Thuyết minh đồ án thiết kế ly hợp ô tô

Ly hợp là một bộ phận quan trọng của ô tô, nó làm nhiệm vụ tách và nối hệ thống truyền lực khỏi động cơ theo yêu cầu của người điều khiển.. Ly hợp là một cơ cấu dùng để tách và nối động

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển to lớn của tất cả các ngành kinh tế quốc dân cần chuyên chở khốilượng lớn về hàng hóa và hành khách nên ô tô trở thành một trong những phươngtiện chủ yếu, phổ biến, được sử dụng rộng rãi trên mọi lĩnh vực đời sống kinh tế, xãhội con người

Để trở thành một người Kỹ sư nghành Động lực thì mỗi sinh viên phải hoànthành các đồ án môn học Trong quá trình học tập, sinh viên tích lũy kiến thức vàđến khi làm đồ án thì chúng ta vận dụng lý thuyết cơ bản vào thực tế sao cho hợp lý,nghĩa là lúc này sinh viên đã được làm việc của một cán bộ kỹ thuật

Trong đồ án thiết kế ô tô này em được giao nhiệm vụ: “ Tính toán thiết kế ly

hợp ô tô ” Ly hợp là một bộ phận quan trọng của ô tô, nó làm nhiệm vụ tách và nối

hệ thống truyền lực khỏi động cơ theo yêu cầu của người điều khiển Đồng thời lànhiệm vụ của một bộ phận an toàn

Mặc dù đã cố gắng, nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm thực tế cóhạn nên trong quá trình làm đồ án sẽ không tránh những thiếu sót Em rất mong cácthầy góp ý, chỉ bảo tận tâm để kiến thức của em hoàn thiện hơn Em xin chân thànhcảm ơn TS Nguyễn Hoàng Việt, và các thầy giáo bộ môn đã hết sức tận tình giúp

đỡ hướng dẫn em hoàn thành nội dung đồ án của mình

Đà Nẵng, ngày 02 tháng 01 năm 2016 Sinh viên thực hiện

Lê Tấn Hoàng

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LY HỢP Ô TÔ

1.1 Công dụng và yêu cầu của ly hợp.

Ly hợp là một cơ cấu dùng để tách và nối động cơ với hệ thống truyền lực(tùy thuộc vào yêu cầu của quá trình điều khiển ô tô, máy kéo) Ngoài ra, ly hợp cònđược sử dụng như một bộ phận an toàn – không cho phép truyền đến hệ thốngtruyền lực những mô men có giá trị xác định nào đó

Ngoài ly hợp chính, trên ô tô, máy kéo còn có thể có các ly hợp khác như: lyhợp nhiều đĩa trong hộp số hành tinh, ly hợp chuyển hướng

Ly hợp khi thiết kế phải đảm bảo các yêu cầu chính sau đây:

- Truyền được mô men xoắn lớn nhất của động cơ mà không bị trượt trong bất

cứ điều kiện sử dụng nào

- Khi đóng nối phải êm dịu để tránh va đập các bánh răng trong hệ thốngtruyền lực và để ô tô máy kéo khi khởi hành, tăng tốc không bị giật

- Khi tách mở phải dứt khoát, nhanh chóng để dễ gài số

- Mô men quán tính phần bị động phải nhỏ để chuyển số được nhẹ nhàng vàgiảm mài mòn các bề mặt ma sát của đồng tốc

- Làm được nhiệm vụ của bộ phận an toàn để tránh cho hệ thống truyền lựckhỏi quá tải khi xuất hiện các tải trọng động lớn

- Điều khiển dễ dàng, lực điều khiển nhỏ

- Các bề mặt ma sát phải thoát nhiệt tốt

- Kết cấu đơn giản, trọng lượng nhỏ, làm việc bền, điều chỉnh, bảo dưỡng vàsửa chữa thuận tiện

- Loại điều khiển bằng tay.

