Đồ án tính toán và thiết kế ly hợp ô tô

 Yêu cầu đối với ly hợp: Từ các ứng dụng của ly hợp thì ly hợp của ô tô ngoài các yêu cầu chung về sứcbền thì, tuổi thọ cao còn phải đảm bảo thêm các yêu cầu chính sau: - Ly hợp phải tr

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LY HỢP 3

I) Công dụng, phân loại, yêu cầu của ly hợp ô tô 3

1.1) Công dụng và yêu cầu của ly hợp ô tô 3

1.2) Phân loại ly hợp 4

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 18

2.1) Tính toán xác định các thông số yêu cầu 18

2.1.1) Tính momen ma sát yêu cầu của ly hợp 18

2.2) Phân tích chọn kiểu loại và sơ đồ dẫn động 18

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LY HỢP 24

3.1) Bán kính vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động 24

3.2) Diện tích và bán kính trung bình của hình vành khăn ma sát 24

3.3) Lực ép của cơ cấu ép 25

3.4) Công trượt riêng của ly hợp 25

3.4.1) Momen quán tính quy dẫn: 25

3.4.2) Momen cản chuyển động quy dẫn: 28

3.4.3) Tính thời gian trượt của ly hợp trong các giai đoạn: 28

3.4.4) Tính công trượt tổng cộng của ly hợp : 29

3.4.5) Tính công trượt riêng của ly hợp : 30

3.4.6) Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp : 30

3.4.7) Bê dày tối thiểu của đĩa ép : 31

3.5) Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu ép: 31

3.5.1) Lực ép cần thiết của một lò xo dây xoắn: 31

3.5.2) Độ cứng của một lò xo dây xoắn Clx : 32

3.5.3) Lực lớn nhất tạo ra bởi một lò xo ép : 33

3.5.4) Đường kính dây và đường kính trung bình của lò xo : 33

3.5.5) Số vòng làm việc của lò xo : 34

3.5.6) Chiều dài của lò xo: 35

 Tính toán thiết kế dẫn động ly hợp 36

a) Xác định các thông số cơ bản của điều khiển không có trợ lực 36

b) Các kích thước chính của hệ thống dẫn động : 39

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LY HỢP.

I) Công dụng, phân loại, yêu cầu của ly hợp ô tô.

1.1) Công dụng và yêu cầu của ly hợp ô tô.

Ly hợp ô tô là khớp nối giữa trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực vìvậy nó có các chức năng chính đó là:

- Nối động cơ với hệ thống truyền lực khi ô tô di chuyển

- Ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong trường hợp chuyểnsố

- Đảm bảo là cơ cấu an toàn cho các chi tiết của hệ thống truyền lựckhi gặp quá tải như trong trường hợp phanh đột ngột mà không nhả ly hợp Nếu khớp nối ly hợp không ngắt được truyền động từ trục khuỷu động cơđến hệ thống truyền lực khi gài số thì việc gài số sẽ rất khó khăn và có thểgây ra va đập làm dập răng thậm chí làm vỡ răng hộp số

 Yêu cầu đối với ly hợp:

Từ các ứng dụng của ly hợp thì ly hợp của ô tô ngoài các yêu cầu chung về sứcbền thì, tuổi thọ cao còn phải đảm bảo thêm các yêu cầu chính sau:

- Ly hợp phải truyền được momen quay lớn nhất của động cơ trongbất kỳ điều kiện làm việc nào Điều này có nghĩa là momen ma sát của lyhợp phải luôn luôn lớn hơn momen cực đại của động cơ Tuy nhiên momen

ma sát của ly hợp không được lớn quá nhằm đảm bảo được nhiệm vụ làm

cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực

- Việc mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng Nghĩa là khi mở lyhợp phần bị động phải được tách hoàn toàn khỏi phần chủ động trong thời

gian ngắn nhất để việc gài số diễn ra dễ dàng nhanh chóng và đồng thời đểtránh xảy ra hiện tượng mòn đĩa ma sát.

- Khi đóng ly hợp yêu cầu phải êm dịu Nghĩa là momen ma sát hìnhthành ở ly hợp phải tăng từ từ khi đóng ly hợp để tránh xảy ra hiện tượnggiật xe và giảm tải trọng va đập sinh ra trong các răng của hộp số khi khởihành ô tô và lúc sang số khi ô tô đang di chuyển

- Momen quán tính của các chi tiết phần bị động ly hợp phải nhỏ đếnmức thấp nhất có thể để giảm các lực va đập lên bánh răng gài số trongtrường hợp hộp số không có bộ đồng tốc và giảm nhẹ điều kiện làm việccủa bộ đồng tốc cũng như tăng nhanh quá trình gài số

- Kết cấu phải gọn nhẹ, điều khiển dễ dàng, lực tác dụng lên bàn đạpphải nhỏ

- Các bề mặt ma sát phải thoát nhiệt tốt để tránh hư hỏng xảy ra donhiệt

1.2) Phân loại ly hợp.

