Đảm bảo là cơ cấu an toàn cho các chi tiết của hệ thống truyền lực không bị quátải như trong trường hợp phanh đột ngột và không nhả ly hợp.ở hệ thống truyền lựcbằng cơ khí với hộp số có
C ÔNG DỤNG LY HỢP
Trong hệ thống truyền lực của ôtô, 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 khỏi hệ thống truyền lực khi ôtô khởi hành hoặc chuyển số là rất quan trọng để bảo vệ các chi tiết khỏi bị quá tải, nhất là trong trường hợp phanh đột ngột mà không nhả ly hợp Sử dụng ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực giúp giảm va đập giữa các đầu răng và khớp gài, từ đó làm cho quá trình chuyển số trở nên dễ dàng hơn 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 lên từ từ, mang lại cảm giác khởi hành và tăng tốc êm ái cho xe.
Y ÊU CẦU LY HỢP
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 hết mômen của động cơ mà không xảy ra trượt trong mọi điều kiện, mômen ma sát của ly hợp cần phải lớn hơn mômen cực đại của động cơ, tức là hệ số dự trữ mômen của ly hợp phải lớn hơn 1 Ngoài ra, việc đóng ly hợp cần phải thực hiện một cách êm dịu nhằm giảm tải trọng va đập trong các răng của hộp số khi khởi động ôtô và khi sang số trong quá trình di chuyển.
Mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng, tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian ngắn
Để giảm lực va đập lên bánh răng khi khởi động và sang số, khối lượng các chi tiết và mômen quán tính phần bị động của ly hợp cần được tối ưu hóa Hơn nữa, việc điều khiển ly hợp phải dễ dàng, với lực tác dụng lên bàn đạp ở mức thấp.
Các bề mặt ma sát cần có khả năng thoát nhiệt hiệu quả để giảm thiểu tác động của nhiệt độ đến hệ số ma sát và độ bền của các chi tiết đàn hồi.
Kết cấu ly hợp phải đơn giản, dễ điều khiển và thuận tiện trong bảo dưỡng và tháo lắp.
Ngoài các yêu cầu trên ly hợp cũng như các chi tiêt khác cần đảm bảo độ bền cao, làm việc tin cậy Giá thành thấp.
P HÂN LOẠI LY HỢP
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. a) 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 là ly hợp truyền mômen xoắn bằng các bề mặt ma sát, nó gồm các loại sau:
Theo hình dáng bề mặt ma sát gồm có:
Ly hợp ma sát loại đĩa : một đĩa (hình 1.1), hai đĩa (hình 1.2), nhiều đĩa
Ly hợp ma sát loại hình côn : phần đĩa bị động có hình côn.
Ly hợp ma sát loại hình trống: phần đĩa bị động làm theo dạng má phanh tang trống.
Hiện nay, ly hợp ma sát loại đĩa rất phổ biến nhờ vào thiết kế đơn giản, dễ sản xuất và trọng lượng phần bị động tương đối nhẹ.
Ly hợp ma sát hình côn và hình trống ít được áp dụng do phần bị động nặng, gây tải trọng động lớn lên các cụm và chi tiết trong hệ thống truyền lực.
Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô một đĩa
1 Bánh đà 6 Vỏ ly hợp 11 Nạng và đai ốc
2 Đĩa bị động 7 Lò xo giảm chấn 12 Các te
3 Đĩa ép 8 Ổ bi tỳ 13 Ổ con lăn
4 Vỏ ly hợp 9 Càng gạt 14 Ổ bi kim
5 Lò xo ép 10 Đòn mở
Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô hai đĩa
1 Bánh đà 5 Đĩa ép ngoài 9 Ống trượt 16 Đòn mở
2 Lò xo định vị 6 Bu lông hạn chế 10 Trục bị động 17 Lò xo giảm chấn
3 Đĩa ép trung gian 7 Lò xo ép 14 Càng gạt
4 Đĩa bị động 8 Vỏ ly hợp 15 Ổ bi tỳ
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 : Ly hợp ma sát là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
Ly hợp ma sát có nhược điểm là các bề mặt ma sát dễ bị mòn do hiện tượng trượt trong quá trình đóng ly hợp, dẫn đến việc các chi tiết bị nung nóng bởi nhiệt từ ma sát Mặc dù vậy, ly hợp ma sát vẫn được sử dụng rộng rãi trong các ôtô hiện nay nhờ vào những ưu điểm nổi bật của nó.
Loại 2: Ly hợp thủy lực : Là ly hợp truyền mômen xoắn bằng năng lượng của chất lỏng (thường là dầu).
Sơ đồ ly hợp thủy lực được minh họa trong hình 1.3 Ly hợp thủy lực mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm độ bền cao, giảm tải trọng động lên hệ thống truyền lực và khả năng tự động hóa dễ dàng trong quá trình điều khiển xe.
Ly hợp thủy lực có nhược điểm như khó chế tạo, giá thành cao và hiệu suất truyền lực thấp do hiện tượng trượt Hiện nay, loại ly hợp này ít được sử dụng trên ôtô và chủ yếu chỉ xuất hiện ở một số mẫu xe du lịch, ôtô vận tải hạng nặng và một vài xe quân sự.
Hình 1.3: Sơ đồ ly hợp thủy lực
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.
