Đồ án môn học kết cấu tính toán ô tô phần ly hợp 1

Các thông số dùng trong thuyết minh STT Tên gọi của các thông số Ký 12 Số vòng quay ở công suất cực 14 Số vòng quay ở mômen xoắn 15 Tỷ số truyền hộp số ih 16 Tỷ số truyền truyền lực chín

LỜI NÓI ĐẦU

Trong chương trình đào tạo kỹ sư nghành Động cơvà Ôtô thì môn học Các hệ thống trên ôtô-máy kéo và Tính toán thiết kế Ôtô- máy kéo là không thể thiếu Đồ án môn học Kết cấu và tính toán ôtô là môn học rất quan trọng mà mọi sinh viên học nghành Động lực đều phải hoàn thành

Trong quá trình học tập ,tích lũy kiến thức,việc bắt tay vào tính toán thiết kế một bộ phận,một hệ thống trên xe ôtô là việc quan trọng hơn hết.Phần nào nó củng cố thêm kiến thức đã học ở trường thể hiện sự am hiểu về kiến thức cơ bản và một phần ïlà sự vận dụnglý thuyết vào thực tế tính toán sao cho hợp lý ,cũng có nghĩa là sinh viên được làm quen với công việc của một cán bộ kỹ thuật

Ly hợp là một bộ phận rất quan trọng trên xe ôtô, nó làm nhiệm vụ là truyền mômen quay của động cơ ,nối trục khuỷu của động cơ với hệ thống truyền lực,cắt chuyển động đến hệ thống truyền lực,do đó giúp cho xe chuyển động được thuận tiện và dễ dàng trong điều kiện đường xá thay đổi.Nên hệ thống ly hợp thiết kế phải đảm bảo làm việc tin cậy ,chắc chắn,êm dịu,truyền hết mômen quay của động cơ

Mặc dù đã cố gắng ,nhưng do kiến thức và thời gian có hạn, thiếu kinh nghiệm thực tế ,đồ án này chắc

chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót.Em mong các thầy góp ý, chỉ bảo thêm để kiến thức của em ngày càng được hoàn thiện hơn.Em xin cảm ơn các thầy

Đà nẵng , Ngày 25 tháng

11 năm 2001

Sinh viên thực

hiện:

1.CÁC THÔNG SỐ DÙNG TRONG THUYẾT MINH.

Để thuận tiện cho việc dùng các công thức trong thuyếtminh và tránh việc giải thích nhiều lần cùng một thôngsố, ta lập bảng thông số dùng trong thuyết minh:

Bảng 1.1 Các thông số dùng trong thuyết minh

STT Tên gọi của các thông số Ký

12 Số vòng quay ở công suất cực

14 Số vòng quay ở mômen xoắn

15 Tỷ số truyền hộp số ih

16 Tỷ số truyền truyền lực chính io

18 Bán kính quay vòng nhỏ nhất Rmin m

23 Đường kính ngoài của đĩa ma

24 Đường kính trong của đĩa ma sát d cm

25 Aïp suất trên bề mặt ma sát q KN/m2

28 Bán kính ngoài của đĩa ma sát R cm

29 Bán kính trong của đĩa ma sát r cm

34 Diện tích bề mặt tấm ma sát Fms m2

35 Lực ép cần thiết lên các đĩa

37 Tốc độ góc của trục động cơ m rad/s

38 Tốc độ góc của trục ly hợp a rad/s

39 Mômen quán tính của bánh đà

và của các chi tiết động cơ

quy dẫn về bánh đà

Jm Nm/s2

40 Mômen quán tính của ôtô và

rơmooc quy dẫn đến trục của ly

46 Công trượt riêng của ly hợp l  J/m2

48 Nhiệt độ tăng lên sau một lần

58 Lực tác dụng lên mỗi dãy đinh

59 Đường kính ngoài của đinh tán dđt mm

62 Biến dạng đàn hồi của đĩa bị

63 Đường kính ngoài của lò xo Dlx mm

66 Lực nén lớn nhất cho mỗi lò

68 Độ biến dạng của lò xo khi

chuyển từ vị trí chưa làm việc

đến vị trí làm việc

70 Tỉ số truyền dẫn động idđ

71 Tỉ số truyền bàn đạp ibđ

72 Tỉ số truyền nạng mở inm

73 Tỉ số truyền đòn mở iđm

74 Tổng khe hở của các bề mặt

76 Hiệu suất dẫn động ly hợp dd mm

79 Đường kính xi lanh làm việc d2 mm

80 Đường kính trong của bánh đà Dbđ mm

2.CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE CHO TRƯỚC.

STT Tên thông số kỹ thuật Ký

hiệu Giá trị Đơn vị

11 Tỷ số truyền của số I ih1 3,64

12 Tỷ số truyền của i0 3,5

3.1.2.Các yêu cầu đối với ly hợp

Từ hai nhiệm vụ trên có 5 yêu cầu lớn đối với ly hợp là: -Đảm bảo truyền được mômen quay lớn nhất của động cơmà không bị trượt ở bất cứ điều kiện sử dụng nào

-Đóng êm dịu để tăng từ từ momen quay lên trục của hệthống truyền lực, không gây ra va đập ở các bánh răng.Ngoài ra khi ly hợp đóng êm dịu thì ôtô khởi hành hoặc tăngtốc từ từ không giật,làm cho người lái và hành khách đỡmệt

-Mở dứt khoát và nhanh chóng nghĩa là cắt hoàn toàntruyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực trongthời gian rất ngắn

-Mômen quán tính của các chi tiết phần bị động của lyhợp phải nhỏ để giảm các lực va đập lên bánh răng khisang số ,dễ gài số và giảm mài mòn các bề mặt ma sátcủa đồng tốc

-Phải làm được nhiệm vụ của bộ phận an toàn để tránhtác dụng lên hệ thống truyền lực những mômen quá lớnkhi gặp quá tải.Vì vậy mômen ma sát phải không được lớnquá

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 +Kích thước nhỏ gọn

-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

Trong các loại ly hợp ma sát phổ biến nhất là loại lò xomột đĩa bị động vì có các ưu điểm :

+Kết cấu đơn giản

+Thoát nhiệt tốt

+Mở dứt khoát

+Mô men quán tính phần bị động nhỏ

Mặc dù có nhược điểm là đóng không êm dịu bằng ly hợphai đĩa.Do đó chỉ khi nào truyền mô men lớn ,để giảm kíchthước đường kính của ly hợp mới sử dụng ly hợp ma sátnhiều đĩa

So với ly hợp ma sát một đĩa ,ly hợp nhiều đĩa có ưu điểmlà :Đóng êm dịu hơn vì nhiều đĩa nên lúc đóng lại nó ép từtừ hơn.Nhưng so với ly hợp một đĩa nó có các nhượcđiểm:Mômen quán tính phầìn bị động tăng ,kết cấu phứctạp,thoát nhiệt kém (đặc biệt là đĩa ép trung gian) ,mởkhông dứt khoát ,tăng hành trình bàn đạp hay đòn điềukhiển ,tăng kích thước chiều trục của ly hợp

Đối với ly hợp hai đĩa: Để đảm bảo mở dứt khoát phải cóbiện pháp kết cấu sau:

 Dùng lò xo và chốt tỳ

 Dùng hai lò xo trụ hoặc la.ï

 Dùng đòn quay lò xo xoắn

Ly hợp điện từ: Thực chất là một nam châm điện

+Ưu điểm:

- Điều khiển nhẹ nhàng

- Dễø cơ khí hoá và tự động hoá trong quá trình điềukhiển

+ Nhược điểm:

+ Kết cấu phức tạp, giá thành tăng do sử dụng vậtliệu đắt tiền như kim loại màu và vật liệu điện từ.+ Hiệu suất giảm do tổn hao điện và từ

Ly hợp và biến mô thuỷ lực thì kích thước và trọng lượng lớn, giá thành cao, kết cấu phức tạp

3.1 3.Chọn ly hợp.