Dựa vào yêu cầu của ly hợp thì hiện nay trên ôtô sử dụng nhiều loại ly hợpkhác nhau Và tuỳ theo tính chất người ta phân loại chúng theo các tiêu chísau:

 Theo phương pháp truyền momen:

Theo phương pháp truyền momen từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thốngtruyền lực người ta chia ly hợp thành các loại:

- Ly hợp ma sát cơ khí:

Đây là loại ly hợp mà mô men ma sát hình thành ở ly hợp nhờ sự ma sõtcủa các bề mặt ma sát cơ khí Loại này được sử dụng phổ biến trên hầu hếtcác ôtô nhờ kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sữa chữa thay thế.

Loại ly hợp này tùy theo hình dạng và đặc điểm kết cấu có thể chia chúng

ra là các kiểu :

 Ly hợp ma sát đĩa phẳng

 Ly hợp ma sát đĩa côn (loại đĩa bị động có dạng hình côn)

 Ly hợp ma sát hình trống : Kiểu tang trống và guốc, ma sát ép vàotang trống Loại này ngày nay ít dùng vì momen quán tính phần bị độnglớn

Cũng trong loại ly hợp ma sát cơ khí Tùy theo đặc điểm kết cấu của lò xo

có thể chia loại ly hợp này ra:

 Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh Loạinày có kết cấu đơn giản thường bố trí trên xe tải:

a) Ly hợp ma sát một đĩa bị động lò xo trụ bố trí xung quanh

- Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.

- Thoát nhiệt tốt, kích thươc nhỏ gọn, có rộng chổ để bố trí cốc ép,

momen truyền qua các bề mặt ma sát lớn

+) Nhược điểm:

- Các lò xo không đảm bảo được các thông số giống nhau hoàn

toàn nên lực ép phân bố không đều

- Việc điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát là rất khó.

- Mòn các khớp sau một thời gian làm việc làm tăng hành trình tự

do của bàn đạp

- Bố trí phức tạp khó khăn nhất là ly hợp đặt xa vị trí người lái.

+) Phạm vi sử dụng:

- Do đơn giản về kết cấu, rẻ tiền nên nó được sử dụng hầu hết trên

các ô tô xe có tải trọng nhỏ và trung bình

b) Ly hợp ma sát hai đĩa bị động lò xo trụ bố trí xung quanh

- Do 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 hơn

 Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép trung tâm.

 Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo đĩa ép hình côn:

+) Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn.

- Lực ép lên đĩa ép đều.

- Không cần sử dụng chi tiết đòn mở mà có đặc tính làm việc tốt

- Ly hợp thủy lực:

Là loại ly hợp mà momen ma sát hình thành ở ly hợp nhờ ma sát thủy lực.loại này làm việc êm dịu vì vậy giảm được tải trọng động cho hệ thốngtruyền lực

- Ly hợp điện từ:

Là loại ly hợp mà momen ma sát hình thành ở ly hợp nhờ momen điện từ,loại này làm việc cũng rất êm dịu nhưng kết cấu cồng kềnh

 Theo trạng thái làm việc của ly hợp:

Theo trạng thái làm việc của ly hợp được chia ra 2 loại:

- Ly hợp thường đóng : là loại ly hợp kiểu lò xo ép thường xuyênđóng trong quá trình làm việc, ly hợp chỉ được mở thông qua hệ thống dẫnđộng dưới tác dụng của lực bàn đạp ly hợp.

- Ly hợp không thường đóng : là loại ly hợp không có lò xo ép Đĩa bịđộng và chủ động được ép vào nhau thông qua một hệ thống đặc biệt, việcđóng mở ly hợp đều phải thông qua hệ thống đòn này dưới tác dụng của lựcđiều khiển

- Ưu điểm : chế tạo, bảo dưỡng sữa chữa đơn giản, làm việc tin cậy,giá thành rẽ.

