CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU CỦA LY HỢP
Trong hệ thống truyền lực của ô tô, ly hợp là một trong những cụm chính, nó có công dụng là:
- Nối động cơ với hệ thống truyền lực khi ôtô di chuyển.
- Ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong trường hợp ôtô khởi hành hoặc chuyển số.
Để đảm bảo an toàn cho các chi tiết của hệ thống truyền lực, cần tránh tình trạng quá tải, đặc biệt trong trường hợp phanh đột ngột và không nhả ly hợp Trong hệ thống truyền lực cơ khí với hộp số có cấp, việc sử dụng ly hợp giúp tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực, giảm va đập giữa các đầu răng và khớp gài, từ đó dễ dàng hơn trong quá trình đổi số Khi kết nối êm dịu động cơ với hệ thống truyền lực, ly hợp sẽ trượt, giúp mômen ở các bánh xe chủ động tăng dần, mang lại cảm giác khởi hành và tăng tốc êm ái cho xe.
Khi phanh xe và tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực cùng lúc, động cơ sẽ hoạt động liên tục mà không bị chết máy, giúp tránh việc khởi động động cơ nhiều lần.
Ly hợp trên ôtô thường được phân loại theo 4 cách :
- Phân loại theo phương pháp truyền mômen.
- 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 ly hợp.
2.1 Phân loại theo phương pháp truyền mômen
Theo phương pháp truyền mômen từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thống truyền lực thì người ta chia ly hợp ra thành 4 loại sau :
Loại 1: Ly hợp ma sát: Đó là loại ly hợp mà mô men ma sát hình thành ở ly hợp nhờ sự ma sát của các bề mặt ma sát cơ khí Loại này được sử dụng phổ biến trên hầu hết các ôtô nhờ kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sữa chữa thay thế.
- Theo hình dáng bề mặt ma sát gồm có :
+ Ly hợp ma sát loại đĩa (một đĩa, hai đĩa hoặc nhiều đĩa).
+ Ly hợp ma sát loại hình nón.
+ Ly hợp ma sát loại hình trống.
Ly hợp ma sát loại đĩa hiện đang được sử dụng phổ biến nhờ vào cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo và khối lượng phần bị động nhẹ Ngược lại, ly hợp ma sát hình nón và hình trống ít được ưa chuộng do trọng lượng lớn của phần bị động, gây ra tải trọng động lớn lên các cụm và chi tiết trong hệ thống truyền lực.
- Theo vật liệu chế tạo bề mặt ma sát gồm có :
+ Thép với phêrađô hoặc phêrađô đồng.
+ Thép với phêrađô cao su.
- Theo đặc điểm của môi trường ma sát gồm có :
+ Ma sát ướt (các bề mặt ma sát được ngâm trong dầu). Ưu điểm của ly hợp ma sát là : kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
Nhược điểm của ly hợp ma sát bao gồm sự mòn nhanh chóng của các bề mặt ma sát do hiện tượng trượt giữa chúng khi đóng ly hợp Ngoài ra, các chi tiết trong ly hợp cũng bị nung nóng do nhiệt lượng phát sinh từ công ma sát.
Tuy nhiên ly hợp ma sát vẫn được sử dụng phổ biến ở các ôtô hiện nay do những ưu điểm của nó.
Loại 2: Ly hợp thủy lực: là ly hợp truyền mômen xoắn bằng năng lượng của chất lỏng (thường là dầu). Ưu điểm của ly hợp thủy lực là: làm việc bền lâu, giảm được tải trọng động tác dụng lên hệ thống truyền lực và dễ tự động hóa quá trình điều khiển xe.
Nhược điểm của ly hợp thủy lực là: chế tạo khó, giá thành cao, hiệu suất truyền lực nhỏ do hiện tượng trượt.
Ly hợp thủy lực là loại thiết bị ít phổ biến trên ôtô, hiện chỉ được áp dụng cho một số xe ôtô du lịch, ôtô vận tải hạng nặng và một số mẫu ôtô quân sự.
Loại 3: Ly hợp điện từ: là ly hợp truyền mômen xoắn nhờ tác dụng của từ trường nam châm điện Loại này ít được sử dụng trên xe ôtô.
Loại 4: Ly hợp liên hợp: là ly hợp truyền mômen xoắn bằng cách kết hợp hai trong các loại kể trên (ví dụ như ly hợp thủy cơ) Loại này ít được sử dụng trên xe ôtô.