Qua phân tích trên , tham khảo các thông số của ô tôtham khảo tương đương đối chiếu với số liệu kỹ thuậtcủa ô tô thiết kế ta chọn ly hợp dùng cho ôtô thiết kế làloại ly hợp ma sát khô, một đĩa có lò xo trụ bố trí xungquanh

3.2 CHỌN SƠ ĐỒ DẪN ĐỘNG LY HỢP

Trên ô tô máy kéo hiện nay thường dùng hai loại dẫnđộng là : Dẫn động cơ khí và dẫn động thủy lực

Ngoài ra để đảm bảo sự điều khiển nhẹ nhàng , giảmcường độ lao động cho người lái và tăng tính tiện nghingười ta còn dùng trợ lực khí nén hoặc trợ lực chânkhông

+Dẫn động cơ khí có :

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

- Nhược điểm : hiệu suất thấp nhất là khi dẫnđộng dài do động cơ đặt xa người lái ( do có nhiềukhâu khớp).Độ cứng của dẫn động thấp hơn so vớidẫn động thủy lực do nhiều khe hở trong các khâukhớp Khó lắp đặt nhất là khi ca bin kiểu lật

+Dẫn động thủy lực có:

-Ưu điểm: Hiệu suất cao ,độ cứng vững cao Dễ lắpđặt (nhờ có thể sử dụng đường ống và các khớpnối mềm ) Có khả năng hạn chế tốc độ dịchchuyển của đĩa ép khi đóng ly hợp đột ngột, giảm tảitrọng động

-Nhược điểm: Kết cấu phức tạp ,đoöi hỏi độ kínkhít cao,lực dẫn động lớn hiệu suất giảm nhiều ở nhiệtđộ thấp ,sự dao động của chất lỏng làm việc có thểlàm cho các đường ống bị rung động , giá thành cao Làmviệc kém tin cậy khi có rò rỉ ,bảo dưỡng sửa chữa phứctạp

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

4 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA LY HỢP.

4.1 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH NGOÀI CỦA ĐĨA BỊ ĐỘNG Đường kính ngoài của đĩa bị động D là thông số cơ bảncủa ly hợp, hầìu như các thông số còn lại của ly hợp đềuđược xác định theo đường kính ngoài D

Cách xác định D nói chung được xác định theo 3 điều kiệnsau:

-Đảm bảo cho ly hợp truyền hết momen quay củađộng cơ

-Đảm bảo tuổi thọ cần thiết của ly hợp

-Phải lắp ghép được với bánh đà

a Theo điều kiện 1:

Để đảm bảo cho ly hợp truyền hết momen quay của động

cơ thì ly hợp phải sinh ra được một momen ma sát luôn luônlớn hơn hoặc bằng momen quay cực đại của động cơ trongquá trình sử dụng, tức là hệ số dự trữ phải luôn luônlớn hơn hoặc bằng 1

Để đảm bảo điều kiện này, momen ma sát Ml của ly hợptheo tài liệu [2] được xác định theo công thức:

Ml = .Me max [Nm] (4.1)

Hệ số dự trữ  tính đến các yếu tố làm giảm lực éphoặc làm giảm momen ma sát trong quá trình sử dụng như:

-Mòn vòng ma sát làm giảm lực ép 15% ÷20%

-Giảm độ đàn hồi của lò xo ép làm giảm 8% ÷ 20%

-Bẩn, rơi dầu mở vào bề mặt ma sát

Như vậy tổng lực ép do các yếu tố trên sẽ bị giảmkhoảng 23% ÷30%

Hệ số  phải chọn không được nhỏ quá tuy vậy cũngkhông được lớn quá Nếu  lớn thì phải tăng lực ép do đócần tăng lực điều khiển ly hợp nên gây mệt mỏi chongười lái Cùng với đó thì kìch thước của ly hợp tăng vàmất vai trò của cơ cấu an toàn