- Nhược điểm:

- ô tô tải nhỏ, lực ép của lò xo ly hợp không lớn

- Nguyên lý làm việc : khi cần mở ly hợp người lái tác dụng một lựcvào bàn đạp ly hợp (1) làm thanh kéo dịch chuyển lên làm quay đòn quay(10) đẩy thanh kéo (9) sang phải làm quay càng mở (8) đẩy bạc mở đi vàolàm cho ổ bi tỳ (7) tỳ lên đòn mở (6) thông qua thanh kéo đĩa ép (4) đượckéo ra

Khi thôi mở ly hợp người lái nhấc chân khỏi bàn đạp ly hợp dưới tác dụngcủa lò xo ép và lò xo hồi vị, các chi tiết của hệ thống dẫn động được trả về

vị trí ban đầu ly hợp được đóng

 Trong trường hợp chổ ngồi của người lái ở xa ly hợp thì chiều dài và

số lượng khâu khớp dẫn động lớn làm giảm hiệu suất dẫn động, giảm độcứng và tăng hành trình tự do của bàn đạp

 Vấn đề làm kín sàn xe và truyền lực từ bàn đạp đến ly hợp phức tạphơn do động cơ đặt trên các gối đỡ đàn hồi

 Tỷ số truyền của hệ thống dẫn động bị hạn chế nên lực điều khiểntrên bàn đạp lớn

- Phạm vi sử dụng : thường được sử dụng trên xe ô tô du lịch hoặc các

- Ly hợp dẫn động thủy lực

1 2 3 5

6

9 7

 Bố trí các chi tiết của hệ thống dẫn động khá linh hoạt và thuận tiện,

ít bị ràng buộc bởi không gian bố trí chung

 Khắc phục được hiện tượng mòn rơ các khớp

 Có tính khuếch đại cao, hiệu suất cao, độ cứng vững lớn

 Hạn chế tốc độ dịch chuyển của đĩa ép khi đóng ly hợp đột ngột nhờ

đó giảm được giá trị tải trọng động

- Nhược điểm:

 Kết cấu phức tạp, đòi hỏi độ kín khít cao, đắt tiền, làm việc kém tincậy hơn dẫn động cơ khí

- Phạm vi sử dụng: tỷ số truyền của hệ thống dẫn động thủy lực cũng

bị giới hạn nên không thể giảm nhỏ được lực điều khiển vì vậy chỉ thíchhợp với ô tô du lịch, xe tải và xe khách cở nhỏ

- Nguyên lý làm việc: khi cần mở ly hợp người lái tác dụng một lựcvào bàn đạp (12) thông qua điểm tựa và cần piston làm cho piston của xilanh chính (11) dịch chuyển sang trái Dầu ở khoang bên trái của pistonđược dồn ép tới khoang bên trái của xi lanh công tác (10) sẽ dịch chuyểnsang phải và ty đẩy của nó sẽ tác động lên càng mở (9) đẩy bạc mở dịchchuyển sang trái tác dụng vào đầu đòn mở (6) kéo đĩa ép tách khỏi đĩa masát thực hiện mở ly hợp

Khi thôi tác dụng lực lên bàn đạp ly hợp, dưới tác dụng của lò xo ép đẩycàng mở (9) dịch chuyển theo hướng ngược lại làm piston của xi lanh (10)dịch chuyển sang trái đẩy dầu trở lại khoang bên trái của xi lanh chính (11)

do đó piston của xi lanh chính (11) sẽ dịch chuyển sang phải cùng lò xo hồi

vị đưa bàn đạp trở về vị trí ban đầu

- Ly hợp dẫn động có cường hóa( trợ lực)

Loại có trợ lực này có thể chia ra 2 kiểu dẫn động nữa đó là:

- Ly hợp dẫn động cơ khí có trợ lực khí nén

2 3 4 5

6 1

7

9

10 11

Hình 1.6: Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng cơ khí có trợ lực khí nén.Chú thích : 1.bàn đạp ; 2.bánh đà ; 3.đĩa ma sát ; 4.đĩa ép ; 5.lò xo trụ ;6.đòn mở ; 7.ổ bi tỳ ; 8 càng mở ; 9.xi lanh công tác ; 10 Van cấp khí ;

11.bình chứa khí nén ; 12.đòn quay trung gian

- Ưu điểm:

 Ngoài ưu điểm của hệ thống dẫn động cơ khí, loại này có thể chophép tăng được lực mở theo mong muốn làm giảm được lực cần thiết tácdụng lên bàn đạp

 Điều khiển nhẹ nhàng và đơn giản hơn

- Nhược điểm :

 Khi trợ lực bị hỏng thì lực tác dụng lên bàn đạp sẽ lớn

 Tăng phức tạp kết cấu

 Cần phải có máy nén khí

- Nguyên lý làm việc: khi đóng ly hợp van cấp khí không làm việc nênđóng đường cấp khí tới xy lanh trợ lực.