Sơ đồ ly hợp điện từ được biểu diễn như hình 1.4
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý ly hợp điện từ
1.Bánh đà 3.Cuộn dây 5.Lõi thép bị động nối với hộp số
2.Khung từ 4.Mạt sắt 6.Trục ly hợp
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. b) 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:
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, MTZ2 c) 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 trụ: Các lò xo được bố trí đều trên một vòng tròn và có thể đặt một hoặc hai hang (hình 1.5)
Lò xo đĩa ( lò xo màng ) (hình 1.6)
Hình 1.5: Ly hợp lò xo trụ
Hình 1.6: Ly hợp lò xo đĩa
Ly hợp sử dụng lò xo trụ và lò xo đĩa đang được áp dụng rộng rãi trên các ôtô hiện nay nhờ vào ưu điểm kết cấu gọn nhẹ, khả năng tạo lực ép lớn theo yêu cầu và độ tin cậy trong 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, thường dùng 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 ít được sử dụng. d) 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:
Loại 1: Ly hợp điều khiển tự động
Loại 2: Ly hợp điều khiển cưỡng bức Để điều khiển ly hợp 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 ôtô dùng ly hợp loại đĩa ma sát ở trạng thái luôn 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: là dẫn động điều khiển từ bàn đạp tới cụm đòn nối.
Loại này được dùng trên xe con với yêu cầu lực ép nhỏ Sơ đồ hình 1.7
Dẫn động bằng thủy lực: là dẫn động thông qua các khâu khớp đòn nối và đường ống cùng với các cụm truyền chất lỏng Sơ đồ hình 1.8
Dẫn động có trợ lực là sự kết hợp giữa các phương pháp dẫn động cơ khí và thủy lực, sử dụng các bộ phận trợ lực như cơ khí, thủy lực áp suất cao, chân không và khí nén Hệ thống trợ lực này thường được áp dụng để điều khiển ly hợp, là một tính năng phổ biến trên ôtô hiện đại.
Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống dẫn động ly hợp bằng cơ khí
1 Đĩa bị động 2 Đĩa ép 3 Lò xo ép 4 Bi “T” 5,8 Lò xo hồi vị 6 Càng mở 7 Bàn đạp 9 Đòn dẫn động
Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống dẫn động ly hợp bằng thủy lực
1 Đĩa bị động 5,7 Lò xo hồi vị 10.Xy lanh công tác
2 Đĩa ép 6 Xy lanh chính 11 Ống dẫn dầu
3 Lò xo ép 8 Bàn đạp
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
G IỚI THIỆU XE THAM KHẢO H YUNDAI A CCENT
2.1.1 Giới Thiệu Xe Tham Khảo Hyundai Accent 2014
Hyundai Accent chính thức ra mắt tại triển lãm Bắc Mỹ vào tháng 4 năm 2011, với hai kiểu dáng là sedan Accent GLS và hatchback 5 cửa Mang đậm ngôn ngữ thiết kế “điêu khắc dòng chảy” đặc trưng của Hyundai, mẫu Accent 2014 nhập khẩu gây ấn tượng với hệ dẫn động mới, hứa hẹn tiết kiệm nhiên liệu hơn.
Chỉ trong chưa đầy ba năm có mặt trên thị trường, Hyundai Accent đã ghi dấu ấn mạnh mẽ khi liên tiếp dẫn đầu doanh số bán hàng của Hyundai trong hai năm qua.
Xe Hyundai Accent 2014 được nâng cấp hoàn toàn với cụm đèn pha Project bi halogen hiện đại, thay thế cho đèn halogen thông thường Đặc biệt, dãy đèn LED định vị được tích hợp trong cùng cụm đèn pha, mang đến vẻ ngoài trẻ trung và cao cấp, nổi bật hơn so với các dòng xe cùng phân khúc.
Theo đó, xe Accent thế hệ mới đi kèm điều hòa không khí, hệ thống âm thanh
Hệ thống âm thanh Radio/CD/MP3 vệ tinh AM/FM/SiriusXM được trang bị 6 loa, cổng kết nối iPod/USB, gương ngoại thất điều khiển điện và sưởi ấm trùng màu thân xe, cùng với hộc chứa kính râm tiêu chuẩn.
Trong khi đó, cửa mở không cần chìa khóa và đệm vải ốp cửa được dùng trên tất cả các bản của Hyundai Accent 2014.
2.1.2 Các thông số tham khảo xe Hyundai Accent
STT Thống số Giá trị Đơn vị
2 Chiều dài cơ sở 2550 mm
3 Trọng lượng khi không tải a = 1.02; b = 1.53; hg= 400
4 Trọng lượng khi đầy tải a = 1.15; b = 1.4; hg= 450
7 Vận tốc lớn nhất 195 Km/h
8 Bán kính quay vòng tối thiểu 4,9 m
9 Khoảng sáng gầm xe 150 mm
12 Tỉ số truyền của hộp số: 4,035
13 Tỉ số truyền của truyền lực chính 3,545
L ỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.2.1 Ly hợp ma sát khô
Cấu tạo chung của ly hợp được chia thành các phần cơ bản:
Dẫn động điều khiển a Sơ đồ cấu tạo của ly hợp loại đĩa ma sát khô 1 đĩa
Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô một đĩa
1 Bánh đà 4 Lò xo ép 7 Bi "T" 9 Lò xo giảm chấn
2 Đĩa ma sát 5 Vỏ ly hợp 8 Đòn mở 10 Càng mở
Bao gồm vỏ ly hợp (5) được bắt cố định với bánh đà (1) bằng các bu lông, đĩa ép
Các chi tiết trên vỏ ly hợp bao gồm lò xo ép, đòn mở và đĩa ép, được kết nối với nhau bằng thanh mỏng đàn hồi Điều này đảm bảo rằng mômen được truyền từ vỏ lên đĩa ép và cho phép dịch chuyển dọc trục khi đóng hoặc ngắt ly hợp Lực ép từ lò xo truyền tới đĩa ép giúp kẹp chặt đĩa bị động với bánh đà.
