ĐỒ ÁN TÍNH TOÁN ÔTÔ ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ LY HỢP XE ÔTÔ

Nếu khớp nối ly hợp không ngắt được truyềnđộng từ trục khuỷu động cơ đến hệ thống truyền lực khi gài số thì việc gài số sẽ rất khó khăn và có thể gây ra sự dập răng,thậm chí có thể gãy v

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

GV hướng dẫn: Lê Quang Thống

2.3 Chọn đường kính ngoài, trong và bề dày của tấm ma sát 52.4 Lực ép cần thiết lên các đĩa ma sát để truyền momen 5

skkndownloadbychat@gmail.com

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

skkndownloadbychat@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 vìvậy 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 hệthống truyền lực khi quá tải Nếu khớp nối ly hợp không ngắt được truyềnđộng từ trục khuỷu động cơ đến hệ thống truyền lực khi gài số thì việc gài

số sẽ rất khó khăn và có thể gây ra sự dập răng,thậm chí có thể gãy vỡ ranghộp 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 hệthống truyền 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 namchâm điện

- Ly hợp liên hợp: mô men truyền động bằng cách kết hợp hai trongcác 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:

- Ly hợp thường đóng

- Ly hợp thường mở

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 lytâm 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

+ 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 bịtrượt ở bất kỳ điều kiện sử dụng nào

- Khi đóng ly hợp phải êm dịu để giảm tải trọng va đập sinh ra trong cácrăng 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 hệthống truyền lực trong thời gian ngắn

- Mômen quán tính phần bị động của ly hợp phải nhỏ để giảm lực va đậplên 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 bộphận đòn bẩy đẩy lên càng đẩy ly hợp Càng đẩy di chuyển bạc đạn chà đếngiữa các mâm ép, bề mặt mâm ép bị đẩy ra khỏi đĩa ly hợp tách rời đĩa ma sát

ra khỏi bánh đà Do đó trục khuỷu động cơ quay mà không làm quay đĩa lyhợp ở đầu vào trục hộp số

- Khi pedal ly hợp được nhả ra, sức ép các lò xo ở bên trong mâm ép đẩy

về phía trong đĩa ly hợp Làm khóa chặt bánh đà đĩa ma sát, mâm ép, đĩa đầuvào hộp 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 truyềnqua các cơ cấu cần đẩy đến càng mở ly hợp tỳ vào bạc đạn chà, bạc đạn này

tỳ vào

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 Đơn vị

2 Số vòng quay ứng với công suất cực

4 Số vòng quay ứng với momen xoắn

2.2 Momen ma sát của ly hợp cần truyền

M ms =β M dc =β M emax =1,6.294=470,4 N m

Trong đó:

Ml– Momen ma sát cực đại của ly hợp

Mdc– Momen cực đại của động cơ

β – Hệ số dự trữ của ly hợp (Bảng 2.1)

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:

- Đường kính ngoài:

D=2 R =10.√M emax

=10.√ 294

=285,78 mm

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:

D=280mm → R2=140 mm=0,14 m

d=180mm → R1=90 mm=0,09 m

- 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

- Thông số lốp xe: 7.00-R16

- Bán kính thiết kế của bánh xe (r0):

r0 =(H + d).25,4=(7+16).25,4=381 mm

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):

Trong đó:

Gm– Trọng lượng móoc (N)

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:

ω m −ω a

L =M t =14,69.209,44−0.0,073=112,3(J )

* Công trượt nói chung không cho ta xét đoán về điều kiện làm việc của

ly hợp được Muốn xét điều kiện làm việc nặng nhọc của ly hợp cần phải tínhcông trượt riêng

- Công trượt riêng của ly hợp:

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 vàlàm đốt nóng các chi tiết của ly hợp Bởi vậy, ngoài việc kiểm tra côngtrượt riêng còn cần phải kiểm tra nhiệt độ của các chi tiết bị nung nóngcủa quá trình trượt

- Khi khỏi hành xe tại chỗ, công trượt sinh ra sẽ lớn nhất Bởi vậy, tínhtoán 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:

T = v L0= 0,5 21722,79 =1,51° C

c g n 500.28,68

skkndownloadbychat@gmail.comTrong đó:

T – Nhiệt độ tăng lên của chi tiết (°C)

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 ởtrung 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 banđầu thỏa mãn đặc tính đàn hồi và độ bền các lò xo ở ly hợp thường đóng đượcđặt ở trạng thái ép ban đầu Lực ép chung của các lò xo khi tất cả tác dụng lên

skkndownloadbychat@gmail.comđĩa ép phai bằng lực P cần thiết kế để truyền momen quay.

+ Tra bảng 1.1 giáo trình BTL TT ÔTÔ chọn n0 =6.

P ' = P '=5794,28=965,71∈[P' ]( thỏa điều kiện )

Với: n0– Số lượng lò xo ép

- 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 tròn.

G d4

d4 G C= 8 D3 i N / mm

+ 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):

.5=4,47 mm⇒ Chọn d=5 mm.

G – Modun đàn hồi của vật liệu lò xo, G=8.104N / mm2.

