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 của hệ truyền động ô tô, có chức năng truyền chuyển động quay và momen xoắn từ động cơ sang trục hộp số khi có yêu cầu Được đặt giữa động cơ và hộp số, ly hợp cho phép nối và ngắt công suất động cơ, giúp xe chuyển số một cách mượt mà và kiểm soát quá trình tăng tốc, giảm tốc khi dừng xe.
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
Để đảm bảo an toàn cho các chi tiết của hệ thống truyền lực và tránh quá tải trong các trường hợp phanh đột ngột, việc quản lý ly hợp với hệ thống truyền lực có hộp số vô cấp (CVT) rất quan trọng Sử dụng ly hợp để tách động cơ ra khỏi truyền lực một cách tức thời sẽ gây va đập giữa các đầu răng hoặc khớp gài và làm quá trình đổi số trở nên khó khăn; ngược lại, nối động cơ với hệ thống truyền lực một cách êm dịu sẽ làm mô-men xoắn truyền tới các bánh xe chủ động tăng lên từ từ, giúp xe khởi hành và tăng tốc êm dịu 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 bị chết máy, do đó giảm thiểu việc phải khởi động lại xe 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 sử dụng rộng rãi vì cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và khối lượng phần bị động nhỏ, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ nhạy của hệ thống truyền động Ngược lại, các ly hợp ma sát loại hình nón và hình trống ít được sử dụng hơn do phần bị động có trọng lượng lớn, gây tải trọng cao lên các cụm và chi tiết của hệ thống truyền lực.
Các vật liệu chế tạo ma sát được đề cập gồm các cặp phổ biến như: thép–gang, thép–thép, thép–đồng (đồng thau hoặc đồng đỏ), gang–đồng và thép–cao su Mỗi cặp vật liệu thể hiện đặc tính ma sát và độ bền khác nhau, ảnh hưởng tới khả năng truyền lực, mòn và nhiệt sinh ra trong quá trình hoạt động của ly hợp Việc lựa chọn vật liệu phù hợp giúp tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ của ly hợp Ưu điểm của ly hợp ma sát là kết cấu đơn giản và dễ chế tạo.
Những nhược điểm của ly hợp ma sát là các bề mặt ma sát nhanh mòn do hiện tượng trượt tương đối với nhau trong quá trình đóng ly hợp Quá trình mòn này làm giảm tuổi thọ của các chi tiết trong ly hợp và làm giảm hiệu quả truyền động Bên cạnh đó, nhiệt sinh ra từ phần công ma sát khiến các chi tiết trong ly hợp bị nung nóng, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ nhạy khi đóng ly hợp.
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 ly hợp truyền momen xoắn bằng năng lượng chất lỏng, cho phép truyền lực giữa động cơ và hệ truyền động một cách mượt mà Ưu điểm của ly hợp thuỷ lực là độ bền cao, giúp làm việc bền lâu, giảm tải trọng tác dụng lên hệ thống truyền lực và tạo điều kiện cho quá trình tự động hoá 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.
Ly hợp thuỷ lực là một loại ly hợp ít được sử dụng trên ô tô, hiện nay chỉ được áp dụng ở một số loại xe du lịch, ô tô vận tải hàng nặng và một vài ô tô quân sự Với ưu điểm hoạt động trơn tru và khả năng chịu tải lớn, nó vẫn được duy trì ở những dòng xe đặc thù có yêu cầu độ bền và điều khiển ổn định, dù phần lớn thị trường ô tô đang chuyển sang các công nghệ ly hợp khác hoặc hệ truyền động hiện đại Vì vậy, sự xuất hiện của ly hợp thuỷ lực tại các phân khúc xe du lịch, vận tải hàng nặng và xe quân sự cho thấy đây vẫn là giải pháp đặc thù phù hợp với nhu cầu tải trọng và độ bền theo yêu cầu vận hành đặc biệt.
- 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, lò xo bố trí xung quanh được áp dụng khá phổ biến trên ô tô hiện nay vì kết cấu gọn nhẹ, có khả năng tạo lực ép lớn theo yêu cầu và độ tin cậy cao Thiết kế này tối ưu hóa truyền lực, đảm bảo vận hành ổn định và bền bỉ, đồng thời giúp giảm chi phí bảo dưỡng và nâng cao tuổi thọ hệ truyền động.
- 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 nửa ly tâm là loại ly hợp kết hợp giữa lực ép sinh ra từ lò xo và lực ép bổ sung từ trọng khối phụ tác động lên bề mặt ly hợp Do có sự tham gia của hai nguồn lực nên kết cấu của nó khá phức tạp, phù hợp với các điều kiện truyền động đòi hỏi sự cân bằng giữa tăng-giảm lực ép Loại ly hợp này được sử dụng trên một số ô tô du lịch như ZIN-110 và POBEDA, mang lại khả năng kiểm soát ly hợp ở nhiều chế độ và tối ưu hóa sự truyền động trong phạm vi tải trọng khác nhau.
