đồ án thiết kế ly hợp oto

1.1.1 Công dụng Ly hợp là một cụm chi tiết của hệ thống truyền lực nằm giữa động cơ và hộp số chính có các công dụng sau: - Truyền moomen quay từ động cơ tới hệ thống truyền lực phía sa

LỜI NÓI ĐẦU

Với nền công nghiệp phát triển ngày càng hiện đại, các nhu cầu trong lao động và cuộc sống của con người càng được phát triển và phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay để 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 đáp ứng cho nhu cầu đó

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 là rất thiết thực và bổ ích Trong khuôn khổ giới hạn của một đồ án môn học, em được giao nhiệm 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 còn giúp cho

em cũng cố lại kiến thức sau khi đã học các môn lý thuyết trước đó

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê Văn Tụy và sự nổ lực của bản thân, sau

một khoảng thời gian cho phép em đã hoàn thành được đồ án của mình Vì bước đầu 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

Đà Nẵng, ngày 24 tháng 05 năm 2017

Sinh viên thực hiện

NGUYỄN TẤN HỮU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LY HỢP Ô TÔ 1.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại ly hợp

1.1.1 Công dụng

Ly hợp là một cụm chi tiết của hệ thống truyền lực nằm giữa động cơ và hộp

số chính có các công dụng sau:

- Truyền moomen quay từ động cơ tới hệ thống truyền lực phía sau

- Cắt và nối mômen quay từ động cơ tới hệ thống truyền lực đảm bảo sang số được dễ dàng

- Khi chiệu tải trọng quá lớn ly hợp đóng vai trò như một cơ cấu an toàn nhằm tránh quá tải cho hệ thống truyền lực và động cơ

1.1.2 Yêu cầu đối với ly hợp

- Ly hợp phải truyền được mô men quay lớn nhất của động cơ trong bất kỳ điều kiện làm việc nào Hay nói cách khác, mô men ma sát của ly hợp phải luôn luôn lớn hơn mô men cực đại của động cơ

- Việc mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng Nghĩa là khi mở ly hợp, phần bị động phải tách hoàn toàn khỏi phần chủ động Như vậy momen quán tính quy dẫn của trục khuỷu và momen xoắn của động cơ bị triệt tiêu khỏi hệ trục của ly hợp khi gài số, nếu không sẽ gây khó khăn cho việc gài số

- Khi đóng ly hợp, yêu cầu phải êm dịu Tức là, mô men ma sát hình thành ở

ly hợp phải tăng từ từ khi đóng ly hợp, có vậy mới tránh được hiện tượng giật xe và gây dập răng của các bánh răng trong hộp số cũng như các cơ cấu truyền động khác trong hệ thống truyền lực

Ngoài ra, ly hợp phải có kết cấu gọn nhẹ, momen quán tính của các chi tiết phần bị động ly hợp phải nhỏ đến mức thấp nhất có thể nhằm giảm các lực va đập lên bánh răng gài số (trường hợp không có bộ đồng tốc), giảm nhẹ điều kiện làm việc của bộ đồng tốc cũng như tăng nhanh thời gian gài số

- Theo hình dạng của bộ phận ma sát, có thể chia ra : Ly hợp ma sát đĩa

(phẳng), ly hợp ma sát đĩa côn (đĩa bị động có dạng hình côn), ly hợp ma sát hình

trống (kiểu tang trống và guốc ma sát ép vào tang trống)

+ Kiểu hình côn và hình trống ngày nay không dùng nữa vì mô men quán tính của phần bị động khá lớn, ảnh hưởng không tốt đến việc gài số Kiểu ma sát đĩa dùng phổ biến và tuỳ theo cấu tạo có thể có kiểu một đĩa, kiểu hai đĩa hoặc có thể nhiều đĩa

a) Ly hợp một đĩa ma sát b)Ly hợp hai đĩa ma sát

Hình 1.1 : Ly hợp ma sát đĩa phẳng

1 Bánh đà 2.Đĩa ma sát 3.Khớp nối đĩa chủ động với vỏ ly hợp

4 Đĩa ép 5 Lò xo ép 6 Đòn mở (ép)