- Tổng số vòng làm việc của lò xo:

* 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, 85Mnđược tôi và ram hoặc thép cacbon thấp 20, 30 thấm nitơ và tôi Để giảm được

độ cong vênh khi bị nung nóng và tăng độ êm dịu mỗi khi đóng ly hợp,xương đĩa được xẽ các rãnh hướng tâm (số lượng rãnh 4 – 12) và các cánhđược chế tạo kiểu gợn sóng Ngoài ra, để tăng khả năng đóng ly hợp êm dịu,

có thể dung xương đĩa bị động hình côn, Kích thước của đĩa bị động đượcchọn theo đường kính vành ma sát, chiều dày đĩa bị động thường nằm trongkhoảng S2=(1,3 ÷ 2,5) mm Tính toán đĩa bị động ly hợp bao gồm tính ứng suấtchèn dập và 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 giacông cơ đạt độ cứng bề mặt then hoaHRC=38 ÷ 45 Then hoa moayơ tính theoứng suất chèn dập và ứng suất cắt

- Đường kính trục sơ cấp hộp số: d = (9÷ 10¿.√3M 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

+b=10 mm– Bề rộng then

+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

M max =2 β M max =2.1,6 294=940,8 N m

2.8.3 Đĩa ép

- Đĩa ép phải quay cùng bánh đà, khi đong mở ly hợp phải có khả năngdịch chuyển dọc trục của ly hợp

- Để tăng độ cứng vững của các đĩa ép ly hợp người ta thường chế tạochúng bằng gang hợp kim Ngoài ra cường hóa các chỗ đúc cục bộ người tađặt cốt bằng đồng đường kính5 ÷ 7 mm

- Đường kính đĩa ép được chọn theo đường kính vành ma sát và kíchthước bánh đà, khi chọn cần kiểm tra kích thước theo vận tốc vòng giới hạn.Chiều dày 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

⇒ Chọn S1=14 mm

Với: D – Đường kính ngoài vành ma sát

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

M max– 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)

⇒Chọn[σ chd]=10 MN / m2

- Thông thường có 2 loại giảm chấn:

* Giảm chấn cao su: kết cấu đơn giản nhưng kích thước lớn làm tăngmomen 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 là6 ÷ 12chiếc, được chế tạo bằng thép mangan

- Momen cực đại Mmaxgiới hạn độ cứng tối thiểu của lò xo thường lấybằng momen xác định theo điều kiện bám với hệ sốφ=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 ănkhớp 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,…

TÍNH TOÁN TRỤC:

- Đường kính sơ bộ trục 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

Pr1

C

- Xét trong mặt phẳng ngang xoz:

- Trong quá trình làm việc, bánh trăng trên trục ly hợp sinh ra các

momen xoắn vừ momen uốn Ứng suất tổng hợpσ thdo momen xoắn và

momen uốn tác dụng tại tiết diện nguy hiểm là:

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 nàyđược chế tạo từ đồng hoặc nhôm với đường kínhd=(4 ÷ 6) mm, được tính bềntheo cắt và bền dập Đinh tán có thể đước bố trí trên các đĩa ly hợp theo vòngtròn thành nhiều dãy Khi tính toán, coi lực tác dụng lên đinh tán phân bố trênmỗi vòng tỉ lệ với bán kính lắp đặt của từng vòng, từ đó tính được lực tácdụng 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)

Memax– Momen xoắn cực đại của động cơ (N.m)

n1– Số lượng đinh tán ở vòng ngoài: n1 =12

n2– Số lượng đinh tán ở vòng ngoài: n2 =12

⇒ Đinh tán thỏa điều kiện bền cắt.

- Ứng suất chèn dập của đinh tán:

2.8.7 Đòn mở ly hợp

-Đòn mở dùng để mở ly hợp, cần có độ cứng tốt, nhất là ở trong mặt phẳngtác dụng lực, đóng mở êm dịu nhờ dùng đĩa thụ động đàn hồi Chọn số lượngcác đòn mở tuỳ theo kích thước của ly hợp và không ít hơn 3 chiếc

-Đòn mở ly hợp được chế tạo từ thép cacbon, được tôi và ram hoặc từ gangrèn

- Đòn mở ly hợp được tính bền uốn tại tiết diện nguy hiểm

- Momen uốn cực đại tại tiết diện E – E là:

skkndownloadbychat@gmail.comTrong đó:

d – Đường kính lỗ gối bản lề (mm), chọn b=10 mm

D – Chiều rộng đòn mở (mm), chọnD=20 mm

b – Bề dày đòn mở (mm), chọnb=15 mm

- Ứng suất uốn tại tiết diện E – E:

* Chọn vật liệu chế tạo đòn mở là gang rèn với[σ ]=(60 ÷ 80) N / mm2

⇒ Đòn mở thỏa điều kiện bền uốn.

2.9 Thiết kế cơ cấu điều khiển ly hợp

- Khi ngắt ly hợp: Người lái tác dụng lực vào bàn đạp, lực bàn đạp thôngqua đòn dẫn động 9 và càng mở 6 làm cho bi T 4 dịch chuyển sang trái tỳ

skkndownloadbychat@gmail.comvào đầu đòn mở, đòn mở kéo đĩa ép và đĩa bị động tách khỏi các bề mặtlàm việc làm mở ly hợp.