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 có thể là trợ lực cơ khí, khí nén hoặc thủy lực, nhằm tăng hiệu quả điều khiển ly hợp Nhờ hệ thống trợ lực, người lái có thể điều khiển ly hợp một cách dễ dàng và nhẹ nhàng hơn, giảm mỏi tay và tăng độ nhạy khi vận hành.
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 phải êm dịu để giảm tải trọng va đập phát sinh trên các răng của hộp số khi khởi động ô tô và khi sang số trong quá trình xe đang chuyển động Việc thực hiện đóng ly hợp một cách mềm mại giúp giảm mài mòn, bảo vệ hệ thống truyền động và tăng tuổi thọ của hộp số, đồng thời mang lại cảm giác lái mượt mà cho người lái Do đó, luyện tập phối hợp nhả ly hợp và ga ở mức hợp lý ở cả giai đoạn khởi động và sang số là yếu tố quan trọng để tối ưu hiệu suất và độ bền của hộp số.
- 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
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 thực hiện việc điều khiển đóng mở ly hợp, cho phép liên kết hoặc ngắt liên kết giữa động cơ và hệ truyền động Trong phần này, ta xét cấu tạo của cơ cấu ly hợp và nhận thấy nó gồm ba thành phần chính: bánh đà, đĩa ma sát và đĩa ép Bánh đà đóng vai trò làm nền và cung cấp momen quay cho ly hợp, đĩa ma sát chịu lực ma sát để truyền mô-men từ động cơ sang hộp số, còn đĩa ép có nhiệm vụ ép đĩa ma sát để khóa ly hợp khi cần Khi ly hợp được nhả, lực ép giảm và ly hợp ngắt liên kết, cho phép sang số một cách êm ái.
Nhóm chi tiết chủ động của hệ thống ly hợp bao 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 quay cùng bánh đà, ngắt liên kết giữa động cơ và hộp số để cho phép chuyển số mượt mà và kiểm soát được lực truyền động.
- Nhóm các chi tiết bị động gồm: đĩa ma sát, trục ly hợp, đong dẫn động, càng mở ly hợp, bạc mở ly hợp Ngoài ra, tuỳ theo từng loại ly hợp mà có thể thêm các bộ phận dẫn động bằng thuỷ lực, bằng khí nén như các xilanh chính và xilanh công tác.
1.3.3 Nguyên lý làm việc của ly hợp đĩa ma sát khô
Ở trạng thái đóng ly hợp, lò xo 4 một đầu tựa vào vỏ 5, đầu kia tì lên đĩa ép 3 để tạo lực ép và ép chặt đĩa bị động 2 với bánh đà 1 thành một khối cứng, cho phép momen từ phần chủ động được truyền sang phần bị động qua các bề mặt ma sát giữa đĩa bị động 2 và đĩa ép 3 cùng với lò xo 4 Sau đó momen được truyền vào xương đĩa bị động thông qua bộ phận giảm chấn 13 đến moayơ và từ đó 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 của bàn đạp ly hợp từ 30–40 mm.
Quy trình ngắt truyền động từ động cơ đến trục sơ cấp của hộp số được thực hiện bằng cách tác động lực lên bàn đạp 7 thông qua đòn kéo 9 và càng mở 10 Bạc mở 6 mang bi T 11 sẽ dịch chuyển sang trái; khi hết khe hở bi T, nó tì vào đầu đòn mở 12 Nhờ khớp bản lề của đòn mở liên kết với vỏ 5, đầu kia của đòn mở 12 sẽ kéo đĩa ép 3 nén lò xo 4 lại và dịch sang phải Như vậy các bề mặt ma sát giữa bộ phận chủ động và phần bị động của ly hợp được tách ra, ngắt sự truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số.
Trạng thái đóng ly hợp:
Các lò xo ép 7 có một đầu tựa vào vở ly hợp 8, đầu kia tỳ lên đĩa ép 5 tạo lực ép để ghép 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 thành một khối cứng Khi đó 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 theo 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:
Để 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 mang bi T 15 sẽ dịch chuyển sang trái; sau khi khắc phục hết khe hở bi T, cơ cấu ngắt sẽ hoạt động ổn định và ngắt liên kết giữa động cơ và hộp số.
Khi 15 tỳ vào đòn mở, 16 sẽ kéo đĩa ép và 5 nén lòxo 7 để đẩy các phần sang phải, làm tách các bề mặt ma sát giữa bộ phận chủ động và phần bị động của ly hợp Quá trình này ngắt chuyển 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 luôn chịu nhiệt, bề mặt ma sát sinh nhiệt và đĩa ép cùng đĩa trung gian có nhiệm vụ hấp thụ và truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài Các đĩa được gia công từ gang đặc và có các gân hoặc rãnh hướng tâm giúp thoát nhiệt ra ngoài Việc tăng độ cứng cho đĩa ép nhờ bố trí các vấu (a, c) nằm trong rãnh của vỏ ly hợp đảm bảo liên kết chắc chắn Do sự xuất hiện của ma sát tại liên kết, quá trình mở ly hợp được điều khiển nhiều hơn.