7 Ổ (bạc) mở 8 Bàn đạp 9 Cơ cấu tách đĩa ly hợp

10 Đĩa ép trung gian

+ Ly hợp ma sát một đĩa được dùng ở hầu hết trên tất cả các loại ôtô và máy kéo nhờ kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, việc mở ly hợp dễ dứt khoát và mô men quán tính của phần bị động nhỏ

+ Kiểu ly hợp ma sát hai đĩa chỉ được dùng trên xe tải lớn to (vì cần truyền

mô men quay lớn) Nhược điểm của kiểu này là kết cấu phức tạp, việc mở ly hợp khó dứt khoát (khó cách ly các đĩa bị động khỏi phần chủ động); tuy nhiên việc đóng ly hợp là êm dịu hơn loại một đĩa (nhờ sự tiếp xúc của các bề mặt ma sát được 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

• Mở ly hợp: lực từ bàn đàp thông qua cơ cấu dẫn động ( không thể hiện trên hình) đẩy ổ bi tỳ 5 dịch chuyển sang trái tác dụng lực vào đòn mở thông qua

cơ cấu đòn bẩy ép lò xo lại, kéo đĩa ép qua phải tách hai bề mặt ma sát ngắt momen truyền từ I sang II

- Ưu điểm: Kiểu này có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, có độ tin cậy cao (nếu một lò

xo bị gẫy ly hợp vần làm việc được)

- Nhược điểm: là áp lực sinh ra ở các bề mặt ma sát dễ không đều

- Phạm vi sử dụng: Loại này được sử dụng phổ biến trên xe tải máy kéo và một số

+ Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép đĩa nón cụt :

1 2 3 4 5

6 7 8

I II

Hình 1.3 : Ly hợp cơ khí lò xo đĩa côn

1.Bánh đà 2.Đĩa ma sát 3.Đĩa ép 4.Lò xo đĩa nón cụt 5.Vòng thép 6.Đinh tán 7.Vỏ ly hợp 8.Ổ bi tỳ

-Nguyên lý làm việc: tương tự như ly hợp ma sát cơ khí lò xo trụ nhưng ở đây ổ bi

tỳ 8 tác dụng trực tiếp lên lò xo đĩa nón cụt (không có đòn mở)

-Ưu điểm: Chỉ có một lò xo kiểu đĩa nón cụt bố trí ở giữa nên áp lực phân bố đều lên bề mặt ma sát Lò xo làm luôn nhiệm vụ đòn mở nên kết cấu rất gọn nhẹ Đặc tính của là xo là phi tuyến nên lực để mở ly hợp hầu như không tăng thêm như loại

lò xo hình trụ; vì vậy điều khiển nhẹ nhàng hơn

-Nhược điểm: không thể điều chỉnh khe hở giữa đòn mở và bạc mở khi tấm ma sát bị mòn nên ly hợp kiểu này chỉ sử dụng trên xe du lịch và khách cở nhỏ có đặc tính động lực tốt, sử dụng trong điều kiện đường tốt (ít phải sang số)

1.1.3.2 Ly hợp ma sát thuỷ lực

- Đó là loại ly hợp mà mô men ma sát hình thành ở ly hợp nhờ ma sát chất lỏng ưu điểm nổi bậc của ly hợp thủy lực là rất êm dịu (nhờ tính chất dễ trượt của chất lỏng) nhờ vậy giảm được tải trọng động cho động cơ và hệ thống truyền lực

- Tuy vậy ly hợp thủy lực lại mở không dứt khoát vì luôn có mô men dư (dù

số vòng quay của động cơ rất thấp) gây khó khăn cho việc gài số Vì vậy ly hợp

- Ngoài ra ly hợp thuỷ lực luôn luôn có sự trượt (ít nhất 2÷3%) do vậy gây thêm tổn hao công suất động cơ và do đó tăng tiêu hao nhiên liệu của xe Mặc khác

ly hợp thủy lực đòi hỏi cao về độ chính xác và kín khít cũng như dầu đặc biệt (có độ nhờn và nhiệt độ đông đặc thấp, không sủi bọt v.v ) nên giá thành ly hợp nói riêng

và ôtô nói chung rất cao Vì vậy ly hợp loại này chỉ sử dụng hạn chế trên các loại xe đặc biệt có công suất riêng lớn

