Ở hệ thống truyền lực bằng cơ khí với hộp số vô cấp, thì việc dùng ly hợp để tách tức thời động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực sẽ làm giảm và đập giữa cácđầu răng hoặc va đập của khớp gà
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BỘ LY HỢP Ô TÔ
Sơ đồ cấu trúc và vị trí ly hợp trong hệ thống truyền lực
Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc ly hợp
2 Bánh đà; 8 Lò xo hồi vị càng mở;
3 Đĩa bị động; 9 Lò xo ép;
4 Đòn mở; 10 Vỏ ly hợp;
1.1.2 Sơ đồ vị trí ly hợp trong hệ thống truyền lực
Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống truyền lực trên xe ô tô
Hình 1.3 Sơ đồ truyền lực đối với động cơ đặt trước cầu sau chủ động
2 Ly hợp; 8 Cụm cầu chủ động;
Cơ sở lý thuyết về ly hợp
Ly hợp là bộ phận quan trọng nhất của động cơ ô tô, chịu trách nhiệm truyền chuyển động quay hoặc momen xoắn từ trục động cơ sang trục hộp số khi có yêu cầu Nằm giữa động cơ và hộp số, ly hợp có chức năng nối và ngắt công suất động cơ để điều khiển quá trình truyền động, giúp xe di chuyển và dừng một cách mượt mà.
1.2.1 Công dụng của ly hợp
Trong hệ thống truyền lực ô tô, ly hợp là một trong những cụm chính, nó có công dụng:
- 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 ô tô khởi hành hoặc chuyển số
Đảm bảo an toàn cho các chi tiết của hệ thống truyền lực bằng cách tránh để chúng bị quá tải trong các tình huống phanh đột ngột và khi ly hợp không được nhả Với hệ thống truyền lực cơ khí có hộp số vô cấp (CVT), việc tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực bằng ly hợp một cách tức thời có thể gây va đập giữa các đầu răng hoặc va đập của khớp gài, làm cho quá trình đổi số gặp trở ngại; ngược lại, nối êm dịu động cơ với hệ thống truyền lực cho phép mô-men ở các bánh xe chủ động tăng từ từ, giúp xe khởi hành và tăng tốc một cách êm ái hơn Khi phanh xe đồng thời với việc tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, động cơ vẫn hoạt động liên tục và không chết máy, nên không cần phải khởi động lại nhiều lần.
Ly hợp ô tô thường được phân loại theo 4 cách:
- Phân loại theo phương pháp truyền momen
- Phân loại theo trạng thái làm việc của ly hợp
- Phân loại theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép.
- Phân loại theo phương pháp dẫn động của ly hợp.
1.2.2.1 Phân loại theo phương pháp truyền momen
Theo phương pháp truyền momen từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thống truyền lực thì người ta chia ly hợp làm 4 loại sau:
- Ly hợp ma sát: là ly hợp truyền momen xoắn bằng các bề mặt ma sát, nó gồm 4 loại sau:
+ Theo hình dáng bề mặt ma sát gồm có: ly hợp ma sát loại đĩa, ly hợp ma sát loại hình nón, ly hợp ma sát loại hình trống.
Hiện nay, ly hợp ma sát loại đĩa được ứng dụng rộng rãi nhờ kết cấu đơn giản dễ chế tạo và khối lượng phần bị động nhỏ, giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm tải cho hệ truyền động Trong khi đó, ly hợp ma sát loại hình nón và hình trống ít được sử dụng hơn vì phần bị động của ly hợp có trọng lượng lớn, gây tải trọng lớn lên các cụm chi tiết của hệ thống truyền lực.
Các vật liệu chế tạo ma sát gồm các cặp ghép phổ biến như thép với gang, thép với thép, thép với hợp kim đồng, gang với hợp kim đồng và thép với cao su Ưu điểm của ly hợp ma sát là có kết cấu đơn giản và dễ chế tạo.
Nhược điểm của ly hợp ma sát là bề mặt ma sát nhanh mòn do hiện tượng trượt tương đối trong quá trình đóng ly hợp, dẫn đến giảm hiệu suất truyền lực và tuổi thọ của hệ thống truyền động Thêm vào đó, nhiều chi tiết trong ly hợp bị nung nóng do nhiệt sinh ra từ công ma sát, làm tăng nhiệt độ và có thể ảnh hưởng đến độ tin cậy và hiệu suất vận hành.
Tuy nhiên ly hợp ma sát vẫn được sử dụng phổ biến ở các ô tô hiện nay do những ưu điểm của nó.
Ly hợp thuỷ lực là loại ly hợp truyền mô-men xoắn dựa trên năng lượng chất lỏng Ưu điểm của ly hợp thuỷ lực gồm vận hành bền bỉ theo thời gian, giảm tải trọng tác động lên hệ thống truyền lực và dễ dàng tự động hoá quá trình điều khiển xe.
Nhược điểm: của ly hợp thuỷ lực là chế tạo khô, giá thành cao, hiệu suất truyền lực nhỏ do hiện tượng trượt.
Loại ly hợp thủy lực ít được sử dụng trên ô tô Hiện nay nó chỉ được trang bị ở một số loại xe du lịch, ô tô vận tải hàng nặng và một vài ô tô quân sự.
- Ly hợp điện tử: là ly hợp truyền momen xoắn nhờ vào tác dụng từ của nam châm điện, loại này ít được sử dụng trên ô tô.
- Ly hợp liên hợp: là ly hợp truyền momen xoắn bằng cách kết hợp hai trong các loại kể trên, loại này ít được sử dụng trên xe ô tô.
1.2.2.2 Phân loạu theo trạng thái làm việc của ly hợp
Theo trạng thái làm việc của ly hợp người ta chia ly hợp thành 2 loại:
- Ly hợp thường đóng: loại này được sử dụng hầu hết trên các ô tô hiện nay
- Ly hợp thường mở: loại này được sử dụng ở một số máy kéo bánh hơi như C-100; C-80; MTZ2,…
1.2.2.3 Phân loại theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép
Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép ngoài thì người ta thường chia ly hợp ra các loại sau:
- Ly hợp lò xo: là ly hợp dùng lực lò xo tạo lực nén lên đĩa ép, nó gồm các loại sau:
- Lò xo đặt xung quanh: các lò xo được bố trí đều trên một vòng tròn và có thể đặt một hoặc hai hàng.
Theo đặt điểm của lò xo có thể dùng là xo trụ, lò xo đĩa, lò xo côn.
Trong các loại ly hợp hiện có, ly hợp dùng lò xo bố trí quanh thân được áp dụng phổ biến trên ô tô ngày nay Thiết kế này có ưu điểm là kết cấu gọn nhẹ, lực ép mạnh theo yêu cầu và độ tin cậy cao.
- Ly hợp điện từ: lực ép là lực điện từ.
- Ly hợp ly tâm: là loại ly hợp dùng lực ly tâm để tạo lực ép để đóng và mở ly hợp.
Ly hợp nữa ly tâm là loại ly hợp dùng lực ép sinh ra từ lò xo và thêm lực ép ngoài từ trọng khối phụ tác động, tạo nên sự phối hợp lực ép phức tạp Kết cấu của loại ly hợp này khá phức tạp và được sử dụng ở một số ô tô du lịch như ZIN-110 và POBEDA.
1.2.2.4 Phân loại theo phương pháp dẫn động ly hợp
Theo phương pháp dẫn động ly hợp thì người ta chia ly hợp thành 2 loại sau:
Loại 1: ly hợp điều khiiển tự động.
Loại 2: ly hợp điều khiển cưỡng bức. Để điều khiển ly hợp này thì người lái phải tác động một lực, cần thiết lên hệ thống dẫn động ly hợp Loại này được sử dụng hầu hết trên các ô tô dùng ly hợp loại đĩa ma sát ở trạng thái luôn đóng
Theo đặt điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn động ly hợp thì người ta chia thành 3 loại sau:
- Dẫn động bằng cơ khí
- Dẫn động bằng thuỷ lực và cơ khí kết hợp.
Dẫn động bằng trợ lực là một giải pháp cải thiện hệ thống ly hợp, có thể sử dụng trợ lực cơ khí, trợ lực khí nén hoặc trợ lực thuỷ lực Nhờ có trợ lực, người lái có thể điều khiển ly hợp dễ dàng và nhẹ nhàng hơn, giảm mỏi và tăng độ nhạy khi vận hành xe.
Ly hợp là một trong những hệ thống chủ yếu của ô tô, khi làm việc thì ly hợp phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Truyền hết momen của động cơ mà không bi trượt ở bất cứ điều kiện sử dụng nào.
Đóng ly hợp một cách êm dịu để giảm tải trọng va đập sinh ra trên răng của hộp số khi ô tô khởi động và khi sang số lúc xe đang chuyển động Việc thao tác ly hợp nhẹ nhàng giúp bảo vệ răng hộp số, giảm mài mòn và tiếng ồn bất thường, đồng thời tạo điều kiện cho quá trình tăng tốc và sang số diễn ra trơn tru hơn Vì vậy cần điều khiển ly hợp từ từ và kết hợp với lực ga phù hợp để xe khởi động êm ái và sang số mượt mà trong suốt quá trình di chuyển.
- Mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng, tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian ngắn.
- Momen quán tính phần bị động của ly hợp phải nhỏ để giảm lực va đập lên bánh răng 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 và chăm sóc, bảo dưỡng, tuổi thọ cao.
Ly hợp làm nhiệm vụ là bộ phận an toàn để tránh quá tải cho hệ thống truyền lực.
Tất cả những yêu cầu trên, đều được đề cặp đến trong quá trình chọn vật liệu, thiết kế và tính toán các chi tiết của ly hợp.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ly hợp
1.3.1 Sơ đồ cấu tạo của ly hợp loại đĩa ma sát khô
Hình 1.4.1 Hình ảnh bộ ly hợp ma sát khô 1 đĩa
12 11 10 9 8 Hình 1.4.2 Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô một đĩa
1-bánh đà; 8-lò xo hồi vị bàn dạp;
2-đĩa ma sát; 9-đòn kéo;
5-vỏ ly hợp; 12-Đòn mở;
6-bạc mở; 13-Lò xo giảm chấn
Hình 1.5.1 Hình ảnh bộ ly hợp ma sát khô 2 đĩa
Hình 1.5.2 Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô hai đĩa
1-bánh đà; 10-trục ly hợp;
2-lò xo đĩa ép trung gian; 11-bàn đạp;
3-đĩa ép trung gian; 12-lò xo hồi vị bàn đạp ly hợp;
4-đĩa ma sát; 13-thanh kéo;
5-bulong hạn chế; 14-càng mở;
7-lò xo ép; 16-đòn mở;
8-vỏ ly hợp; 17-lò xo giảm chấn
1.3.2 Cấu tạo chung của ly hợp loại đĩa ma sát khô Đối với hệ thống ly hợp, về mặt cấu tạo thì người ta chia làm 2 bộ phận:
- Cơ cấu ly hợp: là bộ phận thực hiện việc nối và ngắt truyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực.
