Đây là đồ án tốt nghiệp khoa cơ khí ô tô tại trường Đại học Giao Thông Vận Tải, được hoàn thành vào tháng 12 năm 2023. Đề tài của đồ án là về tính toán, thiết kế hệ thống ly hợp trên xe Honda Accord SM 2010. Đồ án gồm 2 phần là thuyết minh và bản vẽ. Bản vẽ và tài liệu tham khảo được để trong file đính kèm.
Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế
Tổng quan về hệ thống ly hợp trên ô tô
1.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống ly hợp
Ly hợp là một cụm chi tiết của hệ thống truyền lực (HTTL) nằm giữa động cơ và hộp số chính, có các chức năng sau:
- Truyền mômen quay từ động cơ tới các phần của HTTL phía sau.
- Ngắt và nối mômen quay từ động cơ tới hộp số, đảm bảo sang số được dễ dàng.
- Thực hiện đóng ngắt êm dịu nhằm giảm tải trọng động và thực hiện trong thời gian ngắn.
- Khi chịu tải quá lớn, ly hợp đóng vai trò như một cơ cấu an toàn nhằm tránh quá tải cho HTTL và động cơ.
- Giảm chấn động do động cơ gây ra trong quá trình làm việc nhằm đảm bảo cho các chi tiết trong HTTL hoạt động an toàn.
1.1.2 Các yêu cầu của hệ thống ly hợp
Ly hợp trên ô tô phải đảm bảo các yêu cầu sau :
- Phải truyền hết được mômen của động cơ xuống hệ thống truyền lực mà không bị trượt.
- Phải ngắt dứt khoát, đóng êm dịu để giảm tải trọng động tác động lên hệ thống truyền lực
Mômen quán tính của phần bị động của ly hợp cần phải được thiết kế nhỏ nhằm giảm tải trọng động tác động lên bánh răng và bộ đồng tốc trong quá trình sang số.
- Mô men ma sát không đổi khi ly hợp ở trạng thái đóng.
- Có khả năng trượt khi bị quá tải.
- Có khả năng thoát nhiệt tốt để tránh làm nóng các chi tiết khi ly hợp bị trượt trong quá trình làm việc.
- Phân loại theo phương pháp truyền mômen.
- 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 ly hợp.
1.1.3.1 Phân loại theo phương pháp truyền mômen
Theo phương pháp truyền mômen từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thống truyền lực, ly hợp được chia thành 4 loại, trong đó có ly hợp ma sát.
Là ly hợp truyền mômen xoắn bằng các bề mặt ma sát.
Theo hình dáng bề mặt ma sát gồm:
- Ly hợp ma sát loại đĩa (một đĩa, hai đĩa hoặc nhiều đĩa).
Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát hai đĩa dẫn động cơ khí
Bánh đà, đĩa bị động, và đĩa ép là những bộ phận quan trọng trong hệ thống ly hợp của xe Vỏ ly hợp và lò xo ép đóng vai trò hỗ trợ trong việc truyền động Bạc mở và bàn đạp ly hợp giúp người lái dễ dàng thao tác Lò xo hồi vị, đòn kéo, và càng mở đảm bảo sự hoạt động trơn tru của hệ thống Bi tê và đòn mở cũng góp phần vào hiệu suất hoạt động, trong khi lò xo giảm chấn giúp giảm thiểu rung động và tăng độ bền cho các linh kiện.
- Ly hợp ma sát loại hình nón.
- Ly hợp ma sát loại hình trống.
Hiện nay, ly hợp ma sát loại đĩa được sử dụng phổ biến nhờ vào cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo và khối lượng phần bị động nhỏ Ngược lại, ly hợp ma sát loại hình nón và hình trống ít được ưa chuộng do phần bị động nặng, gây tải trọng động lớn lên các cụm và chi tiết của hệ thống truyền lực.
Theo vật liệu chế tạo bề mặt ma sát gồm có:
- Thép với pherado hoặc pherado đồng.
- Thép với pherado cao su.
Theo đặc điểm của môi trường ma sát gồm có:
- Ma sát ướt (các bề mặt ma sát được ngâm trong dầu). Ưu điểm: Ly hợp ma sát có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
Nhược điểm của ly hợp ma sát là bề mặt ma sát nhanh chóng mòn do hiện tượng trượt tương đối trong quá trình đóng ly hợp, dẫn đến việc các chi tiết trong ly hợp bị nung nóng do nhiệt từ công ma sát Mặc dù vậy, ly hợp ma sát vẫn được sử dụng phổ biến trong các ô tô hiện nay nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó Bên cạnh đó, ly hợp thủy lực cũng là một lựa chọn đáng chú ý.
