kết câu tính toán ô tô đề tài li hợp

-Ly hợp là một khớp nối để truyền mô men xoắn từ trục khuỷu động cơ đến các cụm tiếp theo của hệ thống truyền lực.. -Hệ thống truyền lực cơ khí với hộp số có cấp thì việc dùng ly hợp để

Tổng quan về li hợp

Li hợp là một bộ phận trên kết cấu của ôtô đồng thời nó là một bộ phận trong hệ thống truyền lực của ôtô Nó có ảnh hởng tới việc ra vào số trên ôtô Sự sang số đổi cấp tốc độ ở ôtô đợc thực hiện ngay trong lúc xe đang chạy và động cơ đang làm việc Chính vì vậy mà xuất hiện lực va đập khi các bánh răng không có cùng một tốc độ góc gài vào nhau Sự cắt nối li hợp có ảnh hởng rất lớn tới lực nói trên

I yêu cầu - công dụng và phân loại li hợp.–

1/-Yêu cầu và công dụng

a- Yêu cầu:

-Khi nối phải êm dịu không gây ra sự va đập trong hệ thống truyền lực

-Tách phải dứt khoát để dễ gài số

-Mô men quán tính của phần bị động phải nhỏ

-Ly hợp phải làm nhiệm vụ của một bộ phận an toàn do đó hệ số dự trữ β phải nằm trong giới hạn cho phép

-Điều khiển thuận lợi

-Kết cấu đơn giản

-Đảm bảo thoát nhiệt tốt

b- Công dụng của ly hợp :

-Truyền đợc mô men xoắn lớn nhất của động cơ mà không bị trợt trong bất cứ

điều kiện nào Muốn vậy mô men ma sát sinh ra trong li hợp phải lớn hơn mô men của động cơ truyền tới nó

-Ly hợp là một khớp nối để truyền mô men xoắn từ trục khuỷu động cơ đến các cụm tiếp theo của hệ thống truyền lực

-Dùng tách nối giữa động cơ và hệ thống truyền lực khi khởi hành, khi dừng xe, chuyển số và khi phanh xe

-Hệ thống truyền lực cơ khí với hộp số có cấp thì việc dùng ly hợp để tách tức thời động cơ và hệ thống truyền lực sẽ làm giảm va đập đầu răng của các bánh

răng hoặc của khớp gài và làm cho quá trình đổi số đợc dễ dàng Khi nối êm

động cơ với đang làm việc với hệ thống truyền lực làm mô men xoắn ở các bánh

xe chủ động tăng lên từ từ Do vậy mà xe khởi hành và tăng tốc đợc êm thuận Còn khi phanh xe đồng thời tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực sẽ làm cho

động cơ hoạt động liên tục (không chết máy) Do vậy mà không phải khởi động

động cơ nhiều lần

2/-Phân loại cụm ly hợp :

-Ly hợp đang đợc sử dụng hiện nay trên các loại ôtô thờng đợc chia làm 4 loại theo các cách sau:

+Theo cách truyền mô men xoắn

+Theo cách tạo lực ép

+Theo trạng thái làm việc

+Theo phơng pháp dẫn động điều khiển ly hợp

2-1-Phân loại ly hợp theo cách truyền mô men xoắn.

-Theo cách phân loại này ly hợp đợc chia làm 4 loại :

a/-Ly hợp ma sát :

*Khái niệm: Là loại ly hợp truyền mô men xoắn bằng bề mặt ma sát

*Phân loại ly hợp ma sát :

-Theo hình dạng bề mặt ma sát gồm có :

+Ly hợp ma sát hình đĩa

+Ly hợp ma sát côn

+Ly hợp ma sát loại tang trống

-Hiện nay ly hợp ma sát hình đĩa đợc sử dụng rộng rãi vì có kết cấu đơn giản, khối lợng phần bị động của ly hợp tơng đối nhỏ