Dẫn động ly hợp là bộ phận chịu trách nhiệm điều khiển đóng mở ly hợp và quyết định việc truyền động lực giữa động cơ và hộp số Để hiểu rõ, ta xem xét cấu tạo của cơ cấu ly hợp gồm ba thành phần chính: bánh đà, đĩa ma sát và đĩa ép Bánh đà cung cấp sự ổn định quay và tải trọng truyền giữa động cơ và ly hợp; đĩa ma sát chịu lực tác động khi ly hợp được bóp và tiếp xúc với bánh đà để truyền moment; đĩa ép đảm nhiệm chức năng ép đĩa ma sát lên bánh đà khi đóng ly hợp, tạo liên kết quay và truyền lực tới hộp số.
Nhóm chi tiết chủ động của hệ ly hợp gồm bánh đà, vỏ ly hợp, đĩa ép, đòn mở và các lò xo ép Khi ly hợp được mở hoàn toàn, các chi tiết thuộc nhóm chủ động sẽ quay đồng bộ với bánh đà.
Nhóm chi tiết bị động của hệ thống ly hợp gồm đĩa ma sát, trục ly hợp, đòn dẫn động, càng mở ly hợp và bạc mở ly hợp; ngoài ra, tùy từng loại ly hợp mà có thể bổ sung các bộ phận dẫn động bằng thủy lực hoặc bằng khí nén như xilanh chính và xilanh công tác.
1.3.3 Nguyên lý làm việc của ly hợp đĩa ma sát khô
Theo hình 1.4.1, ở trạng thái đóng ly hợp, lò xo 4 tựa vào vỏ 5 và tì vào đĩa ép 3 để tạo lực ép chặt đĩa bị động 2 với bánh đà 1, khiến phần chủ động và phần bị động thành một khối cứng Momen động cơ được truyền từ phần chủ động sang phần bị động qua các bề mặt ma sát giữa đĩa bị động 2 và đĩa ép 3 và qua lò xo 4 Tiếp đó momen được truyền vào xương đĩa bị động qua bộ phận giảm chấn 13 đến moayơ, rồi truyền vào trục ly hợp Lúc này giữa bi T và đầu đòn mở 12 có khe hở từ 3–4 mm, tương ứng với hành trình tự do bàn đạp ly hợp từ 30–40 mm.
Khi ngắt truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số ngoài lái tác dụng một lực vào bàn đạp 7 thông qua đòn kéo 9 và càng mở 10, bạc mở 6 mang bi T 11 sẽ dịch chuyển sang trái Sau khi khắc phục hết khe hở bi T sẽ tì vào đầu đòn mở 12 Nhờ có khớp bản lề của đòn mở liên kết với vỏ 5 nên đầu kia của đòn mở 12 sẽ kéo đĩa ép 3 nén lò xo 4 lại để dịch sang phải Khi này các bề mặt ma sát giữa bộ phận chủ động và phần bị động của ly hợp được tách ra và ngắt sự truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số.
Trạng thái đóng ly hợp:
Các lò xo ép 7 một đầu tựa vào vở ly hợp 8, đầu còn lại tì vào đĩa ép 5 tạo lực ép để ép chặt toàn bộ các đĩa ma sát 4 và đĩa ép trung gian 3 với bánh đà 1 làm cho phần chủ động và phần bị động tạo thành một khối cứng Khi này momen từ động cơ được truyền từ phần chủ động sang phần bị động của ly hợp thông qua các bề mặt ma sát của các đĩa ma sát 4 và đĩa ép trung gian 3 với đĩa ép 5 và lò xo ép 7 Tiếp đó momen được truyền vào xương đĩa bị động qua bộ giảm chấn 17 đến moayơ rồi truyền vào trục ly hợp Lúc này giữa Bi T 15 và đầu đòn mở 16 có một khe hở tư 3 - 4 mm tương ứng với hành trình tự do của bàn đạp ly hợp 30 – 40 mm.
Trạng thái mở ly hợp:
Khi cần ngắt chuyển động từ động cơ tới trục số của hộp số, người lái tác dụng lực lên bàn đạp 11 thông qua đòn kéo 13 để kéo càng mở 14; bạc mở 9 và mang bi T 15 sẽ dịch chuyển sang trái Sau khi khắc phục hết khe hở bi T, hệ thống sẽ hoạt động bình thường.
Khi ly hợp được kích hoạt, đòn mở tỳ lên và kéo đĩa ép, nén lò xo để đĩa ép dịch chuyển sang phải; nhờ sự dịch chuyển này các bề mặt ma sát giữa bộ phận chủ động và phần bị động của ly hợp được tách ra, ngắt truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số.
Các bộ phận cơ bản trong ly hợp ma sát khô
1.4.1 Đĩa ép và đĩa trung gian Đĩa ép và đĩa trung gian đảm nhận nhiệm vụ tạo mặt phẳng ép với đĩa bị động Truyền mômen xoắn của động cơ tới đĩa bị động Kết cấu truyền mômen này được thực hiện bằng các vấu, chốt, thanh nối đàn hồi, được thể hiện qua hình 1.6
Trong điều kiện làm việc của ly hợp, bề mặt ma sát phải chịu nhiệt và đĩa ép cùng đĩa trung gian có nhiệm vụ hấp thụ và truyền nhiệt ra môi trường Các đĩa được chế tạo từ gang đặc và được bố trí với gân hoặc rãnh hướng tâm nhằm tăng khả năng thoát nhiệt ra ngoài Để tăng độ cứng, đĩa ép được gia công với các vấu (a, c) nằm trong rãnh của vỏ ly hợp, giúp liên kết chắc chắn Do ma sát xuất hiện tại liên kết, quá trình mở ly hợp được điều khiển dễ dàng và nhạy bén hơn.
Liên kết bằng thanh nối mỏng đàn hồi (b) đảm bảo di chuyển đĩa ép không ma sát, với một đầu thanh nối tán vào vỏ ly hợp và đầu kia bắt vào đĩa ép; phương pháp này được sử dụng rộng rãi ở ly hợp xe con và xe tải Ở ly hợp hai đĩa, liên kết có thể thực hiện nhờ chốt cố định trên bánh đà (d,e); đĩa trung gian có thể liên kết với bánh đà nhờ vấu hoặc chốt hướng tâm, chốt dọc trục (c,d,e).
Hình 1.6 Cấu tạo truyền momen giữa động cơ tới đĩa ép
1.4.2 Đĩa bị động Đĩa bị động được lắp trên then hoa trục bị động gồm: Xương đĩa (5) bằng thép mỏng, tấm ma sát (1) và bộ phận dập tắt dao động (6,10)
Xương đĩa được tán chặt với các cánh hình chữ T làm bằng thép lò xo Các cánh được bẻ vênh theo các hướng khác nhau và tán với các tấm ma sát Cấu trúc như vậy đảm bảo cho các bề mặt ma sát tiếp xúc tốt, đóng kín và ổn định liên kết, ngăn ngừa sự cong vênh khi bị nung nóng và duy trì độ cứng dọc trục của đĩa bị động.
Các tấm ma sát được cố định vào các cánh chữ "T" theo phương pháp tán độc lập và có bề mặt rãnh thông gió để thoát sản phẩm mài mòn Vật liệu tấm ma sát có nguồn gốc amiang, có hệ số ma sát cố định và khả năng chịu mài mòn cao với khả năng làm việc nhiệt độ lâu dài lên tới 2000°C và tức thời lên đến 3500°C Để ổn định hệ số ma sát và tăng khả năng truyền nhiệt, tấm ma sát có thể sử dụng phụ da thiếc (ổn định hệ số ma sát), đồng (nâng cao khả năng truyền nhiệt) và chì (giảm tốc độ mài mòn, chống xước) Tuổi thọ làm việc của tấm ma sát quyết định tuổi thọ của ly hợp, do đó vật liệu của nó ngày càng được hoàn thiện.
Hình 1.7 Sơ đồ đĩa bị động
2, 3 Các cánh xương đĩa; 10 Đệm điều chỉnh;
5 Xương đĩa; 11 Lò xo giảm chấn;
6, 9 Vòng ma sát giảm chấn; 12 Tấm ốp giữ bộ giảm chấn;
7 Chốt truyền lực; 14, 15 Đinh tán.
Hình 1.8 Sơ đồ bộ giảm chấn
Dập tắt dao động xoắn ở đĩa bị dộng bao gồm hai nhóm chi tiết cơ bản: Nhóm chi tiết đàn hồi
Biện pháp này được dùng để giảm dao động có tần số cao xuất hiện trong hệ thống truyền lực do sự kích động cưỡng bức theo chu kỳ từ động cơ hoặc mặt đường Việc giảm dao động ở tần số cao giúp cải thiện hiệu suất vận hành, giảm mòn và tăng độ ổn định của hệ thống truyền lực Điều này giúp hệ thống vận hành êm ái hơn và nâng cao tuổi thọ các thành phần liên quan đến truyền động.
Nhóm chi tiết hấp thụ năng lượng dao động
Các tấm ma sát được chế tạo từ pherado hoặc kim loại chịu mòn để tăng độ bền và hiệu suất chịu tải Cấu tạo bộ giảm chấn phong phú về thiết kế, nhưng đều bố trí để nối giữa xương đĩa bị động với moay ơ, vận hành theo nguyên tắc hấp thụ và phân tán năng lượng nhằm giảm sốc và rung động trong hệ thống.
Xương đĩa bị động được nối với đĩa trong bằng đinh tán, giúp cố định và truyền lực giữa hai cấu phần Trên đĩa trong có các cửa sổ chứa lò xo; một đầu lò xo tựa lên đĩa trong của xương đĩa, đầu kia tựa vào đĩa Mayer, tạo sự liên kết đàn hồi và cân bằng cho hệ thống.