Là ly hợp truyền mômen xoắn bằng năng lượng của chất lỏng (thường là dầu).
Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo ly hợp thủy lực
Bánh Tuabin và Bánh bơm là những thành phần quan trọng trong hệ thống truyền lực, trong khi Vỏ ly hợp mang lại nhiều ưu điểm như độ bền cao của ly hợp thủy lực, giúp giảm tải trọng động lên hệ thống và dễ dàng tự động hóa quá trình điều khiển xe.
Là ly hợp truyền mômen xoắn nhờ tác dụng của từ trường nam châm điện Loại này ít được sử dụng trên xe ô tô.
Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo ly hợp điện từ
1, Bánh đà ; 2, Khung từ ; 3, cuộn dây ; 4, Mạt sắt ; 5, Lõi thép bị động ; 6, Trục ly hợp. d Ly hợp liên hợp:
Ly hợp truyền mômen xoắn là sự kết hợp của hai loại ly hợp khác nhau, chẳng hạn như ly hợp thủy cơ Tuy nhiên, loại ly hợp này ít được áp dụng trong ngành công nghiệp ô tô.
1.1.3.2 Phân loại theo trạng thái làm việc của ly hợp
Theo trạng thái làm việc của ly hợp thì người ta chia ly hợp ra thành 2 loại:
- Ly hợp thường đóng: Loại này được sử dụng hầu hết trên các ôtô hiện nay.
- Ly hợp thường mở: Loại này được sử dụng ở một số máy kéo bánh hơi như C-100, MTZ2
1.1.3.3 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 chia ra các loại ly hợp sau: a 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.
- Lò xo trung tâm (dùng lò xo côn).
- Lò xo đĩa ( lò xo màng )
Ly hợp dùng lò xo trụ và lò xo đĩa là hai loại ly hợp phổ biến trên ôtô hiện nay, nhờ vào ưu điểm kết cấu gọn nhẹ, khả năng tạo lực ép lớn và độ tin cậy cao trong quá trình hoạt động.
Là loại ly hợp sử dụng lực ép là lực điện từ. c Ly hợp ly tâm
Ly hợp nửa ly tâm là loại ly hợp sử dụng lực ly tâm để tạo ra lực ép, giúp mở và đóng ly hợp Tuy nhiên, loại ly hợp này ít được áp dụng trong các ôtô quân sự.
Ly hợp này sử dụng lực ép ngoài lực ép của lò xo, kết hợp với lực ly tâm từ trọng khối phụ để tạo ra hiệu quả Do có kết cấu phức tạp, loại ly hợp này ít được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng thực tiễn.
1.1.3.4 Phân loại theo phương pháp dẫn động ly hợp
Theo phương pháp dẫn động ly hợp thì người ta chia ly hợp ra thành 2 loại sau: Loại 1 : Ly hợp điều khiển tự động.
Loại 2 : Ly hợp điều khiển cưỡng bức. Để điều khiển ly hợp 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 ôtô dùng ly hợp loại đĩa ma sát ở trạng thái luôn đóng.
Theo đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn động ly hợp thì người ta lại chia ra thành 3 loại sau:
Dẫn động bằng cơ khí là hệ thống điều khiển từ bàn đạp đến cụm đòn nối, thường được sử dụng trên xe con với yêu cầu lực ép nhỏ.
- Dẫn động bằng thủy lực: là dẫn động thông qua các khâu khớp đòn nối và đường ống cùng với các cụm truyền chất lỏng.
Dẫn động có trợ lực là sự kết hợp giữa các phương pháp dẫn động cơ khí hoặc thủy lực với các bộ phận trợ lực bàn đạp như cơ khí, thủy lực áp suất cao, chân không và khí nén Hệ thống trợ lực điều khiển ly hợp này thường được áp dụng trên các loại ô tô hiện đại ngày nay.
Kết cấu ly hợp trên ô tô con
Việc điều khiển ly hợp có thể thực hiện thông qua các đòn mở và hệ thống dẫn động, bao gồm dẫn động cơ khí và thủy lực Để giảm lực tác động lên bàn đạp của người lái, có thể sử dụng bộ phận trợ lực Một trong những loại ly hợp phổ biến là ly hợp ma sát một đĩa.
Hình 1.4 Kết cấu ly hợp ma sát khô một đĩa lò xo màng.