Phần bị động Đĩa bị động (2) ( gồm cả chi tiết xương đĩa bị động, các tấm ma sát, moay ơ, bộ phận giảm chấn (9) và trục ly hợp
Nguyên lý hoạt động của ly hợp ma sát khô một đĩa
Sự làm việc của ly hợp được chia thành hai trạng thái cơ bản là : Đóng và Mở
Bàn đạp ly hợp ở trạng thái ban đầu, với các lò xo (4) trên ly hợp tạo lực ép giữa đĩa bị động (2), bánh đà (1) và đĩa ép (3) Lực này tạo ra mômen ma sát giữa các thành phần, cho phép mômen xoắn được truyền từ phần chủ động tới phần bị động qua bề mặt tiếp xúc giữa đĩa bị động (2) và bánh đà, đĩa ép, trước khi chuyển sang trục bị động của ly hợp và hộp số.
Khi làm việc, nếu mômen hệ thống truyền lực vượt quá mômen ma sát của ly hợp, ly hợp sẽ trượt để bảo vệ hệ thống truyền lực khỏi quá tải.
Trạng thái mở ly hợp
Khi lực điều khiển tác động lên bàn đạp, bàn đạp sẽ di chuyển và kéo theo đòn kéo dịch chuyển, từ đó làm cho càng mở (10) tác động lên bi ‘T’ (7) di chuyển sang trái để khắc phục khe hở ‘δ’.
Tác động đòn mở làm ép lò xo và kéo đĩa ép dịch chuyển sang phải, tách các bề mặt ma sát của đĩa bị động ra khỏi bánh đà và đĩa ép, dẫn đến mômen ma sát giảm dần và triệt tiêu Khi đó, ly hợp được mở, ngắt mômen truyền từ động cơ tới hệ thống truyền lực Sơ đồ cấu tạo của ly hợp loại ma sát khô 2 đĩa thể hiện rõ nguyên lý hoạt động này.
Ly hợp 2 đĩa ma sát khô có cấu tạo và nguyên lý hoạt động tương tự như ly hợp ma sát khô một đĩa Tuy nhiên, điểm khác biệt nổi bật của ly hợp này là sự xuất hiện của hai đĩa bị động cùng với một đĩa ép trung gian.
Cấu tạo theo sơ đồ hình 2.2
Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô hai đĩa
1 Bánh đà 5 Đĩa ép ngoài 9 Bạc mở 13 Đòn mở
2 Lò xo đĩa ép trung gian 6 Bulông hạn chế 10 Trục ly hợp 14 Lò xo giảm chấn
3 Đĩa ép trung gian 7 Lò xo ép 11 Càng mở
4 Đĩa ma sát 8 Vỏ ly hợp 12 Bi "T"
Hệ thống bao gồm hai đĩa ma sát bị động (4) và bộ giảm chấn (14) nhằm dập tắt dao động xoắn Đĩa bị động bên trong được đặt giữa bánh đà và đĩa ép trung gian, trong khi đĩa bị động bên ngoài nằm giữa đĩa ép trung gian và đĩa ngoài Các đĩa bị động (4) được kết nối với trục bị động của ly hợp thông qua mối ghép then hoa di trượt trên Moay-ơ.
Nguyên lý hoạt động của ly hợp ma sát khô hai đĩa
Trạng thái đóng ly hợp
Lực ép từ các lò xo tạo áp lực lên các đĩa ép và đĩa bị động, kết nối chúng với bánh đà thành một khối thống nhất Mômen xoắn được truyền từ động cơ qua phần chủ động, các đĩa bị động, bộ phận giảm chấn, và Moay-ơ đến trục bị động của ly hợp.
Trạng thái ly hợp mở
Khi lực điều khiển tác động lên bàn đạp, bạc mở dịch sang trái để khắc phục khe hở giữa ô bi ‘T’ và đầu đòn mở Ổ bị ‘T’ tiếp tục ép lên đầu đòn mở, làm cho đầu trong dịch chuyển sang trái và đầu ngoài dịch chuyển sang phải Kéo đĩ ép ngoài tách khỏi đĩa bị động ngoài, trong khi lò xo định vị đẩy đĩa ép trong tiến gần đến đầu bu lông hạn chế, tách đĩa bị động trong ra khỏi bánh đà Kết quả là, lực ép của lò xo không truyền tới đĩa bị động, dẫn đến việc hệ thống truyền lực bị ngắt.
So sánh ly hợp ma sát 1 đĩa và ly hợp ma sát 2 đĩa
Ly hợp 2 đĩa với 2 đôi bề mặt ma sát có khả năng truyền mômen lớn hơn so với các loại ly hợp khác khi cùng kích thước và lực ép, vì vậy nó thường được sử dụng trên các xe ô tô có tải trọng lớn hoặc xe kéo rơmoc và bán rơmoc nặng.
Nếu cùng truyền mô men như nhau dẫn tới kích thước của ly hợp 2 đĩa nhỏ hơn
Ly hợp ma sát khô 2 đĩa đóng êm dịu hơn ly hợp ma sát khô 1 đĩa
Ly hợp ma sát 2 đĩa có nhược điểm so với ly hợp 1 đĩa là cấu trúc phức tạp và quá trình mở không dứt khoát Ly hợp thủy lực cũng là một lựa chọn khác trong hệ thống truyền động.