Trạng thái (a) chưa chịu tải lò xo bị nén đẩy các tấm đệm lò xo khắc phục hết khe hở cửa sổ
Trạng thái (b): Khi xuất hiện tải hay bị dao động cộng hưởng, xương đĩa và moay ơ dịch chuyển với nhau 1 góc α chiều dài lò xo bị thu ngắn
Việc bố trí lò xo nằm trên chu vi truyền lực làm giảm độ cứng của hệ thống truyền động, từ đó nâng cao khả năng truyền êm mô men xoắn và hạn chế tải trọng động do dao động cộng hưởng gây ra Cấu hình này giúp phân bổ lực đồng đều quanh trục, giảm rung và mài mòn giữa các thành phần liên kết, đồng thời cải thiện độ ổn định và hiệu suất của toàn bộ hệ thống truyền lực.
1.4.4 Đòn mở ly hợp Đòn mở ly hợp là khâu nối giữa phần dẫn động điều khiển và phần chủ động đĩa ép ly hợp Đòn mở đảm nhận truyền lực điều khiển để mở đĩa ép trong cụm ly hợp Khi mở ly hợp lực điều khiển cần ép lò xo ép lại Kéo đĩa ép tách các bề mặt ma sát Lực điều khiển tác dụng lên đòn mở lớn, nên đòn mở thường có từ 3 chiếc trở lên, bố trí đều theo chu vi Đòn mở được liên kết với đĩa chủ động và cùng quay với vỏ ly hợp Đòn mở được chế tạo từ thép hợp kim có trọng lượng và kích thước nhỏ Tiết diện của đòn mở phụ thuộc vào không gian và phương pháp chế tạo, đúc hoặc dập Phần lớn các ly hợp lò xo đĩa xử dụng lò xo ép xẻ rãnh để tạo thành đòn mở Cấu trúc liên kết lựa được trình bày theo hình 1.9
Hình 1.9 Sơ đồ cấu tạo đòn mở ly hợp.
Phương án lựa chọn lò xo ép
Trong ly hợp ma sát, lò xo ép là thành phần có vai trò chủ đạo để tạo ra lực ép lên đĩa ép và phát sinh lực ma sát truyền động Lò xo ép luôn ở trạng thái nén để duy trì lực ép truyền lên đĩa ép Khi mở ly hợp, các lò xo ép có thể làm việc ở trạng thái tăng tải (lò xo trụ, lò xo côn) hoặc giảm tải (lò xo đĩa), tùy thiết kế và cách vận hành của hệ thống ly hợp ma sát Hiểu rõ đặc tính và trạng thái làm việc của lò xo ép giúp đánh giá hiệu suất và độ tin cậy của ly hợp.
Lò xo ép được sản xuất từ các loại thép có độ cứng cao và trải qua quá trình nhiệt luyện để đảm bảo độ cứng ổn định lâu dài trong môi trường nhiệt độ cao, từ đó tăng khả năng chịu nhiệt và bền bỉ cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi lò xo có độ bền và chịu nhiệt cao.
Kết cấu, kích thước và đặc tính của cụm ly hợp được xác định dựa trên loại lò xo ép được sử dụng Trong ly hợp ô tô thường gặp các loại lò xo trụ, lò xo côn và lò xo đĩa, và đặc tính biến dạng ở trạng thái tự do của từng loại lò xo được thể hiện qua quan hệ lực F (N) và biến dạng Δl (mm) trên đồ thị đi kèm.
F ( N) : Lực ép; Δll (mm) : độ biến dạng của lò xo.
Hình1.10 Đường đặc tính các loại lò xo ép của ly hợp a : lò xo trụ; b :lò xo côn xoắn; c : lò xo đĩa 1.5.1 Lò xo trụ
Hình 1.11 Ly hợp lò xo trụ
Lò xo trụ có đường đặc tính làm việc là đường b trên hình 1.10
Lò xo trụ được bố trí theo vòng tròn trên đĩa ép nhằm phân bổ lực và tăng tính đồng bộ của hệ thống Để định vị các lò xo và giảm biến dạng dưới tác dụng của lực ly tâm, người ta thường sử dụng các vấu, cốc và vấu lồi trên hoặc trên vỏ ly hợp Ưu điểm của phương án này là định vị lò xo một cách chính xác, hạn chế biến dạng và rung động, từ đó nâng cao độ ổn định và tuổi thọ của hệ thống.
- Kết cấu nhỏ gọn, khoảng không gian chiếm chỗ ít vì lực ép tác dụng lên đĩa ép lớn
- Đảm bảo được lực ép đều lên các bề mặt ma sát bằng cách bố trí các lò xo đối xứng với nhau và với các đòn mở
- Luôn giữ được đặc tính tuyến tính trong toàn bộ vùng làm việc - Giá thành rẻ, chế tạo đơn giản
Các lò xo thường không đảm bảo thông số đồng nhất tuyệt đối; sau một thời gian vận hành, lực ép của chúng có thể không còn đồng đều Vì vậy, chế tạo lò xo với độ chính xác cao là cần thiết để đảm bảo lực ép đồng nhất, từ đó ngăn đĩa ma sát bị mòn không đều và dễ cong vênh.
Lò xo côn có đường đặc tính làm việc là đường a trên hình 1,10 Ưu điểm:
- Lực ép lên lò xo lớn, nên thường được dùng trên ôtô có mômen của động cơ trên 500 Nm
- Có thể giảm được không gian của kết cấu do lò xo có thể ép đến khi lò xo nằm trên một mặt phẳng
- Khoảng không gian ở gần trục ly hợp sẽ chật và khó bố trí bạc mở ly hợp.
- Dùng lò xo côn thì áp suất lò xo tác dụng lê n đĩa ép phải qua các đòn ép do đó việc điều chỉnh ly hợp sẽ phức tạp
Lò xo côn có đặc tính tuyến tính ở vùng làm việc nhỏ, nhưng khi các vòng lò xo bắt đầu chồng lên nhau thì độ cứng tăng lên rất nhanh; sự tăng cứng này đòi hỏi lực ngắt ly hợp lớn để tách ly hợp khỏi trục Trong quá trình vận hành, khi đĩa ma sát bị mòn, lực ép của lò xo sẽ giảm nhanh, làm giảm hiệu quả ép ly hợp và ảnh hưởng đến độ bền của hệ truyền động.
Lò xo đĩa có đường đặc tính làm việc là đường c trên hình 1.10 Ưu điểm:
- Lò xo đĩa làm luôn nhiệm vụ của đòn mở nên kết cấu đơn giản và nhỏ gọn
Lò xo đĩa có đặc tính làm việc hợp lý, vì trong vùng làm việc lực ép thay đổi theo biến dạng nhưng ở mức không đáng kể Do vậy lực ngắt ly hợp không đòi hỏi quá lớn, và khi đĩa ma sát bị mòn thì lực ép thay đổi không đáng kể.
- Việc chế tạo khó khăn
- Chỉ tạo được lực ép nhỏ nên không phù hợp với các loại xe tải trọng lớn,chủ yếu dùng trên xe con.
Qua việc tham khảo các loại lò xo ép trên ly hợp xe con, ta nhận thấy mỗi loại có ưu điểm riêng về độ đàn hồi, hành trình và độ bền khi làm việc ở tải trọng và nhiệt độ cao Lò xo ép dạng đĩa dạng thường đóng, với thiết kế gọn nhẹ và phân bổ lực đồng đều, nổi bật nhờ khả năng duy trì lực ổn định và giảm rung động cho hệ truyền động Vì thế, để tối ưu hiệu suất và độ tin cậy của ly hợp trên xe con, ta nên chọn lò xo ép là lò xo dạng đĩa dạng thường đóng, phù hợp với yêu cầu vận hành và chi phí bảo dưỡng hợp lý.
1.6 Lựa chọn kết cấu cụm ly hợp
1.6.1 Kết cấu ly hợp 1 đĩa ma sát
1.6.1.1 Kết cấu ly hợp lắp trên xe ZIN-130
Ly hợp lắp trên xe ZIN-130 là ly hợp một đĩa ma sát khô ( hình 1.14 ).
Đĩa ép 3 bị ép bởi lò xo ép 8 bố trí quanh vỏ ly hợp 9, tạo lực ép lên đĩa ma sát khi ly hợp hoạt động Vỏ ly hợp được lắp ghép với bánh đà 2 nhờ các bulông 23, đảm bảo sự liên kết chắc chắn giữa hai thành phần chủ chốt của hệ thống ly hợp Đĩa ép 3 và vỏ ly hợp 9 liên kết với nhau bằng lò xo lá 4; mỗi lò xo lá có một đầu tán cố định với vỏ ly hợp bằng đinh tán và đầu còn lại được lắp cố định với đĩa ép 3 bằng các bulông, cho phép truyền lực và sự chuyển động giữa đĩa ép và vỏ ly hợp một cách đồng bộ.
Do đó, sự liên kết cứng giữa đĩa ép và vỏ ly hợp (vỏ trong) được tạo bằng phương pháp tuyến (spline) nhằm truyền mômen xoắn một cách ổn định và đồng thời cho phép đĩa ép di chuyển dọc trục khi mở và đóng ly hợp.
- Đĩa bị động của ly hợp trên xe ZIN-130:
Xương đĩa bị động được chế tạo bằng thép và có rãnh gia công để tăng độ bền liên kết Đĩa ma sát được ghép với xương đĩa bị động bằng đinh tán thép, đảm bảo liên kết chắc chắn giữa hai thành phần Bộ giảm chấn gồm 8 lò xo giảm chấn được bố trí đều quanh tấm ma sát, giúp hấp thụ rung động và ổn định hoạt động Xương đĩa bị động được ghép chặt với moayơ đĩa bị động bằng đinh tán thép, tăng tính đồng bộ của cơ cấu Tất cả đinh tán đều được chế tạo bằng thép, nâng cao độ bền và tuổi thọ của hệ thống ly hợp.
Đòn mở ly hợp 16 (hình 1.14) gồm 4 chiếc được chế tạo bằng thép; mỗi đòn mở có đầu ngoài liên kết khớp bản lề với đĩa ép 3 qua các ổ bi kim, phần giữa đòn liên kết bản lề với càng nối qua ổ bi kim, và càng nối gối tựa lên vỏ ly hợp bằng đai ốc hình chỏm cầu, các đai ốc này được ép vào vỏ ly hợp bằng đệm đàn hồi, mỗi đệm đàn hồi được cố định vào vỏ ly hợp bằng hai bu lông nhỏ Nhờ mối liên kết như vậy mà càng nối có thể chuyển động xoay để tạo ra tâm quay thay đổi ở giữa đòn mở ly hợp, cần thiết cho sự di chuyển của đĩa ép khi mở và đóng ly hợp Đai ốc chỏm cầu còn có tác dụng điều chỉnh đầu đòn mở để các đòn mở cùng nằm trong mặt phẳng song song với mặt phẳng của đĩa ép.