-Hai loại ly hợp còn lại ít đợc sử dụng vì phần bị động của ly hợp có trọng lợng lớn gây ra tải trọng động lớn tác dụng lên các cụm chi tiết của hệ thống truyền lực

-Trong loại ly hợp ma sát hình đĩa ngời ta còn chia ra :

+Theo số lợng đĩa ma sát có loại ly hợp một đĩa, hai đĩa hoặc nhiều đĩa Trên

ôtô thờng chỉ dùng loại ly hợp một đĩa hoặc hai đĩa

+Theo vật liệu làm bề mặt ma sát có thể chia ra nh sau :

-Atbet đồng với gang

-Ferado đồng với gang

-Hợp kim gốm với gang

-Thép với gang

-Thép với thép

+Theo đặc điểm môi trờng ma sát gồm có :

-Ma sát khô

-Ma sát ớt (bề mặt ma sát đợc ngâm trong dầu)

-Loại ly hợp ma sát có u điểm là kết cấu đơn giản , dễ chế tạo Tuy nhiên nó cũng có nhợc điểm cơ bản là bề mặt ma sát nhanh mòn do hiện tợng trợt tơng

đối giữa chúng với nhau trong quá trình đóng mở ly hợp và thực hiện chức năng cơ cấu an toàn Các chi tiết trong ly hợp bị nung nóng do nhiệt tạo ra bởi một phần công ma sát Tuy vậy ly hợp ma sát hiện nay vẫn đợc sử dụng rộng rãi vì

nó vẫn đảm bảo đợc những điều kiện làm việc

-Hiện nay trên ôtô sử dụng rộng rãi nhất là loại ly hợp đĩa ma sát khô (một hoặc hai đĩa)

b- Ly hợp thuỷ lực :

*Khái niệm :

-Là loại ly hợp truyền mô men xoắn bằng năng lợng của dòng chất lỏng (thờng

là dầu)

-Ly hợp thuỷ lực hiện vẫn đợc nghiên cứu và hoàn thiện

-Ưu điểm của loại ly hợp này là làm việc bền lâu, giảm đợc tải trọng động tác dụng lên hệ thống truyền lực và dễ tự động hoá quá trình điều khiển xe

-Nhợc điểm cơ bản là chế tạo khó, giá thành cao, hiệu suất truyền lực nhỏ do hiện tợng trợt

-Ly hợp thuỷ lực ít đợc sử dụng trên các ôtô Hiện nay mới đợc sử dụng trên một số loại xe ôtô du lịch cỡ nhỏ Tuy nhiên trong tơng lai nó sẽ đợc sử dụng rộng rãi đặc bệt trên các loại xe vận tải hạng nặng

c- Ly hợp điện từ :

-Là loại ly hợp truyền mô men xoắn nhờ tác dụng từ trờng của nam châm điện Loại ly hợp này ít đợc sử dụng trên xe

d- Ly hợp loại liên hợp :

-Là loại ly hợp truyền mô men xoắn bằng cách kết hợp các loại trên Th-ờng là ly hợp thuỷ lực và nó ít đợc dùng trên các loại xe

2-2-Phân loại ly hợp theo ph ơng pháp tạo lực ép.

-Theo cách tạo lực ép lên đĩa ly hợp đợc chia làm 4 loại :

a-Ly hợp lò xo nén :

-Là loại ly hợp dùng lò xo tạo lực ép lên đĩa ép

-Ly hợp lò xo nén có thể là loại lò xo bố trí xung quanh (các lò xo bố trí đều trên đờng tròn thành một hoặc hai vòng) hoặc lò xo bố trí trung tâm (một hoặc hai lò xo)

-Theo đặc điểm kết cấu của lò xo nén có thể có loại lò xo xoắn trục, lò xo kiểu

đĩa hoặc lò xo đĩa côn

-Loại ly hợp lò xo nén bố trí xung quanh đợc sử dụng phổ biến hiên nay trên các loại ôtô vì nó có u điểm là nhỏ, gọn, tạo đợc lực ép lớn, độ tin cậy cao

b- Ly hợp điện từ :