Theo kinh nghiệm, đối với xe khách:

2

M ms    

Toàn bộ ly hợp sẽ sinh ra một mômen ma sát Ml :

ms ms

0

 3

3)

1.(

2

.3

ms r

l Z k q

M R







 [m] (4.2)Theo kinh nghiệm kr = 0,53  0,75 vì động cơ có tốc độtrung bình nên chọn

Kr = 0,6

b Theo điều kiện 2:

Đảm bảo tuổi thọ cần thiết

Một trong các chỉ tiêu để đánh giá tuổi thọ của đĩa bịđộng là áp suất tác dụng lên vòng ma sát q.Aïp suất trênbề mặt đĩa bị động q phải thỏa mãn điều kiện q [q].[KN/

m2] Ta thay [q] vào công thức (4.2) ta sẽ xác định được Dtheo điều kiện (1) và điều kiện (2):

Theo tài liệu [1] ta có:

[q]=100250 [kN/m2]

Chọn [q]=180 [kN/m2]

c Theo điều kiện 3:

Phải lắp ghép được với bánh đà

Đường kính ngoài của vòng ma sát bị giới hạn bởi đườngkính trong của bánh đà động cơ Đường kính trong của bánhđà là:

2

.3

2

2

ms r

l Z k q

M R

So sánh với điều kiện (3) ta chọn đường kính ngoài củađĩa bị động ly hợp là:

4.3.CHIỀU DÀY TẤM MA SÁT.

Theo tài liệu [2] đối với xe tải và khách chiều dày tấm

ma sát ms có giá trị

4.5 BÁN KÍNH TRUNG BÌNH CỦA VÒNG MA SÁT

Theo tài liệu [1] bán kính trung bình Rtb của vòng ma sátđược xác định theo công thức sau:

. 23 32

3

2

r R

r R

R tb





 Thế số vào ta có:

23 23

093 , 0 155 , 0

093 , 0 155 , 0 3

4.6.DIỆN TÍCH BỀ MẶT TẤM MA SÁT

Diện tích bề mặt tấm ma sát Fms , theo tài liệu [2]được tính theo công thức:

F ms   (R2  r2 ) [m2]

Fms= 3,14.(0,1552-0,0932)

Fms= 0,0483 [m2]

4.7 TÍNH LỰC ÉP CẦN THIẾT

Để xác định lực ép cần thiết lên các đĩa ma sát đểtruyền được mômen ma sát Ml theo tài liệu [2],lực ép Pđược tính theo công thức:

ms tb

eMax ms

tb

l

Z R

M Z

R

M P

.

.

303 2





Ô tô chuyển động với tốc độ ổn định

Để đánh giá tuổi thọ của ly hợp các nghiên cứu thấyrằng phải dùng thêm công trượt của ly hợp để làm chỉ tiêuđánh giá Công trượt lớn nhất của ly hợp là khi ô tô khởihành tại chỗ

Công trượt phụ thuộc vào cường độ đóng ly hợp tứclà phụ thuộc vào thao tác của ngườilái do vậy khi xác địnhcông trượt của ly hợp L , để bỏ qua ảnh hưởng của ngườilái ta giả thiết ly hợp đóng đột ngột hoặc với một cườngđộ xác định

b) Đồ thị tốc độ góc

Theo tài liệu[2] Mômen quán tính Ja được tính theo côngthức:

0 p 1

2 bx m

a

a ( i i i )

r ).

i0 = 3,5 : Tỷ số truyền của truyền lực chính

rbx= 0,365 [m] : Bán kính làm việc bánh xe

365 , 0 81

, 9

0 27000

bx m

a

r V

F k G

).