Hình 1.14 Ly hợp lắp trên xe ZIN-130
2 Bánh đà; 17 vỏ ly hợp;
3 Đĩa ép; 18 ECU điều chỉnh;
4 Tấm thép truyền lực; 19 Đế tựa của bulông điều chỉnh;
5 Bao của lò xo; 20 Chốt;
6 Bulông bắt chặt lò xo; 21 Nắp của cácte ly hợp;
7 Cácte bộ ly hợp; 23 Bulông bắt chặt vỏ ly hợp;
8 Lò xo ép; 24 Chốt chẻ;
9 Vỏ trong ly hợp; 25 Vành răng bánh đà;
10 Đệm cách nhiệt; 26 Đĩa ma sát;
13 Lò xo trả về khớp nối; 28 Nút;
14 Bạc dẫn hướng của khớp nối; 29 Trục ly hợp;
15 Càng mở ly hợp; 30 Ổ bi trước của trục ly hợp.
Bạc mở ly hợp gồm ổ bi tỳ 11 và bạc trượt (hình 1.6) Trong ổ bi tỳ có đủ lượng mỡ dự trữ để bôi trơn suốt quá trình sử dụng mà không cần bổ sung thêm, chỉ thay thế và bổ sung khi ly hợp được tháo ra để sửa chữa lớn.
Lò xo hồi vị bạc mở ly hợp 13 được thiết kế để duy trì khe hở giữa bạc mở và đầu đòn mở, đảm bảo ly hợp luôn đóng hoàn toàn Khi ly hợp được đóng, lò xo hồi vị giúp bạc mở nhanh chóng tách khỏi đầu đòn mở, tăng tính ổn định và an toàn cho hệ thống ly hợp.
1.6.1.2 Kết cấu ly hợp lắp trên xe ZIN-53
Ly hợp lắp trên xe AZ-53 là ly hợp một đĩa ma sát khô ( hình 1.15 ).
Bộ phận chủ động của ly hợp gồm bánh đà 1 bắt với vỏ trong ly hợp 13, vỏ trong quay đồng bộ với bánh đà Vỏ 13 có khoang để giữ các lò xo ép 14 hình trụ đặt xung quanh Đĩa ép được chế tạo bằng gang, mặt ngoài có các vấu lồi để giữ các lò xo ép.
Lựa chọn phương án dẫn động điều khiển ly hợp
1.7.1 Phương án 1 Dẫn động ly hợp bằng cơ khí Đây là hệ thống dẫn động điều khiển ly hợp bằng các đòn, khớp nối và được lắp theo nguyên lý đòn bẩy Loại dẫn động điều khiển ly hợp đơn thuần này có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và có độ tin cậy làm việc cao Hệ thống dẫn động này được sử dụng phổ biến ở các ôtô quân sự như xe ZIN-130, ZIN-131,
Nhược điểm: cơ bản của hệ thống dẫn động này là: yêu cầu lực tác động
Hình 1.17 Sơ đồ hệ thống dẫn động ly hợp bằng cơ khí
1 Bạc mở ; 2 Càng mở ly hợp
3 Cần ngắt ly hợp ; 4 Cần của trục bàn đạp ly hợp
5 Thanh kéo của ly hợp ; 6 Lò xo hồi vị
Khi người lái tác dụng lực Q lên bàn đạp ly hợp, bàn đạp quay quanh tâm O1 và kéo thanh kéo của ly hợp 5 sang phải (theo chiều mũi tên) Việc này làm cho cần ngắt ly hợp 3 và càng mở ly hợp 2 quay quanh O2 Đồng thời, gạt bạc mở 1 dịch chuyển sang trái (theo chiều mũi tên), tác động vào đầu đòn mở của ly hợp và kéo đĩa ép tách ra khỏi đĩa ma sát.
Khi người lái nhả bàn đạp 8, dưới tác dụng của lò xo hồi vị 6, bàn đạp trở về vị trí ban đầu và duy trì khe hở δ giữa bạc mở và đầu đòn mở Nhờ các lò xo ép, đĩa ép được ép tiếp xúc với đĩa ma sát để ly hợp được đóng lại.
Hành trình toàn bộ của bàn đạp ly hợp thường dao động khoảng 130–150 mm Trong quá trình làm việc, hiện tượng trượt tương đối giữa các bề mặt ma sát khiến đĩa ma sát bị mòn, dẫn tới giảm hành trình tự do của bàn đạp ly hợp Khi mức mòn bề mặt ma sát đạt tới ngưỡng nhất định, hành trình tự do giảm xuống ở mức tối đa và không còn cảm giác khi người lái bóp bàn đạp, đồng thời có thể gây hiện tượng tự ngắt ly hợp Ngược lại, nếu hành trình tự do quá lớn, người lái đạp bàn đạp hết hành trình mà ly hợp vẫn chưa mở hoàn toàn, gây trượt ma sát giữa các bề mặt và mòn nhanh các bề mặt ma sát.
Trong hai trường hợp nêu trên đều không có lợi, vì vậy cần điều chỉnh hành trình tự do của bàn đạp ly hợp trong một phạm vi cho phép để đảm bảo vận hành ổn định và an toàn Ưu điểm của cơ cấu này là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, có độ tin cậy làm việc cao, và dễ tháo lắp cũng như sửa chữa khi cần.
Nhược điểm của hệ thống này là kết cấu phụ thuộc vào vị trí đặt ly hợp, khiến thiết kế và bố trí các bộ phận bị hạn chế Người dùng phải tác dụng lực khá lớn lên bàn đạp ly hợp để điều khiển, gây mỏi và khó chịu khi vận hành trong thời gian dài Thêm vào đó, hiệu suất truyền lực của hệ thống này không cao, làm giảm hiệu quả truyền động và tiêu hao năng lượng khi vận hành xe.
1.7.2 Phương án 2 Dẫn động ly hợp bằng thủy lực Đây là hệ thống dẫn động điều khiển ly hợp bằng cách dùng áp lực của chất lỏng (dầu) trong các xilanh chính và xilanh công tác.
Hình 1.18.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động ly hợp bằng thủy lực
1 Bàn đạp ly hợp ; 2 Lò xo hồi vị
3 Xilanh chính ; 4 Piston xilanh chính
5 Đường ống dẫn dầu ; 6 Xilanh công tác
7 Càng mở ly hợp ; 8 Bạc mở ly hợp
12 11 10 9 8 7 a Lỗ cung cấp dầu b Lỗ điều hòa
Hình 1.18.2 Sơ đồ cấu tạo xilanh chính của dẫn động ly hợp bằng thủy lực
1 Xilanh ; 2 Bình chứa dầu ; 3 Nút đổ dầu vào
4 Tấm chắn dầu ; 5 Piston ; 6 Cần piston
7 Lá thép mỏng hình sao ; 8 Phớt làm kín
9 Lò xo hồi vị piston ; 10 Van một chiều
11 Lò xo van một chiều ; 12 Van hồi dầu
Người lái tác dụng lực Q lên bàn đạp ly hợp 1, nhờ thanh đẩy đẩy piston 4 của xilanh chính 3 sang trái và bịt lỗ bù dầu b, làm dầu trong khoang D bị nén lại Khi áp lực dầu trong khoang D vượt quá lực ép của lò xo van một chiều 11 ở van một chiều 10, van một chiều mở ra Lúc này dầu từ khoang D theo đường ống dẫn dầu 5 vào xilanh công tác 6 đẩy piston sang phải, làm cho càng mở ly hợp 7 quay quanh O, đồng thời đẩy bạc mở 8 sang trái Bạc mở tác động nên đầu dưới của đòn mở ly hợp tách đĩa ép ra khỏi bề mặt ma sát, và ly hợp được mở.
Khi người thả bàn đạp ly hợp, nhờ tác dụng của lò xo hồi vị 2 và lò xo ép, các piston của xilanh chính và xilanh công tác từ từ trở về vị trí ban đầu Lúc này dầu từ xilanh công tác 6 đi qua đường ống dẫn dầu 5 và van hồi dầu 12 để vào khoang D.
Khi người lái nhả nhanh bàn đạp ly hợp, do sức cản của đường ống và của van hồi dầu 12, dầu từ xilanh công tác 6 không kịp hồi về điền đầy vào khoang D Điều này làm khoang D bị hạ áp, tạo ra độ chân không và hút dầu từ các khoang khác về khoang D để cân bằng áp lực, từ đó ảnh hưởng đến chu trình cấp dầu và sự đóng mở của ly hợp trong hệ thống ly hợp thủy lực.
Dầu được cấp từ lỗ cung cấp dầu A vào khoang E, sau đó qua lỗ nhỏ ở mặt đầu piston để ép phớt cao su 8 và chảy sang khoang D, bổ sung dầu cho khoang D nhằm ngăn hiện tượng lọt khí khi khoang D ở trạng thái chân không Khi dầu đã vượt qua được sức cản của đường ống và van hồi dầu 12 để quay về khoang D, lượng dầu dư từ khoang D theo lỗ bù dầu B trở về khoang C, đảm bảo cho ly hợp đóng hoàn toàn.
Lỗ bù dầu b có tác dụng điều hòa dầu khi nhiệt độ cao; khi nhiệt độ cao, dầu trong khoang D nở ra khiến áp suất dầu tăng lên, dầu qua lỗ bù dầu b về khoang C, giúp khắc phục hiện tượng tự mở ly hợp Ưu điểm của hệ thống là kết cấu gọn, bố trí hệ thống dẫn động thủy lực đơn giản và thuận tiện, có thể đảm bảo đóng ly hợp êm dịu hơn so với hệ thống dẫn động ly hợp bằng cơ khí Ống dẫn dầu không có biến dạng lớn, nên hệ thống dẫn động thủy lực có độ cứng cao; đồng thời hệ thống dẫn động bằng thủy lực có thể dùng để đóng mở hai ly hợp.
Nhược điểm nổi bật của hệ thống dẫn động bằng thủy lực là không phù hợp với các xe có máy nén khí, do sự bất tương thích về áp suất và đặc tính vận hành Thêm vào đó, hệ thống dẫn động ly hợp bằng thủy lực yêu cầu độ chính xác cao để đảm bảo đóng mở ly hợp mượt mà và an toàn, đồng thời tối ưu hóa hiệu suất vận hành của cả hệ thống truyền động.
