TỔNG QUAN VỀ LY HỢP
Công dụng
Ly hợp ô tô là khớp nối giữa trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực vì vậy nó có các chức năng chính là:
- Nối động cơ với hệ thống truyền lực khi ô tô di chuyển.
-Ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong trường hợp chuyển số
Ly hợp không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc truyền lực mà còn là một cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực khi gặp tình trạng quá tải Nếu khớp nối ly hợp không thể ngắt truyền động từ trục khuỷu động cơ đến hệ thống truyền lực khi gài số, điều này sẽ gây khó khăn trong việc gài số và có thể dẫn đến hư hại nghiêm trọng như dập răng hoặc gãy vỡ hộp số.
Phân loại
1.2.1 Theo phương pháp truyền momen
Theo phương pháp truyền mô men từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thống truyền lực người ta chia ly hợp thành các loại sau:
- Ly hợp ma sát: mô men truyền động nhờ các bề mặt ma sát.
- Ly hợp thuỷ lực: mô men truyền động nhờ năng lượng của chất lỏng.
- Ly hợp điện từ: mô men truyền động nhờ tác dụng của trường nam châm điện.
- Ly hợp liên hợp: mô men truyền động bằng cách kết hợp hai trong các loại kể trên.
1.2.2 Theo trạng thái làm việc của ly hợp
Theo trạng thái làm việc của ly hợp người ta chia ly hợp thành các loại sau:
1.2.3 Theo phương sinh lực ép trên đĩa ép
Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép người ta chia ra thành các loại ly hợp sau:
- Loại lò xo (lò xo đặt xung quanh, lò xo trung tâm, lò xo đĩa).
- Loại nửa ly tâm: lực ép sinh ra ngoài lực ép của lò xo còn có lực ly tâm của trọng khối phụ ép thêm vào.
- Loại ly tâm: ly hợp ly tâm sử dụng lực ly tâm để tạo lực ép đóng và mở ly hợp.
1.2.4 Theo phương pháp dẫn động
Theo phương pháp dẫn động ly hợp người ta chia ly hợp thành các loại sau:
- Ly hợp dẫn động cơ khí.
- Ly hợp dẫn động thuỷ lực.
- Ly hợp dẫn động có cường hoá:
+ Ly hợp dẫn động cơ khí cường hoá khí nén.
+ Ly hợp dẫn động thuỷ lực cường hoá khí nén.
Yêu cầu của ly hợp
- Ly hợp phải có khả năng truyền hết mômen của động cơ mà không bị trượt ở bất kỳ điều kiện sử dụng nào.
Khi đóng ly hợp, cần thực hiện một cách êm dịu để giảm thiểu tải trọng va đập xảy ra trong các răng của hộp số Điều này rất quan trọng không chỉ khi khởi động ô tô mà còn khi chuyển số trong quá trình di chuyển.
- Khi mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng, tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian ngắn.
- Mômen quán tính phần bị động của ly hợp phải nhỏ để giảm lực va đập lên bánh răng khi khởi hành và sang số.
- Điều khiển dễ dàng, lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ;
- Các bề mặt ma sát phải thoát nhiệt tốt.
- Kết cấu ly hợp phải đơn giản, dễ điều chỉnh chăm sóc.
Đặc điểm cấu tạo của bộ ly hợp
Hình 2.1 - Sơ đồ cấu tạo ly hợp 1 đĩa ma sát
Bánh đà, đĩa ma sát, và thân ly hợp là những bộ phận quan trọng trong hệ thống ly hợp Đĩa ép và đòn mở ly hợp giúp điều chỉnh lực ép, trong khi lò xo hồi vị và bạc mở ly hợp đảm bảo sự hoạt động trơn tru Bàn đạp và lò xo hồi vị hỗ trợ người lái trong việc điều khiển ly hợp Thanh kéo và cơ cấu điều chỉnh hành trình tự do của ly hợp đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất Cuối cùng, lò xo ép và bộ phận giảm chấn đĩa ma sát giúp giảm thiểu độ rung và tăng cường độ bền cho hệ thống.