Hình 1.4 : Ly hợp thủy lực

1 Bánh tua bin 2 Nắp 3 Bánh bơm 4 Cánh cong

5 Tấm ngăn ngoài 6 Tấm ngăn trong 7 Đường dầu vào

8 Bình tản nhiệt 9 Van an toàn 10 Bơm dầu

11 Thùng dầu 12 Van xả

1.1.3.3 Ly hợp điện từ

Đó là loại ly hợp mà mô men hình thành ở ly hợp nhờ mo men điện từ Ly hợp điện từ truyền động êm dịu Tuy vậy kết cấu kồng kềnh nên ít dùng trên ôtô mà thường được sử dụng trên tàu hoả, máy công trình

Hình 1.5 : Ly hợp điện từ

a) Không có hỗn hợp bột sắt từ b) Có hỗn hợp bột sắt từ

1 Chổi điện 2 Lõi thép 3 Cuộn dây 4 Phần ứng

5 Lò xo 6 Trục sơ cấp hộp số 7 Vòng tiếp điện 8 Bánh đà

1.1.4 Điều khiển dẫn động ly hợp

Đối với ly hợp thường đóng (dùng lò xo ép), muốn mở ly hợp người ta phải

dùng hệ thống điều khiển để truyền lực từ bàn đạp ly hợp đến đĩa ép nhằm thắng lực

ép lò xo, tách đĩa ép khỏi đĩa ma sát bị động.Điều khiển ly hợp có thển là điều khiển

cơ khí, điều khiển thủy lực.Điều khiển ly hợp có trợ lực được áp dụng rộng rãi nhằm giảm lực điều khiển cho người lái xe nhất là xe tải và xe khách có tải trọng lớn.Việc trợ lực cho ly hợp có thể là khí nén, trợ lực chân không hoặc lò xo

4

3

6 5

1

7 8

9 10

11 12

13

1.1.4.1 Điều khiển cơ khí:

Hình 1.6 : Sơ đồ ly hợp dẫn động điều khiển cơ khí

1 Bàn đạp 2 Thanh kéo 3 Đòn trung gian 4.Thanh đẩy

5 Càng mở (bên ngoài) 6 Càng mở(bên trong) 7 Lò xo hồi vị

8 Ổ bi tỳ 9 Giá tùy động 10 Nạng mở 11.Đĩa ép

12 Bánh đà 13 Tấm ma sát

- Nguyên lý làm việc: Lực tác dụng từ bàn đạp 1 sẽ thông qua đòn bẩy để kéo thanh kéo 2,đẩy thanh 4 qua phải làm quay càng mở 5-6 để ép vào ổ bi tỳ 8, tác dụng lực để mở ly hợp

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

12 11 10

1

2

4 3

9

6

1.1.4.2 Điều khiển thủy lực

Hình 1.7 : Sơ đồ ly hợp dẫn động kiểu thủy lưc

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 và ổ bi tỳ 7 Bàn đạp

8 Xilanh chính 9 Xi lanh công tác 10 Nạng mở

11 Ống trượt 12 Đĩa ép

-Nguyên lý làm việc: Dưới tác dụng của lái xe từ bàn đạp, dầu trong xilanh chính 8

sẽ theo đường ống để đến xylanh công tác 9 Dầu cao áp sẽ đẩy piston và do đó đẩy cần piston quay càng mở 10 tiến hành mở ly hợp

-Ưu điểm:

• Khắc phục được hiện tượng mòn rơ các khớp

• Có tính khuyếch đại cao

• Hiệu suất cao, độ cứng vững cao

• Giảm tải trọng động , có khả năng hạn chế tốc độ dịch chuyển của đĩa ép khi đóng ly hợp