Khi mở ly hợp người lái tác dụng vào bàn đạp (1) kéo thanh kéo đi lên làmđòn trung gian (12) quay và thanh đẩy dịch chuyển sang phải làm quaycàng mở (8) đẩy bạc mở đi vào để khắc phục hết khe hở giữa bạc mở vàđòn mở, lúc này van cấp khí chưa mở nếu tiếp tục đạp thì van cấp khí sẽlàm việc và mở thông đường khí tới xi lanh (9) dưới tác dụng của khí nénpiston (9) sẽ dịch chuyển tác dụng vào càng mở (8) ép bạc mở dịch chuyểnsang trái thông qua đòn mở đĩa ép được tách ra khỏi đĩa ma sát ly hợp đượcmở

Khi thôi tác dụng lên bàn đạp ly hợp, dưới tác dụng của lực lò xo ép và lò

xo hồi vị nên toàn bộ hệ thống sẽ trở lại trạng thái ban đầu, van phân phốicũng đóng lại và khí nén ngừng cấp tới xi lanh (9)

- Ly hợp dẫn động thủy lực có trợ lực khí nén

6

8 7

9

10

11 13

12

1

Hình 1.7: Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng thủy lực có trợ lực khí nén

Chú thích: 1.bánh đà ; 2.đĩa ma sát ; 3.đĩa ép ; 4.thanh kéo ; 5.lò xo trụ ;6.đòn mở ; 7.ổ bi tỳ ; 8.lò xo hồi vị ; 9.càng mở ; 10.xi lanh trợ lực ; 11.xilanh công tác; 12.bình chứa khí nén ; 13.van cấp khí nén ; 14.xilanh chính ;

 Phức tạp về cấu tạo, thêm nhiều bộ phận và làm việc kém tin cậy

- Phạm vi sử dụng : sử dụng trên các xe khách và xe tải trọng lượnglớn

- Nguyên lý làm việc : khi đóng ly hợp van cấp khí nén (13) khônglàm việc nên đóng đường cấp khí nén từ bình chứa (12) tới xy lanh trợ lực(10)

Khi cần mở ly hợp người lái tác dụng một lực vào bàn đạp thông qua cáckhớp, ty đẩy tác dụng vào piston của xi lanh (14) ép dầu theo đường ống tới

xi lanh công tác (11) dịch chuyển sang phải, ty đẩy tác dụng vào càng mở(9) ép bạc mở dịch chuyển sang trái khắc phục khe hở giữa ổ bi tỳ và đòn

mở khi này van cấp khí vẫn chưa làm việc nếu tiếp tục tác dụng lực vàobàn đạp thì khi này van cấp khí sẽ mở thông đường khí từ xi lanh trợ lực(10) Nhờ áp lực của khí nén piston (10) dịch chuyển và thông qua càng mởtạo ra lực ép, ép ổ bi tỳ lên đầu đòn mở (6) để tách đĩa ép của ly hợp khỏiđĩa ma sát và ly hợp được mở

Khi thôi tác dụng lực lên bàn đạp ly hợp, dưới tác dụng của lò xo ép càng

mở (6) bị đẩy trở lại làm piston (11) dịch chuyển sang trái Do không có lực

tác dụng lên bàn đạp nên van cấp khí đóng cửa thông từ bình chứa tới xilanh trợ lực và mở của thông khí từ xi lanh ra ngoài môi trường.

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 2.1) Tính toán xác định các thông số yêu cầu.

2.1.1) Tính momen ma sát yêu cầu của ly hợp.

Ly hợp phải có khả năng truyền hết momen ma xoắn lớn nhất của đông cơ Đểđảm bảo yêu cầu truyền hết momen xoắn lớn nhất của đông cơ trong mọi điều kiệnlàm việc thì ta phải có :

M ms=M emax β

Trong đó: M ms là momen ma sát yêu cầu cần thiết của ly hợp

M emax là momen xoắn lớn nhất của động cơ

β là hệ số dự trữ của ly hợp

Với hệ số dự trữ của ly hợp β phải đủ lớn để đảm bảo ly hợp truyền hết momenxoắn của đông cơ trong mọi điều kiện làm việc của nó( khi các bề măt ma sát bịdầu mỡ rơi vào, khi các lò xo bị giảm tính đàn hồi, khi các tấm ma sát bị mòn) Hệ

số này được xác định bằng thực nghiệm Đối với xe khách β=1.6 ÷ 2.25 (theo [1]trang 1) do là loại xe khách có trọng lượng lớn đồng thời momen xoắn của động

cơ cũng tương đối lớn vì vậy cần chọn β ở giới hạn trên để đảm bảo khi tấm masát bị mòn sẽ không xảy ra trượt Ta chọn β=2

Vậy : M ms=2.430=860 Nm

Momen ma sát yêu cầu của ly hợp là M ms=860 Nm

2.2) Phân tích chọn kiểu loại và sơ đồ dẫn động.