2.2 Phân loại theo trạng thái làm việc của ly hợp
Theo trạng thái làm việc của ly hợp thì người ta chia ly hợp ra thành 2 loại sau :
- Ly hợp thường đóng: loại này được sử dụng hầu hết trên các ôtô hiện nay.
- Ly hợp thường mở : loại này được sử dụng ở một số máy kéo bánh hơi như C - 100 , C - 80 , MTZ2
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 chia ra các loại ly hợp sau :
Loại 1: 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.
- Lò xo trung tâm (dùng lò xo côn) Theo đặc điểm kết cấu của lò xo có thể dùng lò xo trụ, lò xo đĩa, lò xo côn.
Ly hợp sử dụng lò xo trụ bố trí xung quanh được áp dụng rộng rãi trên ôtô hiện nay nhờ vào ưu điểm kết cấu gọn nhẹ, khả năng tạo lực ép lớn theo yêu cầu và độ tin cậy cao trong quá trình hoạt động.
Loại 2: Ly hợp điện từ: lực ép là lực điện từ.
Loại 3: Ly hợp ly tâm: là loại ly hợp sử dụng lực ly tâm để tạo lực ép đóng và mở ly hợp Loại này ít được sử dụng trên các ôtô quân sự.
Loại 4: Ly hợp nửa ly tâm: là loại ly hợp dùng lực ép sinh ra ngoài lực ép của lò xo còn có lực ly tâm của trọng khối phụ ép thêm vào Loại này có kết cấu phức tạp nên chỉ sử dụng ở một số ôtô du lịch như ZIN-110, POBEDA
2.4 Phân loại theo phương pháp dẫn động ly hợp
Theo phương pháp dẫn động ly hợp thì người ta chia ly hợp ra thành 2 loại sau :
- Ly hợp điều khiển tự động.
Ly hợp điều khiển cưỡng bức yêu cầu người lái tác động lực lên hệ thống dẫn động để điều khiển Loại ly hợp này chủ yếu được sử dụng trên ôtô trang bị ly hợp đĩa ma sát, luôn duy trì trạng thái đóng.
Theo đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn động ly hợp thì người ta lại chia ra thành 3 loại sau :
- Dẫn động bằng cơ khí.
- Dẫn động bằng thủy lực và cơ khí kết hợp.
Dẫn động bằng trợ lực giúp người lái điều khiển ly hợp một cách dễ dàng và nhẹ nhàng hơn Có ba loại trợ lực chính: trợ lực cơ khí sử dụng lò xo, trợ lực khí nén và trợ lực thủy lực Những công nghệ này cải thiện hiệu suất lái xe và giảm bớt sức lực cần thiết cho người điều khiển.
Ly hợp là một trong những hệ thống chủ yếu của ôtô, khi làm việc ly hợp phải đảm bảo được các yêu cầu sau :
Để truyền tải toàn bộ mômen của động cơ mà không xảy ra trượt trong bất kỳ điều kiện sử dụng nào, mômen ma sát của ly hợp cần phải lớn hơn mômen cực đại của động cơ Điều này có nghĩa là hệ số dự trữ mômen (β) của ly hợp phải lớn hơn 1.
Đóng ly hợp một cách êm dịu giúp giảm thiểu lực va đập trong các răng của hộp số, điều này rất quan trọng khi khởi động ô tô và khi chuyển số trong quá trình di chuyển.
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1 Giới thiệu hệ thống ly hợp loại đĩa ma sát khô
Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô một đĩa
1 - bánh đà ; 2 - đĩa ma sát ; 3 - đĩa ép
4 - lò xo ép ; 5 - vỏ ly hợp ; 6 - bạc mở
7 - bàn đạp ; 8 - lò xo hồi vị bàn đạp
9 - đòn kéo ; 10 - càng mở ; 11 - bi "T"
12 - đòn mở ; 13 - lò xo giảm chấn.
Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô hai đĩa
1 - bánh đà ; 2 - lò xo đĩa ép trung gian
3 - đĩa ép trung gian ; 4 - đĩa ma sát ; 5 - đĩa ép ngoài
6 - bulông hạn chế ; 7 - lò xo ép ; 8 - vỏ ly hợp
9 - bạc mở ; 10 - trục ly hợp ; 11 - bàn đạp
12 - lò xo hồi vị bàn đạp ly hợp ; 13 - thanh kéo
14 - càng mở ; 15 - bi "T" ; 16 - đòn mở
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 thành 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.