Liên kết bằng thanh nối mỏng đàn hồi (b) đảm bảo di chuyển đĩa ép không ma sát Một đầu thanh nối được tán với vỏ ly hợp, đầu còn lại được bắt vào đĩa ép; phương pháp này được sử dụng rộng rãi ở ly hợp ô tô và xe tải Ở ly hợp hai đĩa, liên kết có thể thực hiện nhờ chốt cố định trên bánh đà; 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 về các hướng khác nhau và tán với tấm ma sát Cấu trúc như vậy đảm bảo cho các bề mặt ma sát tiếp xúc tốt, đóng êm dịu, ngăn ngừa sự cong vênh khi bị nung nóng dẫn đến làm giảm độ cứng dọc trục của đĩa bị động.
Các tấm ma sát (1) được cố định vào các cánh chữ T theo phương pháp tán độc lập, với bề mặt có rãnh thông gió để thoát sản phẩm mài mòn Vật liệu tấm ma sát có nguồn gốc amiang và có hệ số ma sát cố định, chịu mài mòn cao, có thể làm việc lâu dài ở nhiệt độ lên tới 2000°C và ở chế độ tức thời đến 3500°C Tấm ma sát có thể sử dụng phụ gia 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, nên vật liệu của nó đang 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
Thiết bị này được dùng để giảm dao động có tần số cao xuất hiện trong hệ thống truyền lực, do kích động cưỡng bức theo chu kỳ từ động cơ hoặc mặt đường Việc giảm rung động ở tần số cao giúp cải thiện chất lượng vận hành, tăng độ bền của hệ thống và mang lại sự thoải mái cho người lái và hành khách Giải pháp này hoạt động bằng cách hấp thụ và phân tán năng lượng rung, tối ưu hóa đặc tính giảm chấn và giảm tiếng ồn, rung động lan ra từ mặt đường lên hệ truyền động Ứng dụng phổ biến trong ô tô, xe tải và các hệ thống truyền lực công nghiệp, đặc biệt hữu ích khi vận hành trên đường gồ ghề hoặc tải trọng thay đổi.
Nhóm chi tiết hấp thụ năng lượng dao động
Trong hệ thống giảm chấn, các tấm ma sát được làm bằng pherado hoặc kim loại chịu mòn Cấu tạo bộ giảm chấn đa dạng, nhưng tất cả các thiết kế đều được bố trí nối giữa xương đĩa bị động với moay ơ và hoạt động theo nguyên tắc hấp thụ và phân tán năng lượng.
Trong cấu trúc này, xương đĩa bị động được nối với đĩa trong bằng đinh tán, tạo nên liên kết chắc chắn cho hệ thống Trên đĩa trong có các cửa sổ chứa lò xo; một đầu của lò xo tựa trên đĩa trong của xương đĩa, còn đầu kia tựa vào đĩa Mayer, cho phép lò xo hoạt động nhịp nhàng và truyền động giữa các thành phần.
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 lực, từ đó tối ưu hóa khả năng truyền mô-men xoắn một cách êm ái Điều này giúp hạn chế tải trọng động do dao động cộng hưởng gây ra và tăng độ ổn định của hệ thống khi làm việc ở các điều kiện vận hành khác nhau.
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
Lò xo ép trong ly hợp ma sát là chi tiết chủ chốt quyết định lực ép lên đĩa ép và từ đó ảnh hưởng đến khả năng truyền mô-men và thời gian đóng mở ly hợp Lò xo này hoạt động ở trạng thái luôn bị nén để duy trì lực ép liên tục lên đĩa ép Khi ly hợp được mở, các lò xo ép có thể ở trạng thái tăng tải (lò xo trụ, lò xo côn) hoặc giảm tải (lò xo đĩa), tùy thiết kế và yêu cầu về mô-men truyền của hệ ly hợp.
Lò xo ép được chế tạo từ các loại thép có độ cứng cao và trải qua quá trình nhiệt luyện chuyên sâu để ổn định và duy trì độ cứng ở mức tối ưu trong môi trường nhiệt độ cao Nhờ nhiệt luyện, lò xo có khả năng chống biến dạng và mài mòn tốt, đảm bảo hiệu suất làm việc liên tục và độ bền lâu dài dù chịu nhiệt độ cao.
Kết cấu, kích thước và đặc tính của cụm ly hợp được xác định theo loại lò xo ép được sử dụng Trong ly hợp ô tô thường gặp có lò xo trụ, lò xo côn và lò xo đĩa Khi ở trạng thái tự do, đặc tính biến dạng của các loại lò xo được thể hiện qua mối quan hệ giữa lực F (N) và biến dạng Δl (mm), và các đặc tính này được trình bày trên đồ thị như minh họa.