Ta có:  f  i (5.3)

Vì khi tính công trượt của ly hợp ta tính trong trường hợp

xe khởi động tại chỗ, nên ta có: f = f0 = 0,02

Khảo sát ôtô trên đường bằng nên i= 0

Thay các số liệu trên vào công thức (5.2) ta có:

82 , 0 5 , 3 1 64 , 3

365 , 0 02 , 0 27000

-Giai đoạn đầu ứng với thời gian t1: Tăng mômen quay của lyhợp Ml từ giá trị 0 đến Ma khi bắt đầu đóng ly hợp, lúc đóôtô bắt đầu khởi hành tại chỗ

-Giai đoạn 2 ứng với thời gian t2 : Là giai đoạn tăng mômenquay của ly hợp Ml đến giá trị mà sự trượt của ly hợpkhông còn nữa

Công trượt ở giai đoạn đầu L1, theo[1] được tính theocông thức sau:

L M m a t

2 1

2

1

t M

J

L  a m  a  a m  a [J] (5.5)

Công trượt toàn bộ của ly hợp sẽ là :

2 2

1 2

2

1 ) 3

2 2 ).(

M L

.

M ( t t

a max e

max e 2

a a e 2

M M

.

J.

2 ).

( t

86 , 240 1,98 2

51 , 18 (

75 , 3

2

1 ) 75 , 3 3

2 2

244 , 0 (

86 , 240 51 ,

86 , 240 1,98 2

51 , 18 (

82 , 1

2

1 ) 82 , 1 3

2 2

057 , 0 (

86 , 240 51 ,

7

,

5.2.TÍNH CÔNG TRƯỢT RIÊNG CỦA LY HỢP

Theo nghiên cứu cho thấy cùng một công trượt L của

ly hợp ,ly hợp nào lớn hơn thì mòn nhanh hơn Do đó phảitính công trượt trên một diện tích bề mặt ma sát gọi làcông trượt riêng

Theo tài liệu [2] công trượt riêng được tính theo côngthức:

ms

ms Z F

L l

Fms:Diện tích bề mặt ma sát[m2]

Theo mục (4.6) ta có :Fms= 0,0483 [m2]

Zms=2

Vậy: l 0,048369810,.72075979,0483.,12

43 , 722601





l 786449,68 (J/m2)

5.3.KIỂM TRA CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA LY HỢP

Ngoài việc kiểm tra công trượt riêng l còn cần phải kiểmtra nhiệt độ của các chi tiết trong quá trình trượt của lyhợp ,bởi vì sự hao mòn các tấm ma sát của ôtô và máykéo chịu ảnh hưởng lớn bởi sự nung nóng của các chi tiếtấy Vì các tấm ma sát có độ dẫn nhiệt kém cho nên cóthể coi tất cả nhiệt phát ra khi ly hợp bị trượt sẽ truyềntất cả cho các chi tiết tiếp xúc trực tiếp với tấm ma sátnhư: đĩa ép, báng đà động cơ Thời gian trượt thườngkhông lớn nên sự thoát nhiệt ra môi trường bên ngoài trongthời gian đó cũng không đáng kể Bởi thế các chi tiết tiếpthu nhiệt trong thời gian ly hợp bị trượt phải có khốilượng lớn đảm bảo thu nhận được lượng nhiệt phát rakhi ly hợp bị trượt mà nhiệt độ của các chi tiết đó sẽkhông tăng lên nhiều do đó không làm ảnh hưởng đến sựlàm việc của các tấm ma sát ( cụ thể là không làm ảnhhưởng đến hệ số ma sát và không gây ra sự cháy cáctấm ma sát)

Công trượt lớn nhất sinh ra lúc ôtô khởi hành tại chỗ chonên tính toán ly hợp theo nhiệt độ cần phải tính lúc khởihành tại chỗ