I.Trục khuỷu; II.Trục ly hợp
Nguyên lý làm việc của ly hợp
Khi đạp pedal ly hợp, sức đẩy cơ khí từ bộ phận ly hợp và các bộ phận đòn bẩy sẽ đẩy càng ly hợp, khiến càng di chuyển bạc đạn chà đến giữa các mâm ép Điều này làm cho bề mặt mâm ép bị đẩy ra khỏi đĩa ly hợp, tách rời đĩa ma sát khỏi bánh đà Kết quả là, trục khuỷu động cơ quay mà không làm quay đĩa ly hợp ở đầu vào trục hộp số.
Khi nhả pedal ly hợp, lò xo trong mâm ép tạo áp lực, khóa chặt bánh đà, đĩa ma sát và mâm ép Điều này cho phép động cơ quay trục sơ cấp hộp số, truyền động qua bánh răng, cardan, cầu xe và các bánh xe.
Khi ly hợp ở vị trí đóng, vỏ ly hợp được kết nối chặt chẽ với bánh đà nhờ các bulông, cùng quay với bánh đà Đĩa ép nén đĩa ma sát và bánh đà, trong khi moay ở đĩa ma sát lắp trượt trên trục sơ cấp hộp số và các rãnh then hoa, khiến đĩa ma sát quay trục sơ cấp hộp số Tại vị trí này, ly hợp luôn luôn ở trạng thái đóng.
Khi ly hợp mở, lực từ việc đạp pedal được truyền qua các cơ cấu cần đẩy đến càng mở ly hợp, tác động lên bạc đạn chà Bạc đạn này tiếp xúc với đầu cần mở, khiến cần mở kéo đĩa ép ra xa, tách đĩa ma sát khỏi bánh đà và đĩa ép, dẫn đến việc mômen động cơ không được truyền qua hộp số.
TÍNH TOÁN LY HỢP
Thông số ban đầu
STT Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Công suất cực đại N emax 120 Kw
2 Số vòng quay ứng với công suất cực đại n N 2900 vòng/phút
3 Momen xoắn cực đại M emax 294 N.m
4 Số vòng quay ứng với momen xoắn cực đại n M 2000 vòng/phút
5 Trọng lượng toàn tải m 8800 Kg
7 Chiều dài cơ sở L 3375 mm
8 Khả năng leo dốc cực đại α max 18°
9 Dung tí công tác V h 2,5 lít
Momen ma sát của ly hợp cần truyền
M l – Momen ma sát cực đại của ly hợp
M dc – Momen cực đại của động cơ β – Hệ số dự trữ của ly hợp (Bảng 2.1)
Chọn đường kính ngoài, trong và bề dày của tấm ma sát
* Đường kính ngoài của tấm ma sát được chọn dựa theo đường kính của bánh đà và công thức thực nghiệm sau:
Trong đó: A – Hệ số kinh nghiệm, chọn tùy vào loại xe ôtô.
Tra bảng 2.2 giáo trình BTL TT ÔTÔ với loại xe ôtô tải chọn: A=0,36 Tra bảng 2.3 giáo trình BTL TT ÔTÔ chọn:
D(0 mm→ R 2 0 mm=0,14 m d0 mm→ R 1 mm =0,09 m Đĩa ma sát của bộ ly hợp
Lực ép cần thiết lên các đĩa ma sát để truyền momen
R tb – Bán kính ma sát trung bình.
3 0,12 3 −0,08 3 0,12 2 −0,08 2 =0,1 m z ms – Số đôi bề mặt ma sát.
* Chọn z ms =2 (1 đĩa thụ động) μ – Hệ số ma sát.
Tra bảng 2.4 giáo trình BTL TT ÔTÔ với nguyên liệu của các bề mặt ma sát là Thép và phêrađô chọn: μ=0,3
Kiểm nghiệm áp suất (q) tác dụng lên bề mặt ma sát với số đôi bề mặt ma sát z ms =2 : q= P
2 ¿>q 6700,85 π (0,14 2 −0,09 2 ) = 185,47 KN /m 2 < [ q ] Kết luận: Đĩa ma sát đủ bền
Trong đó: q – Áp suất tác dụng lên bề mặt ma sát.
P – Lực ép cần thiết tác dụng lên bề mặt ma sát.
Hành trình của đĩa ép
-Để đảm bảo ly hợp mở hoàn toàn thì khe hở của đĩa ép thường nằm trong khoảng (0,5-1mm), do đó tổng hành trình của đĩa ép là:
- Đối với ly hợp 1 đĩa thì Ʃ∆ 0 =(2mm – 4mm) vậy chọn Ʃ∆ 0 = 2 mm.