1 Bánh đà; 2 Đĩa bị động; 3 Đĩa ép, vỏ ly hợp; 4 Lò xo màng;
Khi ly hợp ở trạng thái đóng, lò xo ép tác động lên đĩa ép, tạo ra ma sát giữa đĩa ép và bánh đà với đĩa bị động, giúp chúng ép sát vào nhau Nhờ đó, mô men của động cơ được truyền từ bánh đà và đĩa ép qua đĩa bị động tới trục ly hợp và các hệ thống truyền động.
Khi ngắt ly hợp, lực từ bàn đạp tác động lên đòn kéo thông qua càng mở, khiến bi T dịch chuyển sang trái và loại bỏ khe hở Điều này ép đầu trên của đòn mở, trong khi đầu dưới di chuyển sang phải, tách đĩa ép khỏi đĩa bị động Kết quả là đĩa bị động rời khỏi bánh đà, ngắt dòng công suất từ động cơ sang hệ thống truyền lực.
Trong quá trình sử dụng, lò xo ép và đĩa bị động có thể bị mòn, dẫn đến việc khe hở giảm xuống và ảnh hưởng đến hành trình tự do của bàn đạp Để đảm bảo hiệu suất hoạt động, khe hở cần được điều chỉnh thường xuyên và giữ trong phạm vi nhất định.
Ly hợp ma sát hai đĩa hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự như ly hợp ma sát một đĩa, nhưng điểm khác biệt chính là sự hiện diện của hai đĩa bị động, dẫn đến việc có hai ma sát ở các đĩa này.
Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát hai đĩa.
1 Bánh đà; 2 Đĩa ma sát; 3 Đĩa ép; 4 Vỏ ly hợp; 5 Lò xo ép. c, Ly hợp thủy lực
Ly hợp thuỷ lực truyền mômen thông qua chất lỏng.
Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý ly hợp thuỷ lực
1 Vỏ trước bánh bơm; 2 Bánh tuabin; 3 Bánh phản ứng; 4 Bánh bơm; 5 Khớp 1 chiều
Cấu tạo của ly hợp thuỷ lực gồm 2 phần:
- Phần chủ động là phần bánh bơm, bánh đà.
- Phần bị động là bánh tuốc bin nối với trục sơ cấp của hộp giảm tốc.
Ly hợp thủy lực bao gồm hai bánh công tác: bánh bơm ly tâm và bánh tua bin hướng tâm, được đặt trong hộp kín chứa đầy chất lỏng công tác Trục bánh bơm kết nối với động cơ, trong khi trục bánh tua bin kết nối với hộp số.
Khi động cơ hoạt động, bánh bơm quay và dưới tác dụng của lực ly tâm, chất lỏng được đẩy từ trong ra ngoài qua các khoang giữa các cánh bơm Khi chất lỏng thoát ra khỏi cánh bơm với vận tốc cao, nó va chạm vào các cánh của bánh tua bin, khiến bánh tua bin quay theo Nhờ đó, năng lượng được truyền từ bánh bơm sang bánh tua bin thông qua dòng chảy của chất lỏng.
Ly hợp thủy lực không có khả năng biến đổi mômen, nó chỉ làm việc như một khớp nối thuần túy nên còn gọi là khớp nối thủy lực.
1.2.2 Dẫn động ly hợp a, Dẫn động cơ khí
Sử dụng các cơ cấu truyền lực bằng cơ khí để truyền lực đóng hoặc ngắt ly hợp.
Hình 1.7 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.
Khi ngắt ly hợp, người lái tác động lực vào bàn đạp, giúp bi T 4 dịch chuyển sang trái và tỳ vào đầu đòn mở Đòn mở sau đó kéo đĩa ép và đĩa bị động tách khỏi các bề mặt làm việc, từ đó mở ly hợp.
Khi người lái ngừng tác dụng lực vào bàn đạp ly hợp, lò xo hồi vị sẽ kéo bàn đạp về vị trí ban đầu Đồng thời, lò xo hồi vị bi T dịch chuyển bi T sang phải, ngừng ép vào đòn mở Kết quả là lò xo ép lại, đưa đĩa ép và đĩa bị động trở về trạng thái làm việc ban đầu Hệ thống dẫn động cơ khí có trợ lực khí nén giúp tăng cường hiệu quả hoạt động của ly hợp.
Hình 1.6 Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng cơ khí có trơ lực khí nén.
