CÄNG DUÛNG
Đồ án môn học Tính toán và thiết kế Ôtô giúp sinh viên hiểu rõ các nguyên lý cơ bản trong thiết kế ôtô Qua quá trình thực hiện, sinh viên từng bước phát triển phương pháp tính toán và thiết kế xe hơi hiệu quả Dự án xây dựng kiến thức chuyên sâu, nâng cao kỹ năng tư duy kỹ thuật và ứng dụng thực tiễn trong ngành ôtô Đây là bước quan trọng giúp sinh viên chuẩn bị tốt cho sự nghiệp trong lĩnh vực công nghiệp ôtô và kỹ thuật cơ khí.
Trong đồ án này, sinh viên đã thực hiện nhiệm vụ tính toán và thiết kế ly hợp xe khách, giúp nắm vững phương pháp xác định các thông số và cách tính hợp lý dựa trên kiến thức đã học Nhờ đó, sinh viên phát triển kỹ năng xây dựng phương pháp tính toán, lựa chọn phù hợp và tham khảo các tài liệu liên quan để thiết kế các phần khác của ôtô một cách hiệu quả Việc hoàn thành đồ án giúp sinh viên hiểu rõ quy trình thiết kế ly hợp ôtô và nâng cao khả năng ứng dụng kiến thức vào thực tiễn.
Đồ án môn học là phần không thể thiếu trong các môn ô tô dành cho sinh viên ngành động lực, giúp sinh viên áp dụng kiến thức thực tế Bên cạnh đó, nó còn là tài liệu hữu ích cho các kỹ sư và chuyên gia làm việc trong lĩnh vực kỹ thuật ô tô.
YÊU CẦU
Khi làm đồ án môn học này, sinh viên cần phải nắm vững các kiến thức đã học của môn học Tính toán và thiết kế Ôtô và các môn học khác có liên quan.
Hình thức, nội dung thuyết minh và các bản vẽ phải tuân thủ đúng theo quy định của bộ môn đề ra.
Sinh viên phải hoàn thành đồ án này đúng tiến độ và đúng thời gian quy định Nếu không thực hiên đúng sinh viên sẽ không được bảo vệ.
CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHO TRƯỚC
Theo nhiệm vụ của đồ án được giao, ta có các thông số kỹ thuật được cho theo bảng sau:
Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật xe khách
STT Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
4 Công suất cực đại 115 KW
5 Số vòng quay ứng với công
PHÂN TÍCH CHỌN LOẠI LY HỢP VÀ DẪN ĐỘNG LY HỢP
CHỌN LOẠI LY HỢP
Ly hợp là bộ phận quan trọng trong ôtô máy kéo, có nhiệm vụ nối trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực để truyền mô-men quay một cách mượt mà và hiệu quả Nó giúp cắt truyền động một cách nhanh chóng và dứt khoát khi cần thiết, đảm bảo hoạt động liên tục và ổn định của xe Ngoài ra, ly hợp còn đóng vai trò là cơ cấu an toàn quan trọng, bảo vệ hệ thống truyền lực trong trường hợp xảy ra sự cố hoặc hệ thống bị quá tải.
Ngày nay trên Ôtô sử dụng các loại ly hợp sau đây:
Ly hợp ma sát : Truyền mômen quay bằng các bề mặt ma sát
Ly hợp thuỷ lực : Truyền mômen quay bằng chất loíng.
Ly hợp điện từ : Truyền mômen quay nhờ tác dụng của trường nam châm điện.
Trong đó ly hợp ma sát được sử dụng nhiều hơn cả vì có những ưu điểm nổi bật so với hai loại ly hợp kia cụ thể là :
Việc mở ly hợp một cách dứt khoát và nhanh chóng là vô cùng quan trọng khi sử dụng ôtô, vì truyền mômen quay qua các bề mặt ma sát gây cản trở việc gài số êm ái Nếu mở không rõ ràng, bánh răng sẽ gặp khó khăn trong quá trình dịch chuyển do tác dụng của mômen nội trội, làm chậm quá trình khớp các bánh răng và gây ra lực va đập mạnh Mở ly hợp nhanh giúp giảm lực va đập giữa các bánh răng, đảm bảo quá trình chuyển số mượt mà hơn, đồng thời hạn chế tác động tiêu cực đến động cơ và hệ thống truyền động.
Thứ hai: Trong điều kiện làm việc thuận tiện ly hợp ma sát không bị trượt, do đó an toàn trong quá trình sữ dụng.
Vì khi bị trượt các chi tiết bị nóng lên do công ma sát, lò xo ép bị ram có thể mất khả năng ép
Ly hợp ma sát có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và giá thành thấp do các bộ phận ma sát tiếp xúc trực tiếp với nhau Tuy nhiên, loại ly hợp này cũng có những nhược điểm như mòn nhanh, gây tiếng ồn khi hoạt động và không thể truyền mô-men xoắn lớn, ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành của hệ thống truyền động.
Ly hợp ma sát thường có tuổi thọ không cao do quá trình khởi hành hoặc chuyển số gây trượt, đòi hỏi người điều khiển cần chú ý vệ sinh và bảo dưỡng định kỳ Khi xảy ra trượt, các bộ phận như đĩa ma sát và lò xo ép dễ bị mòn hoặc hỏng, buộc phải thay thế để duy trì hiệu suất hoạt động của hệ thống truyền động Việc chăm sóc đúng cách giúp kéo dài tuổi thọ của ly hợp ma sát và tránh gặp sự cố trong quá trình sử dụng.