F ( N) : Lực ép; Δl (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 thường được bố trí theo vòng tròn trên đĩa ép nhằm định vị lò xo và giảm biến dạng dưới tác dụng của lực ly tâm Để đảm bảo vị trí và hạn chế di chuyển, người ta sử dụng các chi tiết như vấu, cốc và vấu lồi trên đĩa ép hoặc trên vỏ ly hợp Ưu điểm của cấu hình này bao gồm phân bổ lực đồng đều, tăng độ ổn định và tin cậy của hệ thống, đồng thời giảm rung động và mài mòn trong quá trình vận hành.
- 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 thông thường không đảm bảo được sự đồng nhất tuyệt đối về các thông số, và sau một thời gian vận hành lực ép của chúng sẽ không còn đồng đều Vì vậy, cần chế tạo lò xo với độ chính xác cao để đảm bảo lực ép đồng nhất, tránh hiện tượng đĩa ma sát mòn không đều và dễ bị 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 trùng lên nhau thì độ cứng tăng lên rất nhanh, đòi hỏi phải tạo ra lực lớn để ngắt ly hợp Trong quá trình hoạt động, đĩa ma sát mòn khiến lực ép của lò xo giảm nhanh, làm giảm khả năng kẹp và ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống ly hợp.
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: trong vùng làm việc, lực ép thay đổi theo biến dạng, giúp lực ngắt ly hợp ở mức vừa phải và ổn định Khi đĩa ma sát bị mòn, lực ép thay đổi không đáng kể, nhờ đó ly hợp duy trì hiệu suất và tuổi thọ cao.
- 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 ô tô con, ta nhận thấy lò xo ép dạng đĩa có nhiều ưu điểm nổi bật, phù hợp để tối ưu hóa hiệu suất ly hợp Vì vậy, chúng ta chọn lò xo ép dạng đĩa ở dạng thường đóng làm thành phần chủ đạo của ly hợp Lò xo đĩa có khả năng chịu tải lớn, phân bổ lực đồng đều và kích thước gọn, mang lại độ bền và độ nhạy cao cho hệ thống truyền động Việc chọn đúng loại lò xo ép giúp cải thiện tuổi thọ ly hợp, giảm ma sát và tăng sự ổn định vận hành cho xe con.
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; vỏ ly hợp được ghép với bánh đà 2 nhờ bulông 23 Đĩa ép 3 và vỏ ly hợp 9 liên kết với nhau bằng lò xo lá 4, mỗi lò xo lá có một đầu được tán cố định với vỏ ly hợp bằng đinh tán và đầu kia được lắp cố định với đĩa ép 3 bằng bulông.
Có thể thấy liên kết cứng giữa đĩa ép và vỏ ly hợp (vỏ trong) được thực hiện theo phương pháp tuyến, nhằm đảm bảo truyền mô-men xoắn hiệu quả và đồng thời kiểm soát sự di chuyển dọc trục của đĩa ép khi mở và đóng ly hợp.
- Đĩa bị động của ly hợp trên xe ZIN-130:
Xương đĩa bị động được gia công bằng thép có rãnh xẻ và được ghép với đĩa ma sát bằng các đinh tán thép Bộ giảm chấn gồm 8 lò xo giảm chấn được bố trí xung quanh đều nhau cùng với tấm ma sát Xương đĩa được ghép chặt với moayơ đĩa bị động bằng các đinh tán thép, tạo liên kết bền vững cho toàn bộ hệ thống Đinh tán được chế tạo bằng thép, đáp ứng yêu cầu về độ bền và khả năng chịu tải của liên kết.
Đòn mở ly hợp số 16 (hình 1.14) gồm bốn thanh thép được chế tạo từ thép Mỗi đòn mở ở 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 Càng nối 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 liên kết như vậy mà càng nối có thể quay và tạo ra tâm quay thay đổi ở giữa đòn mở ly hợp, phục vụ 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 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 hai thành phần chính là ổ bi tỳ số 11 và bạc trượt, như hình 1.6 mô tả 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 khi ly hợp được tháo ra để thực hiện sửa chữa lớn mới tiến hành thay thế và bổ sung mỡ.
Lò xo hồi vị bạc mở ly hợp 13 đóng vai trò giữ bạc mở ở trạng thái có khe hở với đầu đòn mở, giúp ly hợp luôn đóng kín và chắc chắn Khi ly hợp được đóng, bạc mở nhanh chóng tách khỏi đầu đòn mở nhờ lực hồi vị của lò xo, đảm bảo hoạt động của hệ thống ly hợp diễn ra ổn định và an toàn.