1.7.3 Phương án 3 Dẫn động ly hợp bằng cơ khí có cường hóa khí nén Đây là hệ thống dẫn động điều khiển ly hợp bằng các thanh đòn, khớp nối.Đồng thời kết hợp với lực đẩy của khí nén.
Hình 1.19 Sơ đồ hệ thống dẫn động ly hợp bằng cơ khí có cường hóa khí nén
1 Bàn đạp ly hợp ; 3; 5 Thanh kéo
2; 4;7; 8; 18 Đòn dẫn động ; 6 Lò xo hồi vị
9 Mặt bích của xilanh phân phối ; 10 Thân van phân phối
11 Đường dẫn khí nén vào ; 12 Phớt van phân phối
13 Đường dẫn khí nén ; 14 Piston van phân phối
15 Cần piston ; 16 Càng mở ly hợp
17 Xilanh công tác ; 19 Bạc mở ly hợp
Khi người lái tác dụng một lực Q lên bàn đạp ly hợp, đòn dẫn động 2 quay quanh O1 nhờ thanh kéo 3, làm đòn 4 quay quanh O2 và qua thanh kéo 5 làm đòn dẫn động 7 quay quanh O3 Nhờ có đòn dẫn động 8 cùng với mặt bích của xilanh phân phối 9 và đẩy thân van phân phối 10 sang phải theo hướng mũi tên, mặt phải của thân van phân phối chạm vào đai ốc hạn chế hành trình nắp trên cần piston 15, làm cho càng mở ly hợp 16 quay quanh trục của nó.
Giới thiệu xe Toyota 2016
Innova là dòng xe đa dụng hạng trung của Toyota, luôn nằm trong tốp bán chạy suốt nhiều năm nhờ khả năng vận hành ổn định, thiết kế thanh lịch, nội thất sang trọng cùng hệ thống an toàn chuẩn mực Phiên bản Innova 2016 thế hệ mới có kích thước tổng thể 4.735 x 1.830 x 1.795 mm, chiều dài cơ sở 2.750 mm, dài hơn bản hiện tại 180 mm, rộng thêm 60 mm, cao thêm 45 mm nhưng vẫn giữ nguyên trục cơ sở Xe được trang bị động cơ xăng VVT-i 2.0L cho công suất 102 kW tại 5.600 vòng/phút và mô-men xoắn cực đại 183 Nm ở 4.000 vòng/phút, kết hợp với hệ truyền động có thể là hộp số sàn 5 cấp hoặc hộp số tự động 6 cấp Lý hợp trên xe là loại ma sát khô 1 đĩa, dẫn động thủy lực Hộp số đi kèm là loại cơ khí có 5 cấp tiến và 1 cấp lùi Lốp bản G, V sử dụng 205/65 R16, trong khi bản cao cấp Q dùng 215/65 R17 với lưới tản nhiệt hai thanh ngang mạ chrome Hệ thống treo trước là tay đòn kép, lò xo cuộn và thanh cân bằng; treo sau dạng liên kết 4 điểm, lò xo và tay đòn bên Phanh trước đĩa thông gió, phanh sau tang trống.
Trang bị ngoại thất của xe tập trung vào đèn pha projector LED và đèn hậu LED hình boomerang, với hai phiên bản G và V sử dụng mâm hợp kim 16 inch trong khi phiên bản Q dùng mâm hợp kim 17 inch, kèm theo 6 màu ngoại thất để người dùng có sự lựa chọn phong phú.
Giống như ngoại thất, nội thất của Innova 2016 được cải tiến đáng kể với khả năng kết nối Bluetooth tiện lợi Toàn bộ các bản của Innova 2016 đều được trang bị hệ thống chống trộm, cảnh báo khi cửa chưa đóng chặt, cảm biến lùi và các công nghệ an toàn như ABS và EBD, cùng với túi khí đôi phía trước và túi khí đầu gối Bản Q bổ sung túi khí cạnh bên và có thêm hai hệ thống cân bằng điện tử VSC và HAC hỗ trợ khởi hành ngang dốc.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ LY HỢP
Các thông số kỹ thuật của xe Toyota Innova 2016 (Bản G)
3 Chiều rộng cơ sở ( trước và sau) 1540 x 1540
7 Động cơ 4 xylanh thẳng hàng, 16 van, cam kép với VVT-i
9 Moment xoắn cực đại M e max
11 Tỉ số truyền hộp số Tay số 1: 4,12
12 Tỉ số truyền lực chính 4,53
14 Ly hợp Lò xo màng, dẫn động thủy lực có trợ lực chân không
Tính toán thiết kế ly hợp
2.2.1 Xác định moment ma sát của ly hợp
Ly hợp được thiết kế để truyền toàn bộ mômen xoắn của động cơ và đồng thời bảo vệ hệ thống truyền lực khỏi quá tải Để đáp ứng hai yêu cầu này, mômen ma sát của ly hợp được xác định bằng một công thức tính toán đặc thù, nhằm đảm bảo việc truyền lực diễn ra mượt mà, liên tục và an toàn cho cả hệ thống.
M e max : là moment xoắn cực đại của động cơ
M c : là moment ma sát của ly hợp β : là hệ số dự trữ của ly hợp ( β >1 ¿
Nếu chọn β nhỏ thì không đảm bảo truyền hết moment Nếu chọn β quá lớn thì ly hợp không làm nhiệm vụ của cơ cấu an toàn.
Thường lấy với ô tô du lịch: β=1,3 ÷ 1,5
Thường lấy với ô tô tải không rơ-mooc: β=1,3 ÷ 1,5
Thường lấy với ô tô tải kéo có rơ-mooc: β=1,3 ÷ 1,5
Xe Toyota Innova 2016 là xe ô tô du lịch => ta chọn β =1,5
2.2.2 Xác định bán kính ma sát trung bình của đĩa bị động
Moment ma sát của ly hợp được xác định theo công thức:
P Σ : Lực ép lên các đĩa ma sát μ : Hệ số ma sát của đĩa ma sát i : Số đôi của bề mặt ma sát
R tb : Bán kính trung bình của đĩa ma sát
R 1 : Bán kính ngoài của đĩa bị động
R 2 : Bán kính trong của đĩa bị động
= 274,5 I01,786 ( N ) ≈ 4902 N Đường kính vòng ngòai của đĩa ma sát được tính:
D 2 : Đường kính vòng ngoài của đĩa ma sát
C : Hệ số kinh nghiệm Đối với xe ô tô du lịch C =4,7
Bán kính vòng ngoài của đĩa ma sát:
Bán kính vòng trong của đĩa ma sát:
Chọn bán kính vòng trong của đĩa ma sát R 1 ` mm
Bán kính trung bình đĩa ma sát:
2.2.3 Xác định áp suất tác dụng lên bề mặt ma sát
Moment ma sát của ly hợp được tính theo công thức:
Trong đó: μ : là hệ số ma sát của đĩa ma sát
P Σ : là lực ép lên các đĩa ma sát
R tb : là bán kính trung bình của đĩa ma sát i : là số đôi bề mặt ma sát ( i=2 ) i= β M e max π R tb 2 b μ [q ] = 1,5.183 10 −3
=> Vậy: ta chọn i=2 hay xe có 1 đĩa ma sát.
Trong đó: Đối với nguyên liệu của các bề mặt ma sát: thép với phêrađô ta có: Áp suất cho phép [ q]=(100 ÷ 250 )KN / m 2 Chọn [ q]%0 KN / m 2
Trong thiết kế ly hợp, hệ số ma sát khô μ nằm trong khoảng 0,25 đến 0,35 và được chọn μ = 0,35 để đảm bảo hiệu suất truyền động ổn định Áp suất tác dụng lên bề mặt ma sát q là một trong những tham số chính để đánh giá chế độ làm việc của ly hợp, được tính bằng q = β · Me_max · π · R_tb^2 · b · μ · i Các tham số β, Me_max, R_tb, b và i, cùng với μ, quyết định mức độ truyền lực và điều kiện làm việc của ly hợp Việc nắm bắt quan hệ này giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ truyền động và đạt hiệu suất mong muốn.
Trong đó: b : là bề rộng đĩa ma sát gắn lên đĩa bị động b= R 2 − R 1 0−60@ mm Áp suất cho phép [ q]%0 KN / m 2
Hệ số ma sát khô μ= 0,35
=> Vậy bề mặt ma sát đủ điều kiện bền.
2.2.4 Xác định công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp.
Ta tính công trượt sinh ra theo cách thức nhả bàn đạp ga từ từ
Cách tính này tính đến quá trình diễn biến tực tế khi đóng ly hợp gồm 2 giai đoạn:
- Tăng moment quay của ly hợp M 1 từ giá trị 0 đến giá trị M a khi bắt đầu đóng ly hợp, lúc này ô tô bắt đầu khởi động tại chỗ.
- Tăng moment quay của ly hợp M 1 dến giá trị mà sự trượt của ly hợp không còn nữa.
Hình2.1 sơ đồ tính công trượt của ly hợp
Công trượt ở giai đoạn đầu L 1 xác định như sau:
Công trượt ở giai đoạn thứ hai L 2 xác định theo công thức sau:
Công trượt được xác định theo công thức sau:
- M a : là moment cản chuyển động quy dẫn về trục của ly hợp và được tính theo công thức:
G : trọng lượng toàn bộ của ô tô (Kg) ( G#30 Kg )
G m : trọng lượng romooc của ô tô(Kg) ( G m =0 Kg ¿
K là hệ số cản không khí (khi tốc độ nhỏ thì KF v^2 ≈ 0) i0, ih, if lần lượt là tỉ số truyền của hệ thống truyền lực chính, của hộp số và của hộp số phụ ψ là hệ số cản tổng cộng của mặt đường, được tính bằng ψ = f + tan(α).
Với f : là hệ số cản lăn f =0,02 α : là góc dốc của đường α =0 0
Khi tính toán ta có thể chọn: ψ= 0,02 r b ( mm) : là bán kính làm việc của bánh xe (205/65R16)
B 5 mm d= 16inch 25,4 mm r b = λ ( B (inch )+ d (inch 2 ) ) 25,4 r b = λ ( B + d 2 ) = 0,935.(205+ 16
2 25,4)81,7 mm=0,382 m λ : là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp
Chọn loại lốp áp suất thấp => λ=0,935 η nl : là hiệu suất của hệ thống truyền lực => chọn η nl =0,9
- μ m : là tốc độ góc của động cơ lấy tương ứng với moment cực đại của động cơ (rad/s) μ m = π n e max
- μ a : là tốc độ góc của trục ly hợp.