- Lực ép đợc tạo ra là lực điện từ.

c- Ly hợp bán ly tâm :

-Là loại ly hợp mà lực nén sinh ra do lực ly tâm của khối lợng quay

-Loại này có kết cấu pơhức tạp nên chỉ sử dụng trên một số ôtô du lịch nh ZIL110, POBEDA

d- Ly hợp ly tâm:

-Là loại ly hợp mà lực nén sinh ra do lực ly tâm của khối quay lọai này ít đợc sử dụng

2-3-Phân loại ly hợp theo trạng thái làm việc:

+Theo trạng thái làm việc ly hợp đợc phân làm hai loại :

-Ly hợp luôn đóng : loại này đợc sử dụng ở hầu hết các ôtô hiện nay

-Ly hợp luôn mở : đợc sử dụng trên một số loại máy bánh hơi nh : C-10, C-80

2-4- Phân loại ly hợp theo ph ơng pháp dẫn động điều khiển:

+Theo phơng pháp này ly hợp đợc chia làm 2 loại :

-Ly hợp điều khiển tự động

-Ly hợp điều khiển cỡng bức : loại này để điều khiển ngời ta phải tác dụng một lực cần thiết lên hệ thống dẫn động điều khiển ly hợp Loại này đợc sử dụng hầu hết trên các ôtô hiện nay dùng ly hợp ở trạng thái luôn đóng Theo đặc điểm kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn động điều khiển có các loại đẫn đô:

+Dẫn động điều khiển bằng cơ khí

+Dẫn động điều khiển bằng thuỷ lực (dầu)

+Dẫn động điều khiển bằng trợ lực Tức là ngoài tác dụng của ngời lái còn có tác động của trợ lực để ngời lái điều khiển ly hợp đợc dễ dàng Theo đặc

điểm cấu tạo của trợ lực nó có thể là trợ lực cơ khí (lò xo), trợ lực khí nén hoặc trợ lực thuỷ lực

Thiết kế môn học

I)Xác định mô men ma sát

Mô men xoắn lớn nhất có thể truyền qua bộ ly hợp:

Mm = β * Me max Trong đó : Mm : mô men ma sát của ly hợp

Me max : mô men xoắn của động cơ

β: hệ số dự trữ ly hợp

Me max =14.6 (kG.m) = 146 (N.m) chọn : β = 1.7

Vì phảI chọn hệ số β > 1 để đảm bảo truyền hết mô men của động cơ trong mọi trờng hợp Tuy nhiên β không đợc lớn quá để tránh tăng kích thớc đĩa bị động

và tránh cho hệ thống truyền lực bị quá tải

⇒ Mm = 1.7* 146 = 248.2 (N.m)

II) Xác định kích thớc cơ bản của đĩa bị động

1) Thiết kế sơ bộ:

Rtb: Bán kính trung bình ( bán kính của điểm đặt lực ép tổng hợp )

Đợc xác định theo công thức:

2

2

1 R

R tb

=

R2: Bán kính ngoài của đĩa ma sát

R1: Bán kính trong của đĩa ma sát

- Khi thiết kế có thể chọn sơ bộ đờng kíng ngoài của đĩa ma sát theo công thức kinh nghiệm sau:

C

e

M R

D2 = 2 * 2 = 3 16 * max

C: Hệ số kinh nghiệm - C = 4.7 (Đối với ôtô con )

61 17 7 4

146

* 16 3 2

* 2

R2 = 8.8 (cm) = 0.088 (m) -Mặt khác D2 còn bị giới hạn bởi đờng kính ngoàicủa bánh đà động cơ khi thiết

kế gặp trờng hợp D2 lớn hơn đờng kính bánh đà thì phải chọn lại bằng cách giảm D2 và tăng số đôi bề mặt ma sát ( số đĩa bị động )