- Loại điều khiển tự động

 Các ly hợp ma sát được phân loại:

- Theo hình dáng các chi tiết ma sát:

+ Loại ly hợp đĩa (phần bị động gồm một, hai hay nhiều đĩa)

+ Ly hợp hình côn (phần bị động dạng hình côn)

+ Ly hợp hình trống hay guốc

- Theo phương pháp tạo lực ép:

+ Loại lò xo (các lò xo ép có thể là lò xo trụ bố trí quanh chu vi đĩa ép, lò

xo côn bố trí ở tâm hay lò xo đĩa)

+ Loại nửa ly tâm (lực ép tạo nên đồng thời bởi lực lò xo và lực ly tâmcủa các trọng khối phụ

+ Loại ly tâm

- Theo kết cấu của cơ cấu ép chia ra:

+ Loại thường đóng

+ Loại không thường đóng

1.3 Các loại ly hợp chính và sơ đồ dẫn động của ly hợp.

1.3.1 Các loại ly hợp chính.

Trên ô tô máy kéo hiện nay, ly hợp ma sát là loại được sử dụng phổ biếnnhất, vì nó có các ưu điểm sau:

- Kết cấu đơn giản

- Hiệu suất cao

- Giá thành rẻ

Trong các loại ly hợp ma sát thì có 2 loại được sử dụng phổ biến hiện nay làloại ly hợp lò xo một đĩa bị động và hai đĩa bị động

- Ly hợp lò xo một đĩa bị động:

Hình 1.1 – Sơ đồ nguyên lý ly hợp ma sát (loại 1 đĩa)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-Thân ly hợp

 Ưu điểm cơ bản của ly hợp lò xo một đĩa

o Kết cấu đơn giản

o Thoát nhiệt tốt

o Mở dứt khoát

 Nhược điểm của ly hợp lò xo một đĩa

o Kích thước đường kính lớn

- Ly hợp lò xo hai đĩa bị động

Hình 1.2 – Sơ đồ nguyên lý ly hợp ma sát (loại 2 đĩa)1-Bánh đà; 2-Đĩa ma sát; 3-Khớp nối đĩa chủ động với vỏ ly hợp; 4-Cơ cấu tách đĩaép; 5-Đĩa ép thứ hai; 6-Lò xo ép; 7-Đòn mở (ép); 8-Ổ (bạc mở); 9-Thân ly hợp; 10-Đĩa ép thứ nhất.

 Chỉ trong trường hợp phải truyền mô men lớn(>700 – 800 Nm) thìngười ta mới dùng ly hợp hai hay nhiều đĩa để giảm kích thước đường kính của lyhợp

 Ưu điểm của ly hợp hai hoặc nhiều đĩa:

Hình 1.3 – Sơ đồ nguyên lý ly hợp lò xo đĩa.

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-Thân ly hợp

Hình 1.4 – Sơ đồ nguyên lý ly hợp lò xo côn bố trí ở giữa

Hình 1.1 và 1.2 là ly hợp 1 đĩa với các lò xo trụ bố trí xung quanh chu vi đĩa

ép Phương án này có ưu điểm là kết cấu gọn, có rộng chỗ để bố trí cốc ép

Tuy vậy có nhược điểm là lực ép phân bố không đều vì lò xo khó đảm bảođược các thông số hoàn toàn giống nhau, không có khả năng điều chỉnh lực ép khicác bề mặt ma sát bị mòn, khi lắp ở các động cơ cao tốc lò xo có thể bị biển dạng(cong) dưới tác dụng của lực ly tâm làm giảm lực ép, gây trượt và mài mòn ly hợp

Ở các ly hợp dùng lò xo côn bố trí ở tâm (Hình 1.4), lực ép là do lực của một

lò xo truyền qua các đòn ép tạo ra nên phân bố đều hơn Tuy vậy, việc bố trí cốc épkhó khăn hơn do không gian phần giữa chật hẹp hơn

Ly hợp với các lò xo đĩa (Hình 1.3) được sử dụng nhiều trên xe du lịch và tảinhỏ Nó có các ưu điểm như sau:

- Lực ép phân bố đều hơn (giống lò xo côn)

- Lò xo ép luôn làm nhiệm vụ đòn mở nên kết cấu rất đơn giản và gọn,cho phép rút ngắn kích thước chiều dài giảm khối lượng của ly hợp

Nhược điểm của các ly hợp với lò xo đĩa là rất khó chế tạo được lò xo có đặctính theo yêu cầu, với lực ép lớn mà kích thước nhỏ

1.3.2 Các loại dẫn động ly hợp.

Để điều khiển ly hợp loại thường đóng (chủ yếu sử dụng trên ô tô), người tathường sử dụng hai loại dẫn động: cơ khí và thủy lực

- Dẫn động cơ khí:

 Dẫn động cơ khí có ưu điểm là:

o Chế tạo, bảo dưỡng, sữa chữa đơn giản

o Làm việc tin cậy, giá thành rẻ

 Tuy vậy nó có nhược điểm:

o Trong trường hợp chỗ ngồi của người lái ở xa ly hợp thì chiều dài và

số lượng khâu khớp của dẫn động lớn, làm giảm hiệu suất, giảm độ cứng và tănghành trình tự do của bàn đạp

o Ngoài ra khi dùng dẫn động cơ khí thì vấn đề làm kín sàn xe và thựchiện truyền lực từ bàn đạp đến ly hợp phức tạp hơn do động cơ đặt trên các gối đỡđàn hồi

1 2

3 4

5

Hình 1.5 – Sơ đồ dẫn động cơ khí

1-Bàn đạp; 2-Dẫn động bàn đạp; 3,4-Dẫn động càng mở; 5-Dẫn động đòn mở; 6-Lyhợp

Trong trường hợp cần giảm nhẹ lực điều khiển cho người lái, trong dẫn động

bố trí thêm trợ lực Trợ lực có thể là loại lò xo cơ khí, thủy lực, khí nén hay chânkhông

Trợ lực cơ khí do hiệu quả thấp nên chỉ sử dụng trên một số ô tô du lịch

và tải nhỏ

Trợ lực thủy lực được sử dụng phổ biến trên các máy kéo công nghiệp.Trợ lực chân không thường đặt trong hệ thống điều khiển ly hợp tự độngtrên các xe du lịch cỡ nhỏ, tốc độ cao

Trợ lực khí nén được sử dụng trên các xe tải trọng lớn

- Dẫn động cơ khí có trợ lực khí nén

Dẫn động cơ khí có trợ lực khí nén là sự kết hợp giữa dẫn động cơ khí và dẫnđộng khí nén Ở đây dẫn động cơ khí nhằm thực hiện việc điều khiển van phân phốicấp khí nén cho xy lanh lực thực hiện dẫn động khí nén để mở ly hợp Vì vậy, lực

mở ly hợp chủ yếu do dẫn động khí nén thực hiện

Ưu điểm cơ cản của kiểu dẫn động này là có thể tăng được lực mở ly hợptheo mong muốn, giảm lực đạp cho người lái đi rất nhiều Do đó kiểu dẫn động nàyđược sử dụng chủ yếu trên ô tô khách hoặc tải cỡ lớn

1 2 3

456

o Hiệu suất cao; độ cứng lớn nên giảm được hành trình tự do của bànđạp

o Nhờ các ống cao su liên kết giữa các phần của dẫn động rất mềm, do

đó nó rất thích hợp khi dùng để điều khiển ly hợp ở khoảng cách xa và trên nhữngcabin kiểu lật

7

5

6

1 2

o Ngoài ra, dẫn động thủy lực còn cho phép hạn chế tốc độ dịch chuyểncủa đĩa ép khi đóng ly hợp đột ngột, nhờ đó giảm được giá trị tải trọng động.

 Tuy vậy, dẫn động thủy lực có nhược điểm:

do dẫn động khí nén thực hiện

Ưu điểm cơ cản của kiểu dẫn động này là có thể tăng được lực mở ly hợptheo mong muốn, giảm lực đạp cho người lái đi rất nhiều Do đó kiểu dẫn động nàyđược sử dụng chủ yếu trên ô tô khách hoặc tải cỡ lớn

2.1Tính toán mô men ma sát yêu cầu của ly hợp.

Để đảm bảo cho ly hợp truyền được toàn bộ mô men quay của động cơ đến

hệ thống truyền lực mà không bị trượt trong bất kỳ điều kiện sử dụng nào thì mômen ma sát của đĩa, cũng là của ly hợp phải luôn luôn lớn hơn mô men cần truyềncủa động cơ, tức là:

Trong đó:

Mms : Mô men ma sát yêu cầu của ly hợp, [N.m]

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

Theo đề Memax = 245 [N.m]

β : Hệ số dự trữ của ly hợp

Xe buýt thường chạy trên mặt đường tốt, điều kiện làm việc ít khi có quá tảilớn và tốc độ xe không cao nên khó xảy ra trượt ly hợp gây mài mòn lớn nên tachọn hệ số dự trữ về giới hạn nhỏ: β = 2

- Trên ô tô máy kéo hiện nay, ly hợp ma sát là loại được sử dụng phổ biếnnhất, vì nó có các ưu điểm sau:

+ Kết cấu đơn giản

+ Hiệu suất cao

+ Giá thành rẻ

- Với mô men ma sát yêu cầu được tính ở trên thì em chọn loại một đĩa là phùhợp với yêu cầu tính toán và thực tế nhất