Tải trọng động lên động cơ và hệ thống truyền lực khi thay đổi đột ngột chế độ làm việc của ô tô là vấn đề do phần thụ động có mô men quán tính lớn, gây ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường sử dụng các loại ly hợp như ly hợp điện từ hoặc ly hợp thủy lực Trong đó, ly hợp điện từ nổi bật với đặc điểm đóng rất êm, cắt dứt khoát và độ tin cậy cao Tuy nhiên, nhược điểm của ly hợp điện từ là kết cấu cồng kềnh, giá thành sản xuất cao, khiến nó ít được sử dụng trên ô tô, đặc biệt là đối với ô tô tải nhỏ do không gian hạn chế.
Còn ly hợp thủy lực hiện nay vẫn chưa được sử dụng rộng rãi vì còn một số nhược điểm cần khắc phục:
Việc không đảm bảo mở ly hợp dứt khoát do còn mô men quay dư trên trục thụ động, mặc dù số vòng quay của động cơ rất thấp, gây khó khăn trong quá trình gài số Để tránh hiện tượng này, cần bố trí ly hợp ma sát phía sau ly hợp thủy lực, tuy nhiên giải pháp này khiến kết cấu của hệ thống trở nên cồng kềnh hơn.
- Ly hợp thuỷ lực do phải dùng dầu đặc biệt (có độ nhờn ít , độ đông đặc thấp) nên giá thành cao.
- Vẫn bị trượt trong điều kiện làm việc rất thuận tiện, do đó gây nên việc tiêu hao nhiên liệu quá mức
- Không thể phanh ôtô khi dừng tại chổ bằng phương pháp gài số Nhưng ly hợp này có ưu điểm là:
Bạn có thể khởi động động cơ và dừng ô tô khi đang gài số mà không gây ảnh hưởng, do giữa động cơ và truyền lực không có sự tiếp xúc cứng, giúp đảm bảo an toàn và thuận tiện trong quá trình vận hành Mô men dư của ly hợp khi ở số vòng quay không tải hoặc số vòng quay khởi động của động cơ rất thấp, do đó việc khởi động hoặc dừng xe khi cài số không gây tổn hại cho hệ thống truyền lực Điều này giúp nâng cao hiệu quả vận hành của ô tô và bảo vệ các bộ phận truyền động khỏi hao mòn không cần thiết.
Để đảm bảo quá trình khởi động và lấy đà ôtô diễn ra êm dịu, cần chú trọng vào việc khởi động tại chỗ một cách nhẹ nhàng, nhằm giảm tải trọng động lên hệ thống truyền lực Điều này đặc biệt quan trọng vì mômen của đĩa tuốc bin tỷ lệ thuận với số vòng quay của trục khuỷu động cơ, giúp giảm áp lực và kéo dài tuổi thọ các bộ phận truyền động của xe.
+ Ít điều chỉnh trong khi sử dụng vì các chi tiết của ly hợp thuỷ lục ít mòn.
Khi tăng sức cản chuyển động của ôtô, ngay cả khi xe dừng hẳn, động cơ vẫn không bị tắt, điều này làm cho loại ly hợp này phù hợp đặc biệt cho xe trong thời chiến Đối với xe tải nhỏ, sau quá trình phân tích, chúng ta lựa chọn loại ly hợp ma sát để đảm bảo hiệu quả và độ bền cao.
Ly hợp ma sát hiện có hai loại:
Ly hợp một đĩa được sử dụng rộng rãi trên ôtô nhờ vào đặc điểm đơn giản, chi phí thấp, khả năng mở nhanh và hiệu quả cao Với số lượng chi tiết ít hơn so với ly hợp nhiều đĩa, nó có mô men quán tính nhỏ, giúp quá trình truyền động trở nên nhẹ nhàng và ổn định hơn.
Ly hợp nhiều đĩa có ưu điểm nổi bật là hoạt động êm dịu nhờ mặt ma sát làm việc một cách từ từ, phù hợp để truyền mô men lớn và yêu cầu kích thước theo chiều dọc nhỏ Tuy nhiên, kết cấu phức tạp và mô men quán tính của chi tiết thụ động lớn khiến loại ly hợp này phù hợp chỉ trong các trường hợp đặc biệt như truyền mô men lớn hoặc khi diện tích bố trí hạn chế Trong khi đó, đối với xe tải có mô men truyền tải khoảng 180 Nm, ly hợp một đĩa thường được ưu tiên lựa chọn để giảm thiểu kích thước và đảm bảo khả năng hoạt động hiệu quả Hiện nay, các loại ly hợp sử dụng để tạo lực ép đều dựa trên 3 loại lò xo chính, giúp đảm bảo lực ép ổn định và bền bỉ trong quá trình vận hành.
Lò xo hình trụ và hình côn có ưu điểm nổi bật là kết cấu đơn giản và khả năng tạo lực ép lớn bằng cách bố trí nhiều lò xo xung quanh đĩa ép Tuy nhiên, nếu độ cứng của các lò xo không đồng đều, lực ép sẽ không đều, gây ra hiện tượng cắt ly hợp không dứt khoát và nguy hiểm khi lò xo gảy Để khắc phục nhược điểm này, người ta thường bố trí lò xo ép ở trung tâm, nhưng cách này lại phức tạp trong lắp đặt và làm cồng kềnh cấu trúc ly hợp, đặc biệt trên các xe du lịch hoặc tải nhỏ có không gian hạn chế Hiện nay, để giảm kích thước, người ta sử dụng lò xo đĩa, vừa làm nhiệm vụ ép vừa đóng vai trò đòn mở, đồng thời phân bố lực đều quanh chu vi mặt ma sát, tránh làm cong vênh hoặc cháy cục bộ đĩa ép như loại lò xo trụ Lò xo đĩa côn còn có đặc tính phi tuyến phù hợp với điều kiện làm việc của ly hợp So sánh hình 1.1 cho thấy, điểm a của lò xo trụ cao hơn điểm b của lò xo đĩa côn, thể hiện trong quá trình mở ly hợp, lực tác dụng lên các loại lò xo này khác nhau, phản ánh qua các đặc tính biến dạng của chúng.