-Bán kính trong của đĩa đợc chọn theo công thức:

R1 = 0.6 *R2 =0.6 * 8.8 = 5.28 ( cm ) = 0.052(m)

Rtb = 7.04( cm ) =0.07 (m)

Chọn số lợng đĩa: Chọn sơ bộ i = 2

b: Bề rộng tấm ma sát gắn trên đĩa bị động đợc tính theo công thức:

b = R2 - R1 =3.522 ( cm ) =0.035 (m)

R2, R1: Là bán kính ngoài và trong của đĩa ma sát

-Chọn bề mặt ma sát là Thép với phê-ra-đô và chọn: [ q ] = 200000 (N/m2)

[ q ] : áp lực riêng cho phép trên bề mặt ma sát

-Tính lực nén tổng cộng: P

i R

M P

tb

e

.

. max

à

β

à = 0.3 (Hệ số ma sát)

*Tính toán phần then hoa của đĩa bị động :

Đợc chọn theo trục sơ cấp của hộp số có các tham số sau đây:

-Số răng then hoa của may-ơ: Z = 8

-Đờng kính ngoài của may-ơ: D = 0.1 (m)

-Đơng kính trong của may-ơ: d = 0.04 (m)

-Chiều cao của răng then hoa: h = m = 0.05 (m)

(Vì chọn răng dạng thân khai ) -Chiều dài của răng then hoa: l = 0.02 (m)

2).Kiểm tra và hiệu chỉnh:

a) Kiểm tra theo áp suất cho phép:

)

2 / ( 188394 2

).

2 052 0

2 088 0 ( 14 3

5871 )

2 1

2

2

(

m N i

R R

P

−

=

−

=

π

Vậy q < [q] = 200000 (N/m2)

b) Kiểm tra theo công trợt riêng:

*Xác định công trợt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp

Khi đóng ly hợp có thể xảy ra hai trờng hợp:

- Đóng ly hợp đột ngột tức là để động cơ làm việc ở số vòng quay cao rồi đột ngột thả bàn đạp ly hợp Việc khởi động động cơ nh vậy sẽ dẫn đến sự dật lớn,

đặc biệt là với nhng li hợp có hệ số dự trữ β lớn Trờng hợp này không tốt nên phải tránh

- Đóng ly hợp một cách êm dịu: ngời lái thả từ từ bàn đạp ly hợp khi xe khởi

động tại chỗ sẽ làm tăng thời gian đóng ly hợp và do đó sẽ làm tăng công trợt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp Trong sử dụng thờng sử dụng phơng pháp này nên ta tính công trợt sinh ra trong trờng hợp này

*Tính toán công trợt khi đóng mở ly hợp có thể chia làm 2 giai đoạn:

-Giai đoạn 1: Khi ôtô bắt đầu khởi động mô men ly hợp sẽ tăng từ 0 đến Ma Công của động cơ ở giai đoạn này với thời giạn t1 sẽ tiêu tốn cho sự trợt và nung nóng ly hợp

1 2

1 M a m a t

=

-Giai đoạn 2: Tăng mô men của ly hợp đến giá trị không có sự trợt của ly hợp Công của động cơ ở giai đoạn này với thời gian t2 dùng để tăng tốc độ của trục bị

động của ly hợp và để nối chúng với hệ cản chuyển động của ôtô

2 )t a ω m (ω a

M 3

2 2 ) a ω m (ω a

J 2

1 2

*Công trợt toàn bộ ly hợp là: L = L1+L2

2 2

2

1 3

2 2 ).