- Đối với cơ cấu ép, em chọn loại lò xo trụ bố trí xung quanh vì kết cấu gọn,

dễ bố trí cốc ép, đây là loại dễ chế tạo nhất và được sử dụng phổ biến trên các loại

xe khách và tải lớn

2.2.2 Phân tích chọn sơ đồ dẫn động ly hợp

Đối với sơ đồ dẫn động ly hợp, em chọn sơ đồ dẫn động thủy lực có trợ lựckhí nén Vì các lý do sau đây:

- Dẫn động thủy lực có hiệu suất cao; độ cứng lớn nên giảm được hành trình

tự do của bàn đạp Với ưu điểm hạn chế được hành trình bàn đạp giúp giảm sự mệtmỏi cho người lái

- Xe buýt chạy trong thành phố phải dừng ở nhiều trạm để đón trả khách nênngười lái phải đạp ly hợp rất nhiều để sang số, nếu không có trợ lực thì người láilàm việc rất vất vả, không đảm bảo an toàn cho hệ thống truyền lực khi chân ngườilái bị mỏi

Như vậy, hệ thống ly hợp theo thiết kế của em là ly hợp ma sát một đĩa lò xotrụ bố trí xung quanh với cơ cấu điều khiển là loại dẫn động thủy lực có trợ lực khínén Sơ đồ nguyên lý của hệ thống như sau:

Hình 1.10 – Sơ đồ dẫn động thủy lực có trợ lực khí nén

1-Xy lanh chính; 2-Cơ cấu tỷ lệ; 3-Bình chứa khí nén; 4-Máy nén; 5-Van phânphối; 6-Xy lanh làm việc; 7-Càng mở

2.3 Tính toán xác định các thông số cơ bản.

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

Bán kính ngoài của tấm ma sát ly hợp được xác định:

 

max 3

Zms : Số đôi bề mặt ma sát; ưu tiên chọn một đĩa bị động nên Zms = 2

p : Áp suất pháp tuyến của các bề mặt ma sát Để đảm bảo tuổi thọ chocác tấm ma sát, giá trị cho phép [p] = 1,4.105 – 2,5.105 [N/m2] Vì ly hợp có điềukiện làm việc tương đối nhẹ nên có thể chọn áp suất p = 2.105 [N/m2]

KR : Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát, 1

2

R

R K R



Vì xe có đặc tính động lực tương đối tốt nên có thể chọn KR = 0,53

Thay số vào (2-2) ta tính được:

140

R

m 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] được xác định:

S = π.(R22 – R12) (2-3) = π.(0,142 – 0,07242)

= 0,045 [m2]Bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát Rtb [m] :

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 dễdàng xác định được lực ép cần thiết của cơ cấu ép phải tạo ra mà theo đó bảo đảm

áp suất làm việc đã chọn và thỏa mãn mô men yêu cầu:

max

e

M F

Hình 2.11 – Công trượt và hai giai đoạn của quá trình đóng ly hợp

Việc xác định kích thước của bề mặt ma sát theo điều kiện áp suất làm việckhông vượt quá giá trị cho phép như trên chưa đủ để đánh giá khả năng chống mòncủa ly hợp Khi các ly hợp khác nhau có cùng áp suất làm việc nhưng với ô tô máykéo có trọng lượng khác nhau thì sự hao mòn của ly hợp sẽ khác nhau

Việc xác định công trượt, công trượt riêng để hạn chế sự mòn, khống chếnhiệt độ cực đại nhằm đảm bảo tuổi thọ cho ly hợp là hết sức cần thiết

Để đánh giá tuổi thọ của ly hợp theo điều kiện trượt, người ta dùng chỉ tiêucông trượt riêng; được xác định bằng công trượt trên một đơn vị diện tích làm việccủa các bề mặt ma sát, kí hiệu lr [J/m2]:

r

ms

L l

Z S

 (2-6) Trong đó:

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

Z : Số đôi bề mặt ma sát

L : Công trượt tổng cộng của ly hợp, [J]

Công trượt tổng cộng được xác định theo biểu thức sau:

1 2 2

Ja : Mô men quán tính quy dẫn, [kg.m2]

Ma : Mô men cản chuyển động quy dẫn, [N.m]

t1 : Thời gian trượt của giai đoạn I, [s]

t2 : Thời gian trượt của giai đoạn II, [s]

ωe : Tốc độ góc động cơ khi đóng ly hợp, [rad/s]

ωa : Tốc độ góc trục ly hợp, [rad/s]