Trong phần này, ta xét cấu tạo của cơ cấu ly hợp, nó gồm 3 phần chính : bánh đà, đĩa ma sát và đĩa ép.
Nhóm chi tiết chủ động trong 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, tất cả các chi tiết thuộc nhóm chủ động sẽ quay đồng thời với bánh đà.
- Nhóm các chi tiết bị động gồm đĩa ma sát, trục ly hợp Khi ly hợp mở hoàn toàn các chi tiết thuộc nhóm bị động sẽ đứng yên.
Vỏ ly hợp 5 được gắn cố định với bánh đà 1 bằng bulông, trong khi đĩa ép 3 có khả năng dịch chuyển trong vỏ và truyền mômen từ vỏ vào đĩa ép Các chi tiết như bánh đà 1, đĩa ép 3, lò xo ép 4 và vỏ ly hợp 5 tạo thành phần chủ động của ly hợp, trong khi đĩa ma sát 2 là phần bị động Đối với ôtô vận tải cần truyền mômen lớn, ly hợp ma sát khô hai đĩa bị động thường được sử dụng, mang lại những ưu nhược điểm so với ly hợp ma sát khô một đĩa bị động.
- Nếu cùng một kích thước đĩa bị động và cùng một lực ép như nhau thì ly hợp hai đĩa truyền được mômen lớn hơn ly hợp một đĩa.
- Nếu phải truyền một mômen như nhau thì ly hợp hai đĩa có kích thước nhỏ gọn hơn ly hợp một đĩa.
- Ly hợp hai đĩa khi đóng êm dịu hơn nhưng khi mở lại kém dứt khoát hơn ly hợp một đĩa.
- Ly hợp hai đĩa có kết cấu phức tạp hơn ly hợp một đĩa.
Ly hợp hai đĩa, theo sơ đồ cấu tạo hình 1.2, bao gồm các bộ phận và chi tiết cơ bản tương tự như ly hợp một đĩa, nhưng điểm khác biệt chính là sự hiện diện của hai đĩa ma sát.
Ly hợp hai đĩa được thiết kế với bốn cùng liên kết và trục ly hợp 10, bao gồm hai đĩa ma sát, trong đó có đĩa ép 5 và đĩa ép trung gian 3 Cơ cấu truyền mômen từ vỏ hoặc bánh đà sang cả hai đĩa ép là cần thiết, tuy nhiên, nhược điểm của ly hợp này là khả năng mở không dứt khoát Để khắc phục điều này, cơ cấu lò xo đĩa ép trung gian 2 và bu lông điều chỉnh 6 được sử dụng, giúp khi mở ly hợp, lò xo 2 đẩy đĩa ép trung gian 3 tách khỏi đĩa ma sát bên trong Khi đĩa ép trung gian chạm vào bu lông điều chỉnh 6, quá trình mở ly hợp sẽ dừng lại, cho phép đĩa ma sát bên ngoài tự do hoạt động.
Bộ phận dẫn động điều khiển ly hợp bao gồm bàn đạp ly hợp, đòn dẫn động, càng mở ly hợp, đòn mở ly hợp và bạc mở ly hợp Tùy thuộc vào từng loại ly hợp, có thể bổ sung thêm các bộ phận dẫn động bằng thủy lực hoặc khí nén, như xilanh chính và xilanh công tác.
Nguyên lý làm việc của ly hợp loại đĩa ma sát khô
Nguyên lý làm việc theo hình 1.1 :
Trong trạng thái đóng ly hợp, lò xo 4 tạo lực ép giữa đĩa ép 3 và đĩa bị động 2, giúp kết nối phần chủ động với phần bị động thành một khối cứng Mômen từ động cơ được truyền qua các bề mặt ma sát của đĩa bị động và đĩa ép, tiếp theo là vào xương đĩa bị động qua bộ giảm chấn 13, sau đó đến moayơ và trục ly hợp Lúc này, giữa bi "T" 11 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.
Khi cần ngắt truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số, người lái sẽ tác dụng lực vào bàn đạp, khiến các bộ phận như đòn kéo và càng mở hoạt động Bạc mở sẽ dịch chuyển sang trái, khắc phục khe hở và tì vào đầu đòn mở Nhờ khớp bản lề, đầu đòn mở kéo đĩa ép nén lò xo, làm tách các bề mặt ma sát giữa bộ phận chủ động và bị động của ly hợp, từ đó ngắt sự truyền động từ động cơ tới hộp số.
