Kết cấu và tính toán ôtô - Ly hợp ôtô

Ly hợp ôtô là khớp nối giữa trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực. Ly hợp dùng để ngắt, nối truyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực. Ngoài ra, ly hợp còn được dùng như m

được dùng như một cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực khi quá tải

Nếu khớp nối ly hợp không ngắt được truyền động từ trục khuỷu động cơ đến hệ thống truyền lực khi gài số thì việc gài số sẽ rất khó khăn và có thể gây ra sự dập răng; thậm chí có thể gây vỡ răng hộp số Hơn thế nữa, nếu ly hợp không tự động ngắt khi phanh đột ngột thì có thể gây quá tải cho cả hệ thống truyền lực

Để thấy rõ hơn ảnh hưởng và tác dụng của ly hợp đến việc gài số cũng như ảnh hưởng của nó đến hệ thống truyền lực khi phanh ôtô đột ngột, ta hãy xét các quá trình gài

số, quá trình phanh ôtô mà không mở ly hợp

a) Đối với quá trình gài số : Có thể mô tả quá trình gài số bằng mô hình như sau:

Hình H2-1 : Sơ đồ mô hình hoá quá trình gài số Chú thích :

ωe : Tốc độ góc trục khuỷu động cơ, [rad/s];

1

32

4

ωb : Tốc độ góc trục ly hợp, [rad/s];

ωa : Tốc độ góc trục thứ cấp hộp số, [rad/s];

Je : Mô men quán tính khối lượng của bánh đà và các chi tiết chuyển động

trong động cơ (cả phần chủ động của ly hợp gắn trên bánh đà) qui dẫn về trục bánh đà,

2 2

2 2

bx a

i i

r g

ip, io : Tỷ số truyền tương ứng của hộp số phụ, truyền lực chính;

δ : Hệ số xét đến các khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền

lực; tính từ bánh răng số (4) đến bánh xe chủ động

Giả thiết việc gài số là trực tiếp (không có đồng tốc) và không ngắt ly hợp : bánh

răng (4) vào ăn khớp với bánh răng (3), bỏ qua mô men xoắn động cơ và mô men cản

chuyển động của đường (vì mô men xung kích trong trường hợp này là rất lớn so với

chúng) áp dụng phương trình mô men xung lượng trong thời gian t[s] đối với chuyển

động của hệ trục về phía bánh răng (4) :

P4.r4.t = Ja.( ωa' - ωa) (2-4) Trong đó :

P4 : Lực tác dụng lên răng bánh răng (4) trong thời gian gài số t, [N];

r4 : Bán kính vòng lăn của bánh răng (4), [m];

ωa : Tốc độ góc của trục thứ cấp hộp số trước khi gài số, [rad/s];

ωa' : Tốc độ góc của trục thứ cấp hộp số sau khi gài số, [rad/s];

Tương tự, ta có phương trình mô men xung lượng trong thời gian t[s] đối với chuyển động của hệ trục về phía bánh răng (3) :

a h lh e

h a b h lh e a

J i J J

i i

J J J t r P

+ +

ư +

4 4

).

(

) (

Trong đó ih chính là tỷ số truyền của hộp số (ih = i12.i34)

Cũng bằng lý luận tương tự, ta xác định được mô men xung lượng tác dụng lên bánh răng (4) trong thời gian t khi ngắt ly hợp Lúc này mô men quán tính Je không còn tham gia trong các biểu thức (2-5) và (2-6); nghĩa là :

a h lh

h a b h lh a

J i J

i i

J J t r P

+

−

4 ' 4

.

) (

.

=

e

lh a

h lh

e

a h e

lh lh

J

J J

i J

J

J i J

J J

P P

1

.1

2

2

4

' 4

=

lh

a h e

a h

J

J i J

J i P

P

2 2

4

' 4

(2-9)

Vì Jlh << Je, nên ⎜⎜⎝⎛ + ⎟⎟⎠⎞<<⎜⎜⎝⎛ + ⎟⎟⎠⎞

lh

a h e

a h

J

J i J

J

i2 2 Nghĩa là P4' rất nhỏ so với P4; hay nói cách khác, lực tác dụng lên răng của bánh răng gài số sẽ giảm đi rất nhiều lần khi ngắt ly hợp trong quá trình gài số Nhờ vậy mà tránh đ−ợc sự va đập lớn gây dập hoặc gãy vở răng hộp số khi gài số; cho phép nâng cao tuổi thọ của các bánh răng gài số