Cấu tạo theo sơ đồ hình 2.3
Ly hợp thủy lực truyền mô men thông qua chất lỏng
Cấu tạo của ly hợp gồm 2 phần:
Phần chủ động : là phần bánh bơm, bánh đà
Phần bị động : là phần bánh tuabin nối với trục sơ cấp của hộp giảm tốc.
Nguyên lý hoạt động ly hợp thủy lực
Ly hợp thủy lực bao gồm hai bánh công tác: bánh bơm ly tâm và bánh tuabin hướng tâm Tất cả được đặt trong một hộp kín chứa đầy chất lỏng công tác Trục của bánh bơm liên kết với động cơ, trong khi trục của bánh tuabin kết nối với hộp số.
Khi động cơ hoạt động, bánh bơm quay tạo ra lực ly tâm, khiến chất lỏng di chuyển từ trong ra ngoài qua các khoang giữa các cánh bơm Khi chất lỏng thoát ra khỏi cánh bơm, nó đạt vận tốc cao và va chạm với bánh tuabin đang quay Quá trình này giúp truyền năng lượng từ bánh bơm sang bánh tuabin thông qua dòng chảy của chất lỏng.
Ly hợp thủy lực, còn được gọi là khớp nối thủy lực, không có khả năng biến đổi mômen và chỉ hoạt động như một khớp nối thuần túy.
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý ly hợp thủy lực Ưu điểm
Có thể thay đổi tỷ số truyền một cách liên tục, có khả năng truyền tải mômen lớn, cấu tạo đơn giản, giá thành sản xuất thấp.
Ly hợp điện từ có hạn chế trong khả năng biến đổi mômen, dẫn đến việc sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng không yêu cầu hiệu suất cao Hiệu suất của nó thường thấp trong các vùng làm việc với tỷ số truyền nhỏ, và độ nhạy cao của ly hợp này có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất làm việc khi kết hợp với động cơ đốt trong.
Ly hợp điện từ hình thành với 2 dạng kết cấu:
Ly hợp ma sát sử dụng lực ép điện từ
Ly hợp điện tử làm việc theo nguyên lý nam châm điện bột.
THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LY HỢP
C ÁC THÔNG SỐ THAM KHẢO XE H YUNDAI A CCENT
STT Thống số Giá trị Đơn vị
2 Chiều dài cơ sở 2550 mm
3 Trọng lượng khi không tải a = 1.02; b = 1.53; hg= 400
4 Trọng lượng khi đầy tải a = 1.15; b = 1.4; hg= 450
7 Vận tốc lớn nhất 195 Km/h
8 Bán kính quay vòng tối thiểu 4,9 m
9 Khoảng sáng gầm xe 150 mm
12 Tỉ số truyền của hộp số: 4,035
13 Tỉ số truyền của truyền lực chính 3,545
X ÁC ĐỊNH MÔMEN MA SÁT CỦA LY HỢP
Mômen ma sát của ly hợp phải bằng mômen xoắn lớn nhất cần truyền qua ly hợp được tính theo công thức:
- Mômen lớn nhất của động cơ : Hệ số dự trữ của ly hợp
Hệ số cần lớn hơn 1 để ly hợp truyền tải toàn bộ mômen của động cơ trong mọi tình huống, nhưng cũng không nên quá lớn để tránh làm tăng kích thước đĩa bị động và ngăn ngừa quá tải cho hệ thống truyền lực.
Với ô tô tải không kéo mooc: = 1,6 2,25
Với ô tô tải làm việc có kéo mooc: = 2,0 3,0
Với ly hợp ta chọn thiết kế ở đây là của xe Hyundai Accent nên ta chọn =1,6.
Vậy mômen ma sát của ly hợp:
3.2.1 Xác định kích thước cơ bản của ly hợp
Để xác định kích thước của ly hợp, cần đảm bảo rằng ly hợp có khả năng truyền mô men xoắn lớn hơn một chút so với mô men cực đại của động cơ.
Số lượng đĩa bị động là :
Số đôi bề mặt ma sát là : Độ dày của tấm ma sát đối với xe con
Mômen ma sát của ly hợp cần được xác định theo công thức: μ : hệ số ma sát, chọn μ = 0.3
: tổng lực ép lên các đĩa tính theo N.
: số đôi bề mặt ma sát.
: bán kính ma sát trung bình, được tính như sau :
Theo công thức kinh nghiệm ta có:
=> D = 212 (mm) ở đây c là hệ số kinh nghiệm, chọn c = 4,7
Ta có: Bán kính trong của vòng ma sát :
Do động cơ có số vòng quay lớn nên ta chọn r = 70(mm) => d = 140(mm)
Suy ra : Lực ép tổng lên các đĩa là : Áp suất tác dụng lên bề mặt ma sát q được tính :
3.2.2 Tính công trượt và công trượt riêng a Công trượt
Công thức này được xây dựng trên giả thiết vận tốc góc của động cơ và các mô men không đổi trong quá trình trượt ly hợp, trong đó
Mô men quán tính tương đương với khối lượng chuyển động tịnh của ôtô, bao gồm các chi tiết trong hệ thống truyền lực và bánh xe, được quy về trục sơ cấp của hộp số.