Nguyên lý làm việc theo hình 1.2 :
Trong trạng thái đóng ly hợp, các lò xo ép tạo lực ép chặt các đĩa ma sát và đĩa ép trung gian với bánh đà, hình thành một khối cứng giữa phần chủ động và phần bị động Mômen từ động cơ được truyền qua các bề mặt ma sát và tiếp tục vào xương đĩa bị động qua bộ giảm chấn, sau đó đến moayơ và trục ly hợp Lúc này, giữa bi "T" và đầu đòn mở có khe hở 3-4 mm, tương ứng với hành trình tự do của bàn đạp ly hợp từ 30-40 mm.
Khi cần ngắt truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số, người lái sẽ tác dụng lực vào bàn đạp, làm cho bạc mở di chuyển sang trái và tì vào đầu đòn mở Nhờ vào khớp bản lề, đòn mở kéo đĩa ép nén lò xo, tạo ra khe hở giữa các đĩa ma sát và bánh đà Khi đó, các bề mặt ma sát được tách ra, ngắt sự truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số.
Ly hợp không chỉ hoạt động trong các trạng thái làm việc thông thường mà còn có thể xảy ra trạng thái trượt tương đối giữa các bề mặt ma sát Hiện tượng trượt này thường xuất hiện trong quá trình đóng ly hợp, mặc dù chỉ diễn ra trong thời gian ngắn, hoặc khi gặp tình trạng quá tải, chẳng hạn như khi phanh đột ngột mà không nhả ly hợp.
2 Lựa chọn phương án thiết kế
Thiết kế ly hợp ma sát khô của ô tô với các số liệu ban đầu như sau: Loại ô tô : bán tải Loại động cơ : Diesel
Nemax : 150(HP) nN : 3600(v/p) Memax : 260(Nm) nM : 2200(v/p) Ga1 : 11300(N) Ga2 : 16800(N) ih1=5,05 ; ih2=3,37 ; ih3=2,25 ; ih4=1,5 ; ih5=1 ; ihR=4,8 ; i0=3,69
Ký hiệu lốp : 265/65R18 Loại lò xo ép : Lò xo đĩa
Xe dẫn động cầu sau chủ động.
XÁC ĐỊNH MÔMEN MA SÁT CỦA LY HỢP
Ly hợp cần được thiết kế để truyền tải toàn bộ mômen của động cơ, đồng thời bảo vệ hệ thống truyền lực khỏi tình trạng quá tải Để đáp ứng hai yêu cầu này, mômen ma sát của ly hợp được tính toán theo một công thức cụ thể.
Trong đó : Memax - mômen xoắn cực đại của động cơ.
- hệ số dự trữ của ly hợp.
Hệ số dự trữ tính đến các yếu tố làm giảm lực ép hoặc làm giảm momen ma sát trong quá trình sử dụng như:
Mòn vùng ma sát làm giảm lực ép 15% ÷20%.
Giảm độ đàn hồi của lò xo ép làm giảm 8% ÷ 20%.
Như vậy tổng lực ép do các yếu tố trên sẽ bị giảm khoảng 23% ÷30%.
Hệ số phải chọn không được nhỏ quá tuy vậy cũng không được lớn quá Nếu
Khi kích thước của xe lớn hơn, lực ép cần thiết để điều khiển ly hợp cũng tăng theo, dẫn đến việc người lái phải chịu đựng sự mệt mỏi Điều này đồng nghĩa với việc kích thước của ly hợp cũng gia tăng và vai trò của các cơ cấu an toàn bị ảnh hưởng.
Hệ số dự trữ của ly hợp trong thiết kế hệ thống ly hợp ôtô được xác định theo bảng 1 trong sách hướng dẫn, với giá trị cho ôtô tải, khách và máy kéo vận tải nằm trong khoảng từ 1,6 đến 2,25.
Vậy mômen ma sát của ly hợp :
XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LY HỢP
1 Xác định bán kính ngoài và bán kính trong của đĩa ma sát
Tính sơ bộ đường kính ngoài của đĩa ma sát theo công thức kinh nghiệm:
Trong đó : Memax - mômen cực đại của động cơ, tính theo Nm.
