THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN LY HỢP XE KHÁCH

Trong khuôn khổ giới hạn của một đồ án mônhọc, 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 thiếtkế mà em đã đ

Lời nói đầu

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

Là một sinh viên ngành động lực, việc tìm hiểu, nghiên cứu, tínhtoán và thiết kế các bộ phận, cụm máy, chi tiết trong xe khách là rấtthiết thực và bổ ích Trong khuôn khổ giới hạn của một đồ án mônhọc, 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 thiếtkế mà em đã được học ở trường để ứng dụng cho thực tế, đồngthời nó còn giúp cho em cũng cố lại kiến thức sau khi đã học các mônlý thuyết trước đó

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Lê Văn Tụy và sựnổ lực của bản thân, sau một khoảng thời gian cho phép em đã hoànthành được đồ án của mình Vì bước đầu tính toán thiết kế còn rấtbỡ ngỡ cho nên không tránh khỏi những sai sót, nhầm lẫn Do vậy, emrất mong các thầy thông cảm và chỉ bảo thêm để em được hoàn thiệnhơn trong quá trình học tập của mình

Hòa Khánh, ngày 15 tháng10 năm 2002

Sinh viên thực hiện

Lê Minh Tiến

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 mìnhmột phương pháp tính toán thiết kế ôtô

Theo nhiệm vụ được giao trong đồ án này, sinh viên phải tính toánvà 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 dẫnđộng ly hợp trên cơ sở xác định các thông số, các cách tính một cáchhợp 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 vàtham 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 cácmôn học về ôtô đối với sinh viên ngành động lực Ngoài ra nó còn làmột tài liệu bổ ích đối với những người làm công tác kỹ thuật vềngành ôtô

1.2 Yêu cầu:

Khi làm đồ án môn học này, sinh viên cần phải nắm vững cáckiến thức đã học của môn học Tính toán và thiết kế Ôtô và các mônhọc khác có liên quan

Hình thức, nội dung thuyết minh và các bản vẽ phải tuân thủ đúngtheo quy định của bộ môn đề ra

Sinh viên phải hoàn thành đồ án này đúng tiến độ và đúng thờigian quy định Nếu không thực hiên đúng sinh viên sẽ không được bảovệ

1.3 Các thông số kỹ thuật cho trước:

Theo nhiệm vụ của đồ án được giao, ta có các thông số kỹ thuật sau:

5 Số vòng quay ứng với công suất

cực đại

N

phút

7 Số vòng quay ứng với mômen

10 Tỉ số truyền truyền lực chính i0 5,5

2 PHÂN TÍCH CHỌN LOẠI LY HỢP VÀ DẪN ĐỘNG LY HỢP:

2.1 Chọn loại ly hợp:

Ly hợp là bộ phận quan trọng dùng để nối, ngắt truyền động từ trục động cơ đến hệ thống truyền lực, ngoài ra còn là cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực

Từ hai nhiệm vụ trên có các yêu cầu đối với ly hợp :

Đảm bảo truyền hết mômen quay của động cơ trong bất kỳ điều kiện sử dụng nào

Đóng êm dịu để tăng từ từ mômen quay lên trục của hệ thống truyền lực, không gây va đập và tải trọng động lên các bánh răng của hộp số Do đó khi ôtô khởi động hoặc tăng tốc không bị giật làm giảm độ êm dịu chuyển động cho ôtô

Mở dứt khoát để làm cho quá trình đồng đều tốc độ củađồng tốc được nhanh chóng Do đó viêc gài số được nhanh chóng

Mômen quán tính các chi tiết phần bị động của ly hợp phảinhỏ để giảm va đập giữa các bánh răng khi sang số và giảm màimòn các bề mặt ma sát của đồng tốc

Phải làm được nhiệm vụ của cơ cấu an toàn để tránh chohệ thống truyền lực bị quá tải Mômen ma sát không được lớnquá để tránh xảy ra hiện tượng gãy trục các đăng

Ngoài ra còn có các yều cầu khác:

Điều khiển nhẹ nhàng, lực tác dụng lên bàn đạp vừaphải

Hệ số ma sát cao và ổn định

Thoát nhiệt tốt, bền vững

Làm việc tin cậy, hiệu suất cao

Kích thước nhỏ gọn, kết cấu, sửa chữa, bảo dưỡng đơngiản

Giá thành không cao lắm

Tùy theo cánh truyền mômen quay từ trục động cơ đến hệ thốngtruyền lực mà có các loại ly hợp sau:

Ma sát: Truyền mômen quay bằng các bề mặt ma sát

Thủy lực: Truyền mômen quay bằng chất lỏng

Nam châm điện: Truyền mômen quay nhờ tác dụng củatrường nam châm điện.