CHỌN LOẠI DẪN ĐỘNG
Trên ôtô máy kéo hiện nay đã sử dụng chủ yếu hai dạng dẫn động ly hợp sau:
Dẫn động cơ khí có nhiều ưu điểm như đơn giản, rẻ tiền và hoạt động tin cậy, tuy nhiên lại có nhược điểm về hiệu suất truyền lực thấp và khả năng làm việc trong thời gian dài do các khớp dẫn động bị mài mòn, gây tăng hành trình bàn đạp tự do và yêu cầu điều chỉnh thủ công Thêm vào đó, độ cứng của hệ thống dẫn động cơ khí thấp hơn so với dẫn động thuỷ lực do nhiều khe hở trong các khâu khớp, gây khó khăn trong việc lắp đặt, đặc biệt là trên các loại xe đầu ngắn.
Ly hợp thủy lực có nhược điểm như kết cấu phức tạp, giá thành cao và sử dụng, sửa chữa phức tạp hơn so với các loại ly hợp khác Tuy nhiên, nó cũng mang lại nhiều ưu điểm nổi bật như hiệu suất cao, độ cứng lớn, dễ lắp đặt nhờ khả năng sử dụng đường ống và các khớp nối mềm, cùng với khả năng truyền động xa Ngoài ra, hệ thống thủy lực còn có khả năng hạn chế tốc độ dịch chuyển của đĩa ép khi đóng ly hợp đột ngột, giúp giảm tải trọng hoạt động của hệ thống.
Để đảm bảo thao tác nhẹ nhàng, giảm tải công việc cho người lái, đồng thời nâng cao tiện nghi, người ta thường sử dụng các hệ thống trợ lực như trợ lực khí nén, trợ lực chân không hoặc trợ lực thủy lực.
H.2.1 Sơ đồ ly hợp và dẫn động ly hợp (có trợ lực khí neùn)
1: Bánh đà 2: Đĩa bị động 3: Đòn mở 4: Giá tùy động. 5: Bạc mở và ổ bi tỳ 6: Lò xo hồi vị ổ bi tỳ 7: Xi lanh công tác 8: Xi lanh trợ lực 9: Cơ cấu phân phối 10: Đường thông khí trời 11: Buồng tỷ lệ 12: Màng tỷ lệ 13: Xilanh dẫn động cơ cấu trợ lực 14: Bình khí nén 15: Bàn đạp. 16: Xilanh chính 17: Tiết lưu 18: Nạng mở 19: Ống trượt. 20: Âộa eùp.
Đối với việc thiết kế ly hợp, lựa chọn dẫn động thủy lực là phù hợp nhất nhờ khả năng truyền lực mạnh mẽ và độ chính xác cao Với tải trọng xe lớn lên tới 10.500 kg, hệ thống dẫn động thủy lực có thể tích hợp trợ lực để tối ưu hóa hiệu suất vận hành và đảm bảo độ bền lâu dài của hệ thống Việc chọn dẫn động thủy lực giúp nâng cao khả năng kiểm soát và an toàn khi vận hành xe tải trọng nặng.
XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LY HỢP
XẠC ÂËNH BẠN KÊNH VOÌNG NGOAÌI ÂÉA MASẠT R 2
Hình 3.1 Các kích thức của đĩa masát
Việc xác định bán kính ngoài cần dựa trên ba điều kiện chính: đảm bảo ly hợp truyền hết mômen quay của ống dẫn, đảm bảo tuổi thọ cần thiết của hệ thống, và phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật để tối ưu hiệu suất vận hành Các tiêu chí này giúp xác định kích thước phù hợp nhằm tăng cường độ bền và hiệu quả truyền tải mômen quay của ly hợp trong các ứng dụng công nghiệp.
Để đảm bảo ly hợp truyền toàn bộ mômen quay của động cơ, nó phải lắp ghép chính xác với vành bánh đà Ly hợp cần sinh ra mômen masát luôn lớn hơn hoặc bằng mômen quay cực đại của động cơ trong suốt quá trình vận hành, nhằm tránh trượt hoặc mất truyền động Mômen masát Mms của ly hợp được xác định dựa trên công thức kỹ thuật cụ thể, giúp đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu và độ bền của hệ truyền động.
: mômen masát yêu cầu sinh ra trong ly hợp.
: hệ số dự trữ của ly hợp.
Hệ số dự trữ tính đến các yếu tố làm giảm lực ép hoặc làm giảm mômen masát trong quá trình sử dụng chẳng hạn như:
Moìn voìng masạt laìm giaím lỉûc ẹp: (1520)
Giảm độ đàn hồi của lò xo ép: (810)%
Tổng lực ép giảm khoảng 23-30% do các yếu tố tác động, trong đó hệ số β cần được chọn phù hợp để tránh ảnh hưởng tiêu cực Nếu β quá lớn, cần tăng lực ép và lực điều khiển ly hợp, điều này dẫn đến kích thước ly hợp tăng và làm giảm hiệu quả của cơ cấu an toàn Đối với xe khách, việc tối ưu lực ép ly hợp đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn của hệ thống truyền động.
Mômen masát sinh ra trong ly hợp được xác định theo công thức:
: hệ số masát. p: số lượng đôi bề mặt masát, vì có 1 đĩa masạt nãn p=2.
Pct: lực ép cần thiết lên các đĩa masát; [N].