G : Trọng lượng toàn bộ của xe, G = 14950 (N). g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s 2 )
Rb : Bán kính làm việc trung bình của bánh xe:
Trong đó là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp
: Tỉ số truyền của truyền lực chính, 4,045
: Tỉ số truyền của hộp số,
: Mô men cực đại của động cơ,
: Vận tốc góc ban đầu, với động xăng chọn :
: vận tốc góc của động cơ tại thời điểm đạt mô men cực đại
:Mô men cản chuyển động ô tô quy về trục ly hợp
: Hệ số cản tổng cộng của mặt đường, chọn =0,02
Do khi khởi động tại chỗ
: hiệu suất truyền lực của hệ thống => chọn
Vậy công trượt : b Tính công trượt riêng
A : Diện tích bề mặt ma sát i, : Số đôi bề mặt ma sát
D , d : Đường kính trong và ngoài đĩa ma sát c Kiểm tra nhiệt độ các chi tiết
Công trượt sinh nhiệt làm nung nóng các chi tiết như đĩa ép, đĩa ép trung gian ở ly hợp 2 đĩa, lò xo,
Do đó phải kiểm tra nhiệt độ của các chi tiết, bằng cách xác định độ tăng nhiệt độ theo công thức :
: Tỉ nhiệt của chi tiết bị nung nóng
C = 481,5J/kg o C (đối với vật liệu gang và thép)
: Khối lượng chi tiết bị nung nóng (đĩa ép).
Với : (mm) = 0,4 (cm): độ dày tấm ma sát
(Kg/m3) = (Kg/cm3) : khối lượng riêng của thép
: Hệ số xác định phần nhiệt truyền để nung nóng bánh đà hoặc đĩa ép
Với li hợp 1 đĩa bị động: =0,5
[t] : độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết ( ),
Suy ra : mức gia tăng nhiệt đảm bảo điều kiện.
3.2.3 Tính toán sức bền một số chi tiết chủ yếu của ly hợp a Tính sức bền đĩa bị động Để giảm kích thước của ly hợp, khi ly hợp làm việc trong điều kiện ma sát khô thì chọn vật liệu có hệ số ma sát cao Vật liệu của tấm ma sát thường chọn là loại phêrađô Đĩa bị động gồm các tấm ma sát và xương đĩa Xương đĩa bị động được chế tạo từ thép 65 nhiệt luyện bằng cách tôi thể tích.
Chiều dày xương đĩa thường chọn từ (1,52,0) mm
Chiều dày tấm ma sát =4 mm
Tấm ma sát được kết nối với xương đĩa bị động thông qua đinh tán bằng đồng có đường kính 4 mm Các đinh tán được sắp xếp trên đĩa theo hai dãy, tương ứng với các bán kính khác nhau.
Lực tác dụng lên mỗi dãy đinh tán được xác định theo công thức : Đinh tán được kiểm tra theo ứng suất cắt và ứng suất chèn dập.
: ứng suất cắt của đinh tán ở từng dãy.
: 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 n2 = 18 đinh d : đường kính đinh tán d = 4 (mm) l : chiều dài bị chèn dập của đinh tán.
: ứng suất cắt cho phép của đinh tán = 40 Mpa
: ứng suất chèn dập cho phép của đinh tán = 25 MPa ứng suất cắt và ứng suất chèn dập đối với đinh tán ở vòng trong:
Vậy các đinh tán đảm bảo độ bền cho phép. Ứng suất cắt và ứng suất chèn dập đối với đinh tán ở vòng ngoài:
Vậy các đinh tán đảm bảo độ bền cho phép. b Tính sức bền Moay-ơ đĩa bị động
Moay-ơ được thiết kế với độ dài lớn để đảm bảo đĩa bị động không bị đảo, với ly hợp hoạt động trong điều kiện bình thường Chiều dài của moay-ơ thường được chọn bằng đường kính then hoa trên trục ly hợp, cụ thể là L = D.
Hình 3.1 : Moay-ơ đĩa bị động
Then hoa của Moay-ơ được tính theo chèn dập và cắt:
Memax : Mômen lớn nhất của động cơ, Memax = 141 Nm. z1 : Số Moay-ơ, với ly hợp ma sát một đĩa z1 = 1. z2 : Số then hoa của Moay-ơ
D : Đường kính ngoài của then hoa d : Đường kính trong của then hoa b : Bề rộng một then hoa
Thay số vào ta được:
Chọn vật liệu chế tạo Moay-ơ là thép 40X có các ứng suất giới hạn là:
Vậy then hoa đủ bền. c Tính lò xo ép
Cơ cấu ép sử dụng lò xo đĩa kiểu nón cụt để tạo lực ép cho đĩa ép của ly hợp thường đóng trên xe con, nhờ vào những ưu điểm vượt trội so với lò xo trụ.
Lò xo ly hợp được chế tạo bằng thép măng gan 65 có ứng suất tiếp cho phép
Lò xo được tính toán nhằm xác định các thông số hình học cơ bản nhằm thỏa mãn lực
F cần thiết cho ly hợp Kích thước của lò xo đĩa nón cụt còn phải bảo đảm điều kiện bền với chức năng là đòn mở
Ta dùng lò xo ép là loại lò xo nón cụt xẻ rãnh
Lực ép cần thiết cho lò xo ép đĩa nón cụt được xác định bằng công thức k0, trong đó k0 là hệ số tính đến sự giãn và nới lỏng của lò xo Để tính toán lực ép cần thiết của ly hợp, chúng ta chọn k0 = 1,05.