• Dễ lắp đặt

-Nhược điểm:

• Kết cấu phức tạp,yêu cầu độ kín khít cao

• Làm việc kém tin cậy khi có rò rỉ

P bd

6

2 7

Hình 1.9 : Sơ đồ dẫn đông cơ khí trợ lực khí nén

1.Thanh đẩy 2.Van 3.Cần đẩy 4.Piston trọ lực

5.Cần piston trợ lực 6.Ổ bi tỳ 7.Bình khí nén

-Nguyên lý trợ lực: Dưới tác dụng của lực bàn đạp để mở ly hợp, cần đẩy với van

sẽ dịch chuyển tương đối với thanh đẩy làm mở van cấp khí nén.Khí nén từ bình chứa qua van theo đường ống đến xilanh trợ lực khí nén Lực do áp suất khí nén tạo trong xylanh sẽ đẩy cần piston cùng với lực đẩy trên cần đẩy tiến hành mở ly hợp Khi thôi tác dụng lên bàn đạp, dưới tác dụng của các lò xo hồi vị các chi tiết trở về

vị trí ban đầu, còn khí nén từ xylanh trợ lực trở về van rồi qua các đường thông ra ngoài khí quyển.

1.1.4.3.2 Điều khiển thủy lực trợ lực khí nén

1

2

4 3

6 5

12 11

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 công tác

8 Xilanh trợ lực 9 Van phân phối 10 Đường xả khí

11 Cơ cấu tỉ lệ 12 Màng cân bằng 13 Xi lanh trợ lực

14 Bình khí nén 15 Bàn đạp ly hợp 16 xilanh chính

-Nguyên lý trợ lực: Dưới tác dụng lực lái xe từ bàn đạp 1, dầu trong xilanh chính

sẽ theo đường ống để đến xylanh công tác Dầu cao áp sẽ đẩy piston để tiến hành

mở ly hợp Đồng thời áp suất dầu cũng tác dụng lên piston của xilanh13 điều khiển

mở van cấp khí nén cho hệ thống trợ lực Khí nén từ bình chứa qua van rồi đến xylanh trọ lực khí nén hỗ trợ thêm lực mở ly hợp Khi thôi tác dụng lên bàn đạp, dưới tác dụng của các lò xo hồi vị, dầu trong các xylanh sẽ trở về, còn khí nén từ xylanh trợ lực trở về van rồi qua các đường thông ra ngoài khí quyển

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP 2.1 Tính toán momen ma sát yêu cầu của ly hợp:

Để đảm bảo truyền hết mômen động cơ trong mọi điều kiện làm việc thì ly hợp phải có khả năng truyền được momen quay lớn hơn momen xoắn lớn nhất của động

cơ Memax, đồng thời phải thõa mãn điều kiện là cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực Do đó, momen ma sát yêu cầu của ly hợp được xác định theo [1]:

Mms= β.Memax (2.1)Trong đó:

+ Mms : Mô-men ma sát yêu cầu của ly hợp, [Nm ]

+ Memax : Mô-men xoắn lớn nhất của động cơ, [N.m]

dự trữ β phù hợp

Đối với xe tải, trị số β nằm trong khoảng 1.6÷2.25 (Theo [1])

Xe thiết kế là xe tải, trọng lượng toàn bộ 5700 [kg], ta chọn β= 2

2.2.2 Chọn sơ đồ dẫn động ly hợp.

Đối với xe tải, vì phải làm việc ở điều kiện nặng nhọc và thường xuyên gài số nên việc đóng mở ly hợp rất thường xuyên Do đó để người sử dụng được thoải mái trong việc điều khiển, đảm bảo sự êm dịu, an toàn cùng tính gọn nhẹ, dễ lắp đặt mà

ta sử dụng dẫn động thủy lực điều khiển ly hợp Trong quá trình tính toán, nếu lực bàn đạp lớn hơn giá trị cho phép thì cho phép dùng thêm trợ lực khí nén để điều khiển ly hợp

