THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN LY HỢP XE KHÁCH

Ngày nay trên Ôtô sử dụng các loại ly hợp sau đây:  Ly hợp ma sát : Truyền mômen quay bằng các bềmặt ma sát.. Trong đó ly hợp ma sát được sử dụng nhiều hơn cả vìcó những ưu điểm nổi bật

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với nền công nghiệp phát triển ngày cànghiện đại, các nhu cầu trong lao động và cuộc sống củacon người càng được nâng cao Vấn đề vận chuyển hànghóa, đi lại của con người là một trong những nhu cầu rấtcần thiết Ô tô là một loại phương tiện rất phát triển vàphổ biến trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay để đápứng cho nhu cầu đó Trong các loại ôtô, xe khách là phươngtiện chủ yếu dùng để chuyên chở người với khoảng cáchtương 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 Trongkhuôn khổ giới hạn của một đồ án môn học, em đượcgiao nhiệm vụ thiết kế và tính toán ly hợp xe khách Côngviệc này đã giúp cho em bước đầu làm quen với công việcthiết kế mà em đã được học ở trường để ứng dụng chothực tế, đồng thời nó còn giúp cho em cũng cố lại kiếnthức 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 giancho phép em đã hoàn thành được đồ án của mình Vì bướcđầu 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 2003

Sinh viên thực hiện

bị quá tải

Ngày nay trên Ôtô sử dụng các loại ly hợp sau đây:

 Ly hợp ma sát : Truyền mômen quay bằng các bềmặt ma sát

 Ly hợp thuỷ lực : Truyền mômen quay bằng chấtlỏng

 Ly hợp điện từ : Truyền mômen quay nhờ tácdụng của trường nam châm điện

Trong đó ly hợp ma sát được sử dụng nhiều hơn cả vìcó những ưu điểm nổi bật so với hai loại ly hợp kia cụthể là :

Thứ nhất: Do truyền mômen quay bằng các bề mặt masát nên việc mở ly hợp một cách dứt khoát và nhanhchóng Điều này là yêu cầu quan trọng trong khi sử dụngôtô, 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 trụckhuỷu của tất cả các chi tiết chuyển động của động cơsẽ truyền một phần đến trục sơ cấp của hộp số, cho

nên khi dịch các bánh răng khỏi sự ăn khớp để gài số khácsẽ rất khó khăn bởi trên bánh răng ta muốn dịch chuyển sẽcó tác dụng của lực do mô men nói trên sinh ra Ngoài ra mômen nói trên của ly hợp sẽ làm quay trục sơ cấp và trụctrung gian của số làm khó khăn cho việc đồng đều tốc độcác bánh răng cần gài Mở dứt khoát và nhanh chóng sẽgiãm lực va đập các bánh răng

Thứ hai: Trong điều kiện làm việc thuận tiện ly hợp masát 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 xoép bị ram có thể mất khả năng ép

Thứ ba :Ly hợp ma sát có kết cấu đơn giản, chế tạo đơngiản, 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 chuyểnsố, nên ly hợp ma sát có tuổi thọ không cao, phải tốn côngchăm sóc hoặc thay thế như : đĩa ma sát, lò xo ép

+ Tồn tại tải trọng động lên động cơ và hệ thống truyềnlực khi thay đổi đột ngột chế độ làm việc của ôtô dophần thụ động có mô men quán tính lớn

Để khắc phục những nhược điểm đó đôi khi người tasử dụng ly hợp điện từ hoặc ly hợp thuỷ lực

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

Còn ly hợp thủy lực hiện nay vẫn chưa được sử dụngrộng rãi vì còn một số nhược điểm cần khắc phục:

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

- Ly hợp thuỷ lực do phải dùng dầu đặc biệt (có độnhờn 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 phươngpháp gài số Nhưng ly hợp này có ưu điểm là:

+ Cho phép khởi động động cơ và dừng ôtô khi đang gàisố, bởi vì giữa động cơ và truyền lực không có sự nốicứng, còn mô men dư của ly hợp ở số vòng quay chạykhông và ở số vòng quay khởi động của động cơ thì rấtthấp cho nên không ảnh hưởng gì đến truyền lực

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

+ Ít điều chỉnh trong khi sử dụng vì các chi tiết của lyhợp thuỷ lục ít mòn

+ Khi tăng sức cản chuyển động của ôtô thậm chí lúcchúng bị dừng hẳn thì động cơ không bị tắt, nên loại lyhợp này đặc biệt thích hợp với ôtô trong thời chiến.Với lyhợp lắp trên xe tải nhỏ, qua phân tích ở trên ta chọn loại lyhợp 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 nóđơn giản, rẻ, mở dứt khoát và mô men quán tính của chitiết thụ động bé do số lượng chi tiết ít hơn ly hợpnhiều đĩa.