Chẳng hạn, với số liệu : tỷ số truyền của hộp số ih = 1,84; Je = 1,5 [kg.m2]; Ja =

số cần phải đặt bộ đồng tốc Tuy nhiên việc làm đồng đều tốc độ khi có bộ đồng tốc vẫn phải phụ thuộc vào mô men quán tính Jlh và sự mở ly hợp có dứt khoát hay không Hay nói cách khác, để làm đồng đều nhanh chóng tốc độ góc giữa các số truyền khi gài số, yêu cầu ly hợp phải bảo đảm hai yêu tố sau :

• Thành phần mô men quán tính của hệ trục ly hợp (Jlh) phải nhỏ đến mức thấp nhất có thể để rút ngắn thời gian làm đồng đều tốc độ của bộ đồng tốc

• Việc mở ly hợp phải đ−ợc tiến hành dứt khoát; nghĩa là phần bị động ly hợp phải tách hoàn toàn khỏi phần chủ động Nh− vậy mô men quán tính qui dẫn của trục khuỷu (Je) cũng nh− mô men xoắn của động cơ (Me) trở nên triệt tiêu khỏi hệ trục của ly hợp khi gài số

b) Đối với quá trình phanh xe : Chúng ta có thể mô hình hoá hệ thống truyền lực

trong quá trình phanh ôtô bằng sơ đồ sau :

Hình H2-2 : Sơ đồ mô hình hệ thống truyền lực khi phanh Chú thích :

d i i dt

d

bx o h b o h e e

υω

ϕ : Hệ số bám giữa lốp với mặt đường khi phanh;

δ : Hệ số xét đến ảnh hưởng của các khối lượng quay trong hệ thống truyền

lực; có thể tính gần đúng bằng : δ = 1+(0,04ữ0,06) 2

h

i ; với ih là tỷ số truyền của hộp số

.1

(2-14)

Thực nghiệm chứng tỏ rằng Mjmax có giá trị lớn hơn mô men xoắn cực đại của

động cơ rất nhiều lần và có thể ảnh hưởng xấu đến hệ thống truyền lực Tuy vậy, ly hợp chỉ cho truyền qua nó một giá trị mô men nhỏ hơn hoặc bằng chính momen ma sát của ly hợp; ngược lại, ly hợp sẽ trượt Điều đod có nghĩa là ly hợp còn có tác dụng như một cơ cấu an toàn, bảo vệ cho hệ thống truyền lực không bị quá tải khi phanh đột ngột mà không kịp mở ly hợp

1.2 Yêu cầu đối với ly hợp :

Từ các công dụng và các tác dụng của ly hợp như đã nêu trên, ly hợp ô tô máy kéo ngoài các yêu cầu chung về sức bền, tuổi thọ; còn phải bảo đảm các yêu cầu chính sau :

c 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 Tuy nhiên, mô men ma sát của ly hợp không được lớn quá nhằm bảo đảm được nhiệm vụ làm cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực

d 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 trong thời gian ngắn nhất; ngược lại sẽ gây khó khăn cho việc gài số

e 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

f Mô men quán tính của các chi tiết phần bị động ly hợp phải nhỏ đến mức thấp nhất có thể nhằm giảm các lực va đạp 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

g Kết cấu phải gọn nhẹ, điều khiển dễ dàng và nhẹ nhàng

+ 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 hình côn), ly hợp ma sát hình trống (kiểu tang trống và guốc ma sát ép vào tang trống)

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

2 Phân tích đặc điểm kết cấu và xác định các thông số cơ bản của ly hợp :

2.1 Phân tích đặc điểm kết cấu các loại ly hợp:

2.1.1 Ly hợp ma sát cơ khí : Đây là loại ly hợp mà mô men ma sát hình thành ở ly hợp

nhờ sự ma sát của các bề mặt ma sát cơ khí Loại này được sử dụng phổ biến trên hầu hết

các ôtô nhờ kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sữa chữa thay thế (hình H2-3)

Tuỳ theo hình dạng và đặc điểm kết cấu, có thể chia chúng ra làm các kiểu sau :

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

Ly hợp ma sát đĩa có dạng 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

Ly hợp ma sát đĩa phẳng dùng phổ biến Tuỳ theo cấu tạo có thể có kiểu một

đĩa, kiểu hai đĩa hoặc có thể nhiều đĩa

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 mô

men quán tính của phần bị động nhỏ (hình H2-3) ít ảnh hưởng đến việc gài số

Các vành ma sát của đĩa bị động

được gắn lên xương đĩa bị động (1) bằng phương pháp dán hoặc đinh tán Đĩa bị

động được nối với trục ly hợp thông qua một may-ơ (6) di trượt được trên trục nhờ mối ghép then hoa May -ơ được liên kết