1 Ống dẫn khí; 2 Xy lanh công tác; 3 Càng mở; 4 Đòn mở; 5 Đĩa ép; 6 Đĩa bị động;
7 Bi T; 8 Lò xo hồi vị bi T; 9 Bình khí nén; 10 Xy lanh phân phối; 11 Bàn đạp;
12 Lò xo hồi vị bàn đạp.
Khi ngắt ly hợp, người lái tác dụng lực lên bàn đạp, khiến xy lanh phân phối và pittông chuyển động sang trái, từ đó làm cho càng mở đẩy bi.
T (7) dịch chuyển sang trái và ép vào đòn mở (4), làm cho đĩa ép và đĩa bị động tách ra khỏi bề mặt làm việc, ngắt ly hợp Sự chuyển động tương đối giữa pittông và xy lanh của xy lanh phân phối (10) mở van khí nén, cho phép khí nén từ bình khí đi qua xy lanh phân phối và ống dẫn (1) vào xy lanh công tác (2) Quá trình này đẩy pittông của xy lanh công tác sang phải, tác động vào càng mở (3) và giảm bớt lực cho người lái.
Khi người lái ngừng tác dụng lực lên bàn đạp ly hợp, lò xo hồi vị sẽ kéo bàn đạp về vị trí ban đầu, đồng thời di chuyển xy lanh phân phối sang phải, làm cho càng mở không còn ép vào bi T Kết quả là bi T không còn tác động lên đầu đòn mở, và các lò xo sẽ đưa ly hợp đĩa ép và đĩa bị động trở lại trạng thái làm việc ban đầu Khi xy lanh phân phối trở về vị trí ban đầu, van khí nén sẽ đóng lại, khiến khoang trong xy lanh thông với khí trời và không còn áp suất khí nén tác động lên xy lanh công tác, do đó xy lanh công tác cũng sẽ ngừng tác động lực lên càng mở.
Khi người lái giữ bàn đạp ở một vị trí cố định, xy lanh phân phối (10) cũng dừng tại vị trí đó Trong tình huống này, van khí nén vẫn mở, cho phép khí nén tiếp tục vào xy lanh công tác, nhưng lượng khí nén vào là không đổi, dẫn đến việc ly hợp được mở ở một vị trí nhất định Cơ chế dẫn động thủy lực cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Hình 1.8 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: Khi người lái tác dụng một lực lên bàn đạp, dầu từ xy lanh chính
Qua ống dẫn 11, xy lanh công tác 10 đẩy pittông sang phải thông qua càng mở đẩy bi T 4 Điều này ép vào đòn mở 3, khiến đòn mở kéo đĩa ép và đĩa bị động tách ra, từ đó mở ly hợp.
Khi người lái ngừng tác động lên 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, từ đó dầu được đẩy qua ống trở về xy lanh chính, giúp bàn đạp trở về vị trí ban đầu Đồng thời, nhờ vào lò xo hồi vị, bi T cũng được tách ra khỏi đòn mở, làm mở ly hợp Hệ thống dẫn động thủy lực có trợ lực chân không hỗ trợ quá trình này.
Hình 1.9 Sơ đồ dẫn động thủy lực có trợ lực chân không
1 Ống dẫn dầu; 2 Xy lanh công tác; 3 Càng mở; 4 Bi T; 5 Đòn mở; 6 Đĩa ép;
7 Đĩa bị động; 8 Lò xo hồi vị bi T; 9 Họng hút; 10 Bàn đạp; 11 Lò xo hồi vị bàn đạp;
12 Bộ trợ lực; 13 Xy lanh chính.
Hình 1.10 Sơ đồ bộ trợ lực chân không.
1 Van điều khiển; 2 Van chân không; 3,6 Lò xo hồi vị; 4 Van khí; 5 Màng cao su.
Giới thiệu ô tô Honda Accord 2014 và ly hợp trên xe
2.1 Xác định mômen ma sát của ly hợp
Ly hợp cần phải có khả năng truyền tải toàn bộ mômen xoắn lớn nhất từ động cơ Để đảm bảo việc truyền mômen xoắn này trong mọi điều kiện, cần phải đáp ứng một số yêu cầu nhất định.
- Mms : Mômen ma sát của ly hợp;
- Memax : Mômen xoắn cực đại của động cơ;
- : Hệ số dự trữ ly hợp.
Hệ số β cần lớn hơn 1 để đảm bảo truyền tải mômen động cơ hiệu quả trong mọi tình huống Tuy nhiên, β không nên quá cao để tránh làm tăng kích thước đĩa bị động hoặc số lượng đĩa ma sát, điều này có thể dẫn đến sự gia tăng kích thước và khối lượng của ly hợp Đồng thời, cần hạn chế lực tác dụng lên đĩa ma sát để tránh quá tải cho hệ thống truyền lực trong các chế độ làm việc bất thường.