Rtb: bạn kờnh masạt trung bỗnh (bạn kờnh cuớa điểm đặt lực masát tổng hợp); [m].
Bán kính trung bình vòng masát được xác định theo công thức:
R2: bạn kênh voìng ngoaìi cuía âéa masạt, [m].
R1: bạn kênh voìng trong cuía âéa masạt, [m].
Trong các ôtô máy kéo, các bề mặt ma sát thép với phêrađô đồng thường có hệ số ma sát khô lớn nhất là 0,35 Tuy nhiên, theo điều kiện nhiệt độ và tốc độ trượt tương đối, hệ số này giảm đi đáng kể Do đó, theo kinh nghiệm, hệ số ma sát khi hoạt động thường được tính toán dựa trên những yếu tố này để đảm bảo độ chính xác và an toàn trong thiết kế và vận hành.
Ta choün Áp suất trên bề mặt masát được xác định bởi công thức sau: q = [kN/m 2 ] Theo [1] (3.4)
Trong âọ: p: áp suất trên bề mặt masát, [kN/m 2 ].
[q]: áp suất cho phép lên bề mặt masát. Đối với bề mặt masát là thép và phêrađô thì [q]0250[kN/m 2 ] Theo [1] Choün [q]0[kN/m 2 ].
F: diện tích bề mặt tấm masát, [m 2 ].
Từ (3.1) và (3.2) ta suy ra công thức:
Vậy, từ (3.3), (3.5) và (3.6) ta suy ra:
Suy ra: Đặt , bất phương trình trên trương đương với bất phương trình sau:
Như vậy, ta suy ra:
Thay số vào ta có:
Ta chọn được R2 = 0.2 [m] (đảm bảo tuổi thọ cần thiết và lắm ghép được với bánh đà.
BẠN KÊNH VOÌNG TRONG CUÍA ÂÉA MASẠT R 1
Bán kính vòng trong của đĩa masát được xác định từ
BẠN KÊNH TRUNG BÇNH CUÍA ÂÉA MASẠT R TB
Theo công thức (3.3), thay số vào và ta tính được:
LỰC ÉP CẦN THIẾT P CT
Từ phương trình (3.2) ta có thể xác định được lực ép cần thiết lên đĩa để truyền được mômen masát Mms
Thay số vào ta có:
CHIỀU DÀY ĐĨA MASÁT MS
Theo [1], đối với xe tải và xe khách chiều dày đĩa masạt ms xạc õởnh trong khoaớng 4 5 [mm]
Vậy ta chọn ms = 5 [mm]
CHIỀU RỘNG ĐĨA MASÁT B
Chiều rộng đĩa masát được tính theo công thức: b = R2 - R1 [m]
Thay số vào, ta tính được: b = 0,2- 0,12 = 0,08 [m]
DIỆN TÍCH BỀ MẶT ĐĨA MASÁT F MS
Diện tích bề mặt đĩa masát : Fms
Fms = (R2 2 - R1 2) [m 2 ] Thay số, ta có:
Mômen masát sinh ra trong ly hợp được xác định theo công thức:
TÍNH CÔNG TRƯỢT RIÊNG VÀ KÍCH THƯỚC ĐĨA ÉP
TÍNH CÔNG TRƯỢT SINH RA TRONG QUÁ TRÌNH ĐÓNG LY HỢP
H.4.1 Mô hình động cơ - truyền lực và đồ thị tốc độ góc
Khi đóng ly hợp, hiện tượng trượt xảy ra trong giai đoạn đầu cho đến khi đĩa chủ động và đĩa bị động đồng bộ quay như một hệ thống động học Quá trình trượt sinh ra công ma sát, gây nhiệt độ cao có thể làm nóng các chi tiết của ly hợp vượt quá giới hạn làm việc bình thường, dẫn đến mài mòn các tấm ma sát và làm giảm tuổi thọ của lò xo ép do bị ram nóng Do đó, việc xác định công ma sát trong quá trình đóng ly hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của hệ thống.
Trong quá trình gài số ôtô tuỳ theo sự đổi số từ thấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp mà quá trình gài có
Khi chuyển từ số thấp lên số cao, tốc độ góc của trục khuỷu động cơ tăng lên, vượt qua tốc độ góc của trục sơ cấp hộp số Điều này dẫn đến quá trình truyền mômen quay từ động cơ sang hộp số diễn ra hiệu quả hơn, giúp cải thiện hiệu suất vận hành của xe Việc này góp phần tối ưu hóa công suất và mômen quay, đồng thời đảm bảo khả năng tăng tốc mượt mà và tiết kiệm nhiên liệu Hiểu rõ quá trình này là chìa khóa để nắm bắt cách hoạt động của hộp số tự động hoặc số sàn trong các loại xe khác nhau.
Me không nên lớn để tránh tăng công trượt.
Khi giảm từ số vòng quay cao xuống thấp, tốc độ góc của trục khuỷu động cơ có thể thấp hơn tốc độ góc của trục sơ cấp Trong quá trình này, khi đóng ly hợp, cần phải có mômen Me đủ lớn của động cơ để đảm bảo đồng bộ các tốc độ vòng quay giữa các bộ phận Điều này giúp tránh những dao động không mong muốn và đảm bảo hoạt động mượt mà của hệ thống truyền động.
Trong hai trường hợp nêu trên, kỹ thuật của người lái đóng vai trò quyết định trong việc điều chỉnh tốc độ góc của trục khuỷu và trục sơ cấp của hộp số Khi kỹ thuật chính xác, tốc độ góc của các trục này có thể duy trì đồng đều, giúp giảm thiểu công trượt của động cơ, đảm bảo hiệu quả vận hành tối đa Điều này cho thấy tầm quan trọng của kỹ thuật lái trong việc tối ưu hóa hiệu suất động cơ và giảm tiêu hao năng lượng.