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 và vỏ trong ly hợp 13, được gắn với nhau và quay đồng thời khi ly hợp hoạt động Bánh đà 1 gắn với vỏ trong ly hợp 13, tạo liên kết quay giữa động cơ và hệ thống truyền động Vỏ 13 có khoang chứa lò xo ép 14 hình trụ được bố trí quanh để tạo lực ép lên đĩa ép Đĩa ép được chế tạo bằng gang, mặt ngoài có các vấu lồi để giữ cố định lò xo ép, giúp điều chỉnh lực kẹp và quá trình đóng mở ly hợp một cách ổn định.
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, cần của trục bàn đạp ly hợp 4 quay quanh tâm O1 và kéo thanh kéo của ly hợp 5 dịch sang phải theo hướng mũi tên; quá trình này làm cho cần ngắt ly hợp 3 hoạt động và đồng thời làm cho càng mở ly hợp 2 quay quanh O2 Cùng lúc, càng mở gạt bạc mở 1 sang trái theo hướng mũi tên tác động vào đầu đòn mở của ly hợp, từ đó kéo đĩa ép tách ra khỏi đĩa ma sát.
Khi người lái thả bàn đạp ly hợp, lò xo hồi vị 6 tác dụng đưa bàn đạp trở về vị trí ban đầu và duy trì khe hở δ giữa bạc mở và đầu đòn mở Nhờ có các lò xo ép đĩa ép, đĩa ép được ép tiếp xúc với đĩa ma sát, làm cho ly hợp đóng lại và truyền mô-men từ động cơ sang hộp số.
Hành trình toàn phần của bàn đạp ly hợp thường từ 130–150 mm Trong quá trình làm việc, do hiện tượng trượt tương đối giữa các bề mặt ma sát nên đĩa ma sát thường bị mòn, khiến hành trình tự do của bàn đạp ly hợp bị giảm xuống Khi hành trình tự do đạt mức tối đa, người lái sẽ mất cảm giác thao tác và có thể xảy ra hiện tượng tự ngắt ly hợp Ngược lại, khi hành trình tự do quá lớn và người lái đạp bàn đạp đến hết hành trình mà ly hợp vẫn chưa mở hoàn toàn, sẽ gây trượt giữa các bề mặt ma sát và làm mòn nhanh chóng các bề mặt ma sát.
Trong hai trường hợp nêu trên lợi ích không được đảm bảo, vì vậy cần điều chỉnh hành trình tự do của bàn đạp ly hợp trong một miền cho phép để đảm bảo vận hành ổn định và an toàn Ưu điểm của giải pháp này là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và có độ tin cậy làm việc cao, đồng thời dễ tháo lắp và sửa chữa, tạo điều kiện bảo dưỡng thuận tiện và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống ly hợp.
Những nhược điểm nổi bật gồm: kết cấu phụ thuộc vào vị trí đặt ly hợp, khiến thiết kế và vận hành bị giới hạn bởi vị trí cấu hình; yêu cầu lực tác dụng lên bàn đạp của người lái ở mức khá lớn, gây mỏi và khó khăn khi thao tác trong nhiều tình huống; hiệu suất truyền lực không cao, dẫn đến truyền động không tối ưu và tiêu hao năng lượng nhiều hơn so với các giải pháp khác.
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
Khi người lái tác dụng lực Q lên bàn đạp ly hợp, nhờ thanh đẩy đẩy piston 4 của xilanh chính 3 sang trái và bịt lỗ b, dầu trong khoang D được nén lại; khi áp lực dầu trong khoang D vượt qua lực đàn hồi của lò xo van một chiều 11 ở van một chiều 10, van một chiều mở ra Lúc này dầu từ khoang D theo ống dẫn dầu 5 chảy vào xilanh công tác 6, đẩy piston sang phải, làm càng mở ly hợp 7 quay quanh điểm cố định O và đồng thời đẩy bạc mở 8 sang trái theo chiều mũi tên Bạc mở tác động lên đầu dưới của đòn mở ly hợp, tách đĩa ép ra khỏi bề mặt ly hợp.
Khi người thả bàn đạp ly hợp, dưới tác dụng của lò xo hồi vị 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 theo đường ống dẫn dầu qua van hồi dầu vào khoang D.
Khi người lái nhả nhanh bàn đạp ly hợp, sự cản trở của đường ống và van hồi dầu (van 12) làm dầu từ xilanh công tác (xilanh 6) không kịp quay về và điền đầy vào khoang D Vì vậy, khoang D hình thành độ chân không, khiến dầu từ các khoang khác bị hút về khoang D để cân bằng áp suất và duy trì dòng chảy trong hệ thống thủy lực Dòng dầu bị gián đoạn, làm giảm hiệu quả hoạt động của ly hợp và có thể gây mất đồng bộ khi chuyển số.
Trong hệ thống bôi trơn ly hợp, dầu được cấp từ khoang C qua lỗ cấp dầu a vào khoang E, sau đó dầu đi qua lỗ nhỏ ở mặt đầu piston để ép phớt cao su 8 và lọt sang khoang D nhằm bổ sung dầu cho khoang D, tránh hiện tượng lọt khí khi khoang D ở trạng thái chân không Khi dầu đã vượt qua sức cản của đường ống và van hồi dầu 12 để trở về khoang D, lượng dầu dư từ khoang D qua lỗ bù dầu b trả về khoang C, từ đó đảm bảo ly hợp đóng hoàn toàn.