Dựa theo tiêu trí trên và dựa theo kinh nghiệm ta chọn.
(Giáo trình kết cấu và tính toán ô tô-NXB GTVT/38)
Mômen lớn nhất của động cơ: Memax = 225 Nm
Vậy mô men ma sát ly hợp: Mms = 225 x 1,3 = 292,5 (Nm)
2.2 Xác định kích thước cơ bản của ly hợp
2.2.1 Đĩa bị động a, Kích thước đĩa bị động
Tính toán, thiết kế ly hợp cho ô tô con
Xác định mômen ma sát của ly hợp
Ly hợp cần phải có khả năng truyền tải toàn bộ mômen xoắn lớn nhất từ động cơ Để đảm bảo rằng yêu cầu này được thực hiện trong mọi điều kiện, cần phải đáp ứng các tiêu chí cụ thể.
- Mms : Mômen ma sát của ly hợp;
- Memax : Mômen xoắn cực đại của động cơ;
- : Hệ số dự trữ ly hợp.
Hệ số cần lớn hơn 1 để đảm bảo truyền tải mômen động cơ hiệu quả, nhưng không nên quá cao để tránh làm tăng kích thước đĩa bị động và số lượng đĩa ma sát, điều này có thể dẫn đến sự gia tăng kích thước và khối lượng của ly hợp Đồng thời, cần hạn chế lực tác dụng lên đĩa ma sát để tránh quá tải cho hệ thống truyền lực trong các chế độ làm việc bất thường.
Dựa theo tiêu trí trên và dựa theo kinh nghiệm ta chọn.
(Giáo trình kết cấu và tính toán ô tô-NXB GTVT/38)
Mômen lớn nhất của động cơ: Memax = 225 Nm
Vậy mô men ma sát ly hợp: Mms = 225 x 1,3 = 292,5 (Nm)
Xác định kích thước cơ bản của ly hợp
2.2.1 Đĩa bị động a, Kích thước đĩa bị động
Hình 2.1 Kích thước vành đĩa ma sát
R1 – bán kính trong của đĩa bị động.
R2 – bán kính ngoài của đĩa bị động.
Rtb – bán kính trung bình của đĩa bị động.
Bán kính trong R1 và bán kính ngoài R2 của bề mặt ma sát ly hợp cần được xác định để đảm bảo rằng áp suất làm việc trên các bề mặt ma sát không vượt quá giới hạn cho phép.
Khi thiết kế người ta chọn sơ bộ đường kính ngoài theo kinh nghiệm như sau:
D2- Đường kính ngoài đĩa ma sát;
Memax- Mô men xoắn lớn nhất của động cơ (N.m);
C- Hệ số kinh nghiệm lấy theo loại ô tô Đối với xe con chọn C =4,7
(Giáo trình kết cấu và tính toán ô tô-NXB GTVT/39)
Thay số vào công thức ta được:
Bán kính trong của đĩa ma sát được chọn theo công thức:
(Giáo trình kết cấu và tính toán ô tô-NXB GTVT/39)
Do động cơ hoạt động với vận tốc cao, phần mép tấm ma sát sẽ bị mòn nhiều hơn phần bên trong, ảnh hưởng đến khả năng truyền mômen của đĩa bị động Vì vậy, việc chọn đường kính trong của tấm ma sát cần càng gần với đường kính ngoài càng tốt.
Vậy ta chọn đường kính trong và đường kính ngoài của đĩa ma sát :
Bán kính ma sát trung bình được xác định theo công thức:
(Giáo trình kết cấu và tính toán ô tô-NXB GTVT/39)
Vậy bán kính đĩa ma sát là:
Rtb = 9,1 (cm) = 0,091 (m). b, Chọn số lượng đĩa bị động (số đôi bề mặt ma sát)
Số đôi bề mặt ma sát được tính theo công thức:
(Giáo trình kết cấu và tính toán ô tô-NXB GTVT/40) i= β M emax
Trong đó: b – Bề rộng tấm ma sát gắn trên đĩa bị động được tính theo công thức:
[q] = (1,0.10 5 ÷ 2,5.10 5 ) N/m 2 => Chọn [q] = 2,5.10 5 N/m 2 à - Hệ số ma sỏt
Theo bảng 3.2 trong Giáo trình kết cấu và tính toán ô tô (NXB GTVT/40), với nguyên liệu bề mặt là thép và phêrađô, hệ số ma sát được chọn là = 0,35 Khi thay số vào công thức, ta có i = β M emax.