: lực ép của lò xo tác dụng lên đĩa ép (tương đương với )
: lực cần tác dụng lên đĩa để ngắt ly hợp
: Dịch chuyển của đĩa tại điểm đặt lực ép
MPa : Môdun đàn hồi kéo nén
: Đường kính lớn nhất của lò xo đĩa ứng với vị trí tỳ lên đĩa ép
( với là đường kính ngoài tấm ma sát)
: đường kính mép xẻ rãnh
: Đường kính đỉnh của lò xo đĩa
: Độ dày của lò xo đĩa
=> chọn sơ bộ => h : Độ cao phần không xẻ rãnh của nón cụt ở trạng thái tự do
: các tỷ số kích thước của đĩa nón cụt :
Suy ra lực ép lò xo được xác định sao cho khi lò xo được ép phẳng vào ly hợp là :
Thấy > => Vậy thỏa mãn lực ép yêu cầu.
=> Fn = 2269,59 ( N ) d Tính lò xo giảm chấn
Lò xo giảm chấn được lắp đặt trên đĩa bị động nhằm ngăn chặn hiện tượng cộng hưởng ở tần số cao do dao động xoắn, giúp giảm thiểu sự thay đổi mômen từ động cơ và hệ thống truyền lực Điều này đảm bảo quá trình truyền mômen từ đĩa bị động đến moayơ trục ly hợp diễn ra một cách êm ái.
Mômen cực đại có khả năng ép lò xo giảm chấn được xác định theo công thức:
Gb : Trọng lượng bám của ôtô trên cầu chủ động: Gb = 7850 (N).
: Hệ số bám của đường,lấy = 0,8.
: Bán kính làm việc của bánh xe: = 0,36( m).
:Tỉ số truyền của truyền lực chính, = 4,045. i1 : Tỉ số truyền của hộp số ở tay số 1, i1 = 3,545.
Thay vào công thức trên ta có:
Mômen quay truyền qua giảm chấn được tính bằng tổng mômen quay của các lực lò xo giảm chấn và mômen ma sát:
Mlx : Mômen sinh ra do lực của các lò xo.
P1 : Lực ép của một lò xo giảm chấn.
R1 : Bán kính đặt lò xo giảm chấn.
Z1 : Số lượng lò xo giảm chấn đặt trên moay ơ,
P2 : Lực tác dụng trên vòng ma sát.
R2 : Bán kính trung bình đặt lực ma sát.
Z2 : Số lượng vòng ma sát.Chọn Z2 = 2.
Khi chưa truyền mômen quay, thanh tựa nối các đĩa sẽ có khe hở 1 , 2 tới các thành bên của Moay-ơ Theo sơ đồ hình 2.3 ta có :
Hình 2.3 : Sơ đồ lò xo giảm chấn
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 mômen bám từ bánh xe Độ cứng tối thiểu của lò xo giảm chấn, hay còn gọi là mômen quay tác dụng lên đĩa bị động, giúp xoay đĩa đi 1 độ so với moayơ.
K: Độ cứng của một lò xo K = 1300 (N/m).
Z1: Số lượng lò xo giảm chấn đặt trên một moayơ Z1 = 6.
Hình 2.4 : Sơ đồ cửa sổ Moay-ơ
Cửa sổ đặt lò xo của moayơ có chiều dài A cần phải nhỏ hơn chiều dài tự do của lò xo một chút, đảm bảo rằng lò xo luôn ở trạng thái căng ban đầu.
Với: A = (25 27) mm Ta chọn A = 25 mm
Khi mômen quay được truyền từ động cơ và bánh xe qua bộ phận giảm chấn, chiều dài cửa sổ ở Moay-ơ và đĩa bị động sẽ bằng nhau Tuy nhiên, ở các bộ giảm chấn có độ cứng khác nhau, chiều dài cửa sổ Moay-ơ sẽ ngắn hơn so với cửa sổ ở đĩa một đoạn là a = A1 - A.
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 Ta chọn: 1 = 2 = 3,5 mm
Vậy kích thước đặt lỗ thanh tựa là :
Theo thực nghiệm thường lấy:
Ta có lực ép tác dụng lên một lò xo giảm chấn là:
Số vòng làm việc của lò xo giảm chấn:
G : Môđun đàn hồi dịch chuyển G = 8.10 10 (N/m 2 ).
: Là độ biến dạng của lò xo giảm chấn từ vị trí chưa làm việc đến vị trí làm việc, chọn = 3 (mm) = 0,003 (m). d: Đường kính dây lò xo, chọn d = 3 (mm) = 0,003 (m).
P1 : Là lực ép của một lò xo giảm chấn, P1 = 394,67 (N).
D : Là đường kính trung bình của vòng lò xo, chọn D = 20 (mm) = 0,020 (m)
Thay số vào ta có: n0 = = 3,85
Chiều dài làm liệc của lò xo được tính theo công thức:
Chiều dài của lò xo ở trạng thái tự do:
Lò xo được kiểm tra theo ứng suất xoắn :
P1 : Lực ép của một lò xo giảm chấn, P1 = 493,35 (N).
D : Đường kính trung bình của vòng lò xo, D = 0,020( m). d : Đường kính dây lò xo, d = 3 (mm). k : Hệ số tập trung ứng suất: k = 4 4 C C 4 1 0 , 615 C ;
Thay số vào ta có: k = 4 4 C C 4 1 0 , 615 C = = 1,22.
Thay các thông số vào công thức tính ta có:
Vật liệu làm lò xo giảm chấn là thép 65 có = 14.10 8 (N/m 2 ).