M









 +

−

Ma: Mô men cản chuyển động qui dẫn về trục ly hợp

0

2

) (

i i i

r V F k G M

f h

bx

G: Trọng lợng toàn bộ ôtô - G = 13860(N)

ψ: Hệ số cản tổng cộng của đờng- ψ =0.16

V: Vận tốc xe khi đóng ly hợp - V = 0 (km/h) (Do ôtô bắt đầu chuyển động) rbx: Bán kính làm việc của bánh xe.- rbx = 0.35 (m)

ih: Tỷ số truyền của hộp số- Do khi ôtô băt đầu chuyển động để giảm công trợt ngời lái xe thờng khởi động ở tỷ số truyền thấp Do đó chọn ih = i1 = 3.416

if: Tỷ số truyền của hộp số phụ- if =1 (Do không có hộp số phụ )

i0: Tỷ số truyền của truyền lực chính- i0 = 4.388

*Thay vào công thức (2) ta tìm đợc: Ma = 51.78 (Nm)

ωm: Tốc độ góc của trục khuỷu khi đóng ly hợp có thẻ tính bằng tốc độ ứng với khi mô men xoắn là lớn nhất ωm = 3500*2*3.14/60 = 366 (rad/s)

ωa: Tốc độ góc của trục ly hợp ωa = 0 (Do ôtô khởi động tại chỗ )

Ja: Mô men quán tính của ôtô qui dẫn về trục ly hợp

2 0

2

) (i i i

r g

G J

f h

bx

a = = 0.77 (N.s2) t1: Khoảng thời gian đóng ly hợp Trong thời gian này mô men ly hợp tăng từ 0

đền Ma

K

M

t1 = a (3) K: Hệ số tỷ lệ kể đến mức độ tăng của mômen MLH khi đóng li hợp

K =100 (Nm/s)

*Thay vào (3) ta đợc: t1 = 0.5 (s)

t2: Khoảng thời gian tăng mômen li hợp đến giá trị không có sự trợt của li hợp

K

J

t 2 a( m a)

2

ω

ω −

(Đối với xe con K = 100(Nm/s)

*Thay vào công thức (1) ta tìm đợc công trợt của toàn bộ li hợp là:

L = 26555 (N.m) =26555 (J)

*Tính Công trợt riêng: l (R L R2).i

1

2 2 0

−

=

π = 852027 (J/m2)

-Công trợt riêng cho phép đối với xe du lịch là: [l0] =1100000 (J/m2)

Vậy l0 < [l0]

c) Kiểm tra ứng suất dập trên răng của then hoa:

α

β σ

.

. max

l h r Z n

M tb

e

d = = 20.68*106 (N/m2) Vậy σd < [σd] = 35*10 6 (N/m2)

α = 0.75 (Hệ số tính đến sự phân bổ tải trọng không đều)

III) Tính toán đĩa ép:

Mỗi lần đóng ly hợp để cho xe chuyển động, công trợt sinh ra và biến thành nhiệt năng và nung nóng các chi tiết tiếp xúc với đĩa bị động Để đảm bảo điều kiện làm việc cho các chi tiết nêu trên chúng ta phải khống chế độ gia tăng nhiệt

độ ∆T sau mỗi lần khởi hành, hoặc sau mỗi lần cắt nối bộ li hợp

-khối lợng đĩa ép đợc tính nh sau:

] [

.

T C

L m

∆

≥ γ

γ: Hệ số xác định phần công trợt biến thành nhiệt năng nung nóng chi tiết

B

Σ

=

* 2

1

γ = 0.5 ΣB = 1 (Số lợng đĩa bị động)

L: Công trợt

C: Nhiệt dung riêng của thép C = 490 (J/kg.dộ)

[∆T]: Độ gia tăng nhiệt độ cho phép sau mỗi lần đóng nối bộ ly hợp để khởi

*Thay vào ta đợc: m ≥ 2.08 (kg)

IV) Tính toán lò xo:

Để tạo ra lực nén P dùng nhiều lò xo hình trụ bố trí trên một vòng tròn có bán kính bằng Rtb

Tải trọng tác dụng lên mỗi lò xo để tạo ra lực nén P là:

Ne min = P/n1 = 587 (N)