Kiểm tra ly hợp theo công trượt
- Bán kính thiết kế của bánh xe (r 0 ): r 0 = ( H + d 2 ) 25,4 = ( 7+ 16 2 ) 25,4 81 mm
H – Chiều cao của phần đầu lốp xe (mm). d – Đường kính vành bánh xe (inch).
- Bán kính làm việc của bánh xe (r bx ): r bx =λ r 0 =0,93.38154,33 mm=0,354 m
Trong đó: λ – Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp.
* Với lốp áp suất thấp: λ=0,93 ÷ 0,985=¿ chọn λ=0,93
- Tỷ số truyền của truyền lực chính (i 0 ): i 0 =θ r bx
Trong đó: θ – Hệ số vòng quay của động cơ.
* Đối với xe tải: θ @ ÷ 50=¿ chọnθP
- Tỷ số truyền ở tay số 1 (i h1 ): i h1 = G ❑ max r bx
Trong đó: g – Gia tốc trọng trường, g= 10 m/ s 2 ψ max – Hệ số cản tổng cộng lớn nhất. ψ max =f +i =0,015+0,285=0,3
Trong đó: f – Hệ số cản lăn: f =0,015 i – Hệ số cản dốc: i=tan16 °=0,285 η tl – Hiệu suất của hệ thống truyền lực.
Tra bảng 3.1 giáo trình BTL TT ÔTÔ đối với ôtô tải: η tl =0,89
- Momen quán tính của ôtô và rơmóc quy dân về trục của ly hợp (J a ):
G m – Trọng lượng móoc (N) i p – Tỷ số truyền hộp số phụ ( i p =1 nếu xe không có hộp số phụ).
- M a – Momen cản chuyển động quy dẫn về trụ ly hợp ( N.m)
- Thời gian trượt ly hợp t 1 , t 2 : t 1 = M a k = 14,69
Với ô tô du lịch chọn: k %0 Nm/s ψ – Hệ số cản tổng cộng của đường khi khởi động tại chỗ, ψ=0,015
- Giá trị A được tính bởi công thức sau:
Trong đó: ω m – Tốc độc góc của trục động cơ trước khi đóng ly hợp, 1/s. ω m = π 2000
30 9,44 (rad/s) ω a – Tốc độ góc của đĩa bị động ly hợp, 1/s, ( khi khởi động tại chổ, ω a =0).
- Công động cơ ở giai đoạn đầu:
- Công động cơ ở giai đoạn 2:
- Công trượt toàn bộ của ly hợp:
Công trượt không thể đánh giá chính xác điều kiện làm việc của ly hợp Để xác định mức độ nặng nhọc trong hoạt động của ly hợp, cần phải tính toán công trượt riêng.
- Công trượt riêng của ly hợp: l= L
→l= 21722,79 π ( 0,14 2 −0,09 2 ) 2 #3 KJ /m 2 < [ l ] (Thỏa điều kiện) Trong đó: l – Công trượt riêng (KJ/m 2 ).
L – Công trượt toàn bộ của ly hợp (J).
F – Diện tích bề mặt ma sát (m 2 ). p – Số đôi bề mặt ma sát.
[l] – Công trượt riêng cho phép.
Kiểm tra độ tăng nhiệt độ của ly hợp
Khi ly hợp được đóng, công trượt chuyển hóa thành nhiệt năng, dẫn đến việc các chi tiết của ly hợp bị đốt nóng Do đó, bên cạnh việc kiểm tra công trượt, cần thiết phải theo dõi nhiệt độ của các chi tiết bị ảnh hưởng trong quá trình trượt.
- Khi khỏi hành xe tại chỗ, công trượt sinh ra sẽ lớn nhất Bởi vậy, tính toán nhiệt độ của ly hợp cần phải kiểm tra lúc khởi hành.
- Nhiệt độ tăng lên của chi tiết tiếp xúc trực tiếp với tấm ma sát trong thời gian ly hợp bị trượt được xác định bởi công thức:
T – Nhiệt độ tăng lên của chi tiết (°C).