Vậy lò xo đủ bền. e.Tính toán trục ly hợp
Trục ly hợp là trục sơ cấp của hộp số, với bánh răng nghiêng gắn liền ở cuối trục Phần đầu trước của trục được lắp ổ bi trong khoang của bánh đà, trong khi đầu sau được gắn vào thành vỏ hộp số.
Hình 3.5 : Sơ đồ các lực tác dụng lên trục ly hợp và hộp số
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.
Ta sẽ kiểm nghiệm trục tại chế độ mô men lớn nhất Giả sử mô men trên trục là lớn nhất khi hộp số đặt ở tay số 1.
Các thông số kỹ thuật của các cặp bánh răng trong hộp số bao gồm: Đường kính vòng lăn của bánh răng trục sơ cấp d1 là 60 mm (0,06 m), bánh răng trục trung gian d2 có đường kính 110 mm (0,11 m), bánh răng trục trung gian d3 có đường kính 40 mm (0,04 m), và bánh răng trục thứ cấp d4 có đường kính 130 mm (0,13 m).
Ta có mô men truyền qua các trục như sau:
Tính toán các lực trên các bánh răng của trục I và trục III
Hình 3.6 : Sơ đồ các lực tác dụng lên bánh răng trên trục I
Bánh răng trên trục số I là bánh răng nghiêng, ta chọn các thông số tham khảo như sau: Đường kính vòng lăn d1 = 0,06 (m).
Hình 3.7 : Sơ đồ các lực tác dụng lên bánh răng trên trục III
Bánh răng trên trục III là bánh răng thẳng Có các thông số chọn theo tham khảo như sau : Đường kính vòng lăn d4 = 0,13 (m).
Xác định phản lực lên các trục I và trục III tại các gối đỡ
Hình 3.8 : Sơ đồ các lực trên trục III
Ta chọn theo tham khảo khoảng cách từ bánh răng đến các ổ đỡ như hình vẽ.
XC và YC là các phản lực tại ổ đỡ C
XD và YD là các phản lực tại ổ đỡ D.
Pr4 và Pv4 là lực hướng kính và lực vòng tác dụng lên bánh răng trên trục.
Theo phương X ta có các phương trình cân bằng:
Theo phương Y ta có các phương trình cân bằng:
Hình 3.9 : Sơ đồ các lực trên trục I
Ta chọn theo tham khảo khoảng cách từ bánh răng đến các ổ đỡ như hình vẽ.
Giả sử chiều các lực như hình vẽ.
XC và YC là các phản lực tại C có cùng giá trị nhưng có chiều ngược với chiều các phản lực tại C trên trục III.
XA và YA là các phản lực tại ổ đỡ A.
XB và YB là các phản lực tại ổ đỡ B.
Theo phương X ta có các phương trình cân bằng:
FX = XA + XB - XC - Pv1 = 0.
MA(FX) = XB.200 - (XC + Pv1).250 = 0.
XA có giá trị âm chứng tỏ chiều XA ngược với chiều đã giả thiết.
Theo phương Y ta có các phương trình cân bằng:
FY = YA + YB - YC - Pr1 = 0.
MA(FY) = (YC + Pr1).250 - YB.200 - Pa1.
Trong đó d1 là đường kính vòng lăn bánh răng trên trục I, d1 = 60 mm
YA có giá trị âm chứng tỏ YA có chiều ngược với chiều đã giả thiết.
Như vậy ta có các lực tác dụng lên trục I như sau:
Tính mômen tại vị trí (B)
Tính mômen tại vị trí (C)
Từ biểu đồ mô men (hình 3.10) ta nhân thấy tiết diện B là tiết diện nguy hiểm nhất. Như vậy ta sẽ kiểm tra bền cho trục I tại tiết diện B.
Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất ta có:
Hình 3.10 : Biểu đồ mômen trục ly hợp
MX là mô men uốn theo phương x tại B,
MY là mô men uốn theo phương Y tại B,
MZ là mô men xoắn tại B, d là đường kính trục ly hợp, chọn
Thay số vào ta có:
Với vật liệu chế tạo là thép 40X có
Vậy < [] Trục ly hợp đủ bền.
T ÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG LY HỢP
Hệ thống dẫn động ly hợp được chọn là hệ thống dẫn động ly hợp bằng thủy lực
3.3.1 Xác định lực và hành trình bàn đạp
Với sơ đồ dẫn động như hinh 3.11, ta có tỉ số truyền của dẫn động tính từ bàn đạp ly hợp tới đầu đĩa ép:
Chọn các thông số theo xe tham khảo ta có: a1 = 350 (mm) a2 = 50 (mm). b1 = 160 (mm) b2 = 80 (mm). d1 = 26 (mm) d2 = 20 (mm).
Thay số vào ta có:
Lực bàn đạp Qbd cần thực hiện để ngắt ly hợp:
Fn : Là lực cần thiết tác động vào đầu lò xo đĩa để ngắt ly hợp
dd : Là hiệu suất dẫn động, ta chọn dd = 0,9.
Thay số vào ta có: a 2 a 1 b 2 b 1 d 2 d 1
Hình 3.11 : Sơ đồ tính toán hệ thống dẫn động ly hợp
Với lực bàn đạp này không nằm trong giới hạn cho phép của lực bàn đạp ly hợp xe con
Qbd ≤ 150 N Do đó ta cần thiết kế tính toán thêm bộ trợ lực chân không.
Hành trình bàn đạp Sbd được xác định theo công thức:
: Là khe hở giữa đầu đòn mở và bi T,
Chọn = 3 (mm). l2 : Là hành trình làm việc của đầu nhỏ đĩa ép.
