Sơ đồ cấu trúc và vị trí ly hợp trong hệ thống truyền lực
Sơ đồ cấu trúc
Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc ly hợp
2 Bánh đà; 8 Lò xo hồi vị càng mở;
3 Đĩa bị động; 9 Lò xo ép;
4 Đòn mở; 10 Vỏ ly hợp;
Sơ đồ vị trí ly hợp trong hệ thống truyền lực
Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống truyền lực trên xe ô tô
Hình 1.3 Sơ đồ truyền lực đối với động cơ đặt trước cầu sau chủ động
2 Ly hợp; 8 Cụm cầu chủ động;
Cơ sở lý thuyết về ly hợp
Công dụng của ly hợp
Trong hệ thống truyền lực ô tô, ly hợp là một trong những cụm chính, nó có công dụng:
- 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 ô tô khởi hành hoặc chuyển số
Để đảm bảo an toàn cho hệ thống truyền lực, cần tránh tình trạng quá tải, đặc biệt là trong trường hợp phanh đột ngột và không nhả ly hợp Sử dụng ly hợp trong hệ thống truyền lực cơ khí với hộp số vô cấp giúp tách động cơ khỏi hệ thống, giảm va đập giữa các đầu răng và khớp gài, từ đó làm cho quá trình chuyển số trở nên dễ dàng hơn Khi kết nối động cơ với hệ thống truyền lực một cách êm dịu, mô-men xoắn ở các bánh xe chủ động tăng lên từ từ, giúp xe khởi hành và tăng tốc mượt mà Ngoài ra, khi phanh xe và tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực, động cơ vẫn hoạt động liên tục, tránh tình trạng chết máy và không cần khởi động xe nhiều lần.
Phân loại ly hợp
Ly hợp ô tô thường được phân loại theo 4 cách:
- Phân loại theo phương pháp truyền momen
- Phân loại theo trạng thái làm việc của ly hợp
- Phân loại theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép.
- Phân loại theo phương pháp dẫn động của ly hợp.
1.2.2.1 Phân loại theo phương pháp truyền momen
Theo phương pháp truyền momen từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thống truyền lực thì người ta chia ly hợp làm 4 loại sau:
- Ly hợp ma sát: là ly hợp truyền momen xoắn bằng các bề mặt ma sát, nó gồm 4 loại sau:
+ Theo hình dáng bề mặt ma sát gồm có: ly hợp ma sát loại đĩa, ly hợp ma sát loại hình nón, ly hợp ma sát loại hình trống.
Hiện nay, ly hợp ma sát loại đĩa được ưa chuộng nhờ kết cấu đơn giản và khối lượng phần bị động nhẹ Ngược lại, ly hợp ma sát hình nón và hình trống ít phổ biến do trọng lượng lớn của phần bị động gây tải trọng lớn lên các chi tiết trong hệ thống truyền lực.
Ly hợp ma sát được chế tạo từ nhiều vật liệu khác nhau như thép, gang, phê ra dô và cao su, mang lại sự đa dạng trong ứng dụng Các cặp vật liệu phổ biến bao gồm thép với gang, thép với thép, và thép với phê ra dô Ưu điểm nổi bật của ly hợp ma sát là kết cấu đơn giản, dễ dàng trong quá trình chế tạo, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất.
Nhược điểm của ly hợp ma sát là sự mòn nhanh chóng của các bề mặt ma sát do hiện tượng trượt tương đối trong quá trình đóng ly hợp Ngoài ra, các chi tiết trong ly hợp cũng bị nung nóng do nhiệt sinh ra từ công ma sát.
Tuy nhiên ly hợp ma sát vẫn được sử dụng phổ biến ở các ô tô hiện nay do những ưu điểm của nó.
Ly hợp thuỷ lực là thiết bị truyền momen xoắn thông qua năng lượng chất lỏng, mang lại nhiều ưu điểm nổi bật Nó có khả năng làm việc bền bỉ, giảm tải trọng lên hệ thống truyền lực và dễ dàng tự động hoá quá trình điều khiển xe.
Nhược điểm: của ly hợp thuỷ lực là chế tạo khô, giá thành cao, hiệu suất truyền lực nhỏ do hiện tượng trượt.
Ly hợp thuỷ lực là loại thiết bị ít phổ biến trên ô tô, hiện nay chủ yếu được áp dụng cho một số mẫu xe du lịch, ô tô vận tải hàng nặng và một số loại ô tô quân sự.
- Ly hợp điện tử: là ly hợp truyền momen xoắn nhờ vào tác dụng từ của nam châm điện, loại này ít được sử dụng trên ô tô.
- Ly hợp liên hợp: là ly hợp truyền momen xoắn bằng cách kết hợp hai trong các loại kể trên, loại này ít được sử dụng trên xe ô tô.
1.2.2.2 Phân loạu theo trạng thái làm việc của ly hợp
Theo trạng thái làm việc của ly hợp người ta chia ly hợp thành 2 loại:
- Ly hợp thường đóng: loại này được sử dụng hầu hết trên các ô tô hiện nay
- Ly hợp thường mở: loại này được sử dụng ở một số máy kéo bánh hơi như C-100; C-80; MTZ2,…
1.2.2.3 Phân loại theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép
Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép ngoài thì người ta thường chia ly hợp ra các loại sau:
- Ly hợp lò xo: là ly hợp dùng lực lò xo tạo lực nén lên đĩa ép, nó gồm các loại sau:
- Lò xo đặt xung quanh: các lò xo được bố trí đều trên một vòng tròn và có thể đặt một hoặc hai hàng.
Theo đặt điểm của lò xo có thể dùng là xo trụ, lò xo đĩa, lò xo côn.
Ly hợp sử dụng lò xo bố trí xung quanh hiện đang được áp dụng rộng rãi trên các ô tô nhờ vào thiết kế gọn nhẹ, khả năng tạo lực ép lớn theo yêu cầu và độ tin cậy cao.
- Ly hợp điện từ: lực ép là lực điện từ.
- Ly hợp ly tâm: là loại ly hợp dùng lực ly tâm để tạo lực ép để đóng và mở ly hợp.
Ly hợp nữa ly tâm là loại ly hợp sử dụng lực ép từ lò xo kết hợp với lực ép bổ sung từ trọng khối phụ Với cấu trúc phức tạp, loại ly hợp này thường được áp dụng trong một số mẫu ô tô du lịch như ZIN-110 và POBEDA.
1.2.2.4 Phân loại theo phương pháp dẫn động ly hợp
Theo phương pháp dẫn động ly hợp thì người ta chia ly hợp thành 2 loại sau: Loại 1: ly hợp điều khiiển tự động.
Loại 2: ly hợp điều khiển cưỡng bức. Để điều khiển ly hợp này thì người lái phải tác động một lực, cần thiết lên hệ thống dẫn động ly hợp Loại này được sử dụng hầu hết trên các ô tô dùng ly hợp loại đĩa ma sát ở trạng thái luôn đóng
Theo đặt điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn động ly hợp thì người ta chia thành 3 loại sau:
- Dẫn động bằng cơ khí
- Dẫn động bằng thuỷ lực và cơ khí kết hợp.
Dẫn động bằng trợ lực, bao gồm trợ lực cơ khí, khí nén và thủy lực, giúp người lái điều khiển ly hợp một cách dễ dàng và nhẹ nhàng hơn.
Yêu cầu ly hợp
Ly hợp là một trong những hệ thống chủ yếu của ô tô, khi làm việc thì ly hợp phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Truyền hết momen của động cơ mà không bi trượt ở bất cứ điều kiện sử dụng nào.
Đóng ly hợp một cách êm dịu là rất quan trọng để giảm thiểu lực va đập trong các răng của hợp số khi khởi động ô tô và khi chuyển số trong quá trình di chuyển.
- Mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng, tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian ngắn.
- Momen quán tính phần bị động của ly hợp phải nhỏ để giảm lực va đập lên bánh răng 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 và chăm sóc, bảo dưỡng, tuổi thọ cao.