1

2 3

4

5 6

7

8

9

Hình H2-3: Kết cấu đĩa bị động

mềm với xương đĩa bị động thông qua các lò xo đàn hồi (3) bố trí tiếp tuyến quanh

may-ơ (hình H2-3)

Nhờ sự đàn hồi của các lò xo này mà độ cứng chung của hệ thống truyền lực giảm tránh được sự cộng hưởng ở vùng làm việc thường xuyên với tần số cao của động cơ Tuy nhiên do giới hạn bởi độ cứng tối thiểu của lò xo nên hệ thống truyền lực không thể tránh khỏi sự dao động cộng hưởng ở tần số thấp Bởi vậy cần phải có các vành ma sát (5) hoặc (9) để tiêu hao năng lượng dao động cộng hưởng ở tần số thấp Tổ hợp các lò xo đàn hồi (3) cùng các vành ma sát gọi chung là bộ giảm chấn Khi có bộ giảm chấn, thì khối lượng

và do đó mô men quán tính của cụm đĩa bị động tăng lên, ảnh hưởng không tốt đến quá trình gài số cho hộp số Do vậy đĩa bị động có thể có hoặc không có bộ giảm chấn

Kiểu ly hợp ma sát hai đĩa chỉ được dùng trên xe tải lớn (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)

Hình H2-4 : Ly hợp ma sát hai đĩa bị động

) 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 xung quanh (xem

các hình H2-3 và H2-4) : 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 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 nhất một lò xo

hình côn (hoặc có thể một hoặc hai lò xo trụ) bố trí ở giữa Nhờ vậy áp suất sinh ra ở các

bề mặt ma sát là đồng đều Tuy nhiên độ tin cậy thấp (nếu lò xo gẫy thì ly hợp mất tác dụng), kết cấu đòn mở phức tạp và điều chỉnh rất khó khăn nên ít sử dụng

+ Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép đĩa nón cụt (xem hình H2-5) chỉ có một lò

xo kiểu đĩa nón cụt bố trí ở giữa nên áp lực phân bố đều lên bề mặt ma sát

Ly hợp với lò xo kiểu này có nhiều ưu điểm nổi bậc: Lò xo làm luôn nhiệm vụ

đòn mở nên kết cấu rất gọn nhẹ Đặc tính của là xo là phi tuyến (xem hình H2-6) 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 cơ bản là 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)

Hình H2-5 : Ly hợp ma sát kiểu lò xo ép đĩa côn

Đặc tính lò xo đĩa nón cụt thiết kế.

Hình H2-6 : Đặc tính phi tuyến của lò xo ép đĩa côn

) Theo đặc điểm làm việc, có thể chia ra : Loại ly hợp thường đóng và ly hợp không thường đóng

+ Ly hợp thường đóng là loại ly hợp kiểu lò xo ép thường xuyên đóng trong quá trình làm việc như các loại đã nêu ra ở trên Ly hợp chỉ được mở thông qua hệ thống dẫn

động dưới tác dụng của lực đạp ở bàn đạp ly hợp

+ Ly hợp không thường đóng là loại ly hợp không có lò xo ép Đĩa bi động và chủ

động được ép vào nhau thông qua một hệ thống đòn đặc biệt Việc đóng hoặc mở ly hợp

đều phải thông qua hệ thông đòn này dưới tác động lực điều khiển của người lái

Đối với máy kéo xích trong nông nghiệp hoặc các máy kéo xích chuyên dùng trong ngành xây dựng, chúng thường có hệ thống điều khiển riêng biệt nhờ các ly hợp chuyển hướng và phanh Mặc khác, trong quá trình làm việc, chúng không những làm việc nhiều với các số tiến mà cả với số lùi thậm chí cả số “Mo” như khi điều khiển các liên hợp máy đào hố xúc đất hay những công việc trồng cây chăm bón cây trong nông nghiệp Loại ly hợp không thường đóng có mô men quán tính của phần bị động ly hợp

khá lớn nên thường phải có phanh con riêng để hãm trục ly hợp trước khi gài số nhằm tránh sự va đập răng của các bánh răng gài số

2.1.2 Ly hợp ma sát thuỷ lực : Đây là loại ly hợp mà mô men ma sát hình thành ở ly hợp

nhờ ma sát thủy lực ưu điểm nổi bậc của ly hợp thủy lực là ly hợp làm việc rất êm dịu