P: Lực nén tổng cộng P = 5871 (N)

n1: Số lò xo ép - Chọn: n1 = 10

Khi cắt bộ li hợp, đĩa ép dịch ra một đoạn S và nén tiếp các lò xo, do đó tải trọng lớn nhất tác dụng lên mỗi lò xo là:

1 max

2 1

n

P

*Chọn khoảng dịch chuyển của đĩa ép là: x = 1.5 (mm)

+).Chọn vật liệu làm lò xo là dây thép lò xo cấp 1, giả sử đờng kính dây lò xo trong khoảng từ 4ữ6 (mm) Tra bảng ta đợc σbk = 1600 (N/mm 2)

-ứng suất tiếp giới hạn: [τx] = 0.3σbk = 480 (N/mm 2)

+).Chọn c = D/d = 5, và tra bảng tìm đợc hệ số xét đến độ cong của dây lò xo:

k = 1.29

+) Đờng kính của dây lò xo là: [ ]x

e t

c N k

d ≥ 1 6 . max. (mm)

⇒d ≥ 4.9 (mm) Lấy d = 5 (mm)

Đơng kính của lò xo: D = c.d = 5*5 =25 (mm)

+).Tính số vòng làm việc của lò xo: i

) (

.

8

.

min max

3

e

N

c

d G

x

i

−

=

x: Chuyển vị làm việc của lò xo x = 2 (mm)

G: Mô đun đàn hồi trợt G =8.104 (N/mm2)

d: Đờng kính dây lò xo d = 5 (mm)

c: Tỷ số giữa đờng kính của lò xo và đờng

⇒ Tìm đợc : i = 6.5 (vòng)

+).Số vòng thực của lò xo: i0 = i +1.5 = 8 (vòng)

+).Chuyển vị lớn nhất của lò xo (kể từ khi cha chịu tải đến lúc đạt Ne max)

4

3 max

.

8

d G

i D

N e

=

+).Bớc của vòng lò xo khi cha chịu tải: t = d + λ/i + δ

δ: Khe hở giữa các vòng lò xo khi chịu lực lớn nhất Ne max

δ = 0.1*d = 0.5 (mm)

⇒ t = 6.64 (mm) +) Chiều dài lò xo lúc cha chịu tải:

H0 = (i0 – 0.5).d + i(t – d) = 50.2 (mm)

*Kiểm tra sự mất ổn định của lò xo: 0 = 2 04

D

H

< 3 Do đó lò xo không cần đặt trong ống để khỏi bị oằn (mất ổn định)

V) Tính đòn mở:

Muốn cắt mở đợc bộ li hợp cần phải tác dụng lên các đòn mở một lực lớn hơn lực nén tổng cộng của các lò xo trong trờng đĩa ép dịch chuyển một đoạn x

*Chọn số đòn mở là: nđ = 3

*Mỗi đòn mở chịu một lực là: Q N n i

d

e

.

max

=

-Tỷ số i = e f phải thoả mãn điều khiển và khả năng chống uấn.

-Chọn: e = 70 (mm); f = 30 (mm) ⇒ i = 2.33

⇒ Q = 125 (N)

Thêm hình vẽ

VI) Tính toán cơ cấu điều khiển:

-Chọn cơ cấu điểu khiển đóng mở li hợp là cơ cấu điều khiển bằng thuỷ lực

*Tỷ số truyền từ bàn đạp đến đĩa ép là:

2

1

2

.









=

d

d f

e d

c b

a

i tk

-Khi chọn phơng án để tính toán thiết kế tỷ số truyền của cơ cấu phải thoả mãn các yêu cầu sau đây:

+Phù hợp với cấu tạo

+Hạn chế đến mức thấp nhất số lợng của các khâu cơ khí để nâng cao hiệu suất +Hành trình của bàn đạp và lực tác dụng lên bàn đạp phải nằm trong phạp vi cho