2.3.4.1 Mô men quán tính quy dẫn J a [kg.m 2 ]:

Mô men quán tính khối lượng quy dẫn Ja được xác định từ điều kiện cânbằng động năng khi ô tô đang chuyển động như sau:

2 2 0

Ga : Trọng lượng toàn bộ của ô tô, Ga = 11500.9,81 = 112815 [N]

Gm : Trọng lượng toàn bộ của rơ mooc hoặc đoàn xe kéo theo, Gm = 0[N]

Vì tỷ số truyền của truyền lực chính và tay số một của hộp số đề không chonên ta phải xác định thông qua các biểu thức toán học và chọn trong giá trị chophép.

a) Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính i0 :

Áp dụng công thức:

max 0

i i v





(2-9)Trong đó:

rb : Bán kính làm việc của bánh xe Theo đề rbx = 0,45 [m]

ihn : Tỷ số truyền ở số truyền cao nhất của hộp số Chọn ihn = 1

ifc : Tỷ số truyền ở số truyền cao của hộp số phụ Xe không có hộp sốphụ ifc = 1

vmax : Tốc độ cực đại của xe Theo đề vmax = 30,56 [m/s]

Thế số vào (2-9) ta có:

0

2 0, 45.3500

5,39 60.1.1.30,56

b) Xác định tỷ số truyền của tay số một ih1 :

Tỷ số truyền tay số một (ih1) xác định theo ba điều kiện sau:

(1) - Khả năng thắng sức cản lớn nhất trong điều kiện sử dụng cho trước.(2) - Khả năng tạo được lực kéo lớn nhất theo điều kiện bám

(3) - Khả năng chuyển động với tốc độ ổn định tối thiểu để có thể cơđộng trong điều kiện địa hình chật hẹp

Theo điều kiện (1):

max 1

max 0

a b h

G r i

b h

G r i

min 1

V i i

Trong đó :

ψmax : Hệ số cản lớn nhất của đường Theo đề ψmax = 0,2

Ga : Trọng lượng toàn bộ Theo đề Ga = 112815 [N]

Memax : Mô men xoắn lớn nhất của động cơ Theo đề Memax = 425 [N.m]

rb : Bán kính làm việc của bánh xe Theo đề rb = 0,45 [m]

ifc : Tỷ số truyền ở số truyền cao của hộp số phụ Xe không có hộp sốphụ ifc = 1

ηt : Hiệu suất truyền lực Chọn ηt = 0,83

φ : Hệ số bám Chọn φ = 0,75

Gφ : trọng lượng bám của xe Chọn Gφ = 0,7 112815 = 78970,5 [N]

nemin : Số vòng quay ổn định tối thiểu của động cơ Chọn nemin = 400 [v/ph]

Vmin : Tốc độ chuyển động nhỏ nhất [km/h] mà xe có thể thực hiện được dễdàng để cơ động khi địa hình chật hẹp Chọn Vmin = 4 [km/h]

Thế số vào (2-7), (2-8) và (2-9) ta được:

1

0,2.112815.0,45

5,33425.0,83.5,39.1

Mô men cản chuyển động của xe quy dẫn về trục ly hợp được tính bằng:   bx

ψ : Hệ số cản tổng cộng của đường, ψ = 0,2

Pω : Lực cản của không khí, khi xe khởi hành thì Pω = 0 (vì tốc độ nhỏ)

it : Tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực (it = ih1.ip.i0 = 48,55)

ηt : Hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực, xe buýt chọn ηt = 0,83

Ga : Trọng lượng toàn bộ của ô tô, Ga = 11500.9,81 = 112815 [N]

Gm : Trọng lượng toàn bộ của rơ mooc hoặc đoàn xe kéo theo, Gm = 0[N]

2.3.4.3 Tính thời gian trượt ly hợp trong các giai đoạn (t 1 và t 2 ):

Chọn cách tính theo thời gian trượt tổng cộng của ly hợp t0:

Chọn thời gian đóng ly hợp êm dịu: t0 = 2,5 [s]

kd : Hệ số kết thúc trượt, sẽ xác định theo (2-14)

Memax : Mô men xoắn lớn nhất của động cơ Theo đề Memax = 425 [N.m]

ωe : Tốc độ góc động cơ khi đóng ly hợp, khi tính toán lấy bằng tốc độgóc ứng với mô men cực đại ωe = ωM Theo đề ωe = 209,3 [rad/s]

ωa : Tốc độ góc trục ly hợp Tính toán cho lúc khởi hành nên ωa

=0[rad/s]