Khi bắt đầu khởi hành xe đứng yên tại chỗ nên μ a =0(rad / s)
- J a : là moment quán tính của ô tô quy dẫn về trục của ly hợp(KG.m.s 2 ) và được xác định theo công thức:
Với: g : là gia tốc trọng trường ( g= 9,81 m/ s 2 )
- t 1 : thời gian đóng ly hợp giai đoạn đầu đucợ xác định theo: t 1 = M a k = 10,6
- t 2 : thời gian đóng ly hợp ở giai đoạn hai, được xác định bằng công thức: t 2 = A
k là hệ số tỉ lệ thể hiện nhịp độ tăng moment M1 khi đóng ly hợp, được xác định bằng thực nghiệm Đối với ô tô du lịch, giá trị k nằm trong khoảng 0–150 Nm/s, còn đối với ô tô tải, khoảng 0–750 Nm/s.
A : là biểu thức rút gọn được tính theo công thức:
2.2.5 Công trượt riêng của ly hợp. Để đánh giá hao mòn của đĩa ma sát phải xác định công trượt riêng theo công thức: l 0 = L
L : là công trượt của ly hợp L= 9442,569 KG m
F : là diện tích bề mặt ma sát
F =π ( R 1 2 + R 2 2 )=π (6 2 + 10 2 )B7,257 c m 2 i : là số đôi bề mặt ma sát (1 đĩa ma sát chọn i=2 )
Công trượt riêng cho phép được xác định trên ô tô
Trên ô tô con [ l 0 ]=(1000÷ 1200) KJ => Chọn [l 0 ]00 KJ
Với l 0 05 KJ Thỏa mãn điều kiện cho phép.
2.2.6 Kiểm tra theo nhiệt độ của các chi tiết.
Công trượt sinh ra nhiệt làm nóng các chi tiết như lò xo và đĩa ép, khiến nhiệt độ của bộ phận tăng lên khi máy làm việc Do đó cần kiểm tra nhiệt độ của các chi tiết bằng cách xác định độ gia tăng nhiệt độ theo công thức tính nhiệt độ gia tăng, để nhận diện mức quá nhiệt, điều chỉnh tham số vận hành và đảm bảo an toàn, độ bền và hiệu suất của hệ thống Việc theo dõi nhiệt độ và tính toán độ gia tăng nhiệt là bước quan trọng trong quản lý bền vững của hệ thống cơ khí.
- T : nhiệt độ chi tiết tính toán
- y : hệ số xác định phần công trượt dùng nung nóng chi tiết cần tính đối với đĩa ép ngoài y= 1
Với: n : là số lượng đia bị động ( n=1 )
- C : nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng CP0 J / KG độ
- m t : khối lượng chi tiết bị nung nóng. m t ≥ y L
Vậy ta chọn m t =0,95 kG m t =π ( R 2 2 −R 1 2 ) δ ρ ¿ π (10 2 −6 2 ).0,7 7,8 ×10 −3 ¿ 1,1 KG
Với: δ : độ dày tấm ma sát ( chọn δ=7 mm=0,7cm ¿
- G t : trọng lượng chi tiết bị nung nóng.
- [ T ] : độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết Đối với ô tô con [T ]=( 8÷ 10) 0 C => Chọn [ T ] 0 C
Tính toán sức bền một số chi tiết ly hợp
2.3.1 Tính toán bền đĩa bị động.
2.3.1.1 Tính toán bền đinh tán. Đĩa bị động gồm các tấm ma sát và xương đĩa được ghép với nhau bằng đinh tán, xương đĩa lại được ghép với moay ơ đĩa bị động bằng đinh tán Xương đĩa bị động thường được chế tạo từ thép 65 nhiệt luyện bằng cách tôi thể tích hoặc thép 20 tôi tấm Đĩa bị động được kiểm bền cho hai chi tiết là đinh tán và moay ơ. Đinh tán được kiểm bền theo ứng suất chèn dập và ứng suất cắt, có hai loại đinh tán cần được kiểm tra là đinh tán dùng để tán các tấm ma sát với xương đĩa và đinh tán dùng để ghép xương đĩa với moay ơ đĩa bị động.
Hinh2.2 Sơ đồ đĩa bị động
Đinh tán được dùng để liên kết các tấm ma sát với xương đĩa, thường được chế tạo bằng đồng hoặc nhôm và có đường kính từ 4 đến 6 mm Đinh tán được bố trí theo vòng tròn với nhiều dãy, thông thường hai dãy, nhằm tăng độ bền liên kết và phân bổ lực đồng đều.
Hình 2.3 Sơ đồ bố trí đinh tán
Giả sử lực tác dụng lên đinh tán tỷ lệ thuận với bán kính vòng tròn bố trí đinh tán, ta có thể xác định lực tác dụng lên từng đinh tán theo công thức F_i = k r_i, trong đó r_i là bán kính từ tâm vòng tròn đến vị trí đinh tán thứ i và k là hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào điều kiện tải và đặc tính vật liệu Như vậy lực tổng tác dụng lên nhóm đinh tán là F_total = ∑ F_i = k ∑ r_i, và mối quan hệ này cho phép phân tích phân bố lực và thiết kế cấu kiện đinh tán sao cho ứng suất và biến dạng từ lực tác dụng được kiểm soát.
F 1 , F 2 : lực tác dugj lên đinh tán trong và ngoài có bán kính lần lượt là r 1 và r 2
M e max : momen lớn nhất của động cơ M e max 3 Nm r 1 , r 2 : bán kính vòng ngoài và vòng trong của đinh tán.
Tham khảo số liệu của các xe tương đương ta lấy : r 1 mm=0,09 m r 2 0 mm= 0,11 m
2.(0,09 2 +0,11 2 ) = 498,267 N I,828 KG Ứng suất cắt và chèn dập đối với đinh tán: τ c = F n π d 2
≤ [τ c ] KG /cm 2 σ cd = F n l d ≤[ σ cd ] KG / cm 2
Trong đó: τ c : ứng suất cắt của đinh tán ở từng dãy. σ cd : ứng suất chèn dập của đinh tán ở từng dãy.
F : lực tác dụng lên đinh tán ở từng dãy. n : số lượng đinh tán ở mỗi dãy.
Vòng ngoài n 2 đinh. d : đường kính đinh tán Chọn d =5 mm=0,5 cm l : chiều dài bị chèn dập của đinh tán. l= 1
[ τ c ] : ứng suất cho phép của đinh tán [ τ c ]0 MN /m 2 00 KG / cm 2
[ σ cd ]: ứng suất chèn dập cho phép của đinh tán [ σ cd ] MN / m 2 ¿ 800 KG / cm 2
- Ứng suất cắt và chèn dập đối với đinh tán vòng trong: τ c1 = F 1 n 1 π d 2
Qua đó ta thấy: Ứng suất cắt đinh tán vòng trong: τ c1 ≤ [ τ c ](12,977< 300) KG /cm 2 => Thỏa mãn Ứng suất chèn dập đinh tán vòng trong: σ cd1 ≤[ σ cd ](25,479< 800) KG/cm 2 => Thỏa mãn
Vậy đảm bảo độ bền cho phép
- Ứng suất cắt và chèn dập đối với đinh tán vòng ngoài: τ c2 = F 2 n 2 π d 2
Qua đó ta thấy: Ứng suất cắt đinh tán vòng ngoài: τ c2 ≤ [ τ c ](15,861< 300) KG / cm 2 => Thỏa mãn Ứng suất chèn dập đinh tán vòng ngoài: σ cd2 ≤[ σ cd ](31,143< 800) KG/cm 2 => Thỏa mãn
Vậy đảm bảo độ bền cho phép
2.3.1.2 Tính toán bền moay ơ bị động
Hình 2.4 Moay ơ đĩa bị động
Chiều dài của moay-ơ đĩa bị động được thiết kế tương đối lớn nhằm giảm độ đảo của đĩa bị động Moay-ơ được ghép với xương đĩa bị động bằng đinh tán và lắp lên trục bằng then hoa, đảm bảo liên kết chắc chắn và truyền động ổn định.
Chiều dài moay ơ thường được chọn bằng đường kính ngoài của then hoa trục ly hợp Kh điều kiện việc nặng nhọc thì chọn:
D : đường kính ngoài của then hoa trục ly hợp.
Khi làm việc, bộ phận chịu ứng suất cắt và ứng suất chèn dập được xác định theo hai công thức sau: τ_c = 4·M_e,max·z1·z2·L·b·(D+d) ≤ [τ_c] kg/cm^2; σ_cd = 8·M_e,max·z1·z2·L·b·(D^2+d^2) ≤ [σ_cd] kg/cm^2.
M e max : momen xoắn cực đại của động cơ M e max 3 Nm ¿ 18,3 KGm z 1 : số lượng moay ơ riêng biệt z 1 =1 z 2 : số then hoa của moay ơ z 2
L : chiều dài moay ơ L=1,4 D=1,4 40V mm=5,6cm
D : đường kính ngoài của then hoa D= 40 mm= 4 cm d : đường kính trong của then hoa d= 32mm=3,2 cm b : bề rộng của then hoa b=5 mm=0,5 cm
[ τ c ]: ứng suất cắt cho phép của moay ơ [ τ c ] MN / cm 2 ¿ 100 KG /cm 2
[ σ cd ]: ứng suất chèn dập cho phép của moay ơ [ σ cd ] MN / cm 2 ¿ 200 KG / cm 2 τ c = 4 M e max z 1 z 2 L b ( D + d ) = 4 18,3.100
Qua đó ta thấy: Ứng suất cắt moay ơ: τ c ≤ [τ c ](36,31 Thỏa mãn Ứng suất chèn dập moay ơ: σ cd ≤[ σ cd ](19,926< 200) KG /cm 2 => Thỏa mãn
Vậy moay ơ bị động đủ điều kiện bền
Lò xo ép dùng trong ly hợp thường là lò xo trụ, lò xo côn, lò xo đĩa.
Cơ cấu ép được dùng để tạo lực ép cho đĩa ép của ly hợp thường đóng xe con là lò xo đĩa kiểu nón cụt nhờ đó nó có nhiều ưu điểm nổi bật hơn hẳn kiểu lò xo trụ.
