Thiết kế tính toán tấm ma sát

Trong thời đại Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa, đất nước ta đang đi trên con đường hội nhập với xu thế toàn cầu hóa. Cho nên việc chú trọng phát triển các ngành công nghiệp là điều tất yếu,nhất là những ngành mũi nhọn thuộc về cơ khí hay điện tử. Đây vừa là cơ hội cũng vừa là thách thức lớn đối với đội ngũ kỹ sư của chúng ta phải không ngừng tiếp thu những thành tựu công nghệ kỹ thuật mới của thế giới.Mà tiêu biểu là ngành công nghệ ô tô, là một trong những ngành tiên phong về sự phát triển của thành tựu khoa học kĩ thuật và không ngừng biến đổi nhằm nhằm cải thiện công suất của động cơ hay tiết kiện nhiên liệu cũng như giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường từ khí thải động cơ thải ra.

LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa, đất nước ta đang đi trên con đường hội nhập với xu thế toàn cầu hóa Cho nên việc chú trọng phát triển các ngành công nghiệp là điều tất yếu,nhất là những ngành mũi nhọn thuộc về cơ khí hay điện tử Đây vừa là cơ hội cũng vừa là thách thức lớn đối với đội ngũ kỹ sư của chúng ta phải không ngừng tiếp thu những thành tựu công nghệ kỹ thuật mới của thế giới.Mà tiêu biểu là ngành công nghệ ô tô, là một trong những ngành tiên phong về sự phát triển của thành tựu khoa học kĩ thuật và không ngừng biến đổi nhằm nhằm cải thiện công suất của động cơ hay tiết kiện nhiên liệu cũng như giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường từ khí thải động cơ thải ra

Là một sinh viên nghành công nghệ kỹ thuật ô tô của trường đại học Nha Trang đang trong quá trình thực hiện đồ án môn “kết cấu ô tô “với

đề tài”thiết kế tính toán tấm ma sát” Là một cơ hội tốt để chúng ta có thể tìm hiểu và cập nhật về các thông số cũng như kết cấu của “tấm ma sát hình vành khăn” qua đó giúp ta có thể hiểu biết sâu hơn về chuyên

nghành của mình

Trong quá trình thực hiện đề tài nhờ sự chỉ dẫn, giúp đỡ tận tình của giáo viên hướng dẫn bộ môn, và bạn bè Tuy vậy nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế trong quá trình tính toán Để hoàn thành tốt và khắc phục những hạn chế thiếu sót của mình em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, và sự giúp đỡ của thầy và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện:

Trà Văn Dũng

I. Đặt vấn đề

1 Đối tượng nghiên cứu:tấm ma sát hình vành khăn

2 Phạm vi nghiên cứu: trên xe Hyundai Verna 1.4 VTVT

3 Mục tiêu:thiết kế tính toán tấm ma sát để phục vụ trong quá trình vận hành, bảo dưỡng và sữa chữa

1 Thông số đầu vào của tấm ma sát

Động cơ xăng 1396cc

 Mô men xoắn cực đại Memax = 138 N.m tại n=6300RPM

 Công suất cực Nemax =138N.m tại n=5000RPM

 Hệ số tải trọng dộng kđ = 2

 Tỉ số truyền tay số 1: ih1 = 6,814

 Tỉ số truyền truyền lực chính: io = 3,153

 Bán kính bánh xe rb = 520 mm = 0.52 m

 Hệ số tải trọng dộng kđ = 2

 Đường kính bánh đà

- Đường kính trong: 132 mm

- Đường kính ngoài: 268 mm

 Trọng lượng bánh đà

- G = 4.8 (kg) =48 (N)

 Gia tốc trọng trường

- g = 9.81 m/s2

2 Thiết kế sơ bộ

a Sơ đồ tấm ma sát

Hình sơ đồ tấm ma sát của đĩa ma sát trong cơ cấu li hợp

b Vật liệu chế tạo tấm ma sát

3 Tính toán các thông số cần thiết

3.1 Bán kính ngoài R2 m]

-Bán kính ngoài R2 m] của bề mặt ma sát đĩa bị động ly hợp được xác định theo áp suất làm việc của bề mặt ma sát