Ly hợp làm nhiệm vụ là bộ phận an toàn để tránh quá tải cho hệ thống
Tất cả những yêu cầu trên, đều được đề cặp đến trong quá trình chọn vật liệu, thiết kế và tính toán các chi tiết của ly hợp.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ly hợp
Sơ đồ cấu tạo của ly hợp loại đĩa ma sát khô
Hình 1.4.1 Hình ảnh bộ ly hợp ma sát khô 1 đĩa
12 11 10 9 8 Hình 1.4.2 Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô một đĩa
1-bánh đà; 8-lò xo hồi vị bàn dạp;
2-đĩa ma sát; 9-đòn kéo;
5-vỏ ly hợp; 12-Đòn mở;
6-bạc mở; 13-Lò xo giảm chấn
Hình 1.5.1 Hình ảnh bộ ly hợp ma sát khô 2 đĩa
Hình 1.5.2 Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô hai đĩa
1-bánh đà; 10-trục ly hợp;
2-lò xo đĩa ép trung gian; 11-bàn đạp;
3-đĩa ép trung gian; 12-lò xo hồi vị bàn đạp ly hợp;
4-đĩa ma sát; 13-thanh kéo;
5-bulong hạn chế; 14-càng mở;
7-lò xo ép; 16-đòn mở;
8-vỏ ly hợp; 17-lò xo giảm chấn
1.3.2 Cấu tạo chung của ly hợp loại đĩa ma sát khô Đối với hệ thống ly hợp, về mặt cấu tạo thì người ta chia làm 2 bộ phận:
- Cơ cấu ly hợp: là bộ phận thực hiện việc nối và ngắt truyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực.
Dẫn động ly hợp là bộ phận quan trọng trong việc điều khiển quá trình đóng mở ly hợp Cấu tạo của cơ cấu ly hợp bao gồm ba phần chính: bánh đà, đĩa ma sát và đĩa ép.
Nhóm các chi tiết chủ động trong hệ thống ly hợp bao gồm bánh đà, vỏ ly hợp, đĩa ép, đòn mở và các lò xo ép Khi ly hợp được mở hoàn toàn, tất cả các chi tiết thuộc nhóm này sẽ quay đồng bộ với bánh đà.
Nhóm các chi tiết bị động của ly hợp bao gồm đĩa ma sát, trục ly hợp, đong dẫn động, càng mở ly hợp và bạc mở ly hợp Tùy thuộc vào từng loại ly hợp, có thể bổ sung thêm các bộ phận dẫn động bằng thủy lực hoặc khí nén, như xilanh chính và xilanh công tác.
1.3.3 Nguyên lý làm việc của ly hợp đĩa ma sát khô
Trong trạng thái đóng ly hợp, lò xo 4 tạo lực ép giữa đĩa ép 3 và đĩa bị động 2, giúp kết nối phần chủ động và phần bị động thành một khối cứng Momen tự động cơ được truyền từ phần chủ động sang phần bị động thông qua các bề mặt ma sát của đĩa bị động và đĩa ép Sau đó, momen được truyền vào xương đĩa bị động qua bộ phận giảm chấn 13 đến moayơ, rồi vào trục ly hợp Lúc này, giữa bi T và đầu đòn mở 12 có khe hở từ 3 - 4mm, tương ứng với hành trình tự do bàn đạp ly hợp từ 30 - 40mm.
Khi ngắt truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số, lực tác dụng vào bàn đạp 7 qua đòn kéo 9 và càng mở 10 sẽ khiến bạc mở 6 dịch chuyển sang trái Sau khi khắc phục khe hở, bi T sẽ tì vào đầu đòn mở 12 Nhờ khớp bản lề của đòn mở liên kết với vỏ 5, đầu kia của đòn mở 12 sẽ kéo đĩa ép 3, nén lò xo 4 và dịch chuyển sang phải Kết quả là các bề mặt ma sát giữa bộ phận chủ động và phần bị động của ly hợp được tách ra, ngắt sự truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số.
Trạng thái đóng ly hợp:
Các lò xo ép 7 tạo lực ép chặt các đĩa ma sát 4 và đĩa ép trung gian 3 với bánh đà 1, giúp phần chủ động và phần bị động của ly hợp kết nối thành một khối cứng Momen từ động cơ được truyền qua các bề mặt ma sát của các đĩa, sau đó vào xương đĩa bị động qua bộ giảm chấn 17, tiếp tục đến moayơ và trục ly hợp Trong quá trình này, giữa Bi T 15 và đầu đòn mở 16 có khe hở từ 3 - 4 mm, tương ứng với hành trình tự do của bàn đạp ly hợp 30 – 40 mm.
Trạng thái mở ly hợp:
Khi cần ngắt chuyển động từ động cơ tới trục số của hộp số, người lái sẽ tác dụng lực lên bàn đạp 11 thông qua đòn kéo 13 Điều này làm cho kéo càng mở 14 và bạc mở 9 mang bi T 15 dịch chuyển sang trái, giúp khắc phục khe hở của bi T.
15 sẽ tì vào đòn mở 16 sẽ kéo đĩa ép 5 nén lò xo 7 lại để dịch chuyển sang phải
Nguyên lý làm việc của ly hợp đĩa ma sát khô
Khi ly hợp ở trạng thái đóng, lò xo 4 tạo lực ép giữa đĩa ép 3 và đĩa bị động 2, kết nối phần chủ động và bị động thành một khối cứng Momen tự động cơ được truyền từ phần chủ động sang phần bị động thông qua các bề mặt ma sát của đĩa bị động 2 và đĩa ép 3 Tiếp theo, momen này được truyền vào xương đĩa bị động qua bộ phận giảm chấn 13 đến moayơ, rồi vào trục ly hợp Trong trạng thái này, giữa bi T và đầu đòn mở 12 có khe hở từ 3 - 4mm, tương ứng với hành trình tự do của bàn đạp ly hợp từ 30 - 40mm.
Khi ngắt truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số, lực tác dụng vào bàn đạp thông qua đòn kéo và càng mở sẽ khiến bạc mở mang bi T dịch chuyển sang trái Sau khi khắc phục khe hở, bi T sẽ tì vào đầu đòn mở Nhờ khớp bản lề liên kết với vỏ, đầu kia của đòn mở sẽ kéo đĩa ép nén lò xo lại, dẫn đến sự tách biệt giữa các bề mặt ma sát của ly hợp, ngắt truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp.
Trạng thái đóng ly hợp:
Lò xo ép 7 tạo lực ép chặt các đĩa ma sát 4 và đĩa ép trung gian 3 với bánh đà 1, giúp phần chủ động và phần bị động của ly hợp kết nối chắc chắn Momen từ động cơ được truyền qua các bề mặt ma sát, từ đó đến xương đĩa bị động qua bộ giảm chấn 17 và vào trục ly hợp Giữa Bi T 15 và đầu đòn mở 16 tồn tại khe hở 3 - 4 mm, tương ứng với hành trình tự do của bàn đạp ly hợp 30 – 40 mm.
Trạng thái mở ly hợp:
Khi cần ngắt chuyển động từ động cơ tới trục số của hộp số, người lái cần tác động lực vào bàn đạp 11 Lực này được truyền qua đòn kéo 13, làm cho kéo càng mở 14 và bạc mở 9 mang bi T 15 dịch chuyển sang trái Quá trình này diễn ra sau khi đã khắc phục hoàn toàn khe hở của bi T.
Đòn mở 15 sẽ được sử dụng để kéo đĩa ép 16, trong khi lò xo 5 nén lại, giúp dịch chuyển sang phải Các bề mặt ma sát giữa bộ phận chủ động và phần bị động của ly hợp sẽ được tách ra, ngắt chuyển động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số.
Các bộ phận cơ bản trong ly hợp ma sát khô
Đĩa ép và đĩa trung gian
Đĩa ép và đĩa trung gian có vai trò quan trọng trong việc tạo ra mặt phẳng ép với đĩa bị động, đồng thời truyền mômen xoắn từ động cơ đến đĩa bị động Kết cấu này được thực hiện thông qua các thành phần như vấu, chốt và thanh nối đàn hồi, như minh họa trong hình 1.6.
Trong quá trình hoạt động, bề mặt ma sát tạo ra nhiệt, và đĩa ép cùng đĩa trung gian có vai trò quan trọng trong việc hấp thụ và truyền nhiệt ra môi trường Các đĩa được chế tạo từ gang đặc, có thiết kế gân hoặc rãnh hướng tâm giúp thoát nhiệt hiệu quả Độ cứng của đĩa ép được tăng cường nhờ các vấu (a,c) nằm trong rãnh của vỏ ly hợp, đảm bảo sự liên kết chắc chắn Sự xuất hiện của ma sát tại các điểm liên kết cũng góp phần làm tăng khả năng điều khiển mở ly hợp.
Liên kết bằng thanh nối mỏng đàn hồi giúp di chuyển đĩa ép mà không gặp ma sát Một đầu của thanh nối được tán vào vỏ ly hợp, trong khi đầu còn lại được gắn vào đĩa ép Phương pháp này phổ biến trong ly hợp của xe con và xe tải Đối với ly hợp hai đĩa, việc liên kết có thể thực hiện thông qua chốt cố định trên bánh đà, trong khi đĩa trung gian có thể kết nối với bánh đà nhờ vào vấu hoặc chốt hướng tâm, chốt dọc trục.