Khi ôtô bắt đầu chuyển động, sự đồng đều trong chuyển động không thể được duy trì do điều kiện ωe > 0 và ωa = 0, dẫn đến việc công trượt đạt giá trị cực đại Hiểu rõ công trượt trong trường hợp này giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của phương tiện, đặc biệt trong các bài toán liên quan đến truyền lực và tối ưu hoá hệ thống truyền động ôtô.
Diễn biến quá trình đóng ly hợp hợp gồm 2 giai âoản :
Trong giai đoạn đầu với thời gian t₁, mô men quay của ly hợp tăng từ 0 đến giá trị Ma, giúp xe bắt đầu khởi động tại chỗ một cách nhẹ nhàng và ổn định.
Trong giai đoạn tiếp theo, với thời gian t₂, mômen quay của ly hợp (Ml) bắt đầu tăng lên liên tục cho đến khi không còn xảy ra sự trượt nữa, tức là đạt đến thời điểm kết thúc quá trình trượt của ly hợp.
4.1.1 Tờnh mọmen quạn tờnh cuớa bạnh õaỡ vaỡ cuớa cạc chi tiết của ôtô quy dẫn về trục ly hợp J a :
Từ công thức quan hệ vận tốc tịnh tiến ôtô và vận tốc góc của bánh xe như sau: v = bx.rbx= [m/s]
: vận tốc góc của bánh xe, [rad/s]. v: vận tốc chuyển động tịnh tiến của xe, [m/s].
: vận tốc góc tại trục của ly hợp, [rad/s].
Ta suy ra công thức tính vận tốc góc tại trục ly hợp:
[rad/s] Động năng của khối lượng chuyển động quay :
WÂ= [J] Động năng chuyển động tịnh tiến của xe:
Khi xe chuyển động thì:
Suy ra công thức tính mômen quán tính của bánh đà và các chi tiết của động cơ quy dẫn về trục ly hợp:
Ja: mọmen quạn tờnh cuớa bạnh õaỡ vaỡ cuớa cạc chi tiết động cơ qui dẫn về trục ly hợp.
Ga = trọng lượng toàn bộ của ôtô, [N].
: tỉ số truyền lực chính, i0 = = 4,4
: tỉ số truyền tay số một, ih1
Giá trị tỷ số truyền thấp i hI được xác định theo các điều kiện kéo, điều kiện bám và tốc độ tối thiểu của ôtô như sau:
Suy rat a choün = 8 rbx: bạn kênh làn cuía bạnh xe, rbx=0,45 [m] (theo baíng 1.1). g: gia tốc trọng trường, lấy g=9.81[m/s 2 ].
4.1.2 Mômen cản chuyển động qui dẫn về trục ly hợp M a :
Ga: Trọng lượng toàn bộ của xe, [N].
K: hệ số cản khí động, [N.s 2 /m 4 ].
F: diện tích cản chính diện của xe, [m 2 ].
tl: hiệu suất truyền lực, : hệ số cản tổng cộng của đường
Theo phân tích ở trên thi công trượt của ly hợp L được xác định theo hai thành phần:
L1: công trượt ở giai đoạn đầu, trong khoảng thời gian là t1 Công này sẽ tiêu tán cho sự trượt và nung nóng ly hợp.
L2: công trượt ở giai đoạn thứ hai, trong khoảng thời gian là t2 Công này dùng để tăng tốc và thắng sức cản của xe.
Vậy, công trượt toàn bộ của ly hợp sẽ là:
(4.3) Thời gian t1, t2 được xác định như sau:
Theo hỗnh veỵ 4.1 ta cọ :
e Thay số vào ta được:
Giải phương trình ta được : t2= t0-t1 = 1,65 - 0,078 =1, 572 [s]
Vậy công trượt toàn bộ là:
TÍNH CÔNG TRƯỢT RIÊNG L O
Công trượt chung không phản ánh chính xác điều kiện làm việc của ly hợp, do đó cần tính công trượt riêng để đánh giá chính xác hơn Công trượt riêng đo lường công trượt trên một đơn vị diện tích bề mặt các tấm ma sát, phản ánh mức độ hao mòn của tấm ma sát Việc xác định công trượt riêng giúp đánh giá chính xác hơn về điều kiện làm việc nặng nhọc của ly hợp, từ đó có thể đưa ra các biện pháp bảo trì phù hợp.
(theo TT-TK ọtọ trang 53) (4.4) Trong âọ:
Fms- diện tích bề mặt masát, theo tính toán phần trước ta có [m 2 ]. p- số lượng đôi bề mặt masát, p=2 Vậy thay số vào ta có:
Đối với ôtô vận tải có tải trọng trên 50kN, công trượt riêng được xác định trong khoảng từ 0 đến 600 kJ/m², đảm bảo tính toán phù hợp và hợp lý Các kết quả tính toán cho thấy phạm vi công trượt này phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật, góp phần nâng cao độ tin cậy và an toàn của hệ thống vận chuyển Việc xác định chính xác công trượt riêng là yếu tố quan trọng trong quá trình thiết kế và đánh giá xe tải, đảm bảo hiệu quả vận hành và độ bền của phương tiện.
