Thiết kế li hợp xe khách

Tài liệu tham khảo Thiết kế li hợp xe khách

Ngày nay, với nền công nghiệp phát triển ngày càng hiện đại, các nhu cầu trong lao động và cuộc sống của con người càng được nâng cao Vấn đề vận chuyển hàng hóa, đi lại của con người là một trong những nhu cầu rất cần thiết Ô tô là một loại phương tiện rất phát triển và phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay để đáp ứng cho nhu cầu đó Trong các loại ôtô, xe khách là phương tiện chủ yếu dùng để chuyên chở người với khoảng cách tương đối dài.

Là một sinh viên ngành động lực, việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính toán và thiết kế các bộ phận, cụm máy, chi tiết trong xe khách là rất thiết thực và bổ ích Trong khuôn khổ giới hạn của một đồ án môn học, em được giao nhiệm vụ thiết kế và tính toán ly hợp

xe khách Công việc này đã giúp cho em bước đầu làm quen với công việc thiết kế mà em đã được học ở trường để ứng dụng cho thực tế, đồng thời nó còn giúp cho em cũng cố lại kiến thức sau khi đã học các môn lý thuyết trước đó

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Lê Văn Tụy và sự nổ lực của bản thân, sau một khoảng thời gian cho phép em đã hoàn thành được đồ án của mình Vì bước đầu tính toán thiết kế còn rất bỡ ngỡ cho nên không tránh khỏi những sai sót, nhầm lẫn

Do vậy, em rất mong các thầy thông cảm và chỉ bảo thêm để em được hoàn thiện hơn trong quá trình học tập của mình

Hòa Khánh, ngày tháng năm 2010

Sinh viên thực hiệnPhan Thế Đức

1 CÔNG DỤNG, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHO TRƯỚC:

1.1 CÔNG DỤNG:

Đồ án môn học Tính toán và thiết kế Ôtô nhằm giúp cho sinh

viên hiểu rõ hơn về môn học Từ đó sinh viên từng bước xây dựng cho mình một phương pháp tính toán thiết kế ôtô

Theo nhiệm vụ được giao trong đồ án này, sinh viên phải tính toán và thiết kế ly hợp xe khách Như vậy sau khi làm xong đồ án, sinh viên đã nắm được phương pháp tính toán các cơ cấu của ly hợp và dẫn động ly hợp trên cơ sở xác định các thông số, các cách tính một cách hợp lý dựa theo các tài liệu đã học và các tài liệu khác có liên quan Nhờ đó, sinh viên có được một phương pháp tính toán, lựa chọn và tham khảo riêng của mình để tính toán thiết kế các phần khác của ôtô

Vì thế, đồ án môn học là một phần không thể thiếu trong các môn học về ôtô đối với sinh viên ngành động lực Ngoài ra nó còn là một tài liệu bổ ích đối với những người làm công tác kỹ thuật về ngành ôtô

1.2 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.

1.3 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

5 Số vòng quay ứng với công

Vòng/phút

7 Số vòng quay ứng với mômen

Vòng/phút

2 CHỌN LOẠI LY HỢP VÀ PHƯƠNG PHÁP DẪN ĐỘNG

2.1 CHỌN LOẠI LY HỢP

Ly hợp là một trong những cụm chủ yếu của ôtô máy kéo Ly hợp dùng để nối trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực, để truyền mô men quay được êm dịu và cắt truyền động đến hệ thống truyền lực được nhanh chóng, dứt khoát Ngoài ra ly hợp còn là cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực nếu hệ thống truyền lực 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 lỏng

• 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 :

Thứ nhất: Do truyền mômen quay bằng các bề mặt ma sát nên việc mở ly hợp một cách dứt khoát và nhanh chóng Điều này là yêu cầu quan trọng trong khi sử dụng ôtô, nếu mở không dứt khoát thì khó gài số êm dịu bởi vì mô men quay của động cơ và mô men quy dẩn đến trục khuỷu của tất cả các chi tiết chuyển động của động cơ sẽ truyền một phần đến trục sơ cấp của hộp số, cho nên khi dịch các bánh răng khỏi sự ăn khớp để gài số khác sẽ rất khó khăn bởi trên bánh răng ta muốn dịch chuyển sẽ có tác dụng của lực do mô men nói trên sinh ra Ngoài ra mô men nói trên của ly hợp sẽ làm quay trục sơ cấp và trục trung gian của số làm khó khăn cho việc đồng đều tốc độ các bánh răng cần gài Mở dứt khoát và nhanh chóng sẽ giãm lực va đập các bánh răng