Hình 1.6 Cấu tạo truyền momen giữa động cơ tới đĩa ép.
Đĩa bị động
Đĩa bị động được lắp trên then hoa trục bị động gồm: Xương đĩa (5) bằng thép mỏng, tấm ma sát (1) và bộ phận dập tắt dao động (6,10)
Xương đĩa được tán chặt với các cánh hình chữ „T‟ làm bằng thép lò xo, được bẻ vênh theo nhiều hướng khác nhau và tán với các tấm ma sát Cấu trúc này đảm bảo bề mặt ma sát tiếp xúc tốt, hoạt động êm dịu và ngăn ngừa cong vênh khi bị nung nóng, từ đó giúp duy trì độ cứng dọc trục của đĩa bị động.
Các tấm ma sát được gắn vào cánh chữ „T‟ bằng phương pháp tán độc lập, với bề mặt có rãnh thông gió giúp thoát sản phẩm mài mòn Chúng được làm từ vật liệu amiang, có hệ số ma sát cố định và khả năng chịu mài mòn cao, hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ lên đến 2000°C và tức thời đạt 3500°C Tấm ma sát có thể kết hợp với các phụ gia như thiếc để ổn định hệ số ma sát, đồng để nâng cao khả năng truyền nhiệt, và chì để giảm tốc độ mài mòn và chống xước Tuổi thọ của tấm ma sát ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của ly hợp, do đó, việc cải tiến vật liệu ngày càng trở nên quan trọng.
Hình 1.7 Sơ đồ đĩa bị động
2, 3 Các cánh xương đĩa; 10 Đệm điều chỉnh;
5 Xương đĩa; 11 Lò xo giảm chấn;
6, 9 Vòng ma sát giảm chấn; 12 Tấm ốp giữ bộ giảm chấn;
7 Chốt truyền lực; 14, 15 Đinh tán.
Bộ giảm chấn
Hình 1.8 Sơ đồ bộ giảm chấn
Dập tắt dao động xoắn ở đĩa bị dộng bao gồm hai nhóm chi tiết cơ bản: Nhóm chi tiết đàn hồi
Sử dụng để giảm thiểu dao động tần số cao trong hệ thống truyền lực, do sự kích động cưỡng bức theo chu kỳ từ động cơ hoặc mặt đường.
Nhóm chi tiết hấp thụ năng lượng dao động
Sử dụng tấm ma sát bằng pherado hoặc kim loại chịu mòn giúp tăng cường hiệu suất của bộ giảm chấn Cấu tạo của bộ giảm chấn rất đa dạng, nhưng đều được thiết kế để kết nối giữa xương đĩa bị động và moay ơ, hoạt động theo nguyên tắc hấp thụ và phân tán năng lượng hiệu quả.
Xương đĩa bị động được kết nối với đĩa trong thông qua đinh tán Trên đĩa trong, có các cửa sổ chứa lò xo, với một đầu lò xo tựa vào đĩa trong của xương đĩa và đầu kia tựa vào đĩa mayer.
Trạng thái (a) chưa chịu tải lò xo bị nén đẩy các tấm đệm lò xo khắc phục hết khe hở cửa sổ
Trạng thái (b): Khi xuất hiện tải hay bị dao động cộng hưởng, xương đĩa và moay ơ dịch chuyển với nhau 1 góc α chiều dài lò xo bị thu ngắn
Bằng cách bố trí lò xo trên chu vi truyền lực, độ cứng của hệ thống truyền lực được giảm thiểu, từ đó nâng cao khả năng truyền mômen xoắn một cách êm ái và hạn chế tải trọng động do dao động cộng hưởng gây ra.
Đòn mở ly hợp
Đòn mở ly hợp là bộ phận quan trọng kết nối giữa hệ thống điều khiển và đĩa ép ly hợp, có chức năng truyền lực để mở đĩa ép và tách các bề mặt ma sát Khi mở ly hợp, lực điều khiển cần nén lò xo ép, do đó thường sử dụng từ ba đòn mở trở lên, được bố trí đều quanh chu vi để đảm bảo hiệu quả Đòn mở được liên kết với đĩa chủ động và cùng quay với vỏ ly hợp, thường được chế tạo từ thép hợp kim với kích thước nhỏ gọn Tiết diện của đòn mở phụ thuộc vào không gian và phương pháp chế tạo như đúc hoặc dập, trong khi các ly hợp lò xo đĩa thường sử dụng lò xo ép xẻ rãnh để tạo thành đòn mở.
Hình 1.9 Sơ đồ cấu tạo đòn mở ly hợp.
Phương án lựa chọn lò xo ép
Lò xo trụ
Hình 1.11 Ly hợp lò xo trụ
Lò xo trụ có đường đặc tính làm việc là đường b trên hình 1.10
Lò xo trụ thường được sắp xếp theo hình tròn trên đĩa ép để định vị và giảm biến dạng dưới lực ly tâm, thường sử dụng các vấu, cốc hoặc vấu lồi trên vỏ ly hợp Ưu điểm của thiết kế này giúp nâng cao hiệu suất và độ bền của hệ thống.
- Kết cấu nhỏ gọn, khoảng không gian chiếm chỗ ít vì lực ép tác dụng lên đĩa ép lớn
- Đảm bảo được lực ép đều lên các bề mặt ma sát bằng cách bố trí các lò xo đối xứng với nhau và với các đòn mở
- Luôn giữ được đặc tính tuyến tính trong toàn bộ vùng làm việc - Giá thành rẻ, chế tạo đơn giản
Các lò xo thường không đảm bảo các thông số hoàn toàn giống nhau, và sau một thời gian sử dụng, lực ép của chúng có thể không đồng đều Vì vậy, việc chế tạo lò xo chính xác là rất quan trọng; nếu không, lực ép không đồng đều sẽ dẫn đến tình trạng mòn không đều của đĩa ma sát và có thể gây cong vênh.
Lò xo côn
Lò xo côn có đường đặc tính làm việc là đường a trên hình 1,10 Ưu điểm:
- Lực ép lên lò xo lớn, nên thường được dùng trên ôtô có mômen của động cơ trên 500 Nm
- Có thể giảm được không gian của kết cấu do lò xo có thể ép đến khi lò xo nằm trên một mặt phẳng
- Khoảng không gian ở gần trục ly hợp sẽ chật và khó bố trí bạc mở ly hợp.
- Dùng lò xo côn thì áp suất lò xo tác dụng lê n đĩa ép phải qua các đòn ép do đó việc điều chỉnh ly hợp sẽ phức tạp
Lò xo côn có cấu trúc tuyến tính trong vùng làm việc nhỏ, nhưng khi các vòng lò xo bắt đầu trùng nhau, độ cứng của lò xo tăng nhanh chóng Điều này yêu cầu một lực lớn để ngắt ly hợp, và khi đĩa ma sát mòn, lực ép của lò xo sẽ giảm nhanh chóng.
Lò xo đĩa
Lò xo đĩa có đường đặc tính làm việc là đường c trên hình 1.10 Ưu điểm:
- Lò xo đĩa làm luôn nhiệm vụ của đòn mở nên kết cấu đơn giản và nhỏ gọn
Lò xo đĩa có đặc tính làm việc hiệu quả, vì trong vùng hoạt động, lực ép thay đổi không đáng kể theo biến dạng Điều này dẫn đến việc lực ngắt ly hợp không cần quá lớn, và khi đĩa ma sát bị mòn, lực ép cũng chỉ thay đổi một cách không đáng kể.
- Việc chế tạo khó khăn
- Chỉ tạo được lực ép nhỏ nên không phù hợp với các loại xe tải trọng lớn,chủ yếu dùng trên xe con.
Phương án lựa chọn
Khi tham khảo các loại lò xo ép trên ly hợp xe con, lò xo dạng đĩa thường đóng nổi bật với nhiều ưu điểm, vì vậy chúng tôi đã chọn loại lò xo này cho hiệu suất tối ưu.
1.6 Lựa chọn kết cấu cụm ly hợp 1.6.1 Kết cấu ly hợp 1 đĩa ma sát 1.6.1.1 Kết cấu ly hợp lắp trên xe ZIN-130
Ly hợp lắp trên xe ZIN-130 là ly hợp một đĩa ma sát khô ( hình 1.14 ).
Đĩa ép 3 được ép bởi lò xo ép 8 xung quanh vỏ ly hợp 9, tạo thành một hệ thống liên kết chắc chắn Vỏ ly hợp được kết nối với bánh đà 2 thông qua các bulông 23 Sự liên kết giữa đĩa ép 3 và vỏ ly hợp 9 được thực hiện bằng lò xo lá 4, trong đó một đầu của mỗi lò xo lá được tán cố định với vỏ ly hợp bằng các đinh tán, trong khi đầu còn lại được gắn chặt với đĩa ép 3 bằng bulông.