Công trượt toàn bộ được sinh ra khi đóng ly hợp (J) là một yếu tố quan trọng trong quá trình nung nóng chi tiết Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng, ký hiệu là cP0 (J/Kg.độ), ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ nhiệt Hệ số xác định phần công trượt cần thiết để nung nóng chi tiết cũng cần được tính toán chính xác để đảm bảo hiệu quả trong quá trình này.
* Đối với ly hợp 1 đĩa: v=0,5 g n – Khối lượng của chi tiết bi nung nóng (Kg). g n =V h.γ = π
D 1 , D 2 – Đường kính trong, đường kính ngoài của đĩa ma sát.
D bd – Đường kính bánh đà, chọn D bd @0 mm h 1 – Độ dày đĩa ép. h 1 =(0,045÷ 0,06 ) D 2 =(0,045÷ 0,06) 280=(12,6 ÷ 16,8 ) mm
⇒ Chọn h 1 mm h 2 – Độ dày bánh đà, chọn h 2 0 mm γ – Khối lượng riêng của vật liệu.
⇒ γu80 Kg/m 3 (khối lượng riêng của gang để chế tạo đĩa ép).
Giá trị tăng lên mỗi lần đóng ly gợp không được quá 15°C.
Tính toán các chi tiết chính của ly hợp
2.8.1 Lò xo ép của ly hợp
Trong các loại ly hợp ô tô, lò xo ép đóng vai trò quan trọng với nhiều kiểu khác nhau như lò xo côn và lò xo màng Lò xo trụ, thường được chế tạo từ thép mangan và thép silic, được sử dụng rộng rãi và có thể lắp đặt ở vị trí trung tâm hoặc xung quanh Những lò xo này được tôi trong dầu và ram sau khi tôi, đạt độ rắn bề mặt từ HCR 8 đến 45, đảm bảo hiệu suất và độ bền cao cho hệ thống ly hợp.
Bài toán tính lò xo ép ly hợp liên quan đến việc chọn kích thước phù hợp để đảm bảo lực ép ban đầu đáp ứng yêu cầu về đặc tính đàn hồi và độ bền Các lò xo trong ly hợp thường được đặt ở trạng thái ép ban đầu, và lực ép tổng hợp của các lò xo khi tác động lên đĩa ép phải bằng lực P cần thiết để truyền momen quay hiệu quả.
- Lực ép cần thiết để truyền momen quay (khi ly hợp đóng):
M ms – Momen ma sát của ly hợp. μ – Hệ số ma sát.
R tb – Bán kính trung bình của vành ma sát. z ms – số đôi bề mặt ma sát.
- Lực tác dụng lên 1 lò xo (khi đóng ly hợp):
- Lực ép lò xo khi mở ly hợp:
- Lực tác dụng lên 1 lò xo (khi mở ly hợp):
+ Xe tải trọng nặng, chọn [ P ' 0 ] 00 N + Tra bảng 1.1 giáo trình BTL TT ÔTÔ chọn n 0 =6
Với: n 0 – Số lượng lò xo ép.
- Kiểm tra ứng suất xoắn, biến dạng nén và độ cứng lò xo:
+ Tra bảng 2.6 giáo trình BTL TT ÔTÔ chọn kiểu lò xo là lò xo trụ, tiết diện tròn
+ Tra bảng 2.7 giáo trình BTL TT ÔTÔ chọn D/d=5 ⇒ k=1,3 Chọn vật liệu chế tạo lò xo là thép cacbon cao (55 – 65):
- Đường kính dây lò xo: d ≥ √ 8 k P π [ τ ' 0 ] D d = √ 8 1,3.965,71 3,14.800 5= 4,47 mm ⇒ Chọnd=5 mm
C – Độ cứng lò xo (N/mm). Ʃ∆ 0 – Hành trình đĩa ép (mm).
P 0 – Lực tác dụng lên 1 lò xo (khi đóng ly hợp) (N).