Lỗ bù dầu B có tác dụng điều hòa dầu khi nhiệt độ cao: khi dầu trong khoang D nóng lên và nở ra, áp suất dầu tăng lên khiến dầu qua lỗ bù dầu B về khoang C, từ đó khắc phục hiện tượng tự mở ly hợp Ưu điểm của hệ thống này là kết cấu gọn và bố trí hệ thống dẫn động thủy lực đơn giản, thuận tiện; có thể đảm bảo đóng ly hợp êm dịu hơn so với hệ thống dẫn động ly hợp bằng cơ khí Đồng thời ống dẫn dầu không bị biến dạng nhiều nên hệ thống dẫn động thủy lực có độ cứng cao và có thể đóng mở hai ly hợp.
Nhược điểm của hệ thống dẫn động bằng thủy lực là không phù hợp với những xe có máy nén khí, do đặc tính áp suất và cách điều khiển lực kéo không tối ưu cho loại động cơ này Hệ thống dẫn động ly hợp bằng thủy lực cũng đòi hỏi mức độ chính xác cao để vận hành trơn tru và an toàn, tránh sai lệch trong quá trình chuyển động và truyền lực.
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 lực Q lên bàn đạp ly hợp, đòn dẫn động 2 quay quanh trục O1 nhờ thanh kéo 3, làm đòn 4 quay quanh trục O2 và tác động lên mặt bích của xilanh phân phối 9, đẩy thân van phân phối 10 sang phải theo chiều mũi tên Khi mặt phải của thân van phân phối chạm vào đai ốc hạn chế hành trình nắp trên piston 15, làm cho càng mở ly hợp 16 quay quanh trục liên quan.
Giới thiệu xe Toyota 2016
Toyota Innova là dòng xe đa dụng hạng trung của Toyota, luôn nằm trong top xe bán chạy qua nhiều năm nhờ khả năng vận hành ổn định, thiết kế thanh lịch, nội thất sang trọng và tiện nghi cùng hệ thống an toàn đạt chuẩn 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 hơn 60 mm và cao hơn 45 mm trong khi trục cơ sở vẫn giữ nguyên Động cơ xăng VVT-i 2.0L cho công suất 102 kW tại 5.600 vòng/phút, mô-men xoắn cực đại 183 Nm tại 4.000 vòng/phút, kết hợp với hộp số sàn 5 cấp hoặc hộp số tự động 6 cấp và ly hợp ma sát khô 1 đĩa dẫn động bằng thủy lực Các phiên bản có tùy chọn lốp 205/65 R16 hoặc 215/65 R17 ở bản cao cấp hơn Lưới tản nhiệt thiết kế hai thanh ngang mạ chrome chạy ngang mang đến diện mạo hiện đại Hệ thống treo trước là tay đòn kép với lò xò cuộn và thanh cân bằng, treo sau dạng liên kết 4 điểm với lò xo cuộn và tay đòn bên Phanh trước đĩa thông gió, phanh sau là tang trống.
Các trang bị ngoại thất nổi bật gồm đèn pha projector LED, đèn hậu LED hình boomerang và 6 màu ngoại thất Phiên bản G và V sử dụng mâm hợp kim 16 inch, trong khi phiên bản Q dùng mâm hợp kim 17 inch.
Giống như ngoại thất, nội thất của Innova 2016 cũng được cải tiến mạnh với khả năng kết nối Bluetooth Toàn bộ các bản Innova 2016 đều được trang bị hệ thống chống trộm, cảnh báo khi cửa chưa đóng kín, cảm biến lùi phía sau, ABS và phân phối phanh điện tử EBD, túi khí kép phía trước và túi khí đầu gối Bản Q còn có túi khí cạnh bên, hai hệ thống cân bằng điện tử VSC và hỗ trợ khởi hành ngang dốc HAC.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ LY HỢP
Các thông số kỹ thuật của xe Toyota Innova 2016 (Bản G)
STT Thông số Giá trị
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 cần được thiết kế sao cho phải truyền hết mômen của động cơ và đồng thời bảo vệ được cho hệ thống truyền lực khỏi bị quá tải Với hai yêu cầu như vậy mômen ma sát của ly hợp được tính theo công thức:
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
Do đó: β M M 274,5 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
Hệ số ma sát khô μ=(0,25 ÷ 0,35) Chọn μ= 0,35 Áp suất tác dụng lên bề mặt ma sát q là một trong những thông số quan trọng đánh giá chế độ làm việc của ly hợp: q= β M e max π R tb 2 b μ.i ¿ 1,5.183
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 m : trọng lượng romooc của ô tô(Kg) ( G m =0 Kg ¿
Trong phân tích hệ truyền động, K là hệ số cản không khí (ở vận tốc nhỏ, 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
Với k là hệ số tỉ lệ kể đến nhịp độ tăng moment M1 khi đóng ly hợp, được xác định theo thực nghiệm Chọn k trong khoảng 0–150 Nm/s đối với ô tô du lịch và từ 0–750 Nm/s đối với ô tô tải.