Sự liên kết cứng giữa đĩa ép và vỏ ly hợp được thiết lập theo phương pháp tuyến, giúp đảm bảo truyền mômen xoắn hiệu quả và cho phép đĩa ép di chuyển dọc trục khi mở và đóng ly hợp.
- Đĩa bị động của ly hợp trên xe ZIN-130:
Xương đĩa bị động được làm từ thép và có thiết kế xẻ rãnh, kết hợp với đĩa ma sát thông qua các đinh tán bằng thép Bộ giảm chấn bao gồm 8 lò xo được bố trí đều xung quanh tấm ma sát, giúp giảm chấn hiệu quả Xương đĩa được liên kết chắc chắn với moayơ đĩa bị động cũng bằng các đinh tán thép.
Đòn mở ly hợp 16 gồm 4 chiếc được chế tạo bằng thép, với đầu ngoài liên kết khớp bản lề với đĩa ép 3 qua các ổ bi kim Phần giữa đòn kết nối bản lề với càng nối qua ổ bi kim, trong khi càng nối gối tựa lên vỏ ly hợp bằng đai ốc hình chỏm cầu Các đai ốc này được ép vào vỏ ly hợp bằng đệm đàn hồi, cố định bằng hai bu lông nhỏ Mối liên kết này cho phép càng nối xoay, tạo ra tâm quay thay đổi cần thiết cho sự di chuyển của đĩa ép khi mở và đóng ly hợp Đai ốc chỏm cầu còn giúp điều chỉnh đầu đòn mở để các đòn mở nằm trong mặt phẳng song song với mặt phẳng của đĩa ép.
Hình 1.14 Ly hợp lắp trên xe ZIN-130
2 Bánh đà; 17 vỏ ly hợp;
3 Đĩa ép; 18 ECU điều chỉnh;
4 Tấm thép truyền lực; 19 Đế tựa của bulông điều chỉnh;
5 Bao của lò xo; 20 Chốt;
6 Bulông bắt chặt lò xo; 21 Nắp của cácte ly hợp;
7 Cácte bộ ly hợp; 23 Bulông bắt chặt vỏ ly hợp;
8 Lò xo ép; 24 Chốt chẻ;
9 Vỏ trong ly hợp; 25 Vành răng bánh đà;
10 Đệm cách nhiệt; 26 Đĩa ma sát;
13 Lò xo trả về khớp nối; 28 Nút;
14 Bạc dẫn hướng của khớp nối; 29 Trục ly hợp;
15 Càng mở ly hợp; 30 Ổ bi trước của trục ly hợp.
Bạc mở ly hợp bao gồm ổ bi tỳ 11 và bạc trượt, với ổ bi tỳ được cung cấp đủ mỡ để bôi trơn trong suốt quá trình sử dụng mà không cần bổ sung thêm Việc thay thế và bổ sung mỡ chỉ cần thực hiện khi ly hợp được tháo ra để sửa chữa lớn.
Lò xo hồi vị bạc mở ly hợp 13 có chức năng giữ cho bạc mở luôn duy trì khe hở với đầu đòn mở, giúp đảm bảo ly hợp luôn đóng hoàn toàn Khi ly hợp được đóng, bạc mở sẽ nhanh chóng tách khỏi đầu đòn mở, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
1.6.1.2 Kết cấu ly hợp lắp trên xe ZIN-53
Ly hợp lắp trên xe AZ-53 là ly hợp một đĩa ma sát khô ( hình 1.15 ).
Bộ phận chủ động của ly hợp bao gồm bánh đà và vỏ trong ly hợp, trong đó bánh đà kết nối với vỏ trong và vỏ này quay cùng với bánh đà Vỏ trong có khoang để chứa các lò xo ép hình trụ xung quanh, trong khi đĩa ép được làm bằng gang với mặt ngoài có các vấu lồi để giữ các lò xo ép.
Bộ phận bị động của ly hợp gồm đĩa ma sát 3 với hai tấm ma sát làm từ vật liệu có hệ số ma sát cao, được kết nối qua xương đĩa bằng đinh tán Xương đĩa, chế tạo từ thép và có các rãnh, cho phép đĩa ma sát di chuyển trượt trên trục ly hợp 10 nhờ các then hoa Hệ thống giảm chấn bao gồm 6 lò xo giảm chấn 18, được bố trí đều xung quanh Tấm ma sát được gắn với xương đĩa bằng đinh tán, trong khi lò xo giảm chấn được lắp đặt trong các lỗ của đĩa bị động và tấm đỡ.
Hệ thống dẫn động điều khiển ly hợp sử dụng cơ khí, với đòn mở ly hợp 5 được chế tạo bằng thép và kết nối với đĩa ép qua các ổ bi kim Đòn này liên kết với càng nối 8 thông qua ổ bi kim, tạo ra khe hở 4 mm giữa đầu đòn mở và bạc mở Việc điều chỉnh đòn mở được thực hiện bằng đai ốc 7 Bạc mở ly hợp bao gồm ổ bi tỳ và bạc trượt 9, trên đó có lắp ống bơm mỡ 6.
Hình 1.15 Ly hợp lắp trên xe AZ-53
1 Bánh đà; 11 Càng mở ly hợp ;
2 Vỏ ngoài ly hợp; 12 Đinh tán nối các tấm đĩa;
3 Đĩa ma sát; 13 Vỏ trong ly hợp;
4 Đĩa ép; 14 Lò xo ép;
5 Đòn mở ly hợp; 15 Đai ốc điều chỉnh;
6 Ống bơm mỡ; 16 Thanh kéo;
7 Đai ốc điều chỉnh; 17 Lò xo hồi vị càng mở ly hợp;
8 Càng nối; 18 Lò xo giảm chấn ;
10 Trục ly hợp; 20 Đế cách nhiệt lò xo ép.
1.6.1.3 Ly hợp lắp trên xe innova
Phần chủ động của hệ thống ly hợp bao gồm các chi tiết lắp ghép trực tiếp hoặc gián tiếp với bánh đà của động cơ, đồng thời có cùng tốc độ quay với bánh đà Các thành phần trong phần chủ động này gồm bánh đà, đĩa ép, vỏ ly hợp và lò xo.
Phần bị động của ly hợp bao gồm các chi tiết lắp ghép trực tiếp hoặc gián tiếp với trục bị động, có cùng tốc độ với trục này Theo hình 2.3, phần bị động gồm trục bị động và đĩa bị động, trong đó trục bị động thường là trục sơ cấp của hộp số.
Phần dẫn động điều khiển ly hợp bao gồm các chi tiết quan trọng như đũn mở (đồng thời là lò xo măng), bạc mở và các chi tiết điều khiển bạc mở Những thành phần này nằm trong phần chủ động, đóng vai trò thiết yếu trong việc điều khiển hoạt động của ly hợp.
- Bộ phận tạo lực ộp gồm: giỏ tựa ( vỏ ly hợp ) , lò xoộp, đĩa ép
Hình 1.16 Ly hợp lắp trên xe innova
3 Vỏ trong ly hợp; 14.vỏ ly hợp;
4 Đinh tán đĩa ma sát; 15.đinh tán;
9 Đinh tán moayơ; 20.ống gài;
10 Xương đĩa; 21.lò xo giảm chấn.
Kết luận
innnova làm cơ sở để thiết kế tính toán cụm ly hợp cho xe 7 chỗ.
Lựa chọn phương án dẫn động điều khiển ly hợp
Phương án 1 Dẫn động ly hợp bằng cơ khí
Hệ thống dẫn động điều khiển ly hợp bằng đòn và khớp nối theo nguyên lý đòn bẩy có cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo và độ tin cậy cao Loại dẫn động này thường được áp dụng trong các ôtô quân sự như xe ZIN-130 và ZIN-131.
Nhược điểm: cơ bản của hệ thống dẫn động này là: yêu cầu lực tác động
Hình 1.17 Sơ đồ hệ thống dẫn động ly hợp bằng cơ khí
1 Bạc mở ; 2 Càng mở ly hợp
3 Cần ngắt ly hợp ; 4 Cần của trục bàn đạp ly hợp
5 Thanh kéo của ly hợp ; 6 Lò xo hồi vị
Khi người lái tác dụng lực lên bàn đạp ly hợp, cần của trục bàn đạp sẽ quay quanh tâm O, kéo thanh kéo ly hợp dịch chuyển sang phải Điều này khiến cần ngắt ly hợp và càng mở ly hợp quay quanh O, làm cho càng mở gạt bạc mở tác động vào đầu đòn mở của ly hợp, kéo đĩa ép tách ra khỏi đĩa ma sát.