- Ứng suất xoắn của lò xo: τ = 8 P ' 0 D π d 3 k≤ [ τ ] 0 N /mm 2
- Số vòng làm việc của lò xo: i= G d 4
G – Modun đàn hồi của vật liệu lò xo, G=8.10 4 N /mm 2
- Tổng số vòng làm việc của lò xo: i Σ =i+(1,5 ÷ 2)=5+(1,5 ÷ 2)=(6,5 ÷ 7) vòng
- Độ biến dạng nén của lò xo: Δl= 8 P ' 0 D 3 i
- Chiều dài của lò xo khi các vòng sít nhau: l t = ( i Σ −0,5 ) d=(7−0,5 ) 52.5 mm
- Độ mềm của lò xo: λ 1 = 8.C 3
- Chuyển vị cho phép của lò xo: λ=λ 1 i P' 0 =0,0025.5 965,71,07 mm
- Khe hở giữa các vòng lò xo khi chịu tải lớn nhất: δ=1 mm
- Chiều dài lò xo khi chưa chịu tải: l 0 =l t + (t−d ).i2.5+( 8,4−5 ).5I,5 mm≈ 50 mm
* Đĩa bị động gồm 2 phần chính: xương đĩa nị động và phần moayơ.
Xương đĩa bị động được chế tạo từ thép lò xo 65Mn, 70Mn, 85Mn đã qua quá trình tôi và ram, hoặc từ thép cacbon thấp 20, 30 thấm nitơ và tôi Để giảm độ cong vênh khi nung nóng và tăng độ êm dịu khi đóng ly hợp, xương đĩa được thiết kế với 4-12 rãnh hướng tâm và các cánh kiểu gợn sóng Ngoài ra, xương đĩa hình côn cũng có thể được sử dụng để tăng khả năng đóng ly hợp êm dịu Kích thước của đĩa bị động được xác định dựa trên đường kính vành ma sát, với chiều dày thường nằm trong khoảng nhất định.
S 2 =(1,3 ÷ 2,5) mm Tính toán đĩa bị động ly hợp bao gồm tính ứng suất chèn dập và ứng suất cắt.
Moayơ đĩa bị động có then hoa ăn khớp với trúc sơ cấp của hộp số, được chế tạo từ các loại thép như 40, 45, và 40Cr Sau khi gia công cơ, moayơ được tôi và ram để đạt độ cứng bề mặt then hoa từ HRC 8 đến 45 Độ bền của then hoa moayơ được tính toán dựa trên ứng suất chèn dập và ứng suất cắt.
- Đường kính trục sơ cấp hộp số: d = (9 ÷ 10 ¿ √ 3 M emax = (9 ÷ 10 ¿ √ 3 294 = (59 ÷ 66 ¿ mm
- Tra bảng kích thước then hoa TCVN 4365:1986 chọn then hoa:
+ d Rmm – Đường kính trong của then hoa.
+ D` mm – Đường kính ngoài của then hoa.
+ l=1,4 D=1,4.60 mm – Chiều dài then hoa.
- Kiểm nghiệm ứng suất chèn dập: σ chd = 8 M d max
⇒ Thỏa điều kiện chèn dập
- Kiểm nghiệm ứng suất cắt: τ c = 4 M d max
D,d – Đường kính ngoài và trong then hoa. z,b,l – Số răng then hoa, bề rộng then hoa và chiều dài then hoa.
- Đĩa ép phải quay cùng bánh đà, khi đong mở ly hợp phải có khả năng dịch chuyển dọc trục của ly hợp.
- Đĩa ép phải có khả năng thoát nhiệt tốt từ các bề mặt ma sát, bằng cách hút nhiệt vào bản thân chúng rồi truyền ra không khí.
Các đĩa ép cần có độ cứng cao để đảm bảo quá trình ép diễn ra đồng đều trên các vòng ma sát Để cải thiện khả năng thoát nhiệt, một số đĩa được thiết kế với các gân giống như cánh quạt, giúp tạo ra luồng gió hiệu quả.
Để nâng cao độ cứng vững của đĩa ép ly hợp, người ta thường sử dụng gang hợp kim trong quá trình chế tạo Bên cạnh đó, để cường hóa các khu vực đúc cục bộ, cốt bằng đồng với đường kính từ 5 đến 7 mm được đặt vào các vị trí cần thiết.
Khi chọn đường kính đĩa ép, cần căn cứ vào đường kính vành ma sát cùng kích thước bánh đà, đồng thời kiểm tra kích thước theo vận tốc vòng giới hạn Chiều dày của đĩa ép có thể được xác định dựa trên công thức thực nghiệm.
⇒Chọn S 1 mm Với: D – Đường kính ngoài vành ma sát.
- Các chi tiết dẫn hướng, nối ghép bánh đà với đĩa ép tính theo ứng suất chèn dập: σ chd = γ M d max
Với: γ – Hệ số phân chia momen xoắn đến đĩa ép chủ động.