Nhiệt độ tăng lên của chi tiết tiếp xúc trực tiếp với tấm

ma sát trong thời gian ly hợp bị trượt, theo[2] được xácđịnh theo công thức:

c

m C

L t

Các chi tiết bị nung nóng là đĩa ép và bánh đà Để tínhtoán nhiệt độ tăng lên của các chi tiết ta tính khối lượngcủa chúng Vì khối lượng của bánh đà lớn hơn nhiều so vớiđĩa ép nên khi tính kiểm tra ta chỉ cần tính đối với đĩa ép: Với Rdms = 0,155 [m] , chọn Rđ = 0,165 [m]

r = 0,093 [m] chọn rđ= 0,091 [m]

Chọn chiều dày đĩa ép là: đ= 20[mm].

Thể tích của đĩa ép được tính theo công thức:

.( 2 2 )

đ đ

1 , 75979 5 , 0

Vậy ly hợp làm việc an toàn

6.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT VÀ CÁC CỤM CHÍNH.

Kết cấu của xương đĩa:Xương đĩa thường được xẻ rãnhhướng kính hoặc rãnh chữ T để tránh cong vênh khi bị đốtnóng, để tăng độ đàn hồi của đĩa (theo chiều trục) khiđóng, thường dùng các biện pháp sau:

-Uốn các cánh đĩa xen kẽ về các phía khác nhau sau đótiến hành nhiệt luyện để định hình.Phương pháp này cónhược điểm là: rất khó tạo được độ cứng đồng đềugiữa các cánh.Do đó áp suất phân bố không đều dẫn đếnhiện tượng mòn không đều các tấm ma sát

-Đặt một phần tư phụ dạng lò xo lá giữa xương đĩa vàvòng ma sát.Phương pháp này có nhược điểm là tăngmomen quán tính đĩa bị động nhưng lại tăng độ bền cơhọc của đĩa

-Không dùng thêm phần tử đàn hồi phụ mà dùng xươngđĩa dạng ghép, phần vành trong phẳng, phần vành ngoàidạng các cung mỏng lượn sóng rồi nối với phần trongbằng đinh tán

Nếu so sánh với loại đĩa không đàn hồi ta thấy đĩa đànhồi có ưu điểm la: đóng êm dịu Nhược điểm là : tăngmomen quán tính đĩa bị động, độ bền cơ học giảm, tănghành trình mở ly hợp (vì sự bung ra của đĩa)

Qua phân tích trên ta chọn xương đĩa bị động là loại đànhồi,chế tạo bằng thép cácbon cao C85 có chiều dày

Vòng ma sát thường được chế tạo bằng các vật liệu

ma sát dạng bột như: pherado, Faibét, átbét trộn cácchất phụ gia như kẽm (Zn) nhằm tăng độ ổn định của hệsố ma sát.Đồng(Cu) nhằm tăng độ dẫn nhiệt, làm đồìngđều nhiệt độ trên bề mặt và phầìn trong của vòngmasát.Chì(Pb) có tác dụng làm giảm xước các bề mặt đĩachủ động, mặc dù giảm khả năng chịu nhiệt Chất kếtdính:là nhựa tổng hợp hoặc cao su chịu nhiệt Tất cảcác chất trên được trộn với nhau theo tỷ lệ thích hợp sauđó ép định hình

Hiện nay trên một số ôtô sử dụng vật liệu mới là kimloại gốm Có ưu điểm là độ bền cơ học cao, hệ số masát cao Nhược điểm là giá thành tăng, momen quán tínhtăng làm tăng độ mòn các bề mặt tiếp xúc với nó.Nhạycảm với va đập(khả năng chịu va đập kém) Chỉ sử dụngkhi thật cần thiết

Qua phân tích ta chọn vòng ma sát làm bằng bột phêrađôtrộn kẽm (Zn), đồng (Cu), chì(Pb) sau đó trộn với chất kếtdính là nhựa tổng hớp đó ép định hình Chiều dày củatấm ma sát ms  5[mm]

6.1.3.Moay-ơ.