Khi người lái nhả bàn đạp 8, lò xo hồi vị 6 sẽ giúp bàn đạp trở về vị trí ban đầu, duy trì khe hở giữa bạc mở và đầu đòn mở Nhờ vào các lò xo ép, đĩa ép sẽ tiếp xúc với đĩa ma sát, từ đó ly hợp được đóng lại.
Hành trình của bàn đạp ly hợp thường dao động từ 130 đến 150 mm Trong quá trình hoạt động, hiện tượng trượt giữa các bề mặt ma sát dẫn đến việc đĩa ma sát bị mòn, làm giảm hành trình tự do của bàn đạp ly hợp Khi hành trình tự do giảm xuống mức tối đa, người lái sẽ không còn cảm giác rõ ràng và có thể gặp hiện tượng tự ngắt ly hợp Ngược lại, nếu hành trình tự do quá lớn, người lái sẽ phải đạp bàn đạp hết mức mà ly hợp vẫn không mở hoàn toàn, gây ra trượt tương đối giữa các bề mặt ma sát và làm mòn nhanh chóng các bề mặt này.
Cả hai trường hợp nêu trên đều không mang lại lợi ích, do đó cần điều chỉnh hành trình tự do của bàn đạp ly hợp trong một khoảng cho phép Ưu điểm của hệ thống này bao gồm cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo, độ tin cậy cao trong quá trình hoạt động, và thuận tiện cho việc tháo lắp cũng như sửa chữa.
Nhược điểm của hệ thống ly hợp bao gồm việc kết cấu phụ thuộc vào vị trí lắp đặt, yêu cầu lực tác động lớn từ người lái lên bàn đạp, và hiệu suất truyền lực không cao.
Phương án 2 Dẫn động ly hợp bằng thủy lực
Đây là hệ thống dẫn động điều khiển ly hợp bằng cách dùng áp lực của chất lỏng (dầu) trong các xilanh chính và xilanh công tác.
Hình 1.18.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động ly hợp bằng thủy lực
1 Bàn đạp ly hợp ; 2 Lò xo hồi vị
3 Xilanh chính ; 4 Piston xilanh chính
5 Đường ống dẫn dầu ; 6 Xilanh công tác
7 Càng mở ly hợp ; 8 Bạc mở ly hợp
12 11 10 9 8 7 a Lỗ cung cấp dầu b Lỗ điều hòa
Hình 1.18.2 Sơ đồ cấu tạo xilanh chính của dẫn động ly hợp bằng thủy lực
1 Xilanh ; 2 Bình chứa dầu ; 3 Nút đổ dầu vào
4 Tấm chắn dầu ; 5 Piston ; 6 Cần piston
7 Lá thép mỏng hình sao ; 8 Phớt làm kín
9 Lò xo hồi vị piston ; 10 Van một chiều
11 Lò xo van một chiều ; 12 Van hồi dầu
Khi người lái tác dụng lực lên bàn đạp ly hợp, thanh đẩy sẽ đẩy piston của xilanh chính sang trái, làm nén dầu trong khoang Khi áp lực dầu vượt qua lực của lò xo van một chiều, van sẽ mở ra, cho phép dầu chảy vào xilanh công tác và đẩy piston sang phải Quá trình này làm cho càng mở ly hợp quay quanh điểm O và đẩy bạc mở sang trái, giúp tách đĩa ép ra khỏi bề mặt.
Khi người thả bàn đạp ly hợp, lò xo hồi vị và lò xo ép sẽ khiến các piston của xilanh chính và xilanh công tác trở về vị trí ban đầu Dầu từ xilanh công tác sẽ theo đường ống dẫn dầu qua van hồi dầu vào khoang D.
Khi người lái nhả nhanh bàn đạp ly hợp, sức cản của đường ống và van hồi dầu làm cho dầu từ xilanh công tác không kịp về khoang D Điều này tạo ra độ chân không ở khoang D, dẫn đến sự thiếu hụt dầu trong hệ thống.
Lỗ cung cấp dầu A vào khoang E giúp dầu chảy qua lỗ nhỏ ở mặt đầu piston ép phớt cao su 8, bổ sung dầu cho khoang D, ngăn ngừa hiện tượng lọt khí khi khoang D có độ chân không Khi dầu vượt qua sức cản của đường ống và van hồi dầu 12 để trở về khoang D, lượng dầu thừa từ khoang D sẽ theo lỗ bù dầu B trở về khoang C, đảm bảo ly hợp đóng hoàn toàn.
Lỗ bù dầu b giúp điều hòa dầu khi nhiệt độ cao, khi dầu trong khoang D nở ra, làm tăng áp suất và cho phép dầu chảy về khoang C, từ đó khắc phục hiện tượng tự mở ly hợp Hệ thống này có ưu điểm là kết cấu gọn nhẹ, dễ dàng bố trí và đảm bảo việc đóng ly hợp êm ái hơn so với hệ thống cơ khí Ống dẫn dầu có độ cứng cao do không bị biến dạng lớn, đồng thời hệ thống thủy lực còn có khả năng đóng mở hai ly hợp.
Hệ thống dẫn động bằng thủy lực có nhược điểm là không phù hợp với xe trang bị máy nén khí Ngoài ra, hệ thống này đòi hỏi độ chính xác cao trong việc dẫn động ly hợp.
Phương án 3 Dẫn động ly hợp bằng cơ khí có cường hóa khí nén - 30 -
Đây là hệ thống dẫn động điều khiển ly hợp bằng các thanh đòn, khớp nối.Đồng thời kết hợp với lực đẩy của khí nén.
Hình 1.19 Sơ đồ hệ thống dẫn động ly hợp bằng cơ khí có cường hóa khí nén
1 Bàn đạp ly hợp ; 3; 5 Thanh kéo
2; 4;7; 8; 18 Đòn dẫn động ; 6 Lò xo hồi vị
9 Mặt bích của xilanh phân phối ; 10 Thân van phân phối
11 Đường dẫn khí nén vào ; 12 Phớt van phân phối
13 Đường dẫn khí nén ; 14 Piston van phân phối
15 Cần piston ; 16 Càng mở ly hợp
17 Xilanh công tác ; 19 Bạc mở ly hợp
Khi người lái tác dụng lực lên bàn đạp ly hợp, đòn dẫn động quay quanh O1, dẫn đến việc đòn 4 và đòn dẫn động 7 cũng quay quanh các trục O2 và O Đòn dẫn động 8 cùng với mặt bích của xilanh phân phối đẩy thân van phân phối sang phải Khi thân van chạm vào đai ốc hạn chế hành trình, càng mở ly hợp sẽ quay quanh trục, hoàn tất quá trình.
Để mở ly hợp, di chuyển O4 và đẩy bạc sang trái theo chiều mũi tên Khi nắp bên phải của thân van phân phối tiếp xúc với đai ốc hạn chế hành trình của cần piston 15, đầu piston van phân phối 14 cũng sẽ tác động lên phớt van 12, khiến van 12 mở ra Khi đó, khí nén từ khoang A sẽ đi qua van 12 vào khoang B, sau đó theo đường dẫn khí nén 13 vào xilanh 17, đẩy xilanh lực dịch chuyển và làm đòn dẫn động 18 quay quanh O4, kết hợp với việc mở ly hợp.
16 quay và đẩy bạc mở ly hợp 19 sang trái Ly hợp được mở.
Khi người lái ngừng tác động vào bàn đạp ly hợp, lò xo hồi vị sẽ kéo bàn đạp trở về vị trí ban đầu Đồng thời, quá trình này diễn ra thông qua đòn dẫn động.
Khi kéo thân van phân phối sang trái, piston 14 chạm vào mặt bích bên phải, dẫn đến việc piston được đẩy sang trái, làm càng mở ly hợp 16 quay và đẩy bạc mở ly hợp 19 sang phải Đồng thời, lò xo hồi vị phớt van phân phối 12 đóng kín cửa van Khí nén từ xilanh lực 17 qua đường dẫn khí nén 13 vào khoang B và thoát ra ngoài qua đường thông khí trời a, khiến ly hợp hoàn toàn đóng Hệ thống dẫn động đảm bảo tin cậy, cho phép điều khiển ly hợp ngay cả khi cường hóa khí nén gặp sự cố.
Nhược điểm: Khi cường hóa hỏng thì lực bàn đạp lớn Loại hệ thống dẫn động này phù hợp với những xe có máy nén khí.
Phương án 4 Dẫn động ly hợp bằng thủy lực có cường hóa khí nén - 32 -
Hệ thống dẫn động điều khiển ly hợp sử dụng các thanh đòn và áp lực nén của dầu trong các xilanh lực, đồng thời kết hợp với áp lực khí nén từ các máy nén khí.