4.3 TÍNH NHIỆT CỦA ĐĨA ÉP
Nhiệt sinh ra tại các đĩa ma sát trong hệ thống ly hợp có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ và hiệu suất hoạt động của các chi tiết liên quan Do các đĩa ma sát có khả năng dẫn nhiệt kém, mọi nhiệt phát sinh sẽ chủ yếu truyền cho các chi tiết tiếp xúc trực tiếp, đặc biệt là các đĩa ép Thời gian trượt của ly hợp thường ngắn, vì vậy lượng nhiệt thất thoát ra môi trường là không đáng kể; tuy nhiên, các chi tiết tiếp nhận nhiệt cần có khối lượng lớn để hấp thụ nhiệt sinh ra mà không gây tăng nhiệt độ quá mức, từ đó hạn chế ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu quả của đĩa ma sát, tránh hiện tượng cháy cục bộ và duy trì hệ số ma sát ổn định.
Bánh đà có kích thước lớn giúp khả năng tải nhiệt tốt, do đó không cần thiết tính đến phần này và chỉ tập trung xác định cho đĩa ép Trong đó, đĩa ép còn được bố trí các lò xo ép, và nhiệt độ của đĩa ép tăng quá mức cho phép sẽ gây ảnh hưởng đến độ cứng của lò xo ép.
Trong quá trình khởi hành xe, công trượt lớn nhất thường xảy ra, vì vậy việc tính toán ly hợp hợp cần dựa trên điều kiện ban đầu của xe để đảm bảo hoạt động ổn định của ly hợp Bằng cách này, ta có thể kiểm soát tốt quá trình truyền động, giảm thiểu hiện tượng trượt quá mức và duy trì hiệu suất vận hành tối ưu cho xe Việc xác định chính xác công trượt ban đầu giúp nâng cao tuổi thọ của ly hợp và đảm bảo an toàn trong từng bước khởi hành.
Nhiệt độ tăng lên của đĩa ép khi tiếp xúc trực tiếp với đĩa masát trong thời gian ly hợp bị trượt được xác định theo công thức:
T: nhiệt độ tăng lên của đĩa ép, [ 0 C].
TấNH ÂẫA EẽP
= 0,5 đối với đĩa ép của ly hợp 1 đĩa. c 500(J/kg.độ): nhiệt dung riêng của đĩa ép (theùp) Theo[1] mđ: khối lượng của đĩa ép, [kg].
Theo công thức, công trượt chung của ly hợp càng lớn thì nhiệt độ sinh ra trên đĩa ép càng cao, gây ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của hệ thống Vì vậy, việc kiểm tra chế độ nhiệt của đĩa ép khi công trượt tối đa (khi xe khởi động tại chỗ) là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và độ bền của các bộ phận trong hệ thống ly hợp Khi đó, nhiệt độ của đĩa ép sẽ tăng lên đáng kể, đòi hỏi các biện pháp làm mát phù hợp để giảm thiểu rủi ro hư hỏng do quá nhiệt.
Thay các giá trị vào ta được:
THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT, CỤM CHÍNH CỦA LY HỢP
LOè XO EẽP
Trên ly hợp ôtô, các loại lò xo như lò xo trụ, lò xo côn và lò xo đĩa thường được sử dụng làm lò xo ép Mỗi loại lò xo đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng loại xe Đối với xe khách, chúng ta thường chọn thiết kế lò xo ép là lò xo trụ để tối ưu hiệu quả hoạt động.
Vì lò xo côn sẽ làm cho ly hợp dài, cồng kềnh còn lò xo côn thì lực ép không lớn do khó chế tạo.
5.1.1 Đặc điểm khi lắp lò xo trụ: Ưu điểm:
Thiết kế đơn giản và dễ chế tạo giúp quá trình lắp đặt diễn ra thuận lợi, đảm bảo kết cấu gọn gàng và tiết kiệm không gian Đồng thời, việc bố trí hợp lý còn tạo điều kiện thuận lợi để đặt ổ bi ép của đòn mở ly hợp trên trục ly hợp một cách chính xác và dễ dàng thao tác.
Trong quá trình chế tạo, độ cứng của lò xo bị nhăn hoặc lệch do lực ép của các bề mặt ma sát không đều nhau Điều này gây ảnh hưởng đến chất lượng và độ bền của lò xo Việc kiểm soát lực ép và đảm bảo các bề mặt ma sát đều là yếu tố quan trọng để nâng cao độ chính xác và tuổi thọ của sản phẩm.
Trong quá trình làm việc, một trường hợp lò xo bị truỵ bở và gây hỏng hóc đã phát sinh, dẫn đến việc phải thay nguyên bộ lò xo mới Điều này gây lãng phí vật liệu và làm giảm khả năng tiết kiệm trong quá trình sản xuất Việc phát hiện và xử lý kịp thời các vấn đề về lò xo là yếu tố quan trọng để duy trì hiệu quả vận hành và tối ưu hóa nguồn lực Đảm bảo sử dụng nguyên liệu chính xác và kiểm tra định kỳ sẽ giúp hạn chế tình trạng hao hụt vật liệu không cần thiết.
Trong quá trình làm việc, có trường hợp lò xo bị ram lại, gây ảnh hưởng đến khả năng đảm bảo lực ép Khi lắp ráp, cần phải thêm lớp cách nhiệt để đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành, nhưng điều này làm phức tạp hơn về mặt kết cấu của thiết bị.
Tính độ cứng của lò xo:
Để đảm bảo hiệu quả hoạt động của ly hợp, ta tính độ cứng của lò xo sao cho khi đĩa masát bị mòn trong giới hạn cho phép, lực ép của đĩa ép vẫn duy trì khả năng sinh ra mômen masát lớn hơn mômen cực đại của động cơ Điều này đảm bảo đĩa masát bị mòn trong phạm vi khoảng từ 1,6 trở lên, duy trì độ bền và độ tin cậy của hệ thống ly hợp trong quá trình sử dụng.