 Kiểu loại ly hợp khi lựa chọn phải dựa trên các đặc điểm chính của ly hợp, cụthể là ưu và nhược điểm của các loại ly hợp sao cho kiểu ly hợp được lựa chọn

phải có tính kinh tế, đảm bảo hoạt động được êm dịu, tuổi thọ và độ tin cậylớn.

Ngoài ra khi lựa chọn ly hợp còn phải dựa vào loại xe thiết kế tải trọng vàmomen cực đại do đông cơ sinh ra

Ngày nay căn cứ vào khả năng truyền momen người ta phân ra 3 loại ly hợp đólà:

Loại ly hợp thủy tĩnh không có tính chất tự điều chỉnh và tiêu hao công suấtlớn( do tiết lưu dòng chất lỏng để thay đổi số vòng quay của trục bị động ) sovới loại ly hợp thủy động có nhiều ưu điểm hơn Đặc biệt loại này làm giảmkhá nhiều tải trọng động lên động cơ và hệ thống truyền động khi thay đổi độtngột chế độ làm việc của ô tô, nhờ sự tăng tốc độ từ từ tốc độ chuyển động từ

số 0 đến cực đại ở mỗi số truyền khác nhau không gây ra giật cho nên sự bámđường tốt hơn

Tuy nhiên ly hợp thủy động không đảm bảo mở ly hợp dứt khoát do có momenquay còn dư trên trục bị động dẫn đến khó gài số, tổn hao công suất Trongđiều kiện thuận lợi ly hợp vẫn bị trượt nên không đảm bảo truyền hết momen

xoắn động cơ Không thể phanh ô tô tại chổ bằng phương pháp gài số và kếtcấu lại quá phức tạp Chính vì những nhược điểm lớn này cho nên loại nàykhông thể sử dụng trên xe khách được(vì xe có tải trọng lớn, momen cực đạiđộng cơ lớn nên sẽ xãy ra trượt lớn).

Còn loại ly hợp nam châm điện do kết cấu của nó tương tự như một nam châmđiện nên hiệu suất làm việc thấp do tổn hao năng lượng cho cuộn kích thích,kích thước lớn cồng kềnh do muốn đảm bảo lực hút của nam châm điện lớncần phải nhiều vòng dây của cuộn kích thích Momen do ly hợp ma sát điện từtạo ra chịu ảnh hưởng nhiều của nguồn điện nên không ổn định Khi chế tạo thìtốn kém kim loại màu dẫn đến giá thành cao Vì vậy theo tiêu chí của xe kháchthì ly hợp phải ổn định, truyền được momen động cơ lớn và giá thành phải rẽcho nên loại ly hợp điện từ không thể sử dụng trên xe khách được

Với loại ly hợp ma sát thì việc truyền momen nhờ các bề mặt ma sát ở loại này

có các loại ly hợp đĩa, ly hợp hình côn và ly hợp hình tang trống Loại ly hợphình côn và ly hợp hình tang trống ngày nay không còn dùng trên ô tô nữa vìmomen quán tính của các chi tiết phần bị động lớn gây tải trọng va đập lớn lên

hệ thống dẫn động truyền lực khi đóng ly hợp

Trên ô tô loại ly hợp ma sát được sử dụng nhiều nhất Do có ưu điểm:

Kết cấu đơn giản, hiệu suất cao,giá thành rẽ và kích thước tương đối nhỏ gọn.Trong ly hợp ma sát có loại một đĩa hoặc nhiều đĩa ma sát Ly hợp nhiều đĩa

ma sát chỉ sử dung trong trường hợp cần truyền momen ma sát lớn mà yêu cầukích thước đường kính đĩa ma sát lại nhỏ

Qua phân tích trên đây ta chọn loại ly hợp cho xe khách là loại ly hợp ma sát,còn số đĩa ma sát để chọn được ta căn cứ theo bán kính ngoài của vành ma sát

R2