Hình 1.20 Sơ đồ hệ thống dẫn động ly hợp bằng thủy lực có cường hóa khí nén
1 Bàn đạp ly hợp ; 2 Lò xo hồi vị
3 Xilanh chính ; 4; 13 Đường ống dẫn dầu
5 Xilanh công tác ; 6 Piston xilanh
7 Cần piston ; 8 Xilanh thủy lực
9 Piston xilanh thủy lực ; 10 Cần piston xilanh thủy lực
11 Càng mở ly hợp ; 12 Bạc mở ly hợp
14 Piston xilanh mở van ; 15 Cốc van phân phối
18 Van nạp ; 19 Đường ống dẫn khí nén
Khi người lái tác dụng lực lên bàn đạp ly hợp, tay đòn bàn đạp quay quanh điểm O1, đẩy cần piston của xilanh chính xuống Dầu từ xilanh chính được nén và dẫn qua ống vào xilanh thủy lực Áp lực dầu tác động lên piston xilanh thủy lực, đẩy nó và cần piston sang phải, làm cho càng mở ly hợp quay quanh.
Khi đẩy bạc mở ly hợp 12 sang trái theo chiều mũi tên, ly hợp sẽ được mở Dầu có áp suất sẽ tác động lên piston xilanh mở van 14, đẩy piston 14 cùng cốc van 15 và màng ngăn 16 sang trái Đồng thời, van xả 17 được đóng lại và van nạp 18 được mở, cho phép khí nén từ máy nén khí qua đường ống dẫn khí nén 19 đi vào khoang A, sau đó xuống khoang B, đẩy piston xilanh 6 cùng cần piston 7 sang phải Sự kết hợp với lực đẩy từ áp lực dầu sẽ làm cho piston xilanh thủy lực 9 cùng cần piston 10 hoạt động, khiến càng mở ly hợp 11 quay quanh O2 và đẩy bạc mở ly hợp 12 sang trái, mở ly hợp.
Khi người lái nhả bàn đạp ly hợp, lò xo hồi vị kéo bàn đạp trở về vị trí ban đầu, khiến piston của xilanh chính dịch chuyển lên và dầu từ xilanh công tác trở về Đồng thời, van xả mở ra trong khi van nạp đóng lại, cho phép khí nén từ khoang B chuyển sang khoang A và thoát ra ngoài Hệ thống dẫn động này có ưu điểm là làm việc tin cậy, ngay cả khi cường hóa khí nén gặp sự cố, hệ thống thủy lực vẫn hoạt động bình thường Lực tác động của người lái lên bàn đạp ly hợp rất nhỏ và hành trình của bàn đạp không lớn, đảm bảo việc đóng ly hợp êm dịu và mở dứt khoát, phù hợp cho các xe trang bị máy nén khí.
Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, bảo dưỡng, điều chỉnh sửa chữa khó khăn và yêu cầu độ chính xác của hệ thống dẫn động cao.
Qua việc phân tích kết cấu, nguyên lý hoạt động và đánh giá ưu nhược điểm của các phương án dẫn động điều khiển ly hợp, chúng ta nhận thấy rằng phương án này có những lợi ích nổi bật, đồng thời cũng tồn tại một số hạn chế cần được khắc phục để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Hệ thống dẫn động ly hợp bằng thủy lực kết hợp với trợ lực chân không là giải pháp lý tưởng cho việc thiết kế ly hợp cho xe ôtô 7 chỗ, đặc biệt là trên nền tảng xe Innova.
Phương án này đảm bảo nguyên tắc:
- Lực bàn đạp phải đủ lớn để có cảm giác mở ly hợp.
- Sử dụng phải chắc chắn nhẹ nhàng.
- Dễ chăm sóc, bảo dưỡng và sửa chữa.
Giới thiệu xe Toyota 2016
Toyota Innova là dòng xe đa dụng thuộc phân khúc trung, luôn nằm trong top xe bán chạy nhờ vào khả năng vận hành tốt, thiết kế thanh lịch và nội thất sang trọng Phiên bản 2016 có kích thước 4.735 x 1.830 x 1.795mm, dài hơn 180mm, rộng hơn 60mm và cao hơn 45mm so với phiên bản trước, trong khi chiều dài cơ sở giữ nguyên 2.750mm Xe trang bị động cơ xăng VVT-i 2.0L với công suất 102 kW và mô-men xoắn cực đại 183 Nm, đi kèm với hộp số sàn 5 cấp hoặc tự động 6 cấp Lốp xe bản G, V là 205/65 R16, trong khi bản Q cao cấp nhất sử dụng lốp 215/65 R17 Hệ thống treo trước tay đòn kép và treo sau liên kết 4 điểm, cùng với phanh đĩa thông gió phía trước và tang chống phía sau, tạo nên một chiếc xe an toàn và tiện nghi.
Xe được trang bị đèn pha projector LED, với bản G và V sử dụng mâm hợp kim 16 inch, trong khi bản Q sử dụng mâm hợp kim 17 inch Đèn hậu có thiết kế hình boomerang và xe có sẵn 6 màu ngoại thất đa dạng.
Nội thất của Innova 2016 được cải tiến với hệ thống kết nối Bluetooth và trang bị đầy đủ các tính năng an toàn như hệ thống chống trộm, cảnh báo cửa chưa đóng, cảm biến lùi, cùng với các công nghệ phanh tiên tiến như ABS và EBD Mẫu Q còn nổi bật với túi khí bên, hai hệ thống cân bằng điện tử VSC và hỗ trợ khởi hành ngang dốc HAC, mang đến sự an tâm cho người sử dụng.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ LY HỢP
Các thông số kỹ thuật của xe Toyota Innova 2016 (Bản G)
STT Thông số Giá trị
3 Chiều rộng cơ sở ( trước và sau) 1540 x 1540
7 Động cơ 4 xylanh thẳng hàng, 16 van, cam kép với VVT-i
9 Moment xoắn cực đại M e max
11 Tỉ số truyền hộp số Tay số 1: 4,12
12 Tỉ số truyền lực chính 4,53
14 Ly hợp Lò xo màng, dẫn động thủy lực có trợ lực chân không
Tính toán thiết kế ly hợp
Ly hợp cần được thiết kế để truyền tải toàn bộ mômen của động cơ và bảo vệ hệ thống truyền lực khỏi tình trạng quá tải Để đáp ứng hai yêu cầu này, mômen ma sát của ly hợp được tính toán theo một công thức cụ thể.
M e max : là moment xoắn cực đại của động cơ
M c : là moment ma sát của ly hợp β : là hệ số dự trữ của ly hợp ( β >1¿
Nếu chọn β nhỏ thì không đảm bảo truyền hết moment Nếu chọn β quá lớn thì ly hợp không làm nhiệm vụ của cơ cấu an toàn.
Thường lấy với ô tô du lịch: β=1,3 ÷ 1,5 Thường lấy với ô tô tải không rơ-mooc: β=1,3 ÷ 1,5 Thường lấy với ô tô tải kéo có rơ-mooc: β=1,3 ÷ 1,5
Xe Toyota Innova 2016 là xe ô tô du lịch => ta chọn β=1,5
2.2.2 Xác định bán kính ma sát trung bình của đĩa bị động
Moment ma sát của ly hợp được xác định theo công thức:
P Σ : Lực ép lên các đĩa ma sát μ : Hệ số ma sát của đĩa ma sát i : Số đôi của bề mặt ma sát
R tb : Bán kính trung bình của đĩa ma sát
R 1 : Bán kính ngoài của đĩa bị động
R 2 : Bán kính trong của đĩa bị động
Do đó: β M M 274,5 Đường kính vòng ngòai của đĩa ma sát được tính:
D 2 : Đường kính vòng ngoài của đĩa ma sát
C : Hệ số kinh nghiệm Đối với xe ô tô du lịch C =4,7
Bán kính vòng ngoài của đĩa ma sát:
Bán kính vòng trong của đĩa ma sát:
R 1 =(0,53 ÷ 0,75) R 2 =(0,53 ÷ 0,75).100=(53 ÷ 75) Chọn bán kính vòng trong của đĩa ma sát R 1 ` mm
Bán kính trung bình đĩa ma sát:
2.2.3 Xác định áp suất tác dụng lên bề mặt ma sát
Moment ma sát của ly hợp được tính theo công thức:
Trong đó: μ : là hệ số ma sát của đĩa ma sát
P Σ : là lực ép lên các đĩa ma sát
R tb : là bán kính trung bình của đĩa ma sát i : là số đôi bề mặt ma sát ( i=2 ) i= β M e max π R tb 2 b μ.[ q] = 1,5.183 10 −3
=> Vậy: ta chọn i=2 hay xe có 1 đĩa ma sát.