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.
Trong quá trình làm việc, công trượt sinh nhiệt và làm nóng các chi tiết như lò xo và đĩa ép Vì vậy cần kiểm tra nhiệt độ của các chi tiết bằng cách xác định độ gia tăng nhiệt ΔT theo công thức tính phù hợp, ví dụ ΔT = Q/(m·c) hoặc ΔT = W/(m·c), trong đó Q hoặc W là lượng nhiệt sinh ra, m là khối lượng chi tiết và c là nhiệt dung riêng của vật liệu Việc đo và tính toán ΔT giúp xác định mức tăng nhiệt, đánh giá nguy cơ quá nhiệt và đưa ra biện pháp làm mát hoặc thay đổi thiết kế nhằm bảo vệ lò xo, đĩa ép và các thành phần liên quan.
- 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 C [T ] =
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 ( chọnδ=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 cố định các tấm ma sát lên xương đĩa, thường được chế tác từ đồng hoặc nhôm và có đường kính 4–6 mm Chúng được bố trí thành vòng tròn với nhiều dãy, thường là hai dãy, nhằm đảm bảo liên kết chắc chắn giữa tấm ma sát và xương đĩa.
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, lực tác dụng lên các đinh tán được xác định thông qua một công thức cụ thể Việc áp dụng giả thiết này cho phép phân tích cách lực phân phối trên mạng đinh tán và hỗ trợ tối ưu thiết kế bằng cách liên hệ giữa bán kính vòng tròn, số lượng đinh tán và vị trí sắp xếp Công thức nêu ra mối quan hệ giữa bán kính và lực tác dụng trên từng đinh tán, từ đó cho phép tính toán và đánh giá độ bền chịu tải của hệ đinh tán trong các bài toán kỹ thuật.
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 = 90 mm=0,09 m r 2 0 mm=0,11 m
2 (0,09 2 +0,11 2 ) I8,267 N= 49,828 KG Ứng suất cắt và chèn dập đối với đinh tán: τ c = F n π d 4 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 4 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 để đảm bảo liên kết chắc chắn và ổn định trong quá trình truyền động.
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.
Trong quá trình làm việc, ứng suất cắt τ_c và ứng suất chèn dập σ_cd của bộ phận chịu tải được xác định theo các công thức sau: τ_c = 4 M_e,max z1 z2 L b (D + d) ≤ [τ_c] kg/cm^2 và 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=5,6 cm
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
1.10 5,6 0,5 ( 4+ 3,2) 6,31 KG/ cm 2 σ cd = 8 M e max z 1 z 2 L b ( D 2 + d 2 ) = 1.10 5,6 0,5 8.18,3.100 (4 2 +3,2 2 ) ¿ 19,926 KG / cm 2
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 dùng trên xe ô tô con, là lò xo đĩa kiểu nón cụt Nhờ thiết kế này, nó có nhiều ưu điểm nổi bật hơn hẳn so với kiểu lò xo trụ.
Xét quan hệ biến dạng và lực ép ta có:
F ( N) : Lực ép; Δl (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, ban đầu cần một lực lớn hơn so với lò xo trụ cho cùng một biến dạng; sau đó khi biến dạng tăng lên, lò xo màng đảm bảo 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 được xem xét: một là dịch chuyển gây ra bởi đầu ngoài của đĩa quay quanh điểm O, tạo ra l2'; hai là dịch chuyển do biến dạng của thanh, tạo ra l2'' Theo sơ đồ trên ta có thể thấy l2 = l2' + l2'' và l2' được xác định bởi công thức 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 ' ' 2áqua 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.
Lò xo đĩa được đánh giá độ bền bằng cách xác định ứng suất tại điểm chịu tải lớn nhất ở trạng thái biến dạng tối đa (thành đĩa phẳng) Điểm chịu tải lớn nhất nằm ở tâm của mạng đàn hồi giữa các thanh mở 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 2,5 2 ( 60+216 ) + 2.10 5
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 lắp đặt ở đĩa bị động nhằm ngăn ngừa hiện tượng cộng hưởng trong hệ thống truyền lực, đồng thời đảm bảo truyền mô-men xoắn một cách êm dịu từ đĩa bị động sang moayơ trục ly hợp.