M d max – Momen xoắn cực đại. n – Số vòng quay tiếp xúc, thường bằng 3 hoặc 4.
R – Khoảng cách từ tâm đến vòng tiếp xúc (m).
2 =0,12 m f – Diện tích tiếp xúc (m 2 ). f = π ( R 2 2 − R 1 2 ) =π ( 0,14 2 −0,09 2 ) =0,036 m 2 Ứng suất cho phép: [ σ chd ] =(10 ÷ 15 ) MN /m 2
Giảm chấn trong ly hợp đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hệ thống truyền lực của ôtô khỏi các giao động xoắn cộng hưởng Hiện nay, các giảm chấn ly hợp được thiết kế theo nguyên tắc chung, trong đó đĩa thụ động được kết nối với moayơ thông qua chi tiết đàn hồi.
- Thông thường có 2 loại giảm chấn:
Giảm chấn cao su có cấu trúc đơn giản nhưng kích thước lớn, dẫn đến việc tăng momen quán tính quay của đĩa bị động Khi ly hợp hoạt động, nhiệt độ tăng cao có thể ảnh hưởng đến độ bền và các tính chất vật lý của cao su.
* Giảm chấn lò xo: được sủ dụng phổ biến hiện nay Số lượng lò xo trụ thường là 6 ÷ 12 chiếc, được chế tạo bằng thép mangan.
- Momen cực đại M max giới hạn độ cứng tối thiểu của lò xo thường lấy bằng momen xác định theo điều kiện bám với hệ số φ =0,8 :
G 2 – Trọng lượng tác dụng lên các bánh chủ động (N).
G 2 =0,5 G 0 =0,5.8800.10D000 N r bx – Bán kính bánh xe (m). i 0 – Tỉ số truyền lực chính. i h1 – Tỉ số truyền hợp số ở tay số 1.
Trong ô tô, ly hợp và hộp số được thiết kế liền nhau để cần gạt số dễ dàng tiếp cận từ buồng lái Do đó, trên trục ly hợp có bánh răng chủ động luôn khớp với hộp số, thường được kết nối qua khớp nối.
- Trục ly hợp của ôtô thường được chế tạo bằng các loại thép như: 40Cr, 18CrMnTi, 12CrNi3A, 30CrMnTi,….
- Đường kính sơ bộ trục sơ cấp hợp số: d sb =(9 ÷10 ) √ 3 M emax = (9÷ 10) √ 3 294= (59,84÷ 66,49)mm
- Chọn bánh răng sơ cấp hợp số:
+ Modun pháp: m n =3 (bảng 3.5 giáo trình BTL TT ÔTÔ).
+ Góc nghiêng răng của cặp bánh răng ăn khớp: β0 ° + Số răng của bánh răng: Z
- Đường kính vòng chia: d= m n Z cos β = 3.17 cos30° X,89 mm ≈ 59 mm=0,059 m
- Momen tính toán thứ 1: M t = M e max i h4 η h4 )4.1.0,89&1,66 N m
M e max – Momen cực đại của động cơ (N.m). i h4 – Tỷ số truyền tay số 4. η h4 – Hiệu suất truyền lực ở tay số 4.
- Lực tác dụng lên bánh răng:
+ Lực hướng tâm: P r1 = P 1 tan α cos β = 8869,83 tan 20 ° cos 30° 727,78 N
+ Lực dọc trục: P a 1 =P 1 tan β69,83 tan 30°Q21 N
- Sơ đồ lực tác dụng lên trục sơ cấp hộp số:
Để tính toán và thiết kế ly hợp xe ô tô, cần chú ý đến các yếu tố quan trọng như kích thước, vật liệu và hiệu suất Việc tính toán chính xác giúp đảm bảo ly hợp hoạt động hiệu quả và bền bỉ Thiết kế ly hợp cần đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật, đồng thời tối ưu hóa khả năng truyền động và giảm thiểu hao mòn Sự lựa chọn đúng đắn về cấu trúc và thành phần vật liệu sẽ ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ và hiệu suất của ly hợp trong xe ô tô.