Trong đó: Đối với nguyên liệu của các bề mặt ma sát: thép với phêrađô ta có: Áp suất cho phép [q]=(100 ÷ 250)KN / m 2 Chọn [q]%0 KN / m 2
Hệ số ma sát khô được xác định trong khoảng μ=(0,25 ÷ 0,35), trong đó chọn μ=0,35 Áp suất tác dụng lên bề mặt ma sát q là thông số quan trọng để đánh giá chế độ làm việc của ly hợp, được tính theo công thức: q = β M e max / (π R tb² b μ i) với giá trị 1,5.183.
Trong đó: b : là bề rộng đĩa ma sát gắn lên đĩa bị động b=R 2 −R 1 0−60@ mm Áp suất cho phép [q]%0 KN / m 2
Hệ số ma sát khô μ=0,35
=> Vậy bề mặt ma sát đủ điều kiện bền.
2.2.4 Xác định công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp.
Ta tính công trượt sinh ra theo cách thức nhả bàn đạp ga từ từ
Cách tính này tính đến quá trình diễn biến tực tế khi đóng ly hợp gồm 2 giai đoạn:
- Tăng moment quay của ly hợp M 1 từ giá trị 0 đến giá trị M a khi bắt đầu đóng ly hợp, lúc này ô tô bắt đầu khởi động tại chỗ.
- Tăng moment quay của ly hợp M 1 dến giá trị mà sự trượt của ly hợp không còn nữa.
Hình2.1 sơ đồ tính công trượt của ly hợp
Công trượt ở giai đoạn đầu L 1 xác định như sau:
Công trượt ở giai đoạn thứ hai L 2 xác định theo công thức sau:
Công trượt được xác định theo công thức sau:
- M a : là moment cản chuyển động quy dẫn về trục của ly hợp và được tính theo công thức:
G m : trọng lượng romooc của ô tô(Kg) ( G m =0 Kg ¿
Hệ số cản không khí (K) có giá trị gần bằng 0 khi tốc độ thấp, với các tỉ số truyền của hệ thống truyền lực chính (i0), hộp số (ih) và hộp số phụ (if) được xác định Hệ số cản tổng cộng của mặt đường (ψ) được tính bằng công thức ψ = f + tan(α), trong đó f là hệ số cản lăn với giá trị f = 0,02 và α là góc dốc của đường, với α = 0 Khi thực hiện tính toán, có thể chọn ψ = 0,02 và r b (mm) là bán kính làm việc của bánh xe, ví dụ như 205/65R16.
B 5 mm dinch 25,4 mm r b =λ ( B(inch )+ d (inch 2 ) ) 25,4 r b =λ ( B + d 2 ) =0,935.(205+ 16
2 25,4 )81,7 mm=0,382 m λ : là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp
Chọn loại lốp áp suất thấp => λ =0,935 η nl : là hiệu suất của hệ thống truyền lực => chọn η nl =0,9
- μ m : là tốc độ góc của động cơ lấy tương ứng với moment cực đại của động cơ (rad/s) μ m = π n e max
- μ a : là tốc độ góc của trục ly hợp.
Khi bắt đầu khởi hành xe đứng yên tại chỗ nên μ a =0(rad / s)
- J a : là moment quán tính của ô tô quy dẫn về trục của ly hợp(KG.m.s 2 ) và được xác định theo công thức:
Với: g : là gia tốc trọng trường ( g=9,81 m/ s 2 )
- t 1 : thời gian đóng ly hợp giai đoạn đầu đucợ xác định theo: t 1 = M a k = 10,6
- t 2 : thời gian đóng ly hợp ở giai đoạn hai, được xác định bằng công thức: t 2 = A
Hệ số tỉ lệ k được xác định theo thực nghiệm, phản ánh nhịp độ tăng moment M1 khi đóng ly hợp Đối với ô tô du lịch, giá trị k được chọn là từ 0 đến 150 Nm/s, trong khi đối với ô tô tải, k có thể dao động từ 0 đến 750 Nm/s.
A : là biểu thức rút gọn được tính theo công thức:
2.2.5 Công trượt riêng của ly hợp. Để đánh giá hao mòn của đĩa ma sát phải xác định công trượt riêng theo công thức: l 0 = L
L : là công trượt của ly hợp L42,569 KG m
F : là diện tích bề mặt ma sát
F=π ( R 1 2 + R 2 2 )= π( 6 2 +10 2 )B7,257 c m 2 i : là số đôi bề mặt ma sát (1 đĩa ma sát chọn i=2 )
Công trượt riêng cho phép được xác định trên ô tô Trên ô tô con [l 0 ]=( 1000÷ 1200)KJ => Chọn [l 0 ]00 KJ
Với l 0 05 KJ Thỏa mãn điều kiện cho phép.
2.2.6 Kiểm tra theo nhiệt độ của các chi tiết.
Công trượt gây ra sự gia tăng nhiệt độ ở các chi tiết như lò xo và đĩa ép Do đó, việc kiểm tra nhiệt độ của các chi tiết này là cần thiết, và có thể thực hiện bằng cách xác định độ gia tăng nhiệt độ theo công thức cụ thể.
- T : nhiệt độ chi tiết tính toán
- y : hệ số xác định phần công trượt dùng nung nóng chi tiết cần tính đối với đĩa ép ngoài y= 1
2 Với: n : là số lượng đia bị động ( n=1 )
- C : nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng C P0 J / KG.độ
- m t : khối lượng chi tiết bị nung nóng. m t ≥ y L C [T ] =
Vậy ta chọn m t =0,95 kG m t =π (R 2 2 −R 1 2 ).δ ρ ¿ π (10 2 −6 2 ).0,7.7,8 ×10 −3 ¿ 1,1 KG
Với: δ : độ dày tấm ma sát ( chọnδ =7mm=0,7 cm ¿
- G t : trọng lượng chi tiết bị nung nóng.
- [T ] : độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết Đối với ô tô con [T ]=(8÷ 10) 0 C => Chọn [T ] 0 C
Tính toán sức bền một số chi tiết ly hợp
2.3.1 Tính toán bền đĩa bị động.
2.3.1.1 Tính toán bền đinh tán. Đĩa bị động gồm các tấm ma sát và xương đĩa được ghép với nhau bằng đinh tán, xương đĩa lại được ghép với moay ơ đĩa bị động bằng đinh tán Xương đĩa bị động thường được chế tạo từ thép 65 nhiệt luyện bằng cách tôi thể tích hoặc thép 20 tôi tấm Đĩa bị động được kiểm bền cho hai chi tiết là đinh tán và moay ơ. Đinh tán được kiểm bền theo ứng suất chèn dập và ứng suất cắt, có hai loại đinh tán cần được kiểm tra là đinh tán dùng để tán các tấm ma sát với xương đĩa và đinh tán dùng để ghép xương đĩa với moay ơ đĩa bị động.
Hinh2.2 Sơ đồ đĩa bị động
Đinh tán được sử dụng để kết nối các tấm ma sát với xương đĩa, thường được làm từ đồng hoặc nhôm, có đường kính từ 4 đến 6 mm Chúng được sắp xếp theo vòng tròn với nhiều dãy, thường là hai dãy.
Hình 2.3 Sơ đồ bố trí đinh tán
Lực tác dụng lên đinh tán tỷ lệ thuận với bán kính của vòng tròn bố trí đinh tán Do đó, lực tác dụng lên các đinh tán có thể được xác định thông qua một công thức cụ thể.
F 1 , F 2 : lực tác dugj lên đinh tán trong và ngoài có bán kính lần lượt là r 1 và r 2
M e max : momen lớn nhất của động cơ M e max 3 Nm r 1 ,r 2 : bán kính vòng ngoài và vòng trong của đinh tán.
Tham khảo số liệu của các xe tương đương ta lấy : r 1 mm=0,09 m r 2 0 mm=0,11 m
2.(0,09 2 +0,11 2 ) I8,267 N I,828 KG Ứng suất cắt và chèn dập đối với đinh tán: τ c = F n π d 2
≤ [τ c ]KG / cm 2 σ cd = F n.l d ≤ [σ cd ]KG /cm 2 Trong đó: τ c : ứng suất cắt của đinh tán ở từng dãy. σ cd : ứng suất chèn dập của đinh tán ở từng dãy.
F : lực tác dụng lên đinh tán ở từng dãy. n : số lượng đinh tán ở mỗi dãy.