Theo phần tính toán lò xo đĩa: l2 = 8,21 (mm).
Vậy hành trình của bàn đạp là:
Với hành trình bàn đạp cho phép Sbd max 150 (mm).
Vậy hành trình bàn đạp nằm trong giới hạn cho phép.
3.3.2 Thiết kế hệ thống dẫn động thủy lực a Tính toán thiết kế xy lanh công tác
Hình 3.12 : Sơ đồ dẫn động thủy lực có trợ lực chân không
1 Ống dẫn dầu 6 Đĩa bị động 11 Lò xo hồi vị bàn đạp.
2 Xy lanh công tác 7 Lò xo ép 12 Bộ trợ lực.
3 Càng mở 8 Lò xo hồi vị bi T 13 Xy lanh chính.
Hành trình làm việc của piston xy lanh công tác :
Thể tích dầu vào trong xy lanh công tác:
Thay số vào ta có:
Chọn chiều dầy thành xy lanh Đường kính ngoài:
Kiểm bền cho xy lanh công tác
Bán kính trung bình của xy lanh công tác: Ứng suất trên xy lanh:
Hình 3.13 : Biểu đồ ứng suất của xy lanh
Trong đó: p : áp suất trong ống, r : Khoảng cách từ một điểm trên xy lanh đến tâm xy lanh. a2 : Bán kính trong, b2 : Bán kính ngoài,
Từ biểu đồ mô men ta thấy rằng điểm nguy hiểm nhất là điểm nằm ở mép trong của xy lanh.
Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất:
Thay số vào ta có: p. p.
Vật liệu chế tạo xy lanh là gang CY 24 - 42 có [] = 2,4.10 7 (N/m 2 )
Ta thấy td2 < [], vậy xy lanh công tác đủ bền. b Tính toán thiết kế xy lanh chính
Hành trình làm việc của piston xy lanh chính:
Chọn chiều dầy thành xy lanh là Đường kính ngoài:
Kiểm tra bền xy lanh chính
Tính kiểm nghiệm bền cho xy lanh chính cũng tương tự như xy lanh công tác.Các thông số tính toán cho xy lanh chính là:
Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất:
Thay số vào ta có:
Vật liệu chế tạo xy lanh là gang CY 24 - 42 có [] = 2,4.10 7 (N/m 2 )
Ta thấy td1 < [], vậy xy lanh công tác đủ bền.
3.3.3 Thiết kế bộ trợ lực chân không
Hình 3.14 : Sơ đồ bộ trợ lực chân không
1 Van điều khiển 2 Van chân không
3, 6 Lò xo hồi vị 4 Van khí 5 Màng cao su
3.3.3.1 Xác định lực mà bộ cường hóa phải thực hiện
Để giảm bớt sức lao động của người lái xe, chúng tôi đã lắp thêm bộ trợ lực chân không cho hệ thống bàn đạp, giúp cải thiện hiệu suất lái xe mà không cần cường hóa lực tác động lên bàn đạp.
Chọn lực của người lái tác động lên bàn đạp ta là :
Ta bố trí cường hóa ngay trước xylanh chính về phía bàn đạp khi đó ta xác định được lực mà bộ cường hóa phải sinh ra:
Vậy bộ cường hóa chân không phải sinh ra 1 lực là 1570,89 (N) và ta chọn lực để mở van cường hóa là Qm= 30 (N).
3.3.3.2 Xác định thiết diện màng sinh lực và hành trình màng sinh lực
Diện tích màng sinh lực được tính theo công thức:
P : Lực lớn nhất tác dụng lên lò xo,chọn P = 15%Q. p: Độ chênh áp suất trước và sau màng sinh lực.
Chọn p = 5 10 4 (N/m 2 ) ứng với chế độ làm việc không tải của động cơ.
Suy ra đường kính màng sinh lực:
Hành trình làm việc Sm của màng sinh lực chính bằng hành trình làm việc của xi lanh công tác: Sm = S1 = 9,72 (mm).
3.3.3.3 Tính lò xo hồi vị màng sinh lực
Khi bộ cường hóa sinh hết lực, lò xo hồi vị sẽ chịu tải lớn nhất Để xác định kích thước của lò xo hồi vị, cần chọn tải trọng lớn nhất tác động lên nó, đó chính là lực lò xo ghép ban đầu.
Số vòng làm việc của lò xo hồi vị màng sinh lực được tính theo công thức:
: Độ biến dạng của lò xo từ vị trí chưa làm việc đến vị trí làm việc;
G : Modun đàn hồi dịch chuyển; G = 12.10 10 (N /m 2 ). d : Đường kính dây làm lò xo.Chọn d = 2(mm).
D : Đường kính trung bình của lò xo.Chọn D = 30(mm).
Số vòng toàn bộ của lò xo :
Giả thiết khe hở cực tiểu giữa các vòng lò xo này khi mở hết ly hợp là:
Nên chiều dài tự nhiên của lò xo là:
Lò xo được kiểm bền theo ứng suất xoắn:
Trong đó: k là hệ số ảnh hưởng, k = 1,13.
Vật liệu chế tạo lò xo là thép C65Γ có ứng suất cho phép là [ ]=1,4 10 9 (N/m 2 ) nên lò xo đủ bền.
Như vậy qua quá trình tính toán ta thấy hệ thống ly hợp đảm bảo yêu cầu về kích thước, độ bền và khả năng làm việc.
Hình 3.15 : Sơ đồ hệ thống ly hợp