(nhờ tính chất dễ trượt của chất lỏng) vì vậy giảm tải trọng động cho hệ thống truyền lực

Ngoài ra ly hợp thuỷ lực luôn luôn có sự trượt (ít nhất 2ữ3%) do vậy gây ra 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 đối với các mối ghép, yêu cầu có 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 và giá thành ôtô nói chung cao hơn ly hợp ma sát cơ khí thông thường Do đó,

ly hợp loại này chỉ sử dụng hạn chế trên các loại xe đặc biệt có công suất riêng lớn

2.1.3 Ly hợp điện từ : Đây là loại ly hợp mà mô men hình thành ở ly hợp nhờ mô men

điện từ Ly hợp điện từ truyền động êm dịu Tuy vậy kết cấu kồng kềnh và trọng lượng trên đơn vị công suất truyền là lớn nên ít dùng trên ôtô mà thường được sử dụng trên tàu hoả hoặc xe máy công trình cỡ lớn

2.2 Xác định các thông số cơ bản của ly hợp :

Việc xác định các thông số cơ bản của ly hợp chính là xác định số lượng và kích thước bề mặt ma sát nhằm bảo đảm yêu cầu truyền hết mô men quay của động cơ trong mọi điều kiện làm việc

2.2.1 Mô men ma sát yêu cầu của ly hợp :

Để bảo đảm yêu cầu truyền hết mô men quay của động cơ trong mọi điều kiện làm việc, thì ly hợp phải có khả năng truyền được mô men quay lớn hơn mô men xoắn lớn nhất của động cơ Memax Nghĩa là ta phải có :

số β cũng không được lớn quá, vì như thế ly hợp không làm tốt chức năng bảo vệ an toàn cho hệ thống truyền lực khi quá tải

Hệ số β thường được xác định bằng thực nghiệm; có tính đến các yếu tố như đã nêu cũng như có xét đến điều kiện làm việc nặng nhọc của xe Giá trị của β có thể tham khảo theo số liệu ở bảng B2-1 như sau :

Ô tô tải có mooc (hoặc tính năng thông qua cao) 1,80 ữ 3,00

Máy kéo nông nghiệp kiểu ly hợp thường đóng 2,00 ữ 2,50

Chú ý : Giá trị về phía giới hạn lớn được chọn cho xe làm việc trong điều kiện

nặng nhọc (như tải trọng lớn, xe hoạt động trong nhiều loại đường, hoặc kiểu ly hợp không điều chỉnh được)

Như vậy, căn cứ vào chủng loại xe và điều kiện làm việc thường xuyên của nó mà

ta chọn hệ số β thích hợp; từ đó xác định được mô men ma sát cần thiết của ly hợp theo công thức (2-15) Thực tế, để tạo ra mô men ma sát này, ly hợp phải nhờ một cơ cấu ép; với ly hợp thường đóng thì đó là lò xo ép, còn với ly hợp không thường đóng, phải thông qua một hệ thống đòn đặc biệt như đã chỉ ra trên hình H2-7

Nếu gọi lực ép tổng cộng do cơ cấu ép tạo ra là P [N], đặt tại bán kính trung bình

Rtb [m] của đĩa ép, thì mô men ma sát của ly hợp Mms [N.m] do cơ cấu ép tạo ra là :

Trong đó :

à : Hệ số ma sát trượt giữa tấm ma sát và đĩa ép hoặc bánh đà;

zms : Số đôi bề mặt ma sát; phụ thuộc vào số đĩa bị động của ly hợp:

+ Ly hợp một đĩa bị động : zms = 2 + Ly hợp hai đĩa bị động : zms = 4 Mặc khác, nếu gọi p [N/m2] là áp suất pháp tuyến sinh ra ở các đôi bề mặt ma sát dưới tác dụng lực ép P, và với giả thiết áp suất p là phân bố đều trên toàn bộ bề mặt ma sát (p = const) thì ta lại có :

1 3 2 2

3

22

2 1

R R p z dR R p

R R

Từ (2-16) và (2-16') ta suy ra bán kính trung bình Rtb :

Rtb = 2

1 2 2

3 1 3 23

2

R R

R R

ư

ư

(2-17)

ở đây : R1,R2 là bán kính trong và bán kính ngoài bề mặt ma sát [m];

Như vậy, nếu kích thước của bề mặt ma sát đã xác định, từ (2-15,16 và 17) ta suy

ra lực ép cần thiết P [N] mà cơ cấu ép phải tạo ra để bảo đảm cho ly hợp có được mô men ma sát cần thiết theo (2-15) là :

ms tb

e

z R

M

.