- Xét trong mặt phẳng đứng yoz:
- Xét trong mặt phẳng ngang xoz:
- Tính gần đúng đươngg kính trục:
Chọn ứng suất cho phép: [ σ ] = 70 N /mm 2 + Tại A:
Trong quá trình làm việc, bánh trăng trên trục ly hợp tạo ra các momen xoắn kết hợp với momen uốn Ứng suất tổng hợp σ th tại tiết diện nguy hiểm do sự tác động của momen xoắn và momen uốn là yếu tố quan trọng cần được xem xét.
M x , M y – Momen uốn tác dụng lên tiết diện nguy hiểm (N.mm).
M z – Momen xoắn tác dụng lên tiết diện nguy hiểm (N.mm). d – Đường kính tiết diện nguy hiểm (mm).
Đinh tán được sử dụng để nối ghép các vành ma sát vào đĩa bị động, thường được chế tạo từ đồng hoặc nhôm với đường kính từ 4 đến 6 mm Chúng được tính toán bền theo cắt và bền dập, và có thể được bố trí trên các đĩa ly hợp theo vòng tròn thành nhiều dãy Khi tính toán, lực tác dụng lên đinh tán được phân bố trên mỗi vòng tỉ lệ với bán kính lắp đặt của từng vòng, từ đó xác định được lực tác dụng lên từng đinh tán.
F 1 – Lực tác dụng lên mỗi đinh tán ở vòng trong (N).
F 2 – Lực tác dụng lên mỗi đinh tán ở vòng ngoài (N). r 1 – Bán kính lắp đinh tán theo vòng trong (m). r 1 = 2 R 1 + R 2
3 =0,106 m r 2 – Bán kính lắp đinh tán theo vòng ngoài (m). r 2 = R 1 +2 R 2
M e max – Momen xoắn cực đại của động cơ (N.m). n 1 – Số lượng đinh tán ở vòng ngoài: n 1 n 2 – Số lượng đinh tán ở vòng ngoài: n 2
- Ứng suất cắt đinh tán:
⇒ Đinh tán thỏa điều kiện bền cắt
⇒ Đinh tán thỏa điều kiện bền cắt
- Ứng suất chèn dập của đinh tán:
⇒ Đinh tán thỏa điều kiện bền chèn dập
⇒ Đinh tán thỏa điều kiện bền chèn dập
Trong đó: d – Đường kính thân đinh tán (mm): d= 5 mm μ – Hệ số ma sát: μ=0,3 l – Chiều dài tiếp xúc của đinh tán với đĩa bị động (mm): l= 4 mm
Đòn mở là bộ phận quan trọng để mở ly hợp, yêu cầu có độ cứng cao, đặc biệt trong mặt phẳng tác dụng lực Để đảm bảo hoạt động đóng mở êm dịu, cần sử dụng đĩa thụ động đàn hồi Số lượng đòn mở nên được chọn tùy thuộc vào kích thước của ly hợp, với tối thiểu là 3 chiếc.
-Đòn mở ly hợp được chế tạo từ thép cacbon, được tôi và ram hoặc từ gang rèn
- Đòn mở ly hợp được tính bền uốn tại tiết diện nguy hiểm.
- Momen uốn cực đại tại tiết diện E – E là:
P m – Phân lực tác dụng lên mỗi đòn mở (N), n – Số đòn mở, chọn n=4 l 1 – Khoảng cách giữa hai gối bản lề (mm), chọn l 1 mm
6 u0 ( mm 3 ) Trong đó: d – Đường kính lỗ gối bản lề (mm), chọn b mm
D – Chiều rộng đòn mở (mm), chọn D mm b – Bề dày đòn mở (mm), chọn b mm
- Ứng suất uốn tại tiết diện E – E:
* Chọn vật liệu chế tạo đòn mở là gang rèn với [ σ u ] =( 60 ÷ 80 ) N /mm 2 σ u = M u
⇒ Đòn mở thỏa điều kiện bền uốn.
Thiết kế cơ cấu điều khiển ly hợp
* Ly hợp dẫn động kiểu cơ khí:
Hình 2.3 Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng cơ khí
1.Đĩa bị động 2.Đĩa ép 3.Đòn mở
4.Bi T 5.Lò xo hồi vị bi T 6.Càng mở
7.Bàn đạp 8.Lò xo hồi vị bàn đạp 9.Đòn dẫn động Nguyên lý làm việc:
Khi ngắt ly hợp, người lái tác dụng lực vào bàn đạp, truyền lực qua đòn dẫn động và càng mở, khiến bi dịch chuyển sang trái và tỳ vào đầu đòn mở Quá trình này kéo đĩa ép và đĩa bị động tách rời khỏi các bề mặt làm việc, từ đó mở ly hợp.