Hệ số dự trữ tối thiểu được xác định:
Lực ép cần thiết lên mỗi lò xo khi đóng li hợp :
Trong âọ : n : Số lượng lò xo ép Theo các kết cấu hiện nay n - 18 loì xo, ta choün n
:Lực ép cần thiết tác dung lên các bề mặt ma sạt.
Khi mở li hợp , các lò xo biến dạng thêm, nên lực tạc dung lãn chụng cuỵng tàng lãn :
:Biến dạng thêm lò xo khi mở li hợp
:Khe hở tối thiểu của đôi bề mặt ma sát,
=1,5-2 mm ,ta choün m :Độ biến dạng đàn hồi của đĩa bị động. Với đĩa không đàn hồi m=0,15-0,25 [mm] Ta chọn m=0.2 [mm].
Khi tính toán, có thể xác định độ cứng cần thiết của lò xo dựa trên điều kiện bảo vệ hệ số dự trữ tối thiểu của li hợp Điều kiện này đảm bảo tính an toàn và hiệu quả của hệ thống li hợp Việc xác định đúng độ cứng của lò xo giúp duy trì khả năng hoạt động ổn định và tránh các sự cố gây hỏng hóc Do đó, phân tích kỹ lưỡng các yếu tố liên quan là cần thiết để chọn lựa lò xo phù hợp, nâng cao tuổi thọ và độ tin cậy của hệ thống li hợp.
-Khi các bề mặt ma sát chưa mòn, lực tác dung lên lò xo sẽ là và đảm bảo cho li hợp có hệ số dự trữ õaợ choỹn.
Khi các bề mặt ma sát bị mòn trong giới hạn cho phép, khả năng truyền truyền mô men của ly hợp vẫn cần duy trì với hệ số tối thiểu để đảm bảo hoạt động hiệu quả của động cơ Việc kiểm tra và duy trì các bề mặt này trong giới hạn cho phép giúp tránh mất khả năng truyền mô men, giữ cho hệ thống ly hợp hoạt động ổn định và bền bỉ hơn Điều này đặc biệt quan trọng trong quá trình bảo trì xe hơi, đảm bảo ly hợp luôn có khả năng truyền lực tối ưu dù các bề mặt ma sát đã bị mòn phù hợp.
Từ đó có thể viết :
Hay : Âỏy chờnh laỡ õọỹ giảm lực ép của lò xo khi giảm đến Mà nên ta được : Ở đây:
: Chiều dày của vòng ma sát (3-4 mm) Ta
: Hệ số mòn cho phép đối với vòng ma sát gắng bằng đinh tán.
Thay các giá trị vào ta được:
Với Thoả mãn trong gới hạn cho phép
Xác định các kích thước của lò xo:
Khi mở ly hợp, lò xo bị nén một đoạn là : Ứng suất trên lò xo được xác định theo công thức:
Trong âọ: d: đường kính dây lò xo, [m].
D: đường kính của lò xo, [m].
Po: lỉûc cỉûc âải tạc dủng lãn loì xo, thể hiện rõ lực tác dụng lên lò xo trụ của ly hợp với công thức Po = Plx(m) [N] Khi tính toán ứng suất lò xo trụ, cần xem xét đến sự tập trung ứng suất tại phía bên trong của sợi dây lò xo nhằm đảm bảo độ chính xác và độ bền của hệ thống Việc phân tích này giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu suất hoạt động của ly hợp trong các điều kiện làm việc khác nhau.
Trong âọ: k: hệ số tính đến sự tập trung ứng suất Ta choỹn tố sọ ỳ thỗ k= 1,3 (theo[1] trang 87).
k: ứng suất của lò xo trụ có tính đến sự tập trung ứng suất Ứng suất cho phép
Từ công thức (5.2) và (5.3), ta xác định được đường kênh dáy loì xo:
Vậy, thay số vào ta có:
Choün d = 5[mm], suy ra D = 5.5 = 25[mm].
Ta có, quan hệ độ cứng với số vòng làm việc của lò xo được xác định theo công thức: [N/m] (theo [1] trang 86)
G: mô đun đàn hồi dịch chuyển, G=8.10 4 [MN/m 2 ]. no: số vòng làm việc của lò xo.
Từ đó, ta suy ra được công thức tính số vòng lò xo:
Thay số vào, ta có:
Chiều dài của lò xo khi ly hợp mở hoàn toàn: lmin = ( d + 1) n0 + d + nâ.d [mm]
Trong âọ: d: đường kính dây lò xo, [m].
Khoảng cách giữa hai vòng lò xo khi ly hợp mở hoàn toàn là một yếu tố quan trọng trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống ly hợp Số vòng làm mặt đế của lò xo được xác định là nđ = 2 vòng, góp phần vào tính toán chiều dài tổng thể của lò xo Khi thay đổi số vòng, ta tính chiều dài lò xo chung theo công thức: llxm = (5 + 1) x 12,916 + 5 + 2.5 = 92,496 mm Độ biến dạng lớn nhất của lò xo được xác định dựa trên công thức phù hợp, giúp đảm bảo hoạt động chính xác và bền bỉ của hệ thống ly hợp.