. maxà

β

Khi đó, áp suất làm việc trung bình của các bề mặt ma sát p [N/m2]là :

)RR(

F

1 2

2 ưπ

max e k 1 p z 2

M 3

ư π à

β

Trong đó :

p : áp suất làm việc cho phép của các bề mặt ma sát, [N/m2];

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

đảm tuổi thọ cần thiết cho chúng giữa hai lần sữa chữa thay thế

Giá trị giới hạn trên được áp dụng cho ôtô có động cơ nhiều xy lanh (lớn hơn 4),

đặc tính động lực của xe tốt và làm việc trong điều kiện đường sá tốt (ít phải sang số) và ngược lại ôtô có động cơ ít xy lanh, đặc tính động lực của xe không tốt và làm việc trong

điều kiện đường sá xấu

Hệ số tỷ lệ kR có thể chọn theo kinh nghiệm bằng kR = 0,53 ữ 0,75 Giá trị nhỏ chỉ dùng cho xe có động cơ tốc độ trung bình và thấp và đặc tính động lực xe tốt (ít phải sang số) Với động cơ cao tốc, nếu chọn hệ số kR bé (tức R1 và R2 khác nhau lớn) thì chênh lệch tốc độ trượt tiếp tuyến ở mép trong và mép ngoài của tấm ma sát sẽ lớn, gây

ra sự mòn không đều từ trong ra ngoài tấm ma sát, thời hạn phục vụ của tấm ma sát sẽ giảm Vì vậy đối với động cơ cao tốc nên chọn hệ số tỷ lệ kR về phía giới hạn trên

Hệ số ma sát à phụ thuộc vào nhiều yếu tố : vật liệu và tình trạng của đôi bề mặt

ma sát, tốc độ trượt tương đối, nhiệt độ và áp suất trên bề mặt ma sát Đối với ly hợp ma sát cơ khí ôtô máy kéo, hệ số ma sát giữ phê-ra-đô đồng với gang (hoặc thép) thì hệ số

ma sát à có thể đạt đến 0,35 Tuy vậy, do ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ, tốc độ trượt v.v nên khi tính toán chỉ chọn trong khoảng à = 0,22 ữ 0,30

Số đôi bề mặt ma sát zms thông thường bằng 2 (tức ly hợp một đĩa bị động, vì như vậy dễ ngắt nhanh và hoàn toàn) Chỉ đối với máy kéo hoặc ôtô tải lớn; có mô men cực

đại của động cơ từ 465 [N.m] trở lên và làm việc trong điều kiện nặng nhọc (phải sang số nhiều) thì mới chọn zms = 4 (tức là ly hợp có hai đĩa bị động)

Trong tính toán thiết kế, với việc ưu tiên chọn zms = 2, bán kính ngoài R2 xác định theo biểu thức (2-19) Nếu R2 có giá trị quá lớn, có thể vượt quá giới hạn đường kính cho phép của bánh đà động cơ Vì vậy, giá trị R2 sau khi tính toán phải được kiểm tra so sánh với số liệu kinh nghiệm; được cho theo bảng B2-2 ở phần phụ lục Nếu R2 lớn quá giới hạn, cần thiết phải chọn lại zms = 4 và tính lại bán kính R2 theo (2-19)

Bán kính trong của bề mặt ma sát R1 được xác định thông qua hệ số tỷ lệ kR khi chọn để tính bán kính ngoài R2 ở trên; nghĩa là R1 = kRR2

2.2.3 Công trượt riêng của ly hợp :

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

Ta biết rằng, quá trình đóng êm dịu ly hợp bao giờ cũng kèm theo sự trượt ly hợp giữa các đôi bề mặt ma sát Sự trượt của ly hợp sẽ làm cho các bề mặt ma sát mòn, đồng thời sinh nhiệt nung nóng các chi tiết tiếp xúc trực tiếp với các bề mặt trựơt Nếu cường

độ trượt quá mạnh sẽ làm mòn nhanh các bề mặt ma sát và nhiệt sinh ra sẽ rất lớn, có thể làm cháy cục bộ các tấm ma sát, làm nung nóng lò xo ép từ đó có thể làm giảm khả năng

ép của chúng

Vì vậy, việc nghiên cứu xác định công trượt, công trượt riêng để hạn chế sự mòn khống chế nhiệt độ cực đại nhằm bảo đảm tuổi thọ cho ly hợp là hết sức cần thiết

a) Công trượt riêng: Để đánh giá tuổi thọ của ly hợp theo điều kiện trượt, người

ta dùng chỉ tiêu công trượt riêng; được xác định bằng công trượt trên một đơn vị diện tích làm việc của các bề mặt ma sát, kí hiệu lr [J/m2] :

