tính toán thiết kế ly hợp

Trong khuôn khổ giới hạn của một đồ án môn học, em được giaonhiệm vụ thiết kế và tính toán ly hợp xe tải.Công việc này đã giúp cho em bước đầu làm quen với công việc thiết kế mà em đã đư

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu của ly hợp lắp trên ôtô: 2

1.1.1 Công dụng: 2

1.1.2 Phân loại: 3

1.1.3 Yêu cầu : 3

1.2 Đặc điểm một số loại ly hợp và các phương pháp dẫn động 4

1.2.1 Đặc điểm một số loại ly hợp 4

2.2.2 Bán kính hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động 13

2.2.3 Diện tích và bán kính trung bình của hình vành khăn tấm ma sát 15

2.1.4 Lực ép của cơ cấu ép : 15

2.2.1 Xác định các thông số cơ bản của điều khiển ly hợp không có trợ lực: 20

LỜI NÓI ĐẦU

Sau khi học xong môn học lý thuyết ô tô máy công trình, kết cấu và tính toán ô tô, sinh viên được giao làm đồ án môn học 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 tải là phương tiện chủ yếu dùng để chuyên chở hàng hóa

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 tải là rất thiết thực và bổ

ích Trong khuôn khổ giới hạn của một đồ án môn học, em được giaonhiệm vụ thiết kế và tính toán ly hợp xe tải.

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 còngiúp cho em cũng cố lại kiến thức sau khi đã học các môn lý thuyết trướcđó

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Lê Bá Dần và sự nổ lực củabản thân, sau một khoảng thời gian cho phép em đã hoàn thành được đồ áncủa mình Vì bước đầu tính toán thiết kế còn rất bỡ ngỡ cho nên khôngtránh khỏi những sai sót, nhầm lẫn Do vậy, em rất mong các thầy thôngcảm và chỉ bảo thêm để em được hoàn thiện hơn trong quá trình học tậpcủa mình

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LY HỢP TRÊN Ô TÔ 1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu của ly hợp lắp trên ôtô:

1.1.1 Công dụng:

Ly hợp là một trong những cụm chủ yếu của ôtô- máy kéo Ly hợpdùng để nối trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực, để truyền mômenquay được êm dịu và cắt truyền động đến hệ thống truyền lực được nhanhchóng, dứt khoát Ngoài ra ly hợp còn đảm bảo cho động cơ khi động cơlàm việc ở chế độ không tải cưỡng bức và hệ thống truyền lực không bịquá tải bởi những momen quá lớn

1.1.2 Phân loại:

Tuỳ theo tính chất truyền mômen, đặc điểm kết cấu v.v có thể phânloại ly hợp ra các loại sau:

+ Dựa theo tính chất truyền mômen, người ta phân ra các loại ly hợp

ma sát cơ khí, ly hợp thuỷ lực, ly hợp điện từ

+ Dựa theo hình dạng của bộ phận ma sát cơ khí, có thể chia ra: ly hợp

ma sát đĩa (đĩa phẳng), ly hợp ma sát đĩa côn (đĩa bị động có dạng hìnhcôn), ly hợp ma sát hình trống (kiểu tang trống và guốc ma sát ép vào tangtrống)

+Theo đặc điểm làm việc, có thể chia ra: loại thường đóng và khôngthường đóng

1.1.3 Yêu cầu :

Có 5 yêu cầu chính lớn đối với ly hợp là :

- Đảm bảo truyền được mômen quay lớn nhất của động cơ mà không

bị trượt ở bất cứ điều kiện sử dụng nào

- Đóng êm dịu để tăng từ từ momen quay lên trục của hệ thống truyềnlực, không gây ra va đập ở các bánh răng

Ngoài ra khi ly hợp đóng êm dịu thì ôtô khởi hành hoặc tăng tốc từ từkhông giật, làm cho người lái và hành khách đỡ mệt

- Mở dứt khoát và nhanh chóng nghĩa là cắt hoàn toàn truyền động từđộng cơ đến hệ thống truyền lực trong thời gian rất ngắn

