ)

- Ma – Momen cản chuyển động quy dẫn về trụ ly hợp ( N.m)

ψ – Hệ số cản tổng cộng của đường khi khởi động tại chỗ, ψ=0,015

- Giá trị A được tính bởi công thức sau:

ωa – Tốc độ góc của đĩa bị động ly hợp, 1/s, ( khi khởi động tại chổ, ωa=0)

- Công động cơ ở giai đoạn đầu:

* Công trượt nói chung không cho ta xét đoán về điều kiện làm việc của ly hợpđược Muốn xét điều kiện làm việc nặng nhọc của ly hợp cần phải tính công

l – Công trượt riêng (KJ/m2)

L – Công trượt toàn bộ của ly hợp (J)

F – Diện tích bề mặt ma sát (m2) p – Số đôi bề mặt ma sát

[l] – Công trượt riêng cho phép

2.7 Kiểm tra độ tăng nhiệt độ của ly hợp

- Mỗi lần đóng ly hợp, công trượt sinh ra biến thành nhiệt năng và làm đốtnóng các chi tiết của ly hợp Bởi vậy, ngoài việc kiểm tra công trượt riêng còncần phải kiểm tra nhiệt độ của các chi tiết bị nung nóng của quá trình trượt

- Khi khỏi hành xe tại chỗ, công trượt sinh ra sẽ lớn nhất Bởi vậy, tính toán nhiệt độ của ly hợp cần phải kiểm tra lúc khởi hành

- Nhiệt độ tăng lên của chi tiết tiếp xúc trực tiếp với tấm ma sát trong thời

gian ly hợp bị trượt được xác định bởi công thức:

L0 – Công trượt toàn bộ sinh ra khi đóng ly hợp (J).

c – Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng, c=500 ( J / Kg độ)

v – Hệ số xác định phần công trượt dùng để nung nóng chi tiết cần tính

* Đối với ly hợp 1 đĩa: v=0,5

gn – Khối lượng của chi tiết bi nung nóng (Kg)

γ ⇒– Khối lượng riêng của vật liệu.

γ=7580 Kg/m3(khối lượng riêng của gang để chế tạo đĩa ép)

Giá trị tăng lên mỗi lần đóng ly gợp không được quá 15°C

2.8 Tính toán các chi tiết chính của ly hợp

2.8.1 Lò xo ép của ly hợp

- Trong các ly hợp ô tô, lò xo ép được sử dụng với nhiều kiểu như: lò xo côn,

lò xo màng, ….Lò xo trụ được sử dụng rộng rãi và có thể đặt ở quanh hay ở trung tâm lò xo trụ thường được chế bằng thép mangan và thép silic được tôitrong dầu và ram sau tôi, khi đạt đến độ rắn bề mặt HCR=38 ÷ 45

- Bài toán tính lò xo ép ly hợp là chọn kích thước để đảm bảo lực ép ban đầu thỏa mãn đặc tính đàn hồi và độ bền các lò xo ở ly hợp thường đóng được đặt ởtrạng thái ép ban đầu Lực ép chung của các lò xo khi tất cả tác dụng lên đĩa ép phai bằng lực P cần thiết kế để truyền momen quay

- Lực ép cần thiết để truyền momen quay (khi ly hợp đóng):

- Kiểm tra ứng suất xoắn, biến dạng nén và độ cứng lò xo:

+ Tra bảng 2.6 giáo trình BTL TT ÔTÔ chọn kiểu lò xo là lò xo trụ, tiết diện

+ Tra bảng 2.7 giáo trình BTL TT ÔTÔ chọn D/d=5 ⇒ k=1,3

Chọn vật liệu chế tạo lò xo là thép cacbon cao (55 – 65):

11

* Đĩa bị động gồm 2 phần chính: xương đĩa nị động và phần moayơ.

- Xương đĩa bị động đước chế tạo từ thép lò xo 65Mn, 70Mn, 85Mn được tôi

và ram hoặc thép cacbon thấp 20, 30 thấm nitơ và tôi Để giảm được độ congvênh khi bị nung nóng và tăng độ êm dịu mỗi khi đóng ly hợp, xương đĩa được xẽcác rãnh hướng tâm (số lượng rãnh 4 – 12) và các cánh được chế tạo kiểu gợnsóng Ngoài ra, để tăng khả năng đóng ly hợp êm dịu, có thể dung xương đĩa bịđộng hình côn, Kích thước của đĩa bị động được chọn theo đường kính vành masát, chiều dày đĩa bị động thường nằm trong khoảng S2 =(1,3 ÷ 2,5) mm Tính toánđĩa bị động ly hợp bao gồm tính ứng suất chèn dậpvà ứng suất cắt

- Moayơ đĩa bị động có then hoa ăn khớp với trong với trúc sơ cấp hộp số.Moayơ được chế tạo từ thép 40, 45, 40Cr, được tôi và ram sau khi gia công cơ đạt

độ cứng bề mặt then hoa HRC=38 ÷ 45 Then hoa moayơ tính theo ứng suất chèndập và ứng suất cắt

- Đường kính trục sơ cấp hộp số: d = (9÷ 10 ¿ √3 M emax = (9÷ 10 ¿ √ 3 294 = (59÷ 66 ¿ mm

- Tra bảng kích thước then hoa TCVN 4365:1986 chọn then hoa:

+ d=52mm – Đường kính trong của then hoa

+ D=60 mm – Đường kính ngoài của then hoa

+ z=8 – Số răng then hoa

+ l=1,4 D=1,4.60=84 mm – Chiều dài then hoa

- Kiểm nghiệm ứng suất chèn dập:

⇒ Thỏa điều kiện chèn dập.