)(R22 R12z

L l

ms r

Sự trượt của ly hợp diễn ra ngay sau khi gài số và thực hiện đóng ly hợp Điều đó

có thể xẫy ra lúc xe đang chạy hoặc khi bắt đầu khởi hành xe; trong đó trường hợp xe bắt

đầu khởi hành sẽ có công trượt lớn nhất vì lúc này sự chênh lệch tốc độ giữa bánh đà

động cơ và tốc độ trục ly hợp (xe đang đứng yên) là lớn nhất

b) Công trượt ly hợp: Sự trượt ly hợp khi khởi hành xe cũng có thể có hai trường

hợp : sự trượt ly hợp do đóng ly hợp đột ngột hoặc sự trượt ly hợp do đóng ly hợp từ từ

- Khi đóng ly hợp đột ngột (lái xe thả nhanh bàn đạp ly hợp) làm cho đĩa ép lao nhanh vào đĩa bị động, thời gian trượt ngắn nhưng lực ép tăng lên nhanh làm cho xe bị giật

mạnh, gây tải trọng động lớn đối với hệ thống truyền lực (do quán tính lao vào của

đĩa ép, nên làm tăng thêm lực ép tác dụng lên đĩa bị động, mô men ma sát của ly hợp lúc tăng lên và do vậy ly hợp có thể truyền qua nó một mô men quán tính lớn hơn mô men ma sát tính toán theo 2-15)

- Khi đóng ly hợp từ từ : Việc đóng ly hợp hợp từ từ tạo được sự êm dịu cần thiết cho

ly hợp và hệ thống truyền lực Đó là một trong những yêu cầu quan trọng của ly hợp nhằm bảo đảm tính êm dịu và không sinh ra va đập cho hệ thống truyền lực Tuy nhiên sự đóng từ từ ly hợp làm cho thời gian trượt kéo dài và do vậy công trượt sẽ tăng lên

Để khảo sát công trượt ly hợp trong trường hợp đóng từ từ, ta xét mô hình tính toán như trên hình H2-9 :

a) Mô hình tính toán b) Quan hệ M(t), ω(t) theo t khi đóng ly hợp

Hình H2-9 : Mô hình tính toán công trượt ly hợp Chú thích :

Je : Mô men quán tính khối lượng qui dẫn của bánh đà, [kg.m2];

Ja : Mô men quán tính khối lượng của xe qui dẫn về trục ly hợp;

ωa(t) : Biến thiên tốc độ góc trục ly hợp, [rad/s];

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

Ma : Mô men cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp, [N.m]

Mô men quán tính khối lượng qui dẫn Ja được xác định từ điều kiện cân bằng

động năng như sau :

δ2 2 ) (h p o

bx m

a a

i i i

r g

G G

ih,ip,io : Tỷ số truyền tương ứng của hộp số, hộp số phụ và truyền lực chính

δ : Hệ số tính đến các khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực; trong tính toán có thể lấy bằng δ = 1,05 ữ 1,06

Mô men cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp được tính bằng :

t t

bx m

a a

i

r P G

G M

η

ψ + ω+

Trong đó :

ψ : Hệ số cản tổng cộng của đường;

Pω : Lực cản của không khí, [N];

it : Tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực;

ηt : Hiệu suất thận của hệ thống truyền lực;

Các thông số khác đã được chú thích

Chúng ta có thể chia quá trình trượt ly hợp làm hai giai đoạn :

• Giai đoạn I : Tính từ lúc các bề mặt ma sát bắt đầu chạm vào nhau cho đến lúc

tốc độ góc trục ly hợp bắt đầu tăng (khi mô-men ma sát ly hợp M ms vẫn còn nhỏ hơn hoặc bằng mô-men cản qui dẫn M a)

Diễn biến giai đoạn này có thể đặc trưng bởi các thông số sau :

- Mô men ma sát ly hợp tăng từ 0 đến Ma (0 ≤ Mms(t) ≤ Ma);

- Tốc độ góc trục ly hợp chưa tăng (ωa = const);

- Tốc độ góc trục khuỷu động cơ giảm

- Thời gian trượt giai đoạn I là t1;