Momen cực đại có khả năng ép lò xo giảm chấn được xác định:
Các tham số kỹ thuật cho bài toán ô tô trên cầu chủ động được ghi nhận như sau: G_b là trọng lượng bám của ô tô trên cầu chủ động, G_b = 980 N; φ là hệ số bám của đường, với điều kiện đường tốt lấy 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
Khe hở đặc trưng cho biến dạng giới hạn của lò xo khi truyền mô-men bám từ bánh xe, là yếu tố quyết định độ nhạy và phạm vi hoạt động của hệ thống truyền động Độ cứng tối thiểu của lò xo giảm chấn (hay gọi là mô-men quay tác dụng lên đĩa bị động để xoay đĩa đi 1 độ so với moayơ) ảnh hưởng trực tiếp đến đáp ứng và độ ổn định của hệ truyền động 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
Các cửa sổ đặt lò xo của moayơ có kích thước chiều dài A phải nhỏ hơn một chút so với chiều dài tự do của lò xo, nhằm đảm bảo lò xo luôn ở trạng thái căng ban đầu; điều này giúp tối ưu phản hồi và ổn định của hệ thống Thông thường người ta chọn A ở mức khoảng 25–27 mm để cân bằng giữa độ căng và hành trình hoạt động của bộ truyền động.
Khi truyền mômen quay từ động cơ và từ bánh xe qua bộ phận giảm chấn là giống nhau, cửa sổ ở moayơ và cửa sổ ở đĩa bị động có chiều dài bằng nhau Với các giảm chấn có độ cứng khác nhau, chiều dài cửa sổ của moayơ phải ngắn hơn cửa sổ ở đĩa bị động một đoạn a = A1 – A, và thông số a 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:
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 là trục sơ cấp của hộp số, với đầu cuối mang cặp bánh răng nghiêng luôn ăn khớp để truyền lực giữa các cấp số Đầu trước của trục lắp ổ bi và đặt trong khoang của bánh đà; đầu sau của ổ bi được đặt trên thành vỏ hộp số, giúp cố định và dẫn hướng trục khi vận hành Nhờ cấu hình hai ổ bi ở hai đầu, trục ly hợp được giữ chắc và giảm ma sát, mang lại độ bền và hiệu suất truyền động cho hệ thống hộp số.
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 ô tô, η_dk (hiệu suất dẫn động) được chọn là 0,9 và i_dd (tỉ số truyền từ bàn đạp ly hợp tới đầu đĩa ép) được chọn là 1,5 Lực đạp cần thiết của người lái để mở ly hợp được ký hiệu là Q_bd; đối với ô tô du lịch ta chọn giá trị cơ sở Q_bd bằng 0 N Các tham số này giúp ước lượng lực tác động lên ly hợp và đánh giá hiệu suất của toàn bộ hệ truyền động.
Thay số vào công thức ta có :
Trong trường hợp lực bàn đạp Q_bd không nằm trong giới hạn cho phép của lực bàn đạp ly hợp trên xe ô tô du lịch, cần thiết phải tính toán bổ sung một bộ trợ lực để đóng ngắt ly hợp Việc thiết kế bộ trợ lực này giúp cân bằng lực đạp, đảm bảo thao tác đóng ngắt ly hợp chính xác và an toàn, đồng thời tối ưu hóa hiệu suất chuyển số và tuổi thọ của hệ thống ly hợp.
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 thành phần dịch chuyển của thanh l2: một là dịch chuyển do đầu ngoài của đĩa quay quanh điểm O (l'2), hai là dịch chuyển do biến dạng của thanh (l''2) Tổng hai thành phần này cho quan hệ l2 = l'2 + l''2 Theo sơ đồ trên ta có thể thấy 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 ≈ 8 mm Tỉ số truyền của dẫn động được tính từ bàn đạp ly hợp tới đầu đĩa ép và i_dd = 15.
- 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 hệ thống này, đường kính xilanh công tác được ký hiệu là d20 mm và được chọn ở phần tính tỉ số truyền của dẫn động từ bàn đạp ly hợp tới đầu đĩa ép; đường kính ngoài của các thành phần liên quan được xác định dựa trên yêu cầu làm việc và kích thước lắp đặt.
- 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 ) p( a 2 +b 2 a 2 −b 2 ) p( 2 a 2 a 2 −b 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%658,6 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
Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất: σ td 1 = p ( 2 b 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 người lái khi nhấn bàn đạp ly hợp, ta lắp thêm bộ trợ lực tác động lên bàn đạp và chọn tham số Q phù hợp Bộ trợ lực được bố trí ngay trước xy lanh chính về phía bàn đạp; nhờ vị trí này ta xác định được lực cường hóa cần sinh ra nhằm tăng hiệu quả truyền lực và làm nhẹ thao tác của người lái.
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 trọng lớn nhất Để xác định kích thước của lò xo hồi vị, ta chọn tải trọng lớn nhất tác dụng lên nó làm cơ sở tính toán Việc này giúp xác định các thông số thiết kế như đường kính dây, số vòng và vật liệu để đảm bảo lò xo có đủ lực hồi, độ bền và tuổi thọ phù hợp với yêu cầu vận hành.
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.