Với loại nhiều đĩa: Ưu điểm nổi bật của loại này là docó nhiều đĩa cùng làm việc nên khi đóng ly hợp các bềmặt ma sát làm việc một cách từ từ, do đó đóng được

êm dịu Nhưng kết cấu phức tạp, mô men quán tính củachi tiết thụ động lớn do đó ly hợp nhiều đĩa chỉ dùng trênôtô khi cần thiết cụ thể là: Khi cần truyền mô men lớn,yêu cầu kích thước bố trí theo chiều dọc cần nhỏ thì cóthể dùng ly hợp nhiều đĩa vì nếu dùng ly hợp một đĩathì đường kính đĩa ma sát tăng lên ( có khi không lắp đượcvào bánh đà) Đối với xe tải mô men chỉ 180 (Nm) ta chọn lyhợp một đĩa

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

trên trục ly hợp Dù có bố trí như thế nào đi nữa thì kếtcấu ly hợp dùng lò xo hình tru ûhay hình côn vẩn cồngkềnh do phải có không gian để lắp đặt các đòn mở Vìvậy, 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 cácnhược 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 xođĩa bây giờ vừa làm nhiệm vụ lò xo ép vùa làm nhiệm vụđòn mở Ngoài ra, lò xo đĩa côn (chỉ có một đĩa so với nhiềulò xo của lò xo hình trụ hay hình côn) tạo ra lực ép phânbố đều quanh chu vi bề mặt ma sát và đĩa ép, do vậykhông làm cho đĩa ép bị cong vênh, cháy cục bộ như trườnghợp của lò xo trụ Đặc biệt, lò xo đĩa côn có đặc tính phituyến 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 đặctính 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 lyhợp chưa làm việc Khi mở hoàn toàn thì biến dạng củacác lò xo là  Ở vị trí biến dạng ấy thì lò xo hình trụ sẽtương ứng với vị trí a của đường đặc tính 2 còn lò xo đĩahình 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 làtrong quá trình mở ly hợp thì lực tác dụng lên

1.2 CHỌN LOẠI DẪN ĐỘNG:

Trên ôtô máy kéo hiện nay đã sử dụng chủ yếu haidạng dẫn động ly hợp sau:

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 suấttruyền lực thấp, làm việc trong một thời gian dài do cómài mòn các khớp dẫn động dẫn đến tăng trị số hànhtrình bàn đạp tự do (phải điều chỉnh lại bằng tay), độcứng của dẫn động thấp hơn so với dẫn động thuỷ lực

do nhiều khe hở trong các khâu khớp Khó lắp đặt, nhất làloại xe đầu ngắn

Với ly hợp thuỷ lực có các nhược điểm như : kếtcấu phức tạp, giá thành cao, sử dụng và sửa chữa phứctạp hơn Bên cạnh đó dẫn động thủy lực cũng có mộtsố ưu điểm như: hiệu suất cao, độ cứng cao, dể lắpđặt (nhờ có thể sử dụng đường ống và các khớp nốimềm), truyền động xa Có khả năng hạn chế tốc độ dịchchuyển của đĩa ép khi đóng ly hợp đột ngột, giảm tảitrọng động

Ngoài ra để đảm bảo sự điều khiển nhẹ nhàng,giảm cường độ lao động cho người lái và tăng tính tiệnnghi, người ta còn dùng trợ lực khí nén, trợ lực chânkhông 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 côngtác 8: Xi lanh trợ lực 9: Cơ cấu phân phối 10: Đườngthông khí trời 11: Buồng tỷ lệ 12: Màng tỷ lệ 13: Xilanhdẫn 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 dẫnđộng là dẫn động thủy lực Do tải trọng của xe lớn (G a =12000KG) nên hệ thống dẫn động có thể có trợ lực tùytheo ta tính toán

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

2.1 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 điềukiện sau:

Đảm bảo cho ly hợp truyền hết mômen quay củađộng 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

ms M

Trong đó:

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 giảmkhoảng (2330)%,  được chọn không được nhỏ quá, tuyvậy cũng không được lớn quá Nếu  lớn thì phải tăng lựcép cho nên phải tăng lực điều khiển ly hợp sẽ làm cho kíchthước ly hợp tăng và mất vai trò của cơ cấu an toàn

Đối với xe khách giá trị   ( 1 , 3  1 , 75 ) Theo [1] , Tachọn chọn   1 , 6

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

p R P

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

: hệ số masát

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

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

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

Bán kính trung bình vòng masát được xác định theocông thức:

Rtb = 2

1

2 2

3 1

3 2

RR

RR3

R2: bán kính vòng ngoài của đĩa masát, [m]

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

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

 = 0,22  0,3.Theo [1]

Ta chọn   0 , 29.Áp suất trên bề mặt masát được xác định bởi côngthức sau:

)RR(

PF

P

2 1

2 2

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]=100250[kN/m2] Theo [1] Chọn[q]=130[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 [

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 ).

p K

R q

3

2 ).