Liên hợp: Truyền mômen quay bằng cách kết hợp các loạikể trên

Các loại ly hợp này, tùy theo từng loại mà nó có những ưunhược điểm khác nhau Ta dựa vào các điều kiện này mà chọn chohợp lý

Ly hợp ma sát: có hai loại:

Loại một đĩa: Ly hợp ma sát một đĩa bị động với tính đơn

giản trong kết cấu cũng như đơn giản trong bộ phận dẫn động,thoát nhiệt tốt, mở dứt khoát, mômen của các chi tiết thụ độngbé, giá thành rẻ Tuy nhiên khi làm việc dễ bị trượt do bị mòn cácbề mặt ma sát và việc điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt masát khó khăn, thời gian phục vụ không cao Khi làm việc cũng cótrường hợp xảy ra là không cắt dứt khoát đường truyền côngsuất do độ đảo của các tấm ma sát Tăng hành trình của bàn đạp(hay hành trình điều khiển) Kích thước của các chi tiết tăng lênnhư trục bị động của ly hợp (trục sơ cấp của hộp số)

Loại hai đĩa: Như loại một đĩa, ngoài ra do có nhiều đĩa

cùng làm việc nên khi đóng ly hợp các bề mặt ma sát làm việcmột cách từ từ, do đó đóng được êm dịu nhưng khi cắt ly hợpkhông được dứt khoát Viêc định vị các đĩa ma sát khi cắt ly hợpkhó khăn (đặc biệt là đĩa trung gian)

Ly hợp thủy lực:

Ưu điểm của loại ly hợp này làm việc rất êm, không cầnbàn đạp ly hợp Thời hạn phục vụ cao, động cơ vẫn ổn định khisức cản của đường quá lớn Nhược điểm chính trong việc ápdụng thực tế là ly hợp cắt không hoàn toàn, trong quá trình làmviệc luôn luôn bị trượt, kết cấu phức tạp, khó bảo dưỡng, giáthành sản xuất cao

Ly hợp điện từ:

Ưu điểm của loại ly hợp này là rất êm, cắt dứt khoát, độtin cậy cao, tuổi thọ rất cao Tuy nhiên kết cấu rất cồng kềnh,giá thành sản xuất cao

Ta thấy rằng đối với loại xe khách không yêu cầu cao về độ êmdịu, tính tiện nghi, thời hạn phục vụ còn giá thành thì phải khôngquá cao Do đó, qua phân tích trên ta chọn loại ly hợp ma sát có 1 đĩa bịđộng là hợp lý.

2.2 Chọn loại dẫn động:

Trên ôtô máy kéo hiện nay đã sử dụng một số dạng dẫn động

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

Ngoài ra để đảm bảo sự điều khiển nhẹ nhàng, giảm cường độlao động cho người lái và tăng tính tiện nghi, người ta còn dùng trợ lựckhí nén, trợ lực chân không hoặc trợ lực thủy lực

Như vậy, đối với ly hợp cần thiết kế, ta chọn dẫn động là dẫnđộng thủy lực Do tải trọng của xe lớn (Ga = 10000KG) nên hệ thốngdẫn động có thể có trợ lực tùy theo ta tính toán

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 mởvà ổ bi tỳ 6: Lò xo hồi vị và ổ bi tỳ 7: Xi lanh công tác 8: Xi lanh trợlực 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

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

3.1 Xác định bán kính ngoài R 2 :

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

Đảm bảo cho ly hợp truyền hết momen 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 ma sát 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 ma sát Mms của ly hợp được xác định theo công thức:

max e

ms M

M  [N.m] (theo [I] trang 47) (3.1)Trong đó:

Mòn vòng ma sát 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)%,  được chọn không được nhỏ quá, tuy vậy cũng không đượclớn quá Nếu  lớn thì phải tăng lực ép cho nên phải tăng lực điềukhiển ly hợp sẽ làm cho kích thước ly hợp tăng và mất vai trò của cơcấu an toàn

Theo kinh nghiệm đối với xe khách:

 =(1,62,2)

Ta chọn chọn  = 2

Phương trình (3.1) có thể được viết như sau:

ms tb max

P: lực ép cần thiết lên các đĩa ma sát; [N]

Rtb-bán kính ma sát trung bình (bán kính của điểm đặtlực ma sát tổng hợp); [m]