- Mômen quán tính của các chi tiết phần bị động của ly hợp phải nhỏ

để giảm các lực va đập lên bánh răng khi sang số ,dễ gài số và giảm màimòn các bề mặt ma sát của đồng tốc

- Phải làm được nhiệm vụ của bộ phận an toàn để tránh tác dụng lên

hệ thống truyền lực những mômen quá lớn khi gặp quá tải Vì vậy mômen

ma sát phải không được lớn quá

Ngoài ra còn các yêu cầu khác như:

+ Điều khiển dễ dàng,lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ

+ Hệ số ma sát cao và ổn định

+ Thoát nhiệt tốt

+ Làm việc bền vững tin cậy

+ Hiệu suất cao

+ Giá thành rẻ, kết cấu ,sửa chữa, bảo dưỡng đơn giản

+ Làm việc bền vững, tin cậy

+Hiệu suất cao

+Mômen quán tính của các chi tiết thụ động nhỏ

+Kích thước nhỏ gọn

+Giá thành rẻ

+ Sử dụng ,bảo dưỡng ,sửa chữa dể dàng

Theo hình dạng của bộ phận ma sát, ly hợp ma sát có ba loại: ly hợp ma sátđĩa ( đĩa phẳng ), ly hợp ma sát đĩa côn ( đĩa bị động có dạng hình côn ), ly hợp masát hình trống (kiểu tang trống và guốc ma sát ép vào tang trống)

Ly hợp ma sát có dạng hình côn và hình trống mômen quán tính củaphần bị động quá lớn ,ảnh hưởng không tốt đến việc gài số nên ngày nayngười ta không dùng nữa

Ly hợp ma sát đĩa phẳng dùng phổ biến Tuỳ theo cấu tạo có thể cókiểu một đĩa, kiểu hai đĩa hoặc có thể nhiều đĩa

Hình 1.1 Sơ đồ ly hợp loại một đĩa và hai đĩa1- trục khuỷu; 2- bánh đà; 3- đĩa bị động; 4- đĩa ép;

14- đòn bẩy; 15- lò xo hồi vị; 16- lò xo ép; 1 7,23- chốt dẫn hướng;

18- gối đỡ; 19- lò xo ép tách đĩa trung gian;

20- bu lông điều chỉnh đĩa ép trung gian; 21- đĩa chủ động;

22- đĩa bị động sau; 24- đĩa trung gian; 25- đĩa bị động trước

Ly hợp ma sát một đĩa bị động được sử dụng phổ biến ở hầu hết các loại ôtô

và máy kéo nhờ kết cấu đơn giản ,gọn nhẹ ,việc mở ly hợp dễ dứt khoát và mômenquán tính của phần bị động nhỏ ít ảnh hưởng đến việc gài số

Kiểu ly hợp ma sát hai đĩa bị động chỉ được dùng trên xe tải lớn (vìcần truyền mômen quay lớn )

Nhược điểm của loại ly hợp này là kết cấu phức tạp , việc mở ly hợpkhó dứt khoát (khó cách ly đĩa bị động khỏi phần chủ động),tuy nhiên việcđóng ly hợp là êm dịu hơn loại một đĩa(nhờ sự tiếp xúc các bề mặt ma sátđược tiến hành từ từ hơn)

Theo đặc điểm kết cấu của lò xo ép ,có thể chia ly hợp ma sát cơ khí ra :+ Ly hợp ma sát cơ khí kiểu nhiều lò xo ép hình trụ bố trí xungquanh Kiểu này có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, độ tin cậy cao (nếu một

lò xo bị gẫy ly hợp vẫn làm việc được ) Nhược điểm là áp lực sinh ra ở các

bề mặt ma sát dễ không đều loại này được sử dụng phổ biến trên xe tải,máy kéo và một số xe con

+ Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép trung tâm: Chỉ gồm duy nhấtmột lò xo hình côn (hoặc có thể một hoặc hai lò xo trụ ) bố trí ở giữa Nhờvậy áp suất sinh ra ở các bề mặt ma sát là đồng đều Tuy nhiên độ tin cậythấp (nếu lò xo bị gảy thì ly hợp mất tác dụng), kết cấu đòn mở phức tạp vàđiều chỉnh rất khó khăn nên ít sử dụng

+Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép đĩa nón cụt: Chỉ có một lò xokiểu đĩa nón cụt bố trí ở giữa nên áp lực phân bố đều lên bề mặt ma sát

Ly hợp lò xo kiểu này có nhiều ưu điểm nổi bật: Lò xo làm luônnhiệm vụ đòn mở nên kết cấu rất gọn nhẹ Đặc tính của lò xo là phi tuyếnnên lực để mở ly hợp hầu như không tăng thêm như loại lò xo hình trụ, vìvậy điều khiển nhẹ nhàng hơn

Nhược điểm cơ bản là không thể điều chỉnh khe hở giữa đòn mở vàbạc mở khi tâm ma sát bị mòn nên ly hợp kiểu này chỉ sử dụng trên xe dulịch và khách cở nhỏ có đặc tính động lực tốt, sử dụng trong điều kiệnđường tốt (ít phải sang số)

Hình 1.2 Biểu đồ so sánh khả năng làm việc của lò xo đĩa và lò xo trụ

Để hiểu rõ hơn các ưu điểm nổi bật của lò xo đĩa so với lò xo trụ,chúng ta hãy xem biểu đồ trên Ở điều kiện làm việc bình thường, nghĩa làkhi đĩa ly hợp hoàn toàn mới, khi đặt vào đĩa ép ly hợp một lực ép (P0) nhưnhau đối với cả hai loại: loại lò xo trụ và loại lò xo đĩa, khi ấn hết cỡ bànđạp ly hợp, mỗi sức ép trở thành P2 và P’2

Điều này có nghĩa là đối với loại lò xo đĩa, lực cần phải ấn vào bàn đạp lyhợp nhỏ hơn đối với lò xo trụ với mức chính lệch được thể hiện bằng “a”.Còn khi độ mòn ở bề mặt tiếp xúc của đĩa ly hợp vượt qua một giớihạn cho phép, sức ép đặt lên đĩa ép ly hợp của loại lò xo trụ giảm đến P’1.Mặt khác, sức ép đặt lên đĩa ép ly hợp của loại lò xo đĩa là P1, cũng bằngP0 Điều đó có nghĩa là, khả năng truyền công suất của ly hợp kiểu lò xođĩa không bị giảm cho tới giới hạn mòn của đĩa Ngược lại, sức ép đặt lênđĩa ép ly hợp lò xo trụ giảm xuống P’1 Do đó, khả năng truyền công suấtgiảm xuống, làm cho ly hợp bị trượt

Theo đặc điểm làm việc ,có thể chia ra: Ly hợp thường đóng và ly hợpkhông thương đóng

+ 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 ở bàn đạp 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 thông đòn đặc biệt Việc đóng hoặc mở ly hợp đều phải thông qua hệ thống đòn này dưới tácđộng lực điều khiển của người lái Loại ly hợp này có mômen quán tính củaphần bị động ly hợp khá lớn nên thường phải có phanh con riêng để hảmtrục ly hợp trước khi gài số nhằm tránh sự va đập răng của các bánh rănggài số

● Ly hợp ma sát thuỷ lực:

Đây là loại ly hợp mà mômen ma sát hình thành ở ly hợp nhờ ma sátthuỷ lực là ly hợp làm việc rất êm dịu ( nhờ tính chất dể trượt của chấtlỏng) vì vậy giảm tải trọng động cho hệ thống truyền lực củng như chođộng cơ

Tuy vậy ly hợp thuỷ lực lại mở không dứt khoát vì luôn có mômen dư(dù số vòng quay của động cơ rất thấp) làm ảnh hưởng đến việc gài số.Ngoài ra ly hợp thuỷ lực luôn luôn có sự trượt (ít nhất 2- 3%) do vậygây ra tổn hao công suất động cơ và do đó tăng tiêu hao nhiên liệu của xe

Mặt khác ly hợp thuỷ lực đòi hỏi cao về độ chính xác va kín khít đốivới các mối ghép, yêu cầu có các loại dầu đặc biệt (dầu có độ nhờn và nhiệt