• Giai đoạn II : Tính từ lúc tốc độ góc trục ly hợp bắt đầu tăng cho đến khi bằng

tốc độ góc trục khuỷu động cơ (lúc mô-men ma sát ly hợp M ms lớn hơn mô-men cản qui dẫn M a)

Diễn biến giai đoạn này có thể đặc trưng bởi các thông số :

- Mô men ma sát ly hợp tiếp tục tăng từ Ma đến giá trị định mức Mms;

- Tốc độ góc trục ly hợp tăng từ ωa đến ωe (tức ωa ≤ ωa(t) ≤ ωe);

- Tốc độ góc trục khuỷu động cơ tiếp tục giảm

- Thời gian trượt giai đoạn II là t2;

Trong giai đoạn II, mô men ma sát hình thành ở ly hợp đã lớn hơn mô men cản chuyển động qui dẫn của ôtô (Mms(t) > Ma) làm gia tốc trục ly hợp và do đó gia tốc chuyển động của xe mặc dầu tốc độ góc ωa(t) của chúng vẫn còn nhỏ hơn tốc độ góc của trục khuỷu động cơ ωe (nghĩa là vẫn còn trượt)

Ta có phương trình xác định công trượt của ly hợp trong trường hợp tổng quát là :

t M L

t

a e

ms

= 00

) ( ) ( ).

Trong đó :

Mms(t) Mô-men ma sát ly hợp; biến thiên theo t trong khi đóng ly hợp, [N.m];

t0 : Thời gian trượt tổng cộng của ly hợp : t0 = t1 + t2 [s]

Tuỳ theo chế độ đóng ly hợp mà thời gian trượt t0 có thể có những giá trị nằm trong khoảng xác định theo kinh nghiệm như sau :

- Khi đóng ly hợp đột ngột : t0 = 0,5 ữ 1,0 [s];

Do quan hệ biến thiên của các đại lượng trong tích phân (2-21) là rất phức tạp, nó không chỉ phụ thuộc vào đặc tính làm việc của ly hợp (qui luật hình thành mô-men ma sát Mms) , chế độ làm việc của động cơ (Me, ), mà còn phụ thuộc vào trình độ chủ quan của lái xe khi đóng ly hợp (đóng đột ngột hay từ từ) Để có thể xác định được công trượt

ly hợp theo phương trình (2-21), chúng ta cần thiết phải đưa ra một số giả thiết trước theo một số điều kiện nhất định có thể chấp nhận được

Với mục đích đó, Giáo sư N.A Bukharin đưa ra một số giả thiết cho quá trình

đóng ly hợp êm dịu như sau:

- Tốc độ góc trục khuỷu động cơ không đổi (ωe = const);

- Mo men ma sát ly hợp biến thiên tuyến tính;

- Tốc độ góc trục ly hợp trong giai đoạn đầu (khi M ms (t) ≤ M a) là không đổi; tức

là ωa = const (xem hình H2-10)

- Ly hợp kết thúc trượt tại một thời điểm nào đó khi mà mômen ma sát Mms lớn

hơn hoặc bằng mô-men cực đại của động cơ (M ms = k d M emax ; 1≤ k đ phụ thuộc vào cường độ hình thành mô men ma sát)

Hình H2-10 :

Mô hình tính toán công trượt

ly hợp ôtô (khi đóng êm dịu)

Với giả thiết trên, công trượt ly hợp sẽ được tính theo hai giai đoạn như sau:

+ Giai đoạn I : Với tốc độ góc trục khuỷu và trục ly hợp là hằng số, công trượt

được xác định bằng :

2 ) (

)

0 1 1

1

t M

dt t t

M

t a a

+ Giai đoạn II : Mô men ma sát hình thành ở ly hợp lớn hơn mô men cản chuyển

động qui đẫn về trục ly hợp (Mms(t) > Ma)dùng để gia tốc trục ly hợp từ ωa lên bằng tốc

e d ms

a a a ms

M t t t

M M

k t M

dt

t d J M t M

)()

()(

)()

(

1 2

ư

ư

=

)

(

2 ).

(

) (

; 2

) ( )

( ) (

max 2

2 1 1

2 1 2

max

a e

d

a a e

a a

a e

d a

M M

k

J t

t t t t t

t t

J

M M

k t

ωω

ωω

2

1)

.(

3

2.)()

(

2 1 1

a e a a

e a

t t

t

a e

2

13

22)

M L L

Trong đó :

t2 : Thời gian trượt của giai đoạn II, được xác định từ (2-22');

t1 : Thời gian trượt của giai đoạn I, được xác định theo giả thiết ban đầu :

K t

t

M k t

M M

k t

= +

=

ư

=

2 1 max 2

max 1

.