- Kiểm nghiệm ứng suất cắt:

D,d – Đường kính ngoài và trong then hoa

z,b,l – Số răng then hoa, bề rộng then hoa và chiều dài then hoa

- Các đĩa ép phải cứng để đảm bảo ép đều lên các vòng ma sát Muốn thoát

nhiệt tốt đôi khi trên đĩa làm các gân như cánh quạt để gây gió

14

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

- Để tăng độ cứng vững của các đĩa ép ly hợp người ta thường chế tạo chúngbằng gang hợp kim Ngoài ra cường hóa các chỗ đúc cục bộ người ta đặt cốtbằng đồng đường kính 5 ÷ 7 mm.

- Đường kính đĩa ép được chọn theo đường kính vành ma sát và kích thướcbánh đà, khi chọn cần kiểm tra kích thước theo vận tốc vòng giới hạn Chiềudày đĩa ép có thể chọn theo công thức thực nghiệm:

S1=(0,045 ÷ 0,06) D=(0,045 ÷ 0,06) 280=(12,6 ÷ 16,8) mm

Với: D – Đường kính ngoài vành ma sát

- Các chi tiết dẫn hướng, nối ghép bánh đà với đĩa ép tính theo ứng suất chèn dập:

γ – Hệ số phân chia momen xoắn đến đĩa ép chủ động * Ly hợp 1 đĩa γ=1

M max d – Momen xoắn cực đại.

n – Số vòng quay tiếp xúc, thường bằng 3 hoặc 4

R – Khoảng cách từ tâm đến vòng tiếp xúc (m)

2.8.4 Giảm chấn

- Giảm chấn được dùng trong ly hợp để tránh cho hệ thống truyền lực của ôtôkhỏi những giao động xoắn cộng hưởng sinh ra Các giảm chấn của ly hợp hiện nay được kết cấu theo một nguyên tắc chung, nghĩa là đĩa thụ động nối với moayơ nhờ chi tiết đàn hồi

- Thông thường có 2 loại giảm chấn:

* Giảm chấn cao su: kết cấu đơn giản nhưng kích thước lớn làm tăng

momen quán tính quay của đĩa bị động Hơn nữa khi ly hợp làm việc nhiệt

độ sẽ tăng làm ảnh hưởng đến độ bền và tính chất vật lý của cao su

* Giảm chấn lò xo: được sủ dụng phổ biến hiện nay Số lượng lò xo

trụ thường là 6 ÷ 12 chiếc, được chế tạo bằng thép mangan

- Momen cực đại Mmax giới hạn độ cứng tối thiểu của lò xo thường lấy bằng momen xác định theo điều kiện bám với hệ số φ=0,8:

- Ở ôtô ly hợp và hộp số được bố trí liền nhau để đảm bảo cần gạt số nằm ở vị

trí buồng lái vì thế trên trục ly hợp còn có bánh răng chủ động luôn luôn ăn khớp của hộp số và thường chúng được nối với nhau qua khớp nối

- Trục ly hợp của ôtô thường được chế tạo bằng các loại thép như: 40Cr, 18CrMnTi, 12CrNi3A, 30CrMnTi,…

d sb= (9 ÷10 ). √3 M emax= (9÷ 10) √3 294= (59,84 ÷ 66,49 )mm

⇒Chọn d sb =60 mm

- Chiều dài trục: d l =0,15 ⇒l= 0,15d = 0,1560 =400 mm

- Chọn bánh răng sơ cấp hợp số:

+ Modun pháp: m n=3 (bảng 3.5 giáo trình BTL TT ÔTÔ).

+ Góc nghiêng răng của cặp bánh răng ăn khớp: β=30 °

+ Số răng của bánh răng: Z=17

- Đường kính vòng chia:

cosn Z β = cos303.17° =58,89 mm≈ 59 mm=0,059 m

- Momen tính toán thứ 1: M =M max i η =294.1.0,89=261,66 N m t e h 4 h 4

Me max – Momen cực đại của động cơ (N.m)

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

- Xét trong mặt phẳng đứng yoz:

* ΣY =0 ⇔Y A +Y B +P r 1 =0

275 275

- Xét trong mặt phẳng ngang xoz:

20

Mx, My – Momen uốn tác dụng lên tiết diện nguy hiểm (N.mm).

Mz – Momen xoắn tác dụng lên tiết diện nguy hiểm (N.mm)

d – Đường kính tiết diện nguy hiểm (mm)

2.8.6 Đinh tán

- Đinh tán dùng nối ghép các vành ma sát vào đĩa bị động Các đinh tán này được chế tạo từ đồng hoặc nhôm với đường kính d=(4 ÷ 6) mm, được tính bền theo cắt và bền dập Đinh tán có thể đước bố trí trên các đĩa ly hợp theo vòng tròn thành nhiều dãy Khi tính toán, coi lực tác dụng lên đinh tán phân bố trên mỗi vòng tỉ lệ với bán kính lắp đặt của từng vòng, từ đó tính được lực tác dụng lên mỗi đinh tán như sau:

F1 – Lực tác dụng lên mỗi đinh tán ở vòng trong (N)

F2 – Lực tác dụng lên mỗi đinh tán ở vòng ngoài (N)

r1 – Bán kính lắp đinh tán theo vòng trong (m)