D - đường kính ngoài của đĩa ma sát, tính theo cm.
C - hệ số kinh nghiệm : Với ôtô bán tải C = 3,6
Bán kính ngoài của đĩa ma sát : R = 134,25 mm
Bán kính trong của đĩa ma sát được tính theo bán kính ngoài : r = (0,53 0,75) R
Do vận tốc tiếp tuyến ở mép trong của đĩa nhỏ hơn ở mép ngoài, phần đĩa phía trong sẽ bị mòn ít hơn Sự chênh lệch về tốc độ mài mòn gia tăng khi bán kính r và R chênh lệch nhiều Để hạn chế độ mòn không đồng đều trên đĩa ma sát, đối với động cơ diesel có vận tốc thấp, nên chọn r gần với 0,53R.
2 Xác định bán kính ma sát trung bình đĩa ma sát
Mômen ma sát của ly hợp được xác định theo công thức :
Mms = Me max = P Rtb i Trong đó : - hệ số ma sát.
P - tổng lực ép lên các đĩa ma sát (kG). i - số đôi bề mặt ma sát.
Rtb - bán kính ma sát trung bình (cm).
Bán kính ma sát trung bình được tính theo công thức :
3 Xác định số lượng đĩa ma sát
Số lượng đĩa bị động zi có thể được lựa chọn sơ bộ theo mômen cực đại của động cơ Memax như sau :
- Nếu Memax ≤ 465 Nm, thì ly hợp nên thiết kế một đĩa (zi = 1).
- Nếu Memax > 465 Nm, thì ly hợp nên thiết kế một đĩa (zi = 1).
→ Vậy chọn zi = 1 (Memax = 260Nm)
→ Số cặp bề mặt ma sỏt được tớnh theo số đĩa bị động như sau : zà = 2zi 2
4 Lực ép của đĩa ép khi đóng hoàn toàn
Lực ép của đĩa ép khi đóng hoàn toàn được tính từ công thức :
FN – Lực ép β – hệ số dự trữ ly hợp (β=2) à - hệ số ma sỏt (à = 0,25 ữ 0,35)
Kiểm tra khả năng làm việc của ly hợp
Khả năng làm việc của ly hợp được đánh giá dựa trên các thông số quan trọng như áp suất tác động lên bề mặt ma sát, công trượt riêng và mức tăng nhiệt độ của đĩa chủ động sau mỗi lần khởi động xe.
Công trượt riêng LA được tính bằng công trượt Là quy về một đơn vị diện tích ma sát A Để đơn giản hóa quá trình tính toán, người ta thường áp dụng công thức tính công trượt Là (tính bằng Ja) như sau:
Memax: mômen quay cực đại của động cơ (Nm)
Ma: mômen cản chuyển động quy dẫn về trục ly hợp(Nm)
Ja : mômen quán tính khối lượng quy dẫn về trục ly hợp(kgm 2 ) ω0: tốc độ góc trục khuỷu động cơ khi đóng ly hợp(rad/s)
- Tốc độ góc ω0 được xác định theo chủng loại động cơ (động cơ diesel): ω0 = 0,75ωM =0,75 .nM = 0,75 .2200 2,7(rad/s)
- Mômen quán tính khối lượng quy dẫn về trục ly hợp được xác định từ điều kiện cân bằng đông năng khi ô tô đang chuyển động như sau:
Ga: trọng lượng toàn bộ ô tô(N).
Gm là trọng lượng toàn bộ của romooc hoặc đoàn xe kéo theo, với Gm = 0 Gia tốc trọng trường được ký hiệu là g, có giá trị g = 9,81 m/s² Bán kính làm việc của bánh xe chủ động được ký hiệu là rbx (m) Các tỷ số truyền tương ứng của hộp số, hộp số phụ và truyền lực chính lần lượt được ký hiệu là ih, ip, và i0.
𝛿 t : hệ số tính đến các khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực (𝛿 t = 1,05 ÷ 1,06 Chọn 𝛿 t = 1,05)
+ Bán kính làm việc của bánh xe chủ động với cỡ lốp 265/65R18.
𝜆: hệ số biến dạng của lốp, chọn loại lốp áp suất thấp 𝜆 0,935
+ Mô men cản chuyển động quy dẫn.