Xét quan hệ biến dạng và lực ép ta có:
F ( N) : Lực ép; Δll (mm) : độ biến dạng của lò xo. a : lò xo trụ; b :lò xo côn xoắn; c : lò xo đĩa
Khi tác dụng lực vào lò xo đĩa thì ban đầu cần một lực lớn hơn tác dụng vào lò xo trụ cho cùng một biến dạng, sau đó khi biến dạng tăng lên thì lò xo màng đảm bảo cho lực điều khiển người lái nhẹ đi Sơ đồ tính toán lò xo đĩa được thể hiện trên hình:
Hình 2.6 Sơ đồ tính toán lò xo ép
Lực ép cần sinh ra để đóng ly hợp
M c : là momen ma sát của ly hợp M c '4,5 Nm
Dựa trên co sở xe tham khảo và các yêu cầu trong việc lựa chọn, thiết kế lò xo màng ta chọn các kích thước cơ bản sau:
- Đường kính ngoài lò xo màng: D e &0 mm
- Chiều dày lò xo màng δ =2,5 mm
- Số thanh phân bố đều lên màng Z$
- Lực ép tổng hợp F Σ được thể hiện qua số kết cấu như sau:
F Σ = P Σ : lực ép tổng hợp lên các đĩa ma sát
Với: đường kính mép xẻ rảnh D a !6 mm
E : là modun đàn hồi E=2.10 5 N / mm 2 h : là chiều cao h=δ 2,2= 2,5.2,2=5,5 mm
(Hệ số 2,2 đảm bảo vùng lực ép đổi rộng và không lật lò xo) l 1 : dịch chuyển của đĩa tại điểm đặt lực ép
(Với ô tô con chọn l 1 =2 mm )
Dịch chuyển của đầu các thanh mở l 2 khi ngắt ly hợp được coi là tạo bởi
Có hai thành phần dịch chuyển của đoạn l2: l2' là dịch chuyển gây bởi đầu ngoài của đĩa quay quanh điểm O, và l2'' là dịch chuyển do biến dạng của thanh Tổng hợp hai yếu tố này ta có l2 = l2' + l2'' Theo sơ đồ cho ta thấy l2' = l1 · (Dc − Di).
Trên thực tế, biên dạng của thanh l ' ' 2 nhỏ hơn nhiều so với l ' 2 nên có thể bỏ qua l ' ' 2 áqua đú ta thấy: l 2 =l ' 2 + l ' ' 2 =l ' 2 =8 mm μ p : hệ số poission μ p = 0,26
Thay số vào ta được:
So sánh ta thấy: F Σ > F N (5602 N > 4902 N ) Lực ép lớn hơn đẫn đến hệ số β tăng lên Do đó ta tính lại hệ số β :
Ta thấy đối với ô tô con: β=1,71 ∈ (1,3÷ 1,75 ) => Thỏa mãn.
Do vậy kích thước của lò xo đạt tiêu chuẩn.
Độ bền của lò xo đĩa được xác định bằng cách xác định ứng suất tai điểm chịu tải lớn nhất ở trạng thái biến dạng tối đa (thành đĩa phẳng) Điểm chịu tải lớn nhất là tâm của phân tử đàn hồi giữa các thanh mở với vành ngoài của hình nón Ứng suất được tính theo công thức: σ = 2 F_n · D_a · δ^2 (D_i + D_a) + E.
F n : lực cản tác dụng để ngắt ly hợp
Thay vào công thức ta được: σ = 2 1226 216
Chọn vật liệu chế tạo lò xo đĩa là thép 60C2A có ứng suất giới hạn:
Vậy lò xo đủ điều kiện bền.
2.3.3 Lò xo giảm chấn của ly hợp.
Lò xo giảm chấn được bố trí trên đĩa bị động nhằm ngăn chặn hiện tượng cộng hưởng trong hệ thống truyền lực, đồng thời đảm bảo truyền momen từ đĩa bị động sang moay ơ trục ly hợp một cách êm ái và ổn định.
Momen cực đại có khả năng ép lò xo giảm chấn được xác định:
Trong bài toán liên quan đến truyền động, G_b là trọng lượng bám của ô tô trên cầu chủ động, G_b = 13.980 N φ là hệ số bám của đường với điều kiện đường tốt, φ = 0,8 r_b là bán kính làm việc của bánh xe, r_b = 0,381 m i_0 là tỉ số truyền lực chính, i_0 = 4,53 i_1 là tỉ số truyền của hộp số ở tay số 1, i_1 = 4,12 i_f1 là tỉ số truyền của hộp số phụ, i_f1 = 1.
Thay vào công thức trên ta có:
Momen truyền qua giảm chấn được tính bằng tongor momen quay của các lực lò xo giảm chấn và momen ma sát.
M lx : momen sinh ra do lực của lò xo
P 1 : lực ép của 1 lò xo giảm chấn
R 1 : bán kính đặt lò xo giảm chấn Chọn R 1 P mm=0,05 m
Z 1 : số lượng lò xo giảm chấn đặt trên moay ơ Chọn Z 1 =6
P 2 : lực tác dụng lên vòng ma sát
R 2 : bán kính trung bình đặt lực ma sát Chọn R 2 0 mm=0,03 m
Z 2 : số lượng vòng ma sát Chọn Z 2 =2
P 2 : lực tác dụng lên vòng ma sát
Khi chưa truyền mômen quay, thanh tựa nối các đĩa sẽ có khe hở 1 , 2 tới các thành bên của moayơ.
Theo sơ đồ hình trên ta có :
1 : khe hở đặc trưng cho biến dạng giới hạn của lò xo khi truyền mômen từ động cơ
Trong hệ thống này, khe hở đặc trưng cho biến dạng giới hạn của lò xo khi truyền mômen bám từ bánh xe giúp xác định độ nhạy và phạm vi làm việc của cơ cấu, từ đó ảnh hưởng tới hiệu quả truyền lực và độ ổn định của hệ thống Độ cứng tối thiểu của lò xo giảm chấn (hay gọi là mômen quay tác dụng lên đĩa bị động để xoay đĩa đi 1 độ so với moayơ) là tham số then chốt quyết định mức độ phản hồi và dịch chuyển của đĩa bị động so với moayơ Độ cứng được xác định theo công thức:
K : độ cứng của lò xo (kG/cm) K= 1,3 kG/ cm00 N / m
Z 1 : số lượng lò xo giảm chấn đặt trên moay ơ Z 1 =6
Thay vào công thức ta có:
Cửa sổ moayơ Cửa sổ ở tấm đệm
Trong moayơ, các khe đặt lò xo có chiều dài A phải nhỏ hơn một chút so với chiều dài tự do của lò xo để lò xo luôn ở trạng thái căng ban đầu, giúp hoạt động ổn định và giảm biến dạng khi tải Thông thường giá trị A được chọn từ 25 đến 27 mm.
Khi chuyển mômen quay từ động cơ và từ bánh xe qua bộ phận giảm chấn có cùng giá trị, cửa sổ ở moayơ và ở đĩa bị động có chiều dài bằng nhau Với các giảm chấn có độ cứng khác nhau, chiều dài cửa sổ moayơ phải nhỏ hơn cửa sổ ở đĩa bị động một khoảng a = A1 – A; thông số này thường nằm trong khoảng 1,4–1,6 mm.
Cạnh bên cửa sổ làm nghiêng 1 góc (1 1,5 o ) Ta chọn 1,5 o Đường kính thanh tựa chọn d = (10 12) mm đặt trong kích thước lỗ B.
Kích thước lỗ B được xác định theo khe hở 1 , 2 Các trị số 1 , 2 chọn trong khoảng từ (2,5 4) mm.
Vậy kích thước đặt lỗ thanh tựa là:
Số vòng làm việc của lò xo được xác định theo công thức : n 0 = λ G d 4
G : môđun đàn hồi dịch chuyển G= 8.10 5 kG/ cm 2 = 8.10 10 N /m 2 λ : độ biến dạng của lò xo giảm chấn từ vị trí chưa làm việc đến vị trí làm việc, thường chọn λ=( 2,5÷ 4)mm
P 1 : lực ép của một lò xo giảm chấn P 1 V0 N
D : đường kính trung bình của lò xo D= 20 mm=0,02 m d : đường kính dây lò xo d= 3 mm=0,003 m
Chiều dài làm việc của vòng lò xo được tính theo công thức (ứng với khe hở giữa các vòng lò xo bằng không) : l 1 =n 0 d=3.0,003=0,009 m=9 mm
Chiều dài của vòng lò xo ở trạng thái tự do: l 2 =l 1 + λ+ 0,5 d =9+ 3+ 0,5.3,5 mm Ứng suất xoắn của lò xo được xác định theo công thức: τ = 8 P 1 D ' K π d '3 ≤[ τ ]
D ' : đường kính trung bình của vòng lò xo, thường chọn D ' =(14 ÷ 19) mm
Ta chọn D ' mm=0,016 d ' : đường kính dây lò xo, thường chọn d ' =(3 ÷ 4) mm Chọn d ' = 4 mm=0,004 m
P 1 : lực cực đại tác dụng lên một lò xo giảm chấn P 1 V0 N
K : hệ số tập trung ứng suất.
Vật liệu chế tạo lò xo giảm chấn là thép 65, có ứng suất xoắn cho phép là
Vậy: lò xo đủ bền.
2.3.4 Tính toán trục ly hợp
Trục ly hợp đóng vai trò là trục sơ cấp của hộp số, với đầu cuối có cặp bánh răng nghiêng luôn ăn khớp để truyền động Đầu trước của trục lắp ổ bi và đặt trong khoang của bánh đà, còn đầu sau được gắn ổ bi lên thành vỏ hộp số, giúp kết cấu chắc chắn và ổn định cho toàn bộ hệ thống truyền động.
Hình 2.7 sơ đồ các lực tác dụng lên trục của hợp số và ly hợp
Trục I: là trục ly hợp và cũng đồng thời là trục sơ cấp của hộp số.
Trục II: là trục trung gian của hộp số.
Trục III: là trục thứ cấp của hộp số.