Hình 2.1 Sơ đồ điều khiển ly hợp bằng thủy lực

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 7 Bàn đạp

8 Xilanh chính 9 Xi lanh công tác 10 Càng mở

11 Ống trượt 12 Đĩa ép

2.3 Tính toán các thông số cơ bản của ly hợp

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

Đường kính D được xác định theo ba điều kiện:

+ Đảm bảo cho ly hợp truyền được moomen quay của dộng cơ đến hệ thống truyền lực mà không bị trượt trong bất cứ điều kiện làm việc nào

+ Đảm bảo cho đĩa có tuổi thọ và thời gian làm việc cần thiết

+ Kích thước không vượt quá giá trị tối đa giới hạn bởi đường kính bánh đà, để

có thể bố trí lắp đặt được ly hợp

Nếu gọi lực ép tổng cộng do cơ cấu ép tạo ra là F[N], đặt tại bán kính Rtb[m] của đĩa bị động, thì moomen ma sát của ly hợp Mms[N.m] do cơ cấu ép tạo ra theo [1] là:

Mms= µ.F.Rtb.Zms (2.2)Trong đó:

+ Rtb: Bán kính trung bình của đĩa bị động [m]

+ R1, R2: bán kính trong và ngoài của bề mặt ma sát

+ µ: Hệ số ma sát trượt giữa các đôi bề mặt ma sát

Chọn xe làm việc trong điều kiện ít nặng nhọc lại có tính động học của xe tốt nên ta chọn hệ số ma sát theo [1] µ= 0,22÷0,30.Chọn µ=0,25

+ Zms: Số đôi bề mặt ma sát Với ly hợp một đĩa bị động, ta có zms=2

Nếu gọi p[N/m2] là áp suất pháp tuyến sinh ra ở các đôi bề mặt ma sát dưới tác dụng lực ép F, và với giả thiết áp suất p là phân bố đều trên toàn bộ bề mặt ma sát (p= const) thì theo [1] ta lại có:

Mms= µ.p.π 3 3

2.(1 R ) ms

R −K Z (2.4)Trong đó:

+ KR: Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát

KR = R1/R2 ( theo [1] )

Hệ số tỷ lệ KR có thể chọn theo [1], KR = 0,53 ÷ 0,75

Ta chọn KR = 0,55

+ p: Áp suất pháp tuyến của các bề mặt ma sát [N/m2] Giá trị áp suất làm việc

p phải nhỏ hơn hoặc bằng giá trị cho phép [p] = 1,4.105 ÷ 2,5.105 [N/m2] (theo [1])

để đảm bảo tuổi thọ cần thiết của các tấm ma sát Chọn p = 1,5.105 [N/m2]

Từ công thức (2.2); (2.3) và (2.4) ta suy ra:

− = 0,1498 [m]

Suy ra D2= 2.150= 300 [mm]

Bán kính trong của bè mặt ma sát R1[m] được xác định thông qua hệ số tỷ lệ

KR đã chọn khi tính toán bán kính R2 ở trên, theo [1]:

R1=KR.R2 (2.6)Theo kết quả (2.5) thay vào (2.6) ta tính được

R1 = 0,55.150 = 82.5 [mm]

Vậy chọn R1= 83 [mm]

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

Diện tích hình vành khăn tấm ma sát S [m2] theo [1] :

S = π.(R R2)

1

2

2 − (2.7) Theo kết quả (2.5) và (2.6) thay vào (2.7) ta tính được

S = 3,14.(0.152-0.0832) = 0,049 [m2]

Bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát Rtb [m]

Theo kết quả (2.5) và (2.6) thay vào (2.3) ta tính được :

2.3.3 Lực ép của cơ cấu ép

Sau khi đã xác định được các thông số kích thước của vành ma sát, ta dễ dàng xác định được lực ép cần thiết của cơ cấu ép phải tạo ra để đảm bảo áp suất làm việc đã chọn và thõa mãn momen ma sát yêu cầu Theo [1], ta có:

.. emax

tb ms

M F

R z

βµ