độ đông đặc thấp, không sủi bọt v.v ) nên giá thành ly hợp nói riêng vàgiá thành ôtô nói chung là cao hơn ly hợp ma sát cơ khí thông thường Do

đó, loại ly hợp này chỉ sử dụng hạn chế trên các xe đặc biệt có công suấtriêng lớn

●Ly hợp điện từ: đây là loại ly hợp mà mômen hình thành ở ly hợpnhờ mô men điện từ Ly hợp điện từ truyền động êm dịu, tuy vậy kết cấucông kềnh và trọng lượng trên đơn vị công suất truyền là lớn nên ít dùngtrên ôtô mà thường được sử dụng trên tàu hoặc xe máy công trình cỡ lớn

Ly hợp động cơ thiết kế dùng để lắp trên xe tải nhỏ Qua phân tích vàtham khảo động cơ mẫu ta chọn cụm ly hợp thiết kế là ly hợp thường đóng,

ly hợp ma sát cơ khí loại một đĩa bị động, sử dụng cơ cấu ép lò xo đĩa côn

+ Dẫn động cơ khí:

Hình 1.3 Sơ đồ dẫn động cơ khí

- Ưu điểm: đơn giản, rẻ tiền, làm việc tin cậy

- Nhược điểm: hiệu suất thấp nhất là khi dẫn động dài do động cơ đặt

xa người lái (do có nhiều khâu khớp) Độ cứng của dẫn động thấp hơn sovới dẫn động thủy lực do nhiều khe hở trong các khâu khớp Khó lắp đặtnhất là khi ca bin kiểu lật

- Nhược điểm: Kết cấu phức tạp ,đòi hỏi độ kín khít cao,lực dẫn độnglớn hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp, sự dao động của chất lỏng làmviệc có thể làm cho các đường ống bị rung động, giá thanh cao Làm kémviệc tin cậy khi có rò rỉ, bảo dưỡng sửa chữa phức tạp

+ Dẫn động thuỷ lực trợ lực khí nén:

Hình 1.5 Sơ đồ ly hợp dẫn động thuỷ lực (có trợ lực khí nén)

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

- Ưu điểm: Điều khiển đóng mở ly hợp nhẹ nhàng, hiệu suất cao

- Nhược điểm: Bố trí phức tạp, giá thành cao

Qua các phân tích trên , đồng thời tham khảo dẫn động ly hợp của xetham khảo tương đương ta chọn dẫn động ly hợp là dẫn động thủy lực

Chương 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP

2.1 Các thông số kỹ thuật cho trước

2.2 Xác định các thông số cơ bản của ly hợp

2.2.1 Mômen ma sát yêu cầu của ly hợp

Ly hợp phải có khả năng truyền hết mô- men xoắn lớn nhất của động

Mms :Mô men ma sát cần thiết của ly hợp (N.m)

Memax : Mô men xoắn lớn nhất của động cơ (N.m)

β: Hệ số dự trữ của ly hợp

Hệ số dự trữ ly hợp βphải đủ lớn (β>1) để đảm bảo ly hợp truyền hết

mô men xoắn của động cơ trong mọi điều kiện làm việc của nó(khi các bềmặt ma sát bị dầu mở rơi vào,khi các lò xo ép bị giảm tính đàn hồi,khi cáctấm ma sát bị mòn ).Mặt khác nếu hệ số βlớn quá thì phải tăng lực ép do

đó cần tăng lực điều khiển ly hợp nên gây mệt mỏi cho người lái đồng thời

ly hợp không làm tốt chức năng bảo vệ an toàn cho hệ thống truyền lực khíquá tải.