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

Rtb = 2

1

2 2

3 1

3 2R R

R R 3

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

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

Thường ở ôtô máy kéo hay dùng các bề mặt ma sát thép vớiphêrađô đồng có hệ số ma sát khô lớn nhất là 0,35 nhưng tính đến

những điều kiện nhiệt độ, tốc độ trượt tương đối làm giảm hệ sốđó đi, cho nên hệ số ma sát khi tính toán theo kinh nghiêm là:

 = 0,22  0,3

Ta lấy 0,27.Áp suất trên bề mặt ma sát được xác định bởi công thức sau:

) R R (

P F

P

2 1

2 2

p: áp suất trên bề mặt ma sát, [kN/m2]

[q]: áp suất cho phép lên bề mặt ma sát

Đối với bề mặt ma sát là thép và phêrađô thì[q]=100250[kN/m2] (theo [I] trang 50) Chọn [q]=130[kN/

m2]

F: diện tích bề mặt tấm ma sát, [m2]

Từ (3.4) ta suy ra:

)RR.(

]

q[

2 2

3 1

3 2 2

1

2 2 max

R R

R R 3

2 ).

R R (

].

q [

3 2 max

3

2)

RR.(

]

q.[

3 2 max

3

2)

K1(R.]

q.[

max e 2

Z ) K 1 (

q 2

M 3 R

RK

2

1

r    (theo [I] trang 50), chọn Kr= 0,6

Thay số vào ta có:

)

6,01.(

10.130.27,0.14,3.2

460.2.3

3.2 Bán kính trong của đĩa bị động R 1 :

Bán kính trong của đĩa bị động 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 ma sát R tb :

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

1

3 2

3 1

3 23

2

R R

R R





12,02,0

12,02,0.3

2

2 2

3 3

max e ms

tb

ms

MZ

R

MP

.1633,0.27,0

460.2

Vậy Pct=10430,8[N]

3.5 Chiều dày tấm ma sát  ms :

Đối với xe tải và xe khách chiều dài tấm ma sát ms = 4  5 [mm]Vậy ta chọn ms = 5 [mm]

3.7 Diện tích bề mặt tấm ma sát F ms :

Diện tích bề mặt tấm ma sát : Fms

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

Fms = 3,14(0,22 - 0,122) = 0.080425 [m2] Vậy Fms=80425[mm2]

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 khinào đĩa chủ động và đĩa bị động quay như một hệ thống động họcliền Khi các đĩa bị trượt sẽ sinh ra công ma sát làm nung nóng các chitiết của ly hợp lên quá nhiệt độ làm việc bình thường, làm hao mòncác tấm ma sát và nguy hiểm nhất là các lò xo ép bị ram ở nhiệt độnhư vậy, mất khả năng ép Vì thế việc xác định công ma sát trong thờigian đóng ly hợp là một điều cần thiết

Trong quá trình gài số ôtô tuỳ theo sự đổi số từ thấp lên caohoặc 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, vìvậy 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 khuỷuđộng 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 đồngđều các tốc độ góc nói trên.

Nhưng ở hai trường hợp nói trên tuỳ theo kỹ thuật của người láitốc độ góc của trục khuỷu và trục sơ cấp của hộp số có thể đồngđều, nghĩa là e  iha động cơ đó công trượt sẽ giảm đến tối thiểu

Khi ôtô bắt đầu chuyển động, sự đồng đều nói trên không thểthực hiện được, vì e> 0 và a = 0 trong trường hợp này công trượtsẽ 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 hợphợp tăng từ giá trị 0 đến giá trị Ma , thời điểm này ôtô bắtđầu khởi động tại chổ

Giai đoạn tiếp theo với thời gian t 2: là giai đoạn mômen quaycủa ly hợp Ml bắt đầu tăng lên đến khi không còn sự trượtxảy ra (tức là lúc e a)

4.2 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 củabánh xe như sau:

v = bx.rbx= bx

0 1

a r i

 : 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

 [J]

Động năng chuyển động tịnh tiến của xe:

2

v.g

G2

2 a

2 a bx a a

i i

r g

G i

i

r g

rbx: bán kính lăn của bánh xe, rbx=0,45 [m]

g: gia tốc trọng trường, lấy g=9.81[m/s2]

Thay số ta có:

Ja =

7,5.5,5 1,19[N.m.s ]

)45,0(81

.9

81.9.000

bx.i

i

r

 [N.m] (theo [I] trang 44) (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 [II] trang 15)

: hệ số cản tổng cộng của đường Ta xét khi xe bắtđầu chyển động trên đường nằm ngang (v  0,   0),

hệ số cản tổng cộng của mặt đường chính bằng hệsố cản lăn Chọn:  = 0,02.