Khi đóng ly hợp, người lái ngừng tác dụng lực vào bàn đạp, giúp lò xo hồi vị kéo bàn đạp về vị trí ban đầu Đồng thời, lò xo hồi vị bi T dịch chuyển sang phải, không còn ép vào đòn mở, khiến lò xo ép lại ép đĩa ép và đĩa bị động trở về trạng thái làm việc ban đầu Ưu điểm của quá trình này là đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống ly hợp.
+Kết cấu đơn giản nên dễ chế tạo và bảo dưỡng, sửa chữa.
+Mở nhanh và dứt khoát.
Nhược điểm của hệ thống là lực ma sát lớn giữa các cơ cấu, gây cảm giác nặng nề khi đạp Tuy nhiên, vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng trợ lực Ngoài ra, việc đóng cũng không được êm dịu.
* Ly hợp dẫn động thủy lực:
Hình 2.4 Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng thủy lực
1.Đĩa bị động 2.Đĩa ép 3.Đòn mở
4.Bi T 5.Lò xo hồi vị bi T 6.Xy lanh chính 7.Bàn đạp 8.Lò xo hồi vị bàn đạp 9.Càng mở
10.Xy lanh công tác 11.Ống dẫn dầu
Khi ngắt ly hợp, lực tác dụng lên bàn đạp sẽ khiến dầu từ xy lanh chính đi vào xy lanh công tác, đẩy pittông sang phải Quá trình này thông qua càng mở đẩy bi, ép vào đòn mở, làm cho đĩa ép và đĩa bị động tách ra, từ đó mở ly hợp.
Khi người lái không tác dụng lực vào bàn đạp ly hợp, lò xo hồi vị bi T và lò xo hồi vị bàn đạp sẽ đẩy pittông của xy lanh công tác sang trái, giúp dầu được đẩy qua ống trở về xy lanh chính, từ đó đưa bàn đạp về vị trí ban đầu Đồng thời, lò xo hồi vị cũng làm cho bi T tách ra khỏi đòn mở, dẫn đến việc mở ly hợp Ưu điểm của cơ chế này là đảm bảo sự hoạt động linh hoạt và hiệu quả của hệ thống ly hợp.
+ Kết cấu đơn giản, dễ bố trí trên xe.
+ Dẫn động êm, có thể tạo được lực bàn đạp lớn.
Nhược điểm:+ Các chi tiết cần độ kín khít tốt nên khó khăn trong việc chế tạo và chăm sóc, bảo dưỡng.
2.9.2 Lựa chọn cơ cấu điều khiển
Đối với xe con, việc yêu cầu điều khiển nhẹ nhàng và đạt hiệu suất cao là rất quan trọng Do đó, lựa chọn ly hợp dẫn động thủy lực là hợp lý, tuy nhiên cần tính toán và xem xét việc có trợ lực hay không.
Hình 2.5 Sơ đồ ly hợp đĩa ma sát dẫn động thủy lực
2.9.3 Tính toán cơ cấu điều khiển
- Chọn: a = 200mm b = 30mm c = 230mm d = 70mm e = 80mm g = 15mm d 1 = 20mm d 2 = 25mm
- Tỷ số truyền tổng cộng: i c = b d g.d a.c.e d 2 2
- Hành trình của bàn đạp:
S bđ – Hành trình tổng cộng của bàn đạp ( khoảng150 ÷ 180 mm ¿
𝛿 – Khe hở giữa đầu đòn mở và bạc mở (mm), Chọn δ=4 mm Δf – Hành trình dịch chuyển của đãi ép (mm). p – Số đôi bề mặt ma sát
- Lực tác dụng lên bàn đạp ly hợp:
P – Lực nén tổng hợp tác dụng lên các đĩa của ly hợp (N).
Hệ số 1,2 được sử dụng để tính đến các lò xo nén của ly hợp bi nén khi tách mở ly hợp Tỷ số truyền tổng cộng được ký hiệu là i c Hiệu suất truyền lực nằm trong khoảng η = 0,7 ÷ 0,8.