(2-24) Với : K là hệ số tỷ lệ, đặc trưng cho cường độ tăng mô men ly hợp

(

1 )

(

.

max 2

max

max 2

1

a e

d

a a

e d

e d

M M

k

M t

M M

k

M k t

Từ đó, thời gian trượt toàn bộ t0 = t1 + t2 trong quá trình đóng ly hợp êm dịu là :

2 max

0

)

(

2 ).

(

d

M M

k

J M

k t

ư

ư

(2-25')

Theo kinh nghiệm, có thể lấy t0 = 1,1 ữ 2,5 [s] và hệ số tỷ lệ K (theo 2-24) có giá trị nằm trong phạm vi sau:

K

M t

a e a

a

)(

22

Ma, Ja, t1, t2 mà tất cả các thông số này đều tăng theo trọng lượng của xe)

d Khi tăng giá trị tỷ số truyền của hệ thống truyền lực thì công trượt giảm (vì Ma,

Ja, t1, t2 tỷ lệ nghịch với tỷ số truyền) Điều đó cho ta đi đến kết luận rằng khi khởi hành

xe, ta phải khởi hành với số truyền thấp của hộp số ihI để giảm công trượt của ly hợp

e Khi khởi hành xe tại chỗ công trượt là lớn hơn cả (vì lúc đó ωa = 0 nên hiệu số

ωe - ωa là lớn nhất) Động cơ càng cao tốc, công trượt càng lớn

Trong tính toán, có thể lấy tốc độ góc động cơ ωe bằng tốc độ góc ứng với mô men cực đại (ωe = ωM) và tính toán kiểm tra công trượt riêng ứng với chế độ khởi hành xe tại chỗ với thời gian trượt tổng cộng nằm trong khoảng t0 = 1,1 ữ 2,5 [s] Giá trị công

trượt riêng tính theo công thức (2-20) phải nằm trong giới hạn cho phép (tính cho số truyền thấp i hI với hệ số cản tổng cộng của đường ψ = 0,16)

Xe con : lr ≤ 1000 [kJ/m2]

Xe khác tải và khách : lr ≤ 800 [kJ/m2]

Ngoài ra, để có thể đơn giản hơn trong tính toán, Giáo sư A.I Gri-skê-vich đề nghị

sử dụng công thức tính công trượt L (tính bằng [J]) như sau:

2 max

a e

e a

M M

M J

ư

Trong đó :

Memax : Mô men quay cực đại của động cơ, [Nm];

Ma : Mô men cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp, [Nm];

Ja : Mô men quán tính khối lượng của xe qui dẫn về trục ly hợp, [kgm2]

ωe : Tốc độ góc của trục khuỷu động cơ khi đóng ly hợp êm dịu, [rad/s]

Tốc độ góc ωe được xác định theo chủng loại động cơ :

- Đối với động cơ xăng : ωe = ωM /3 + 50π

- Đối với động cơ diêzel : ωe = 0,75ωNVới ωM, ωN là tốc độ góc trục khuỷu động cơ ứng với mô men cực đại, công suất cực đại Công trượt riêng trong trường hợp này cũng kiểm tra theo công thức (2-20) và kết quả tính công trượt, công trượt riêng của một số xe được cho trên bảng phụ lục B2-4

Đối với máy kéo, kiểm tra công trượt riêng cũng theo công thức (2-20), còn công trượt L [J] được tính theo công thức của Giáo sư Lơ-vốp :

n J J

L

11

112

2β

Đối với máy kéo, mô men quán tính khối lượng qui dẫn về trục khuỷu động cơ Je

được xác định gần đúng theo mô men quán tính của bánh đà Jbd như sau :

3 ( ) 1 (

4 ) 1 4 ) 2 ) 4

2

i

i i

b

ρπ

(2-28')

b(i) : Chiều dày của khối lượng thành phần thứ i (i=1ữ3), [m];

R1(i) : Bánkính trong của vành có khối lượng thành phần thứ i, [m];

R2(i) : Bánkính ngoài của vành có khối lượng thành phần thứ i, [m];

ρ : Khối lượng riêng của vật liệu làm bánh đà, đối với thép hoặc gang thì

i∑ : Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực;

δ : Hệ số tính đến các khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực; khi tính toán có thể lấy bằng δ = 1,05

Công trượt riêng của máy kéo khi tính kiểm tra với hệ số cản tổng cộng của đường

ψ = 0,16 ở số truyền thấp không vượt quá 300 [KJ/m2]