Số đôi bề mặt ma sát phải là số chẵn, nên ta lấy i= 2.
Vậy số lượng đĩa bị động là n = 1.
2.2.2 Kiểm tra áp suất trên bề mặt ma sát Áp suất trên bề mặt ma sát được tính theo công thức :
(Giáo trình kết cấu và tính toán ô tô-NXB GTVT/41) q= β M emax
Thay số vào ta được : q= 1,3.225
Như vậy q < [q] (200875 < 250000 N/m 2 ), bề mặt ma sát đảm bảo đủ độ bền cho phép.
2.2.3 Xác định công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp
Việc xác định công trượt và công trượt riêng của ly hợp là rất quan trọng để giảm thiểu sự mòn và kiểm soát nhiệt độ tối đa, từ đó đảm bảo tuổi thọ cho ly hợp.
Khi khởi động, đĩa chủ động ly hợp quay theo trục khuỷu trong khi đĩa bị động chưa quay, dẫn đến sự chênh lệch tốc độ và hiện tượng trượt Trước khi đĩa bị động cùng quay với đĩa chủ động, luôn xảy ra trượt do sự khác biệt về tốc độ Khi người lái sang số hoặc phanh, việc mở và đóng ly hợp tạo ra chênh lệch tốc độ giữa hai đĩa, gây ra trượt trước khi chúng kết hợp thành một hệ thống liền mạch Tóm lại, bất kỳ nguyên nhân nào gây ra độ chênh lệch tốc độ giữa hai đĩa đều dẫn đến hiện tượng trượt.
Hiện tượng trượt trong hệ thống ly hợp sinh ra công ma sát, dẫn đến việc chuyển hóa công ma sát thành nhiệt Nhiệt độ tăng cao có thể làm nóng các chi
Công trượt riêng được xác định bởi các yếu tố như kết cấu, vật liệu, tải trọng và cách điều khiển của người lái trên bề mặt ma sát ly hợp Khi đã có các yếu tố về kết cấu, tải trọng và vật liệu, công trượt sẽ phụ thuộc chủ yếu vào phương pháp điều khiển.
Khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao và bàn đạp ly hợp được thả đột ngột, hiện tượng này tạo ra tải trọng động lớn dù thời gian đóng ly hợp rất ngắn Do đó, không nên áp dụng trường hợp này.
Trường hợp đóng ly hợp êm dịu: Để xác định được công trượt lớn nhất thì xét trường hợp đóng ly hợp êm dịu lúc khởi động.
Quá trình này chia làm 2 giai đoạn.
Tăng mômen ly hợp từ 0 đến Ma, tức là mômen cần thiết để chuyển động quy dẫn về trục ly hợp, giúp ôtô bắt đầu chuyển động tại chỗ Điều này được đặc trưng bởi công trượt L1.
- Tăng mômen ly hợp tới một giá trị thích hợp mà ly hợp không thể trượt được nữa (đặc trưng bằng công trượt L2).
(2. 4) Phần giải nghĩa các thông số và tính toán thông số:
Ma: Mômen cản chuyển động dẫn về trục ly hợp và được tính theo công thức.
G : Tải trọng toàn bộ của ô tô ; G = M.g = 1453 9,81 = 14253,93 (N) ;
: Hệ số cản tổng cộng của đường ; = f + tg
- f : Hệ số cản lăn của đường ; f = 0,03
KFV 2 : Phần cản của không khí, khi khởi động tại chỗ V = 0 KFV 2 = 0 ;
B: Chiều rộng của lốp : B = 215 mm = 8,46 inch; d: đường kính vành bánh xe : d = 16 inch; r bx = ( B+ d 2).25,4=0,935.( 8,46+ 162 ).25,490,9mm
tl: Hiệu suất của hệ thống truyền lực:
th : Hiệu suất ly hợp, lh = 1;
h: Hiệu suất hộp chính ở số 1, h = 0,92;
0: Hiệu suất truyền lực chính, 0 = 0,92;
Vậy tl = 1 0,92 0,92 = 0,846 i0, ih1: Lần lượt là tỷ số truyền của truyền lực chính và hộp số ở tay số 1; i0 = 4,389; ih1 = 3,267
m: Tốc độ góc của động cơ tại mômen lớn nhất;
với nM là số vòng quay tại Memax;
a: là tốc độ góc trục ly hợp, a = 0 (vì khởi động tại chỗ);
17,34 2 = 0,74 (KGm 2 ) t1,t2 thời gian đóng ly hợp ở giai đoạn đầu và giai đoạn sau. t 1 =M a
K : Hệ số tỷ lệ đến nhịp độ tăng mômen M1 khi đóng ly hợp đối với xe cơ sở chọn; K = 140 (Nm/s);
A : Biểu thức rút gọn được tính theo công thức sau:
Thay số vào ta được:
Vậy công trượt tổng cộng:
2.2.4 Kiểm tra công trượt riêng
Việc xác định công trượt và công trượt riêng của ly hợp là rất quan trọng để hạn chế sự mòn và kiểm soát nhiệt độ tối đa, từ đó đảm bảo tuổi thọ cho ly hợp Để đánh giá độ hao mòn của đĩa ly hợp, cần tiến hành kiểm tra công trượt riêng.