R2= = <Rbd

Hay R2 = <Rbd

Trong đó:

+Memax: Mô men xoắn cực đại Memax = 138 N.m +N: số đĩa ma sát

: hệ số ma sát

 Hệ số ma sát giữa phê ra đô đồng với gang(hoặc thép) thì hệ số ma sát

có thể đạt đến 0,3 nhưng do ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ,tốc độ trược,vv,nên khi tính toán chỉ chọn trong khoảng =0.22-0.3

Chọn =0.25

:hệ số dự trữ

 Hệ số dự trữ tính đến các yếu tố làm giảm lực ép hoặc làm giảm mô men

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 lực ép 8%-20%

Như vậy tổng lực ép do các yếu trên sẽ bị giảm khoảng 23%-30%

Hệ số phải được chọn không được nhỏ quá Nếu lớn thì phải tăng lực ép

do đó cần tăng lực điều khiển li hợp gây mệt mỏi cho người lái Cùng với đó thì kích của ly hợp tăng và mất vai trò của cơ câu an toàn

Căn cứ vào chủng loại xe và điều kiện làm việc thường xuyên của

nó để chọn hệ số dự trữ

Loại xe Trị số

Xe tải, xe khách, máy kéo vận tải

1.60-2.25

Ta có xe tải có trọng tải không lớn làm việc trong điều kiện bình thường nên chọn hệ số về phía giới hạn giữa

nên chọn =2

+P: áp suất làm việc lên các bề mặt đĩa ma sát P-giá trị áp suất làm việc lên bề mặt đĩa ma sát là một trong những thông số quan trọng quyết định đến lượng mòn của các bề mặt ma sát khi li hợp trược trong quá trình đóng li hợp sau gài số giá trị :p , với = (1.4-2.5).105 là nhằm đảm bảo tuổi thị cần thiết cho chúng giữa 2 lần sữa chữa thay thế Giá trị giới hạn trên áp dụng cho ô tô có động cơ nhiều xi lanh (≥ 4), đặc tính động lực của xe tốt và làm việc trong điều kiện đường sá tốt (ít phải sang số) và ngược lại ô tô có động cơ ít xi lanh, đặc tính động lực của xe không tốt và làm việc trong điều kiện đường sá xấu

Chọn P =2.105

+kR: là hệ số tỷ lệ

 Sao cho tỉ số kR=(0,53÷0,75)

Chọn kR=0.6

Rbd:là bán kính bánh đà

R2 = = =0,119 mm]

Nếu R2 >Rbd, thì :+Tăng thêm đĩa ma sát;

+Thay đổi hệ số tỉ lệ KR; +Hoặc tăng p

3.2 Bán kính trong R 1 m]

Bán kính trong R1 m] của bề mặt ma sát đĩa bị động ly hợp:

R1=kR.R2 =0,6*0,119 =0,071 mm]

3.3 Tính toán các thông số liên quan

a.Hệ số ma sát

-Tấm ma sát làm từ vật liệu mềm hơn thép và gang,nhưng có hệ Hệ

số ma sát giữa phê ra đô đồng với gang(hoặc thép) thì hệ số ma sát có thể đạt đến 0,3 nhưng do ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ,tốc độ trược,vv,nên khi tính toán chỉ chọn trong khoảng =0.22-0.3

Chọn =0.25

b Lực ma sát nghỉ

-Ma sát nghỉ (Fms ) hay còn gọi là ma sát tỉnh là lực xuất hiện giữa 2 vật tiếp xúc mà vật này có xu hướng chuyển động so với vật còn lại nhưng vị trí tương đối của chúng chưa thay đổi Giá trị lớn nhất của lực

ma sát nghỉ, khi bánh đà và mâm ép bắt đầu trượctrên mặt đĩa ma sát, trong cơ cấu li hợp được tính nếu:

+Sử dụng một đĩa có 2 mặt ma sát:

Fms=2.µFn

+Sử dụng n đĩa có 2 mặt ma sát:

Fms=2.nµFn

Từ các biểu thức có thể sử dụng chung biểu thức tính giá trị lớn nhất của ma sát nghĩ ch cơ cấu li hợp được sử dụng đĩa ma sát:

Fms=2nµFn

Trong đó:

-đĩa có 2 mặt ma sát;

n- số đĩa ma sát có 2 mặt ma sát

Chọn n =1

Fms=2Fn

Trong đó:

hệ số ma sát

Fn: -thành phần lực nén vuông góc lên bề mặt đĩa ma sát,có biểu thức:

Fn=p.Sv

Mà Sv-diện tích vành tấm ma sát, và đối với diện tích hình vành khăn của tấm ma sát được tính:

Sv=(R22-R12) =(0,1192 -0.0712) =0,029(m) Với:R1,R2-bán kính ngoài và trong của hình vành khăn

Nên Fn=p.Sv =2*105*0,029=5800

Từ đó: Fms=2Fn =2*0,25*5800 =2900

c Mô men ma sát nghỉ đối với tấm ma sát là hình vành khăn

-Ta có công thức:

Mms=FmsRtb

Với Rtb=.(= () =0,1

Mms=FmsRtb =2900*0,1 =290

d Tính toán công trượt riêng

-Dùng để đánh giá tuổi thọ của ly hợp theo điều kiện trượt,thường dùng chỉ tiêu công trượt riêng

-Dùng để đánh giá tuổi thọ của ly hợp theo điều kiện trượt,thường dùng chỉ tiêu công trượt riêng, nó được xác định bằng công trượt (L) trên một đơn vị diện tích của bề mặt ma sát:

Lr=(j/m2)

+Trong đó:

• L: -công trượt tổng cộng của ly hợp,(jun)

• n: -số đĩa ma sát

• R2: -bán kính ngoài hình vành khăn đĩa bề mặt ma sát.(m)

• R1: -bán kính trong hình vành khăn đĩa bề mặt ma sát.(m)

-Sự trượt của ly hợp diễn ra ngay sau khi gài số và thực hiện đóng ly hợp điều đó có thể xảy ra lúc xe đang chạy hoặc lúc bắt đầu khởi động xe; trong đó trường hợp xe bắt đầu khởi hành sẽ có công trượt lớn nhất, lúc này sự chênh lệch tốc độ giữa bánh đà động cơ và tốc độ trục ly hợp(xe đang đứng yên là lớn nhất

-Sự trượt ly hợp khi khởi hành xe cũng có thể có 2 trường hợp: sự trượt ly hợp do đóng ly hợp đột ngột hoặc sự trượt ly hợp từ từ

-Khi đóng ly hợp đột ngột (người điều khiển thả nhanh bàn đạp ly hợp) làm cho đĩa ép lao nhanh vào đĩa bị động, thời gian trượt ngắn nhưng lực ép tăng nhanh làm cho xe bị giật mạnh , gây tải trọng động đối với hệ thống truyền lực( do quán tính lao vào của đĩa ép, làm tăng thêm lực ép, mô men ma sát ly hợp tăng lên và do vậy ly hợp có thể cho phép truyền qua nó một mô mem quán tính lớn hơn mô men ma sát tính toán

-Khi đóng ly hợp từ từ:việc đóng ly hợp từ từ tạo sự êm dịu cần thiết cho ly hợp và hệ thống truyền lực đó là một trong những yêu cầu quan trọng của ly hợp nhằm đảm bảo tính êm dịu và không sinh ra va đập cho

hệ thống truyền lực tuy nhiên sự đóng ly hợp từ từ làm cho thời gian trượt kéo dài và do vậy công trượt sẽ tăng lên