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

Thứ ba :Ly hợp ma sát có kết cấu đơn giản, chế tạo đơn giản, do đó nó có giá thành

rẽ Tuy nhiên, ly hợp ma sát có nhược điểm là:

+ Do có sự trượt trong quá trình khởi hành hoặc chuyển số, nên ly hợp ma sát có tuổi thọ không cao, phải tốn công chăm sóc hoặc thay thế như : đĩa ma sát, lò xo ép

+ Tồn tại tải trọng động lên động cơ và hệ thống truyền lực khi thay đổi đột ngột chế độ làm việc của ôtô do phần thụ động có

mô men quán tính lớn

Để khắc phục những nhược điểm đó đôi khi người ta sử dụng

ly hợp điện từ hoặc ly hợp thuỷ lực

Đối với ly hợp điện từ, ưu điểm nổi bật của ly hợp này là đóng rất êm, cắt dứt khoát, độ tin cậy cao Tuy nhiên do kết cấu rất cồng kềnh, giá thành sản xuất cao nên loại ly hợp này ít được sử dụng trên ôtô, đặc biệt với loại ôtô tải nhỏ vì không gian không cho phép nên ta không chọn loại ly hợp này

Còn ly hợp thủy lực hiện nay vẫn chưa được sử dụng rộng rãi

vì còn một số nhược điểm cần khắc phục:

- Không đảm bảo mở ly hợp dứt khoát do có mô men quay còn dư trên trục thụ động mặc dầu số vòng quay của động cơ rất thấp Điều này làm khó khăn cho việc gài số, muốn tránh hiện tượng này ta cần phải bố trí ly hợp ma sát đằng sau ly hợp thuỷ lực nên kết cấu cồng kềnh

- 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:

+ Cho phép khởi động động cơ và dừng ôtô khi đang gài số, bởi vì giữa động cơ và truyền lực không có sự nối cứng, còn mô men

dư của ly hợp ở số vòng quay chạy không và ở số vòng quay khởi động của động cơ thì rất thấp cho nên không ảnh hưởng gì đến truyền lực

+ Đảm bảo khởi động và lấy đà ôtô tại chổ được êm dịu vì mômen của đĩa tuốc bin tỷ lệ thuận với số vòng quay của trục khuỷu động cơ Do đó giảm khá nhiều tải trọng động lên hệ thống truyền lực

+ 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 thậm chí lúc chúng bị dừng hẳn thì động cơ không bị tắt, nên loại ly hợp này đặc biệt thích hợp với ôtô trong thời chiến.Với ly hợp lắp trên xe tải nhỏ, qua phân tích ở trên ta chọn loại ly hợp ma sát

Ly hợp ma sát hiện có hai loại:

• Loại một đĩa

• Loại nhiều đĩa

Trong đó, loại ly hợp một đĩa dùng nhiều trên ôtô vì nó đơn giản, rẻ, mở dứt khoát và mô men quán tính của chi tiết thụ động bé do số lượng chi tiết ít hơn ly hợp nhiều đĩa

Với loại nhiều đĩa: Ưu điểm nổi bật của loại này là do có nhiều đĩa cùng làm việc nên khi đóng ly hợp các bề mặt ma sát làm việc một cách từ từ, do đó đóng được êm dịu Nhưng kết cấu phức tạp, mô men quán tính của chi tiết thụ động lớn do đó ly hợp nhiều đĩa chỉ dùng trên ôtô khi cần thiết cụ thể là: Khi cần truyền

mô men lớn, yêu cầu kích thước bố trí theo chiều dọc cần nhỏ thì có thể dùng ly hợp nhiều đĩa vì nếu dùng ly hợp một đĩa thì đường kính đĩa ma sát tăng lên ( có khi không lắp được vào bánh đà) Đối với xe tải mô men chỉ 180 (Nm) ta chọn ly hợp một đĩa