R1, R2 là bán kính trong và ngoài mặt đĩa bị động.
Giá trị công trượt riêng cho phép [l0] đối với xe ô tô con là:
So sánh: l0 < [l0] Vậy l0 thoả mãn.
2.2.5 Kiểm tra nhiệt độ các chi tiết
Công trượt có thể gây nóng cho các chi tiết như đĩa ép bánh đà, dẫn đến mất khả năng hoạt động bình thường Do đó, việc kiểm tra nhiệt độ các chi tiết là rất quan trọng Tấm ma sát dẫn nhiệt kém, trong khi bánh đà có khối lượng và kích thước lớn, vì vậy chúng ta chỉ cần kiểm tra đĩa ép.
Xác định độ tăng nhiệt theo công thức.
L : Công trượt tổng cộng ly hợp;
C : Tỷ nhiệt chi tiết bị nung nóng, đối với gang C = 500 J/kg 0 C; mt : Khối lượng chi tiết bị nung nóng (đĩa ép), mt = 7,6;
: Hệ số xác định phần công trượt dùng nung nóng, đĩa ép bị nung nóng ở đây ta tính cho đĩa ép ngoài ¿ 2.n 1 với n là số lượng đĩa bị động. n = 1 ¿ 1 2 =0,5
Vậy độ tăng nhiệt độ thoả mãn giới hạn cho phép, [T] =8 0 – 10 0 C
Khi đĩa ép ngoài nóng lên, lò xo ép cũng bị ảnh hưởng nhiệt độ, nhưng mức tăng nhiệt của lò xo thấp hơn nhờ có đệm cách nhiệt Vì vậy, việc kiểm tra nhiệt độ của lò xo là không cần thiết.
2.2.6 Tính toán sức bền một số chi tiết a, Tính sức bền đinh tán Để giảm kích thước của ly hợp, khi ly hợp làm việc trong điều kiện ma sát khô thì chọn vật liệu có hệ số ma sát cao Vật liệu của tấm ma sát thường chọn là loại phêrađô Đĩa bị động gồm các tấm ma sát và xương đĩa Xương đĩa thường chế tạo bằng thép cacbon trung bình và cao Ta chọn thép 50.
Chiều dày xương đĩa thường chọn từ (1,5 2,0) mm Ta chọn x = 2 mm
Chiều dày tấm ma sát thường chọn từ (3 5) mm Ta chọn = 4 mm
Tấm ma sát được kết nối với xương đĩa bị động thông qua đinh tán bằng đồng có đường kính 4 mm Các đinh tán được sắp xếp trên đĩa theo hai dãy tương ứng với các bán kính khác nhau.
Vòng trong : r1 = 8 cm ; Vòng ngoài : r2 = 10 cm
Hình 2.2 Sơ đồ phân bố lực trên đinh tán
Lực tác dụng lên mỗi dãy đinh tán được xác định theo công thức :
6,86 kG (2.12) Đinh tán được kiểm tra theo ứng suất cắt và chèn dập τ c = F π d 2 ≤[τ¿¿c];τ cd = F n l d≤[τ¿¿cd]¿ ¿
F: Lực tác động lên mỗi đinh tán;
c, cd: ứng suất cắt và chèn dập;
[c] - ứng suất cắt cho phép của đinh tán [c] = 100 kG/cm 2 ;
[cd] - ứng suất chèn dập cho phép của đinh tán [cd] = 250 kG/cm 2
Chọn: n: Số lượng đinh tán mỗi dãy; n = 16 đinh ; d = 4 mm = 0,4 cm ;
L = 5 mm = 0,5 cm Ứng suất cắt và ứng suất chèn dập đối với đinh tán ở vòng trong :
Vậy các đinh tán đảm bảo độ bền cho phép. Ứng suất cắt và ứng suất chèn dập đối với đinh tán ở vòng ngoài :
Vậy các đinh tán đảm bảo độ bền cho phép. b, Moay ơ đĩa bị động
Chiều dài moay ơ ở đĩa bị động được chọn làm sao để giảm độ đảo của đĩa bị động và góp phần tăng bền then hoa.