Theo [2] Đối với xe tải nhẹ

β = 1,6 ÷ 2,25

Chọn β =1.6

Theo đề bài Memax= 184 [N.m] thế số vào [1.1] ta có :

M ms =184.1,6=294 (N.m) (1.1)

2.2.2 Bán kính hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động

Xác định quan hệ giữa Mms, D và các thông số khác ta xác định như sau:Xét 1 phân tố diện tích vô cùng bé trên bề mặt ma sát như hình 2.1Diện tích phân tố có chiều dài ρ.dα , chiều rộng d ρ là:

ds = ρ.dα.dρ

Nếu áp suất trên bề mặt ma sát là p thì áp lực tác dụng lên bề mặt phân

bố là dN:

dN = p.ds = p.ρ.dα.dρ

Dưới tác dụng của áp lực này, trên

phân bố xuất hiện lực ma sát dT:

dT= μ.dN = μ p.ρ.dα.dρ với

μ: hệ số ma sát: Theo [2] ta có:

μ = 0,25  0,35

Chọn μ = 0,35

Hình 2.1: Sơ đồ tính toán các kích thước

cơ bản của đĩa bị động

Momen ma sát do phân bố sinh ra sẽ là dM1:

dM1 = ρ.dT = μ.p ρ2 dα.dρ.Toàn bộ vòng ma sát sinh ra một mômen là M1

2π R

2 1

M =μ.p dα ρ dρ∫ ∫

3 3

2 1 1

Đảm bảo tuổi thọ cần thiết

Một trong các chỉ tiêu để đánh giá tuổi thọ của đĩa bị động là áp suấttác dụng lên vòng ma sát (p) Áp suất trên bề mặt đĩa bị động (p) phải thỏamãn điều kiện p≤[p].[KN/m2]

Theo [2] ta có:

[p]=140÷250 [kN/m2] Chọn [p]=220 [kN/m2]

220 [kN/m2] = 2,2.105 [N/m2]Thế số vào R2 ta tính được :

2

5 1 0 , 65 10

2 , 2 3 , 0 2

368 , 3

−

⇒ R2 = 122 (mm) (1.2)Theo [2] bán kính R2 = 90÷125 vậy R2=129 ( Thỏa mãn )

2 1

3 2 3

2

R R

R R

71 122 2

−

−

2.1.4 Lực ép của cơ cấu ép :

Lực ép cần thiết đươc xác định theo [2]:

F =

ms tb

ms

Z R

2.1.5 Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu ép:

Lò xo ly hợp được chế tạo bằng thép Silic 60C,60C2A hoặc thépmăng-gan 65 có ứng suất cho phép theo [2] [τ]=650÷850 (MN/m2) và [σ

]=100(MN/m2)

Lò xo được tính toán để xác định các thông số hình học cơ bản nhằmthoả mãn lực ép F cần thiết cho ly hợp Kích thước của lò co đĩa nón cụtcòn phải đảm bảo điều kiện bền với chức năng là đòn mở

a Lực ép cần thiết của lò xo đĩa nón cụ :

Theo [2] lực ép cần thiết lò xo ép đĩa nón cụt được xác định theo công thức :

Flx = k0.F

Trong đó :

F: Lực ép cần thiết của ly hợp ,(N) Từ kết quả (1.6) ta có F=4291(N)

k0: Hệ số tính đến sự giản, sự nới lỏng lò xo.Theo [2] k0 = 1,05÷1,08chọn k0 = 1,05

Thay số vào (1.4) ta được :

De: Đường kính lớn nhất của lò xo đĩa nón cụt ứng với vị trí tỳ lên đĩa ép, (m).Theo [2] De ≈(0,94÷0,97).2.R2 (với R2 là bán kính ngoài tấm ma sát ).Chọn De ≈0,95.2.R2 thế số vào ⇒ De =0,95.2.0,120= 0,228(m).

Sơ bộ chọn qua đường kính mép xẻ rảnh

λ: độ dịch chuyển (biến dạng )của lò xo, (m)

E: Mô- duyn đàn hồi kéo nén

Các kích thước Da,δd,h sẽ được xác định chính xác sao cho khi lò xo

nón cụt được ép phẳng vào ly hợp (λ=h

2) thì lực ép của lò xo Flx đạt bằnglực ép yêu cầu k0.F xác định là: Flx = 4505 (N)

Để thuận lợi cho việc tính toán, nên viết biểu thức Flx lại như sau:

2 1-μP

δD Ln(1/k )1

De (1-k )2(1-k )1C=

Nhờ công cụ slover, ta xác định chính xác các kích thước Da,δd,h sao

cho khi lò xo nón cụt được ép phẳng vào ly hợp (