Vòng ngoài n 2 đinh. d : đường kính đinh tán Chọn d=5 mm=0,5 cm l : chiều dài bị chèn dập của đinh tán. l= 1
[τ c ] : ứng suất cho phép của đinh tán [ τ c ]0 MN / m 2 00 KG / cm 2
[ σ cd ] : ứng suất chèn dập cho phép của đinh tán [ σ cd ] MN / m 2 ¿ 800 KG / cm 2
- Ứng suất cắt và chèn dập đối với đinh tán vòng trong: τ c1 = F 1 n 1 π d 2
Qua đó ta thấy: Ứng suất cắt đinh tán vòng trong: τ c1 ≤ [ τ c ] (12,977 Thỏa mãn Ứng suất chèn dập đinh tán vòng trong: σ cd1 ≤ [ σ cd ](25,479 Thỏa mãn
Vậy đảm bảo độ bền cho phép
- Ứng suất cắt và chèn dập đối với đinh tán vòng ngoài: τ c2 = F 2 n 2 π d 4 2
Qua đó ta thấy: Ứng suất cắt đinh tán vòng ngoài: τ c2 ≤ [ τ c ] (15,861< 300) KG /cm 2 => Thỏa mãn Ứng suất chèn dập đinh tán vòng ngoài: σ cd2 ≤ [ σ cd ](31,143 Thỏa mãn
Vậy đảm bảo độ bền cho phép
2.3.1.2.Tính toán bền moay ơ bị động
Hình 2.4 Moay ơ đĩa bị động
Chiều dài moay ơ đĩa bị động được chọn lớn nhằm giảm độ đảo của đĩa Moay ơ được kết hợp với xương đĩa bị động qua đinh tán và lắp với trục bằng then hoa.
Chiều dài moay ơ thường được chọn bằng đường kính ngoài của then hoa trục ly hợp Kh điều kiện việc nặng nhọc thì chọn:
D : đường kính ngoài của then hoa trục ly hợp.
Khi làm việc, then hoa của moay ơ chịu ứng suất cắt và ứng suất chèn dập được xác định theo công thức: τ c = 4 M e max z 1 z 2 L.b.(D+d) ≤ [τ c] KG/cm² và σ cd = 8 M emax z 1 z 2 L.b.(D² + d²) ≤ [σ cd] KG/cm².
M e max : momen xoắn cực đại của động cơ M e max 3 Nm ¿18,3 KGm z 1 : số lượng moay ơ riêng biệt z 1 =1 z 2 : số then hoa của moay ơ z 2
L : chiều dài moay ơ L=1,4 D=1,4.40 V mm=5,6 cm
D : đường kính ngoài của then hoa D@ mm=4 cm d : đường kính trong của then hoa d2mm=3,2 cm b : bề rộng của then hoa b=5 mm=0,5 cm
[ τ c ] : ứng suất cắt cho phép của moay ơ [ τ c ] MN / cm 2 ¿100 KG/cm 2
[ σ cd ] : ứng suất chèn dập cho phép của moay ơ [ σ cd ] MN / cm 2 ¿ 200 KG /cm 2 τ c = 4 M e max z 1 z 2 L.b.( D +d ) = 4.18,3.100
1.10 5,6 0,5 ( 4+3,2 ) 6,31 KG/ cm 2 σ cd = 8 M e max z 1 z 2 L b ( D 2 + d 2 ) = 1.10 5,6 0,5 8.18,3.100 (4 2 +3,2 2 ) ¿ 19,926 KG / cm 2
Qua đó ta thấy: Ứng suất cắt moay ơ: τ c ≤ [τ c ](36,31 Thỏa mãn Ứng suất chèn dập moay ơ: σ cd ≤[ σ cd ](19,926< 200) KG /cm 2 => Thỏa mãn
Vậy moay ơ bị động đủ điều kiện bền
Lò xo ép dùng trong ly hợp thường là lò xo trụ, lò xo côn, lò xo đĩa.
Cơ cấu ép của ly hợp thường đóng xe con sử dụng lò xo đĩa kiểu nón cụt, mang lại nhiều ưu điểm nổi bật so với lò xo trụ.
Xét quan hệ biến dạng và lực ép ta có:
F (N ) : Lực ép; Δl (mm) : độ biến dạng của lò xo. a : lò xo trụ; b :lò xo côn xoắn; c : lò xo đĩa
Khi tác dụng lực vào lò xo đĩa, lực cần thiết ban đầu lớn hơn so với lò xo trụ để đạt được cùng một mức biến dạng Tuy nhiên, khi biến dạng gia tăng, lò xo màng giúp giảm lực điều khiển cho người lái Sơ đồ tính toán lò xo đĩa được minh họa trong hình.
Hình 2.6 Sơ đồ tính toán lò xo ép
Lực ép cần sinh ra để đóng ly hợp
M c : là momen ma sát của ly hợp M c '4,5 Nm
Dựa trên co sở xe tham khảo và các yêu cầu trong việc lựa chọn, thiết kế lò xo màng ta chọn các kích thước cơ bản sau:
- Đường kính ngoài lò xo màng: D e &0mm
- Chiều dày lò xo màng δ =2,5 mm
- Số thanh phân bố đều lên màng Z$
- Lực ép tổng hợp F Σ được thể hiện qua số kết cấu như sau:
F Σ =P Σ : lực ép tổng hợp lên các đĩa ma sát
260 =0,83 Với: đường kính mép xẻ rảnh D a !6 mm
E : là modun đàn hồi E =2.10 5 N / mm 2 h : là chiều cao h=δ 2,2=2,5.2,2=5,5 mm
(Hệ số 2,2 đảm bảo vùng lực ép đổi rộng và không lật lò xo) l 1 : dịch chuyển của đĩa tại điểm đặt lực ép
(Với ô tô con chọn l 1 =2 mm )
Dịch chuyển của đầu các thanh mở l 2 khi ngắt ly hợp được coi là tạo bởi
Dịch chuyển l'2 được xác định bởi sự chuyển động của đầu ngoài của đĩa quanh điểm O, trong khi l''2 là dịch chuyển do biến dạng của thanh Theo sơ đồ, ta có công thức l'2 = l1 Dc - Di, trong đó l2 = l'2 + l''2.
Trên thực tế, biên dạng của thanh l ' ' 2 nhỏ hơn nhiều so với l ' 2 nên có thể bỏ qua l ' ' 2 áqua đú ta thấy: l 2 =l ' 2 +l ' ' 2 =l ' 2 =8 mm μ p : hệ số poission μ p =0,26
Thay số vào ta được:
So sánh ta thấy: F Σ > F N (5602 N > 4902 N ) Lực ép lớn hơn đẫn đến hệ số β tăng lên Do đó ta tính lại hệ số β :
Ta thấy đối với ô tô con: β=1,71 ∈(1,3 ÷ 1,75) => Thỏa mãn.
Do vậy kích thước của lò xo đạt tiêu chuẩn.
Lò xo đĩa được tính bền bằng cách xác định ứng suất tại điểm chịu tải lớn nhất khi đạt trạng thái biến dạng tối đa, tức là khi thành đĩa phẳng Điểm chịu tải lớn nhất nằm ở tâm của phân tử đàn hồi giữa các thanh mở và vành ngoài của hình nón Ứng suất được tính theo công thức: σ = 2 F n D a δ 2 (D i + D a ) + E.
F n : lực cản tác dụng để ngắt ly hợp
Thay vào công thức ta được: σ = 2 1226 216 2,5 2 (60 +216 ) + 2.10 5
Chọn vật liệu chế tạo lò xo đĩa là thép 60C2A có ứng suất giới hạn:
Ta thấy: σ Vậy lò xo đủ điều kiện bền.
Trong vòng 12 tuần, dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Mạnh Cường, tôi đã hoàn thành nhiệm vụ "Tính toán thiết kế ly hợp cho xe Innova 2016".
Quá trình tính toán được thực hiện theo quy trình chuẩn, đảm bảo các kết quả đạt độ bền và độ chính xác cao, đồng thời tối ưu hóa tính kinh tế cho từng chi tiết và toàn bộ hệ thống.
Qua quá trình tìm hiểu và tính toán, em nhận thấy rằng hoàn thành nhiệm vụ “Tính toán thiết kế ly hợp dựa trên xe Innova 2016” là cơ hội tốt để tổng kết kiến thức đã học trong 5 năm qua Đây cũng là bước quan trọng giúp em tiếp cận gần hơn với ngành công nghiệp ô tô.
Mặc dù đã nỗ lực hoàn thành nhiệm vụ, nhưng do còn nhiều bỡ ngỡ và kiến thức hạn chế, em chưa có nhiều cơ hội thực hành thực tế, dẫn đến một số thiếu sót Vì vậy, em rất mong nhận được sự đánh giá và góp ý từ các thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn và có thể áp dụng vào thực tế.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Mạnh Cường đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!