𝛹: hệ số cản tổng công của đường Cho 𝛹=0,02
P ω : lực cản của không khí (N) Khi khởi hành xe thì
P ω =0 i t : tý số truyền chung của hệ thống (i t =i h i p i 0 )
𝜂 t : hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực. Chọn 𝜂 t =0,85
Vậy công trượt riêng thỏa mãn điều kiện cho phép (LA≤800 KJ/m 2 ).
2 Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp
Cần kiểm tra không chỉ công trượt riêng của ly hợp mà còn phải tính toán nhiệt độ nung nóng các chi tiết trong quá trình trượt Điều này nhằm đảm bảo ly hợp hoạt động bình thường, không làm giảm hệ số ma sát, tránh gây cháy các tấm ma sát và bảo vệ sự đàn hồi của lò xo ép.
Giả sử công trượt ở các bề mặt ma sát là đồng nhất, nhiệt sinh ra ở các cặp bề mặt ma sát cũng sẽ bằng nhau Do đó, lượng nhiệt mà đĩa ép hoặc bánh đà nhận được được tính bằng công thức: v.L = m.c.ΔT.
L: công trượt toàn bộ ly hợp (J) v: hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng bánh đà hoặc đĩa ép
Khi sử dụng ly hợp một đĩa bị động với v=0,5, nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng được xác định là c=H1,5 (J/kg·K) cho vật liệu thép hoặc gang Khối lượng của chi tiết này là m (kg) và độ tăng nhiệt độ ΔT không được vượt quá 10 oC cho mỗi lần khởi động ô tô, tương ứng với hệ số cản đường 𝛹 = 0,02.
Từ đó suy ra khối lượng đĩa ép tối thiểu phải là:
Thiết kế lò xo đĩa
1 Xây dựng đường đặc tính và các kích thước cơ bản của lò xo đĩa
Lực ép yêu cầu của lò xo :
F: Lực ép cần thiết của ly hợp [N] k0: Hệ số tính đến sự giãn, sự nới lỏng của lò xo; k0 = 1,05÷1,08
Lực nén từ lò xo nón cụt Flx tác động lên đĩa ép, tạo ra mô-men ma sát cần thiết cho ly hợp, được xác định dựa trên các thông số kỹ thuật của lò xo.
De : Đường kính lớn của nón cụt ứng với vị trí tỳ lên đĩa ép [m].
Chọn Da = De/1,2 (De/Da = 1,2÷1,5) = 0,2 (m)
𝜆 : Độ dịch chuyển(biến dạng)của lò xo [m].
E : Mô-duyn đàn hồi kéo nén, E=2,1.10 11 [N/m 2 ].
𝜇 p :Hệ số poat-xông, đối với thép lò xo: 𝜇 p =0,26.
𝛿 d : Độ dày của lò xo đĩa, [m]; (thường 𝛿 d =2÷3,5 mm)
= 0,0028 (m) h : Hình chiếu của phần không xẻ rãnh lên trục của nón cụt, [m].
= 0,0057(m) k1, k2 : Các tỷ số kích thước của đĩa nón cụt; được xác định theo công thức:
Với D a : Đường kính qua mép xẻ rãnh,[m].
Tương quan các thông số kích thước của lò xo đĩa thường có giá trị nằm trong khoảng sau:
De ≈ (0,94÷0,97).2R (với R là bán kính ngoài tấm ma sát).
Để đảm bảo lò xo nón cụt được ép phẳng vào ly hợp với chiều dài 𝜆 = h/2, các thông số cần được xác định sao cho lực ép Flx do lò xo tạo ra đạt yêu cầu.
Để thuận tiện trong việc tính toán, công thức (1) được điều chỉnh Đặc tính phi tuyến tính của lò xo đĩa nón cụt được minh họa qua biểu đồ dưới đây, với các kích thước cơ bản: D_a = 0,2(m), 𝛿_d = 0,0028(m), h = 0,0057(m) và λ(m) Flx.
Hình 1: Đặc tính phi tuyến tính lò xo đĩa nón cụt
2 Kích thước đòn mở của lò xo ép đĩa nón cụt xẻ rãnh
Kích thước đỉnh nón cụt Di ảnh hưởng đến kích thước lò xo trong cơ cấu đòn mở Để đảm bảo độ bền khi mở ly hợp, kích thước đặc trưng cho đòn mở Di cùng các kích thước cơ bản cần phải thỏa mãn điều kiện (𝜆 = h).