Tính toán thiết kế dẫn động ly hợp - 69 - 1 Xác định lực và hành trình của bàn đạp không có trợ lực - 69 -
2.4.1 Xác định lực và hành trình của bàn đạp không có trợ lực.
Hình 2.9 Sơ đồ tính toán dẫn động của ly hợp bằng cơ khí
Với dẫn động như hình trên, ta có tỉ số truyền của dẫn động tính từ bàn đạp ly hợp tới đầu đĩa ép. i dd = a 1 a 2 b 1 b 2 d 2 2 d 1 2
Ta chọn các thông số dựa trên xe tham khảo như sau : a 1 60 mm a 2 P mm b 1 0 mm b 2 ` mm d 1 = 40 mm d 2 0 mm
Thay vào công thức ta được: i dd = a 1 a 2 b 1 b 2 d 2 2 d 1 2 = 360
Lực bàn đạp Q bd cần thiết để ngắt ly hợp
F n : là lực cần thiết tác động vào đầu lò xo đĩa để ngắt ly hợp F n I02 N
Trong thiết kế hệ dẫn động cho ô tô du lịch, η dk là hiệu suất dẫn động và được chọn η dk = 0,9; i dd là tỉ số truyền của dẫn động tính từ bàn đạp ly hợp tới đầu đĩa ép và được chọn i dd = 1,5; [ Q bd ] là lực đạp cần thiết của người lái để mở ly hợp Đối với ô tô du lịch ta chọn: [ Q bd ]0 N.
Thay số vào công thức ta có :
Với lực bàn đạp Qbd không nằm trong giới hạn cho phép của lực bàn đạp ly hợp trên xe ô tô du lịch, hệ thống ly hợp có thể hoạt động không đúng thiết kế Do đó cần tính thêm một bộ trợ lực để đóng ngắt ly hợp nhằm cân bằng lực tác động và đảm bảo điều khiển ly hợp chính xác Việc bổ sung bộ trợ lực giúp ly hợp đóng ngắt trơn tru, giảm mài mòn và tăng độ tin cậy khi vận hành Tóm lại, khi Qbd ngoài giới hạn cho phép, việc tính toán và tích hợp bộ trợ lực là cần thiết để đảm bảo ly hợp hoạt động an toàn và hiệu quả.
Hành trình bàn đạp S bd được xác định theo công thức:
S 1 : là hành trình làm việc của bàn đạp.
S 0 : là hành trình tự do của bàn đạp.
[ S bd ] : là hành trình cho phép của bàn đạp.
Với ô tô du lịch ta có [ S bd ] 0 mm
- Hành trình làm việc của bàn đạp S 1 được tính theo công thức:
Trong đó: l 2 : Dịch chuyển của đầu các thanh mở khi ngắt ly hợp được coi là tạo bởi
Có hai loại dịch chuyển được xét: l'2 là dịch chuyển gây nên do đầu ngoài của đĩa quay quanh điểm O, và l''2 là dịch chuyển do biến dạng thanh Theo sơ đồ trên, l2 = l'2 + l''2 Ta có l'2 = l1 · (Dc − Di).
Trên thực tế, biên dạng của thanh l2 nhỏ hơn nhiều so với l'2 nên có thể bỏ qua l''2 Do đó l2 = l'2 + l''2 ≈ l'2 và giá trị của l2 bằng 8 mm i_dd là tỉ số truyền của dẫn động tính từ bàn đạp ly hợp tới đầu đĩa ép, i_dd = 1,5.
- Hành trình tự do của bàn đạp S 0 được tính theo công thức:
Trong đó: δ : là khe hở giữa đầu đòn mở và bi T δ nằm trong khoảng δ =(3 ÷5) mm
Thay số vào công thức ta được:
=> Vậy hành trình bàn đạp S bd thỏa mãn giới hạn cho phép.
2.4.2 Thiết kế dẫn động thủy lực.
2.4.2.1 Tính toán thiết kế xy lanh công tác
Hình 2.10 Sơ đồ dẫn động thủy lực có trợ lực thủy lực
Hành trình làm việc của piston công tác S 2 được xác định:
S 1 : hành trình của bi mở được xác định bởi công thức:
Thay vào công thức ta được:
Thể tích dầu trong xy lanh công tác:
Trong đó, d = 20 mm là đường kính xy lanh công tác (được chọn ở phần tính tỉ số truyền của dẫn động tính từ bàn đạp ly hợp tới đầu đĩa ép) Đường kính ngoài được xác định để đáp ứng yêu cầu về lực tác động, khoảng cách lắp ghép và khả năng chịu áp suất làm việc của hệ thống, từ đó đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của cơ cấu.
- Kiểm nghiệm bền cho xy lanh công tác:
Bán kính trung bình của xy lanh công tác:
4 mm Ứng suất trên xy lanh: σ r = p a 2 b 2 −a 2 (1− b 2 r 2 ) σ θ = p a 2 b 2 − a 2 (1+ b 2 r 2 )
Hình 2.11 Biểu đồ ứng suất của xy lanh
Trong đó: p : áp suất trong ống. p=
=2,57 10 6 N / m 2 r : khoảng cách từ một điểm trên xy lanh đến tâm xy lanh. a 2 : bán kính trong a 2 = d 2
Từ biểu đồ momen ta thấy rằng điểm nguy hiểm nhất là điểm nằm ở mép trong của xy lanh.
Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất: σ td 2 =σ θ 1 −σ r 2 = p ( b 2 2 + a 2 2 b 2 2 −a 2 2 )−(− p)= p( 2 b 2 2 b 2 2 − a 2 2 )
Thay số vào ta có: σ td 2 = p ( 2 b 2 2 b 2 2 −a 2 )=2,57 10 6 ( 2 0,019 2
Vật liệu chế tạo xylanh là gang CY24-42 có [ σ ]=2,4 10 7 N /m 2
=> Vậy xy lanh công tác đủ bền.
2.4.2.2 Tính toán thiết kế xy lanh chính
Hành trình làm việc của piston
Thể tích dầu thực tế trong xy lanh chính phải lớn hơn tính toán một ít do hiệu suất dẫn động dầu < 1.
V 3 =1,1 V 2 =1,1 23326= 25658,6 mm 3 Đường kính trong d 1 = 40 mm= 0,04 m Đường kính ngoài:
Trong đó: t : chiều dày thành xy lanh Chọn t = 4 mm
- Kiểm nghiệm bền cho xy lanh công tác:
Bán kính trung bình của xy lanh công tác:
Tương tự như kiểm tra trên xy lanh công tác: p : áp suất trong ống. p=
=2,57 10 6 N / m 2 r : khoảng cách từ một điểm trên xy lanh đến tâm xy lanh. a 1 : bán kính trong a 1 = d 1
Từ biểu đồ momen ta thấy rằng điểm nguy hiểm nhất là điểm nằm ở mép trong của xy lanh.
Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất: σ td 1 = p ( 2b 1 2 b 1 2 −a 1 2 )=2,57.10 6 ( 2.0,024 2
Vật liệu chế tạo xylanh là gang CY24-42 có [ σ ]=2,4 10 7 N /m 2
=> Vậy xy lanh chính đủ bền.
2.4.3 Thiết kế bộ trợ lực chân không
2.4.3.1 Xác định lực mà bộ cường hóa phải thực hiện
Ta có lực bàn đạp Q bd cần thiết để ngắt ly hợp
Để giảm lực tác động lên bàn đạp ly hợp và nâng cao trải nghiệm lái, ta lắp thêm bộ trợ lực tác động lên bàn đạp Ta chọn tham số trợ lực Q_bdc để điều chỉnh mức độ hỗ trợ sao cho phù hợp với đặc tính của hệ thống Cấu hình trợ lực được bố trí ngay trước xy lanh chính, hướng về bàn đạp, nhờ đó ta xác định được lực cường hóa cần sinh ra để đạt được độ nhạy và lực tác động mong muốn khi vận hành ly hợp.
Vậy bộ cường hóa chân không phải sinh ra 1 lực là Q c 26 N và ta chọn lực để mở qua lực cường hóa Q m 0 N
2.4.3.2 Xác định thiết diện màng sinh lực và hành trình màng sinh lực
Thiết diện màng sinh lực:
Q c : lực cường hóa chân không cần sinh ra Q c 26 N
P max : là lực lớn nhất tác dụng lên lò xo
P : độ chênh áp suất trước và sau màn sinh lực
Ta chọn P=5 10 4 N /m 2 ứng với chế độ làm việc không tải của động cơ.
5 10 4 =0,0328 m 2 2800 mm 2 Đường kính màng sinh lực được xác định bang công thức: α m = √ 4 π S = √ 4.32800 π 4,358 mm ≈ 204 mm
Hành trình màng sinh lực:
Hành trình làm việc của piston
2.4.3.3 Tính lò xo hồi vị màng sinh lực
Khi bộ cường hóa sinh hết lực, lò xo hồi vị chịu tải lớn nhất Để xác định kích thước của lò xo hồi vị, ta chọn tải trọng lớn nhất tác dụng lên nó làm căn cứ cho quá trình thiết kế Việc dựa vào tải trọng tối đa cho phép xác định các thông số quan trọng như lực đàn hồi, đường kính dây, số vòng, chiều dài tự do và hành trình của lò xo, đảm bảo lò xo hồi vị hoạt động an toàn và hiệu quả ở mọi trạng thái làm việc Quá trình tối ưu hóa kích thước lò xo hồi vị giúp hệ thống vận hành ổn định, tránh quá tải và đáp ứng nhanh chóng với yêu cầu hồi vị.
Lực lò xo ban đầu:
Xác định số vòng làm việc của lò xo: n 0 = λ G d 4
Trong đó: λ : độ biến dạng của lò xo từ vị trí chưa làm việc đén vị trí làm việc λ= S m mm=0,02 m
G : modun đàn hồi dịch chuyển G= 8.10 10 N / m 2 d : đường kính dày làm lò xo, chọn d= 3 mm=0,003 m
D : đường kính trung bình của lò xo giảm chấn, chọn D0 mm=0,03 m
Thay các thông số vào công thức ta được : n 0 = λ G d 4
Số vòng toàn bộ của lò xo: n=n 0 +1= 2,2+ 1=3,2 vòng
Giả thiết khe hở cực tiểu giữa các vòng lò xo này khi mở hết ly hợp là: δ kh =1,5 mm
Nên chiều dài của lò xo là l= n d +δ kh d+ S m =3,2.3 +1,5.3+ 204,1 mm
Lò xo được kiểm bền theo ứng suất xoắn: τ = 8 P max D k π d 3
Trong đó: k : là hệ số ảnh hưởng k =1,13
Thay các thông số vào ta được τ = 8 P max D k π d 3 = 8 214 0,03.1,13 π 0,003 3 =6,84 10 8 N / m 2
Vật liệu chế tạo lò xo là thép 60T có ứng suất cho phép là [ τ ]=7.10 8 N / m 2
=> Vậy lò xo đủ điều kiện bền.