Chiều dài tự do của lò xo được xác định theo công thức : l0 = llx(m) + max [mm]
Thay số, ta có: l0 = 92,496 + 15,3333 = 108,0514 [mm]
Chiều dài làm việc của lò xo khi đĩa masát chưa mòn được xác định theo công thức: [mm]
Hỗnh 5.1 Loỡ xo eùp d Đường kính dây lò xo; D: Đường kính lò xo
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG LY HỢP
SƠ ĐỒ DẪN ĐỘNG VÀ TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG LY HỢP: 30 6.2 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC
H.6.1 Sơ đồ tính toán dẫn động ly hợp thủy lực
Tỷ số truyền của dẫn động ly hợp: idk Trong đó : Tỷ số truyền của bàn đạp ibđ: ibâ Tỷ số truyền của dẫn động thuỷ lực : itg = = 1 Theo [1]
Tỷ số truyền của nạng mở: in = 1,4 - 2,2 Theo [1] in = = 2 Tỷ số truyền của đòn mở: idm= 3,8 - 5,5 theo [1] iâm = = 4,5
Hành trình bàn đạp được xác định theo công thức sau:
0: khe hở cần thiết để ly hợp có thể làm việc được khi các bề mặt masát bị mòn.đối với xe khách 0
1 đối với điều khiển thủy lực chọn
2 đối với điều khiển thủy lực chọn
Sbõ: haỡnh trỗnh baỡn õảp, Theo
m : khe hở hoàn toàn giữa mỗi đôi bề mặt ma sạt Theo [1] m= 0,75 - 1 choün m= 0,8
Zms số đôi bề mặt ma sát zms= 2
dh : Độ dịch chuyển cần thiết của đĩa ép do độ đàn hồi của đĩa bị động dh=1
Từ công thức (6.1) và những dữ liệu chọn trên ta tính được tỷ số truyền bàn đạp. ibâ ibâ = = 5,45
Suy ra tỉ số truyền dẫn động của ly hợp là: ibâ = 5,6.2.4,5.1 = 49,1
6.2 Xạc õởnh lỉỷc tạc dung lón baỡn õảp:
Lực bàn đạp được xác định theo công thức sau:
: tổng các lực do lò xo ép tác dụng lên đĩa ép ở cuối thời kỳ mở ly hợp
dk: hiệu suất của dẫn động dk=0,85[N] (theo [1]).
Vậy lực của bàn đạp:
Do Pbâ 7.52 [N]>[Pbâ]0÷150[N] cho nãn ta phaíi duìng trợ lực Chọn cơ cấu trợ lực bằng khí nén, lực bàn âảp P’bâ = 120 [N].
Hinh 6.2 Sơ đồ tính toán dẫn động thủy lực có trợ lực khờ neùn ibâ Trong âọ:
0 ’: khoảng cần thiết của cụm van điều khiển,
0 ’ Choün itg ’ : Tỷ số truyền phụ dùng để mở van cấp khí itg ’= 1,1 Theo [1] ibâ = = 5,11
Suy ra tỉ số truyền dẫn động của ly hợp là: idâ = 5,11.2.4,5.1 = 46
Lực do cơ cấu trợ lực sinh ra phải thỏa mãn công thức sau:
Ptl: lực do cơ cấu trợ lực, [N].
tl: hiệu suất của cơ cấu trợ lực, (theo [1]).
Ta suy ra công thức tính lực trợ lực từ công thức (6.3):
Ta có quan hệ lực trợ lực tính theo áp suất khí nén và diện tích đỉnh piston trợ lực theo công thức:
: áp suất khí nén trong bình chứa, [MN/m 2 ] (theo [1]) Choün 5 [MN/m 2 ].
Từ công thức (6.3), ta tính được đường kính của xi lanh trợ lực:
Vậy ta chọn đường kính của xilanh trợ lực D 0,04[m].
Vậy các thông số cần tính toán như sau:
- Bạn kờnh trung bỗnh Rtb = 163,3 [mm].
- Lực ép cần thiêt Pct = 7432,91 [N].
- Chiều dày tấm ma sát ms = 4 [mm].
- Bề rộng tấm ma sát b = 80 [mm].
- Diện tích bề mặt tấm ma sát F = 80424,8 [mm 2 ].
- Mọ men quạn tờnh Ja = 1,75 [N.m.s 2 ].
- Mô men cản chuyển động Ma = 30,168 [N.m].
- Chiều dày đĩa ép = 14 [mm].
- Độ cứng lò xo Clx = 30,97 [N/m].
- Đường kính đinh tán d =4 [mm].
- Đường kính đinh tán D = 6.4 [mm].
- Chiều dài đinh tán ld = 8 [mm]
- Haỡnh trỗnh baỡn õảp sbõ = 180 [mm].
Tãn taìi liệu Tác giả Nhà xuất baín
Tênh toạn vaì thiết kế ô tọ
Ló Vàn Tuỷy Lổu haỡnh nọỹi bọỹ 2005
Thiết kế và tờnh toạn ọtọ mạy kẹo -
Kiãn Âải hoüc vaì trung hoüc chuyên nghiệp Haỡ Nọỹi
[III] Lý thuyết ọtọ mạy kẹo
Khoa hoüc vaì kỹ thuật 2000
1 CÔNG DỤNG, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT
1.3 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHO TRƯỚC: 3
2 PHÂN TÍCH CHỌN LOẠI LY HỢP VÀ DẪN ĐỘNG LY HỢP: 3
3 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LY HỢP: 8
3.1 XẠC ÂËNH BẠN KÊNH VOÌNG NGOAÌI ÂÉA MASẠT R 2 : 9
3.2 BẠN KÊNH VOÌNG TRONG CUÍA ÂÉA MASẠT R 1 : 12
3.3 BẠN KÊNH TRUNG BÇNH CUÍA ÂÉA MASẠT R TB : 13
3.4 LỰC ÉP CẦN THIẾT P CT : 13
3.5 CHIỀU DÀY ĐĨA MASÁT MS : 13
3.7 DIỆN TÍCH BỀ MẶT ĐĨA MASÁT F MS : 14
4 TÍNH CÔNG TRƯỢT RIÊNG VÀ KÍCH THƯỚC ĐĨA ÉP: 14
4.1 TÍNH CÔNG TRƯỢT SINH RA TRONG QUÁ TRÌNH ĐÓNG LYHỢP : 15