Thay số ta có:

Ma = (104.9,81.0,02)

89,0.5,7.5,5

45,0

[J] (theo [I] trang 46)

L2: công trượt ở giai đoạn thứ hai, trong khoảng thời gian là t2.Công này dùng để tăng tốc và thắng sức cản của xe

a m

3

2)(

J2

Vậy, công trượt toàn bộ của ly hợp sẽ là:

L = L1 + L2 = a m a 1 2 Ja( m a)2

2

1 t 3

2 2

t ) (

k: hệ số tỷ lệ, đặc trưng cho nhịp độ tăng ma sát của

ly hợp khi đóng ly hợp Ta có k(150750)[N.m/s] (theo[I] trang 46), ta chọn k= 200[N.m/s]

A được xác định theo công thức sau:

)(

J.2

A a e a (theo [I] trang 46)Tốc độ góc của trục động cơ khi đóng ly hợp có thể thừa nhậnkhông đổi và bằng tốc độ góc ứng với tốc độ góc cực đại của trụcđộng cơ Rõ ràng ta thấy công trượt tăng khi hiệu số (e - a) tăng Giá

trị lớn nhất của hiệu số này xảy ra khi a = 0 Tốc độ góc của trụcđộng cơ:

60

3500

14,3.260

n 2

5,24

t1  [s]

Thời gian t2:

334,1490

)05,366.(

19,1.2

Thay số ta có:

[Nm]

2,87964)

05,366(19,12

1334,1.3

22

05,0)05,366.(

vị diện tích bề mặt các tấm ma sát, đặc trưng cho sự hao mòn tấm

ma sát

]m/J[ZF

L

ms ms

2.80425.10

2,87964

L    [J/m2]=586,9[kJ/m2]Đối với ôtô vận tải tải trọng trên 50kN, công trượt riêng được xácđịnh trong khoảng Lo=400600[kJ/m2] Như vậy kết quả tính toán của talà hợp lý

4.6 Tính đĩa ép:

Sự hao mòn các tấm ma sát của ôtô máy kéo chịu ảnh hưởng lớn bởi sự nung nóng các chi tiết Vì các tấm ma sát có độ đẫn nhiệt rất kém cho nên có thể coi tất cả nhiệt phát sinh khi ly hợp sẽ truyền cho các chi tiết tiếp xúc trực tiếp với các tấm ma sát cụ thể là các đĩa ép Thời gian trượt thường không lớn cho nên sự thoát nhiệt ra môi

trường trong thời gian ấy cũng không đáng kể Bởi thế các chi tiết tiếp thu nhiệt trong thời gian ly hợp bị trượt phải có khối lượng lớn để đảmbảo tiếp thu được lượng nhiệt phát sinh khi ly hợp bị trượt mà nhiệt độ của chi tiết ấy sẽ không tăng lên nhiều đểï không làm ảnh hưởng nhiều đến sự làm việc của tấm ma sát (cụ thể không làm ảnh hưởngđến hệ số ma sát  và không gây nên sự cháy cục bộ các tấm ma sát)

Do bánh đà có kích thước lớn nên khả năng tải nhiệt tốt nên khôngcần tính mà ta chỉ tính cho đĩa ép Vì trên đĩa ép còn bố trí các lò xoép, nếu nhiệt độ đĩa ép tăng lên quá mức cho phép thì sẽ làm thay đổiđộ cứng của lò xo ép

Công trượt lớn nhất sinh ra khi xe khởi hành, cho nên ta tính toán lyhợp hợp theo điều kiện của xe lúc khởi hành để đảm bảo sự làm việcổn định của ly hợp

Nhiệt độ tăng lên của đĩa ép khi tiếp xúc trực tiếp với tấm masát trong thời gian ly hợp bị trượt được xác định theo công thức:

T =

d

m.c

L

[oC] (theo [I] trang 55)Trong đó:

T: nhiệt độ tăng lên của đĩa ép, [0C]

: hệ số xác định phần công trượt dùng để nungnóng đĩa ép

 = 0,5 đối với đĩa ép của ly hợp 1 đĩa

c  500(J/kg.độ): nhiệt dung riêng của đĩa ép (thép)(theo[I] trang 56)

mđ: khối lượng của đĩa ép, [kg]

Theo công thức trên thì công trượt chung của ly hợp càng lớn thìnhiệt độ sinh ra trên đĩa ép càng lớn Do đó, ta cần kiểm tra chế độ