Để tạo lực ép, hiện nay trên ly hợp sử dụng 3 loai lò xo:

ta bố trí các lò xo ép ở trung tâm (hình trụ hay hình côn), nhưng khi bố trí như thế này thì lắp đặt ổ bi ép của cơ cấu điều khiển phức tạp, bởi vì lò xo phải đặt trên trục ly hợp Dù có bố trí như thế nào đi nữa thì kết cấu ly hợp dùng lò xo hình tru ûhay hình côn vẩn cồng kềnh do phải có không gian để lắp đặt các đòn mở Vì vậy, trên xe du lịch hay tải nhỏ ly hợp sử dụng hai loại lò xo này ít được sữ dụng do không gian hạn chế và các nhược điểm như nói

ở trên

Để giảm kích thước của các ở ly hợp, ngày nay trên xe du lịch hay tải nhỏ người ta sử dụng lò xo đĩa, vì lò xo đĩa bây giờ vừa làm nhiệm vụ lò xo ép vùa làm nhiệm vụ đòn mở Ngoài ra, lò xo đĩa côn (chỉ có một đĩa so với nhiều lò xo của lò xo hình trụ hay hình côn) tạo ra lực ép phân bố đều quanh chu vi bề mặt ma sát và đĩa ép, do vậy không làm cho đĩa ép bị cong vênh, cháy cục bộ như trường hợp của lò xo trụ Đặc biệt, lò xo đĩa côn có đặc tính phi tuyến rất phù hợp với điều kiện làm việc của ly hợp Trên hình 1.1

so sánh sự làm việc của ly hợp ở hai đặc tính khác nhau của lò xo trụ (đường 2) và lò xo đĩa côn (đường1) Điểm c tương ứng với vị ntrí của lò xo ép khi ly hợp chưa làm việc Khi mở hoàn toàn thì biến

dạng của các lò xo là λ Ở vị trí biến dạng ấy thì lò xo hình trụ sẽ tương ứng với vị trí a của đường đặc tính 2 còn lò xo đĩa hình côn sẽ tương ứng với vị trí b của đường đặc tính 1 Từ hình 1.1 ta thấy điểm a cao hơn điểm b, có nghĩa là trong quá trình mở ly hợp thì lực tác dụng lên

2.2 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

Dẫn động thuỷ lực

Việc dùng dẫn động cơ khí có nhiều ưu điểm như : đơn giản, rẻ tiền, làm việc tin cậy Tuy nhiên hiệu suất truyền lực thấp, làm việc trong một thời gian dài do có mài mòn các khớp dẫn động dẫn đến tăng trị số hành trình bàn đạp tự do (phải điều chỉnh lại bằng tay), độ cứng của dẫn động thấp hơn so với dẫn động thuỷ lực do nhiều khe hở trong các khâu khớp Khó lắp đặt, nhất là loại

xe đầu ngắn

Với ly hợp thuỷ lực có các nhược điểm như : kết cấu phức tạp, giá thành cao, sử dụng và sửa chữa phức tạp hơn Bên cạnh đó dẫn động thủy lực cũng có một số ưu điểm như: hiệu suất cao, độ cứng cao, dể lắp đặt (nhờ có thể sử dụng đường ống và các khớp nối mềm), truyền động xa Có khả năng hạn chế tốc độ dịch chuyển của đĩa ép khi đóng ly hợp đột ngột, giảm tải trọng động

Ngoài ra để đảm bảo sự điều khiển nhẹ nhàng, giảm cường độ lao động cho người lái và tăng tính tiện nghi, người ta còn dùng 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 nén)

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: Đĩa ép

Như vậy, đối với ly hợp cần thiết kế, ta chọn dẫn động là dẫn động thủy lực Do tải trọng của xe lớn (G a = 10500 KG) nên hệ thống dẫn động có thể có trợ lực tùy theo ta tính toán

3 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LY HỢP:

3.1 XÁC ĐỊNH BÁN KÍNH VÒNG NGOÀI ĐĨA MASÁT R2:

Hình 3.1 Các kích thức của đĩa masát

Việc xác định bán kính ngoài phải dựa theo ba điều kiện sau:

Đảm bảo cho ly hợp truyền hết mômen quay của động cơ.Đảm bảo tuổi thọ cần thiết

Phải lắp ghép được với vành bánh đà

Để đảm bảo cho ly hợp truyền hết mômen quay của động cơ thì ly hợp phải sinh ra được một mômen masát luôn luôn lớn hơn hoặc bằng mômen quay cực đại của động cơ trong suốt quá trình sử dụng Để đảm bảo điều kiện này, mômen masát Mms yêu cầu của ly hợp được xác định theo công thức:

max e

Hệ số dự trữ β tính đến các yếu tố làm giảm lực ép hoặc làm giảm mômen masát trong quá trình sử dụng chẳng hạn như:

Mòn vòng masát làm giảm lực ép: (15÷20)%Giảm độ đàn hồi của lò xo ép: (8÷10)%

Như vậy tổng lực ép do các yếu tố trên sẽ bị giảm khoảng (23÷30)%, β được chọn không được nhỏ quá, tuy vậy cũng không được lớn quá Nếu β lớn thì phải tăng lực ép cho nên phải tăng lực điều khiển ly hợp sẽ làm cho kích thước ly hợp tăng và mất vai trò của cơ cấu an toàn

Đối với xe khách giá trị β = ( 1 , 6 ÷ 2 , 25 ) Theo [1] , Ta chọn chọn β = 1 , 6

Mômen masát sinh ra trong ly hợp được xác định theo công thức:

p R P

M ms = µ ct. tb. [N.m] Theo [1] (3.2)Trong đó :

µ: hệ số masát

p: số lượng đôi bề mặt masát, vì có 1 đĩa masát nên p=2

Pct: lực ép cần thiết lên các đĩa masát; [N]

Rtb: bán kính masát trung bình (bán kính của điểm đặt lực masát tổng hợp); [m]

Bán kính trung bình vòng masát được xác định theo công thức:

1

2 2

3 1

3 2RR

RR3

R1: bán kính vòng trong của đĩa masát, [m].

Thường ở ôtô máy kéo hay dùng các bề mặt masát thép với phêrađô đồng có hệ số masát khô lớn nhất là 0,35 nhưng tính đến những điều kiện nhiệt độ, tốc độ trượt tương đối làm giảm hệ số đó đi, cho nên hệ số masát khi tính toán theo kinh nghiêm là:

µ = 0,22 ÷ 0,3.Theo [1]

Ta chọn µ = 0 , 29.Áp suất trên bề mặt masát được xác định bởi công thức sau:

)RR(

PF

P

2 1

2 2

≤

−π

Trong đó:

p: áp suất trên bề mặt masát, [kN/m2]

[q]: áp suất cho phép lên bề mặt masát

Đối với bề mặt masát là thép và phêrađô thì [q]=140÷250[kN/m2] Theo [1] Chọn [q]=150[kN/m2].F: diện tích bề mặt tấm masát, [m2]

Từ (3.1) và (3.2) ta suy ra công thức:

p R P

].

q [

1

2

2 − π

Vậy, từ (3.3), (3.5) và (3.6) ta suy ra:

p R R

R R R

R q

3

2 ).

3 1

3 2 2

1

2 2 max

R q

3

2 ).

β

Đặt

2

1 r

R q

3

2 ).

1 ( ].

.[

2 max ≥ µ π −

)

1.(

2

.3

p K q

M R

β

[m]

Trong đó:

75 , 0 53 , 0 R

R K

6 , 0 1 (

10 150 29 , 0 14 , 3 2

6 , 1 440 3

3

3 3

3.2 BÁN KÍNH VÒNG TRONG CỦA ĐĨA MASÁT R1:

Bán kính vòng trong của đĩa masát được xác định từ Kr:

R1 = Kr.R2 [m]

Thay số ta có:

R1=0,6.0,2 = 0,12 [m]

Vậy R1=120[mm]

3.3 BÁN KÍNH TRUNG BÌNH CỦA ĐĨA MASÁT RTB:

Theo công thức (3.3), thay số vào và ta tính được:

1

2 2

3 1

3 2

3

2

R R

R R

−

−

⋅

= 0 , 1633

12 , 0 2 , 0

12 , 0 2 , 0 3

2

2 2

3 3

M p R

M P

tb e tb

ms ct

.

max µ

1633 , 0 29 , 0

440 6 ,

3.5 CHIỀU DÀY ĐĨA MASÁT δMS:

Theo [1], đối với xe tải và xe khách chiều dày đĩa masát δms xác định trong khoảng 4 ÷ 5 [mm]

Vậy ta chọn δms = 5 [mm]

3.6 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]

Vậy b=80 [mm]

3.7 DIỆN TÍCH BỀ MẶT ĐĨA MASÁT FMS:

Diện tích bề mặt đĩa masát : Fms

Fms = π(R22 - R12) [m2]Thay số, ta có:

Fms = 3,14.(0,22 - 0,122)

= 0,0804248 [m2]

Vậy Fms=80424,8 [mm ]

Mômen masát sinh ra trong ly hợp được xác định theo công thức:

M ms = µ P ct.R tb.p [N.m]

Suy ra : Mms= 0,29.7432,9.1,633.2 = 7040 [N.m]

4 TÍNH CÔNG TRƯỢT RIÊNG VÀ KÍCH THƯỚC ĐĨA ÉP

4.1 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 có hiện tượng trượt ở thời gian đầu cho đến khi nào đĩa chủ động và đĩa bị động quay như một hệ thống động học liền Khi các đĩa bị trượt sẽ sinh ra công masát làm nung nóng các chi tiết của ly hợp lên quá nhiệt độ làm việc bình thường, làm hao mòn các tấm masát và nguy hiểm nhất là các lò xo ép bị ram

ở nhiệt độ như vậy, mất khả năng ép Vì thế việc xác định công masát trong thời gian đóng ly hợp là một điều cần thiết

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 thể tiến hành khác nhau

Khi đổi từ số thấp lên số cao, tốc độ góc của trục khuỷu động cơ trong khi đóng ly hợp cao hơn tốc độ góc của trục sơ cấp hộp số, vì vậy mômen quay của động cơ Me không nên lớn để tránh tăng công trượt

Khi đổi từ số cao xuống số thấp tốc độ góc của trục khuỷu động cơ có thể thấp hơn tốc độ góc trục sơ cấp trong trường hợp này khi đóng ly hợp cần phải có mômen Me nào đó của động cơ để làm đồng đều các tốc độ góc nói trên.

Nhưng ở hai trường hợp nói trên tuỳ theo kỹ thuật của người lái tốc độ góc của trục khuỷu và trục sơ cấp của hộp số có thể đồng đều, nghĩa là ωe≅ ihωa động cơ đó công trượt sẽ giảm đến tối thiểu

Khi ôtô bắt đầu chuyển động, sự đồng đều nói trên không thể thực hiện được, vì ωe> 0 và ωa = 0 trong trường hợp này công trượt sẽ cực đại Ta sẽ tính công trượt trong trường hợp này

Diễn biến quá trình đóng ly hợp hợp gồm 2 giai đoạn :

Giai đoạn đầu với thời gian t 1: lúc này mômen quay của ly hợp hợp tăng từ giá trị 0 đến giá trị Ma , thời điểm này ôtô bắt đầu khởi động tại chổ

Giai đoạn tiếp theo với thời gian t 2: là giai đoạn mômen quay của ly hợp Ml bắt đầu tăng lên đến khi không còn sự trượt xảy ra (tức là lúc ω e = ω a).

4.1.1 Tính mômen quán tính của bánh đà và của các 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 = ωbx.rbx= bx

0 1

ω : vận tốc góc của bánh xe, [rad/s].

v: vận tốc chuyển động tịnh tiến của xe, [m/s]

ω : vận tốc góc tại trục của ly hợp, [rad/s].

Ta suy ra công thức tính vận tốc góc tại trục ly hợp:

2 a a

ω [J]

Động năng chuyển động tịnh tiến của xe:

WT= .v2g

G 2

2 a

o h a

a bx a a

i i

r g

G J

2

.

.

i i

r g

bx e