-Quá trình đóng êm dịu của ly hợp bao giờ cũng kèm theo sự trượt ly hợp giữa các đôi bề mặt ma sát Sự trượt của ly hợp làm cho bề mặt ma sát mòn, đồng thời sinh nhiệt nung nóng chi tiết tiếp xúc với bề mặt trượt nếu cường độ trượt quá mạnh sẽ làm mòn nhanh các bề mặt ma

sát và nhiệt sinh ra sẽ lonwscos thêt làm cháy cục bộ các tấm ma sát làm nung nóng lò xo ép từ đó có thể làm giảm khả năng ép của chúng.vì vậy việc xác định công trượt, công trượt riêng để hạn chế sự hao mòn, khống chế nhiệt độ cực đại nhằm đảo bảo tuổi thọ cho ly hợp là hết sức cần thiết

b.1 Mômen cản chuyển động của ô tô qui dẫn về trục ly hợp

-Mômen cản chuyển động của ô tô qui dẫn về trục ly hợp được tính theo biểu thức sau:

Ma =(Ga+)

Trong đó:

: lực cản không khí chính diện của xe,=0(xe đang đứng yên);

: hiệu suất truyền lực

: hệ số cản tổng của mặt đường

Ma =(Ga+) =(1071*0,02+0)*([N.m]

b.2 Các giai đoạn công trượt trong quá trình trượt đĩa ly hợp

-Công của động cơ trong quá trình mặt bánh đà và mâm ép trượt trên

bề các bề mặt đĩa ma sát chia 2 giai đoạn như hình:

+Giai đoạn đầu ứng với thời gian t1 là công tiêu ha do sự trượt và nung nóng ly hợp;

+Giai đoạn thứ 2 ứng với thời gian t2 ứng là công tiêu hao sử dụng cho việc tăng tốc trục ly hợp(trục sơ cấp hộp số) và sẽ thắng các sức cản chuyển động của ô tô

Tính thời gian trượt t1,t2:

t2 = = =0,16

t1 = t2 =0,16* =0,0003

Trong đó: kd là hệ số kết thúc trượt ;

 xác định tỷ số của mô men ma sát hình thành so với mô men cực đại động cơ mà tại đó ly hợp bắt đầu hết trượt (kd =Mms/Memax) Trong hệ ba phương trình trên kd là ẩn số phụ của phương trình

kd== =2 : tốc độ góc của trục khuỷu động cơ đóng ly hợp êm dịu ,rad/s]

+Tốc độ góc được xác định theo chủng loại động cơ:

 -Đối với động cơ xăng:=+50

 -Đối với động cơ diesel : =0.75

ở đây là tốc độ góc trục khuỷu động cơ ứng vơi mô men cực đại và công suất cực đại

-Chọn động cơ xăng

=0.75

Số vòng quay cực đại 5000rpm tại công suất cực đại là 126,33 bhp

=5000.2/60=

= +50 = + 50 =

Memax -mô men quay cực đại của động cơ,[Nm)];

Ma -mô men cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp,[Nm)];

Ja -mô men quán tính khối lượng của xe qui dẫn về trục ly hợp,

[kgm2];

it : -tỉ số truyền cuả hệ thống truyền lực,với it=ihs.ip.i0.icc;

his: -tỷ số truyền cao nhất trong hộp số chính ihs = 6,814;

ip: - tỷ số truyền cao nhất trong hộp số phụ(nếu không có ip =1);

i0 : -tỷ số truyền của truyền lực chính io = 3,153;

icc : -tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng (nếu không có:icc =1)

it = ihs.ip.i0.icc = 6,814*1*3,153*1=21,48

Ja =()2 =*( =0,07

b.3 Công trượt tổng cộng của ly hợp

-Qua khảo sát quá trình ly hợp khi đóng êm dịu , có trình tự các bước

để tính công trượt L của ly hợp như sau:

+Công trượt ở giai đoạn đầu L1 được xác định:

L1 = ()t1 =

+Công trượt ở giai đoạn đầu L2 được xác định

L2 = ()t2 +()2 = +

(khi khởi hành xe tại chỗ công trượt là lớn nhất, hiệu số - là lớn nhất nên =0)

+Tổng công trượt của quá trình trượt ly hợp:

L=L1+L2= 16,06 + 3844,99 =3861,05

b.4 Công trượt riêng

Lr= = =846721,5

b.5 Tính toán nhiệt do đĩa ma sát bị trượt

-Ngoài việc tính toán kiểm tra công trượt riêng của ly hợp, còn cần phải tính toán kiểm tra nhiệt độ nung nóng các chi tiết của ly hợp trong quá trình trượt ly hợp để đảm bảo sự làm việc bình thường của ly hợp, không ảnh hưởng nhiều đến hệ số ma sát, không gây nên sự cháy các tấm ma sát hoặc ảnh hưởng đến sự đàn hồi của lò xe ép.v.v

-Để tính toán nhiệt sinh ra do ly hợp trượt, với giả thiết thời gian trượt

ly hợp là rất ngắn(1.1-2.5);nhiệt sinh ra không kịp truyền cho các chi tiết

và môi trường xung quanh mà chỉ truyền cho các chi tiết trực tiếp xảy ra

sự trượt thường các tấm ma sát có độ dẫn nhiệt rất kém nên có thể coi tất cả nhiệt phát sinh sẽ truyền cho đĩa ép, đĩa ép trung gian (ly hợp hai đĩa bị động) và bánh đà động cơ

-Với giả thiết công trượt ở các bề mặt ma sát là như nhau nên nhiệt sinh ra ở các đôi bề mặt ma sát là bằng nhau,lượng nhiệt và đĩa ép và bánh đà nhận được là:

L =mcT trong đó:

L -công trượt toàn bộ ly hợp,[J];

-hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng bánh đà hoặc đĩa ép, với ly hợp một đĩa bị động: =0.50;hai đĩa bị động: =0,025 cho đĩa ép;=0,5 cho đĩa

ép trung gian;

c -nhiệt dung riêng của các chi tiết bị nung nóng, với vật liệu bằng thép hoặc gang có thể lấy c =481.5[J/kgk]

m -khối lượng chi tiết bị nung nóng,kg]

T -độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng.[k]

+Độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết tính toán đối với mỗi lần khởi hành của ô tô (ứng với số cản ψ =0.02) không được vượt quá 10k( khi

có móc rơ hoặc không vượt quá 20k)

+Còn đối với máy kéo nhỏ hơn 5k (ứng với hệ số cản ψ =0.16)

+Bề dày tối thiểu đĩa ép theo chế độ nhiệt):bề dày tối thiểu đĩa ép theo chế độ nhiệt (m) ở trên có thể xác định theo công thức:

≥ Trong đó:

-Khối lượng riêng của đĩa ép.với vật liệu làm bằng gang 7800(g/m3

Kết luận

Qua phần thiết kế và tính toán tấm ma sát, đã giúp cho chúng ta hiểu rõ cuả vật liệu chế tạo cũng như cấu tạo nguyên lý hoạt động thông qua các thông số như:bán kính,công trượt hệ số ma sát, tổng công đối với từng loại xe thì những thông số này lại thay đổi khác nhau để đáp ứng được yêu cầu trong quá trình hoạt động của chúng trong điều kiện môi trường khắc nghiệt với số vòng quay lớn.Từ đó ta có thể điều chỉnh các thông số này cũng loại vật một cách chính xác để động cơ có thể truyền được công suất cao nhất đến các bánh xe chủ động.nâng cao tính năng viêt dã và hiệu suất của xe

Tài liệu tham khảo

Gầm ô tô thạc sĩ huỳnh trọng chương

Lý thuyết ô tô nguyễn hữu cẩn