𝜎 : Ứng suất lớn nhất tại điểm nguy hiểm [N/m 2 ]
D i : Đường kính đỉnh đĩa nón cụt [m]
F m : Lực tác dụng lên đỉnh nón khi mở ly hợp [N]
So với ứng suất cho phép của vật liệu làm lò xo [𝜎]00[MN/m 2 ] thì lò xo đĩa nón cụt đã thiết kế thoả mãn điều kiện bền.
Thiết kế giảm chấn
Các kích thước hình học của lò xo giảm chấn
- dlx [mm]: Đường kính dây lò xo, d = (3 4) [mm] , chọn d = 3 [mm]
- Dtbgc [mm] : Đường kính trung bình của lò xo Dtblx = (14 20) [mm] chọn Dtblx = 15 [mm]
- nlx [vòng] : Số vòng của lò xo, nlx = (3 4) vòng, chọn nlx = 4 vòng
- [mm] : Khe hở giứa các vòng, = (3 4) [mm], chọn = 4 [mm]
- Llo [mm] : Lỗ để đặt các lò xo, Llo = ( 25 27 ) [mm], chọn Llo = 25 [mm]
- Zlx : Số lượng lò xo giảm chấn, Zgc = (6 12) chọn Zgc = 6,
- Rtbgc [mm] : Bán kính trung bình đặt đặt các lò xo Rtbgc = (80 120) [mm] chọn Rtbgc = 80 [mm]
Các lò xo giảm chấn được lắp đặt theo hướng tiếp tuyến trong các lỗ khoét trên may-ơ của đĩa bị động, với bán kính trung bình khoảng từ 120 mm Số lượng lò xo thường dao động từ 6 đến 12, có đường kính dây từ 3 đến 4 mm và đường kính trung bình khoảng 19 mm, với số vòng từ 3 đến 4 vòng Độ cứng tối thiểu của lò xo giảm chấn bị giới hạn bởi mô men lớn nhất truyền qua ly hợp, Mmax=Memax, khi các vòng lò xo vừa tỳ sát vào nhau, tạo ra lực lớn nhất tác động lên mỗi lò xo.
Rtbge: bán kính trung bình của vị trí đặt các lò xo giảm chấn (m) zg: số lượng các lò xo giảm chấn
Mmsge: mômen ma sát giảm chấn,
Mmsge được tính bằng công thức (0,06÷0,17), trong đó Memax là mômen cực đại của động cơ Độ cứng cge [N/m] và ứng suất 𝜏 [N/m²] của lò xo giảm chấn được xác định theo các công thức trong bảng B1-2 Ngoài ra, lò xo giảm chấn cần được kiểm tra góc xoay tương đối của đĩa bị động so với may-ơ, khi mô men nén ban đầu của ly hợp M0gc nằm trong khoảng (0,08÷0,15) Memax Góc quay tương đối phải đảm bảo nằm trong giới hạn 𝜑 g = 20°30’.
Thiết kế dẫn động ly hợp
Ly hợp thường đóng sử dụng lò xo ép và cần hệ thống điều khiển để mở, truyền lực từ bàn đạp đến đĩa ép nhằm tách đĩa ép khỏi đĩa ma sát Các phương pháp điều khiển ly hợp bao gồm cơ khí và thủy lực, với trợ lực (cơ khí hoặc dầu) phổ biến để giảm lực điều khiển cho lái xe, đặc biệt trên xe tải và xe khách nặng Trợ lực cho ly hợp có thể được cung cấp bằng khí nén, chân không hoặc lò xo.
1 Xác định các thông số cơ bản cảu điều khiển ly hợp không có trợ lực Để mở ly hợp (ly hợp ô tô là hiểu thường đóng bởi lực ép lò xo) lái xe phải tác dụng lực vào bàn đạp ly hợp, thông qua hệ thống điều khiển (ngày nay thường dùng truyền động bằng thuỷ lực), lực sẽ được khuếch đại và truyền đến đĩa ép một lực ngược chiều với lực ép lò xo và có giá trị bằng lực nén lò xo khi mở ly hợp.
Tỷ số khuếch đại của hệ thống điều khiển càng cao, lực điều khiển từ bàn đạp càng nhỏ, giúp giảm tải cho lái xe Tuy nhiên, tỷ số truyền này bị giới hạn bởi hành trình dịch chuyển của bàn đạp do tầm với chân của lái xe.