1 ( ].

.[

2 max    

Như vậy, ta suy ra:

2

.3

p K q

M R

R K

2

1

r    Theo [1] , chọn Kr= 0,6Thay số vào ta có:

1934 , 0 2 ).

6 , 0 1 (

10 130 29 , 0 14 , 3 2

560 6 , 1 3

3

3 3

2.2 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]

2.3 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

12 , 0 2 , 0 3

2

2 2

3 3

M p R

M P

tb

e tb

1633 , 0 29 , 0

560 6 , 1

2.5 CHIỀU DÀY ĐĨA MASÁT MS:

Theo [1], đối với xe tải và xe khách chiều dày đĩa

masát ms xác định trong khoảng 4  5 [mm]

Vậy ta chọn ms = 5 [mm]

2.6 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]

2.7 DIỆN TÍCH BỀ MẶT ĐĨA MASÁT FMS:

Diện tích bề mặt đĩa masát : Fms

Fms = (R22 - R1 ) [m2]Thay số, ta có:

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

= 0,0804248 [m2] Vậy Fms=80424,8 [mm2]

3 TÍNH CÔNG TRƯỢT RIÊNG VÀ KÍCH THƯỚC ĐĨA ÉP

3.1 TÍNH CÔNG TRƯỢT SINH RA TRONG QUÁ TRÌNH ĐÓNG LYHỢP :

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 đầucho đến khi nào đĩa chủ động và đĩa bị động quay nhưmột 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 quánhiệt độ làm việc bình thường, làm hao mòn các tấmmasát và nguy hiểm nhất là các lò xo ép bị ram ở nhiệtđộ như vậy, mất khả năng ép Vì thế việc xác định côngmasát trong thời gian đóng ly hợp là một điều cần thiết

Trong quá trình gài số ôtô tuỳ theo sự đổi số từthấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp mà quá trình gài cóthể tiến hành khác nhau

Khi đổi từ số thấp lên số cao, tốc độ góc của trụckhuỷu 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 củatrục khuỷu động cơ có thể thấp hơn tốc độ góc trục sơcấp trong trường hợp này khi đóng ly hợp cần phải cómômen Me nào đó của động cơ để làm đồng đều các tốcđộ góc nói trên

Nhưng ở hai trường hợp nói trên tuỳ theo kỹ thuật củangười lái tốc độ góc của trục khuỷu và trục sơ cấp củahộp số có thể đồng đều, nghĩa là e  iha động cơ đócông trượt sẽ giảm đến tối thiểu

Khi ôtô bắt đầu chuyển động, sự đồng đều nói trênkhông thể thực hiện được, vì e> 0 và a = 0 trong trườnghợp này công trượt sẽ cực đại Ta sẽ tính công trượttrong trường hợp này

Diễn biến quá trình đóng ly hợp hợp gồm 2 giaiđoạn :

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

Giai đoạn tiếp theo với thời gian t 2: là giai đoạnmômen quay của ly hợp Ml bắt đầu tăng lên đến khi khôngcòn sự trượt xảy ra (tức là lúc  e   a)

3.1.1 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

v = bx.rbx= bx

0 1

 : vận tốc góc của bánh xe, [rad/s]

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

a

 : 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

G 2

2

o h a

a bx a a

i i

r g

G J

.

i i

r g

G

h bx

9

81 9 000

2

2

s m N

bx i.

i

r

 [N.m] Theo [1] (4.2)Trong đó:

Ga: Trọng lượng toàn bộ của xe, [N]

K: hệ số cản khí động, [N.s2/m4]

F: diện tích cản chính diện của xe, [m2]

tl: hiệu suất truyền lực, tl  0 , 89 Theo [2]

: hệ số cản tổng cộng của đường Ta xét khi

xe bắt đầu chyển động trên đường nằm ngang (v 0, 0),

hệ số cản tổng cộng của mặt đường chính bằng hệ sốcản lăn Theo [2], chọn  = 0,02.

Thay số ta có:

Ma = (12000.9,81.0,02)5,3.60,6,5.0,89 =37,813[N.m]

L1 = Ma

1 a

2 a m

3

2 ) (

J 2

22)

Theo hình vẽ 4.1 ta có :