1.1 Xác định hành trình của bàn đạp S bd (mm)
Khi mở ly hợp, đĩa ép sẽ tách khỏi đĩa bị động, tạo ra khe hở tối thiểu giữa các bề mặt ma sát 𝛿 m Điều này đảm bảo rằng đĩa ma sát bị động ly hợp hoàn toàn tách rời khỏi đĩa ép và bánh đà động cơ.
Trước khi tách đĩa ép khỏi đĩa ma sát bị động, bàn đạp cần có một khoảng chạy không tải để điều chỉnh mọi khe hở trong hệ thống điều khiển, được gọi là hành trình tự do.
Mối quan hệ giữa các khe hở và độ dịch chuyển của bàn đạp Sbd (mm) khi ly hợp mở được xác định thông qua các tỷ số truyền của hệ thống điều khiển.
m : Khe hở giữa mỗi đôi bề mặt ma sát khi mở ly hợp [mm]. zms = 2 và m = 0,75 [mm]
dh : Độ dịch chuyển cần thiết của đĩa ép do độ đàn hồi của đĩa bị động.
0 : Khe hở tự do cần thiết giữa đòn mở và bạc mở, [mm]. Đối với xe tải: 0 3 4 [mm] Chọn 0 = 3 [mm].
01 : Khe hở tự do cần thiết giữa bàn đạp và hệ thống dẫn động, [mm]. Chọn 01 1,5 [mm]
02 : Khoảng cách mở lỗ thông bù dầu trong xylanh chính, [mm].
: Tỷ số truyền của bàn đạp, ký hiệu ibd
: Tỷ số truyền của dẫn động trung gian, ký hiệu itg. Chọn itg = 1 (thường itg 0,9 1,1)
: Tỷ số truyền của càng đẩy bạc mở , ký hiệu ic. Chọn icm = 2 (thường icm 1,4 2,2) idk: tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống điều khiển; chính bằng
Tỷ số truyền đòn mở (idm) được xác định dựa trên kích thước của đĩa ép trong hệ thống ly hợp kiểu lò xo ép đĩa nón cụt.
Hành trình tính toán phải nằm trong giới hạn tầm với của người lái xe, với xe bán tải có chiều dài khoảng 170 đến 190 mm Để xác định tỷ số truyền của bàn đạp, ta chọn giá trị [Sbd]0 (mm) sao cho [Sbd] nằm trong khoảng [Sbd].
1.2 Xác định lực tác dụng lên bàn đạp F bd (N)
Lực cần thiết phải tạo ra ở bàn đạp khi mở ly hợp, ký hiệu Fbd [N], được xác định : dk (*) dk max(*) m bd i
Fmmax(*): Lực lớn nhất tác dụng lên lò xo khi mở ly hợp.
Từ kết quả đã tính:
Fmmax(*) + Clx.λm.Zlx = 9734,513 + 36504,57.0,0025.16 = 11194,7 [N]. idk(*): Tỷ số truyền của hệ thống điều khiển idk(*) = ibd.itg.icm idk(*) =7,04.1.2.3,8 = 53,504=i
dk : Hiệu suất của hệ thống điều khiển
Thế số ta có : Fbd = 246,15 [N]
Vậy lực đạp cần thiết ở bàn đạp của hệ thống điều nhỏ hơn lực bàn đạp cho phép [Fbd ] = 250 [N]
Suy ra hệ thống không cần trợ lực.
1.3 Kết cấu xy lanh phanh chính
Xylanh là bộ phận thiết yếu trong hệ thống dẫn động thủy lực, có chức năng cung cấp dầu cho toàn bộ hệ thống và tạo áp suất cần thiết để mở ly hợp.
Kết cấu xylanh chính gồm có: xylanh, piston, bầu dầu, nắp bầu dầu, cần đẩy, lò xo hồi vị, vòng làm kín.
Lượng dầu trong bầu dầu và xylanh không chỉ cung cấp dầu cho hệ thống dẫn động mà còn tạo ra áp suất dư để ngăn ngừa hiện tượng lọt khí, do xylanh không có van ngược Đồng thời, dầu này cũng bù đắp cho lượng dầu không kịp khi nhả ly hợp.
Piston có lỗ đóng vai trò của cả lỗ thông lẫn lỗ bù.
Cần đẩy đóng vai trò của một tay đòn truyền chuyển động từ bàn đạp đến piston xylanh chính.