Khi làm việc then hoa của moay ơ chịu ứng suất cắt và chèn dập được xác định theo công thức. τ c = 4.M emax
Memax: Mômen lực của động cơ;
Z: Số then hoa của moay ơ;
D: Đường kính ngoài then hoa;
B: Bề rộng một then hoa.
Trước tiên tính sơ bộ trục then hoa: d TB ≥ √ 3 0,2 M emax [τ ]
Với [] là ứng suất xoắn cho phép (thép 40X) [] = 4.10 7 (N/m 2 )
Tra bảng tiêu chuẩn ta lấy then có dTB 0,03 (m).
Với moay ơ ly hợp: L = D = 35 mm
Vậy ta chọn các thông số kính thước của Moay ơ:
Để đảm bảo độ bền của hoa, cần kiểm tra đinh tán nối moay ơ với xương đĩa Việc kiểm tra này được thực hiện thông qua các phương pháp bền cắt và chèn dập, với đường kính đinh tán là 7 mm (0,007 m).
Chiều dài bị chèn dập l = 4 m = 0,004 m;
Bán kính bố trí đinh tán R = 0,045 m ;
Lực tác dụng lên đinh tán:
4.3,14 0,00 7 2 2,5.1 0 6 (N/m 2 ) Ứng suất chèn dập: τ cd = F n l d= 5000
Vật liệu làm đinh tán là thép C65 có ứng suất cho phép
Vậy đinh tán đủ bền. d, Tính lò xo giảm chấn
Xác định lực tác động lên một lò xo.
Mômen cực đại có khả năng ép lò xo giảm chấn được xác định theo công thức:
Gb: Trong lượng bám của ô tô Gb = 1453 9,81 = 14253,93 (N);
: hệ số bám của đường, = 0,8 ; rb: Bán kính làm việc của bánh xe, rb = rbx = 0,4 (m) ; i0 = 4,389 ; ih1 = 3,267
Mômen mà giảm chấn có thể truyền được bằng tổng mômen quay của các lực lò xo giảm chấn và mômen ma sát.
M1: là mômen ma sát quay của lực lò xo giảm chấn dùng để dập tắt cộng hưởng ở tần số cao ;
M2: là mômen ma sát dùng để dập tắt cộng hưởng ở tần số thấp ;
P1: Lực ép của lò xo giảm chấn ;
R1: bán kính đặt lò xo giảm chấn, R1 = 0,045 m ;
Z1: Số lượng lò xo giảm chấn, Z1 = 4 ;
P2: lực tác dụng lên vòng ma sát ;
R2: Bán kính trung bình đặt vòng ma sát ;
Z2: Số cặp bề mặt ma sát ;
Thường tính toán lấy : M2 = 20% Mmax = 63,6 (Nm).
Xác định số vòng làm việc và chiều dài lò xo tự nhiên : n 0 = G d 4
G: modun đàn hồi dịch chuyển, G = 8.10 10 (N/m 2 ) ;
: độ biến dạng của lò xo giảm chấn từ vị trí chưa làm việc đến vị trí làm việc :
= 3 (mm) = 0,003 (m) ; d: đường kính dây làm giảm chấn, d = 3 (mm) = 0,003 (m) ;
D: đường kính trung bình lò xo giảm chấn, D = 18 (mm) = 0,018 (m) ;
Lò xo được kiểm tra theo ứng xuất xoắn : ¿8.P 1 D π d 3 K (2.18)
K: hệ số tập trung ứng suất;
3,14.0,00 3 3 1,253 = 7,2.10 6 (N/m 2 ) Ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo lò xo 60 là [] = 9.10 8 (N/m 2 ).
Vậy lò xo đủ bền. e, Tính lò xo màng
Xét quan hệ biên dạng và lực ép:
Hình 2.13 Sơ đồ biên dạng và lực ép
Tính toán, thiết kế hệ dẫn động ly hợp
Chất lượng của dẫn động ly hợp được đánh giá qua các thông số quan trọng như công thực hiện của người lái để ngắt ly hợp (Wc), lực tối đa tác dụng lên bàn đạp (Qbdmax) và hành trình lớn nhất của bàn đạp (Sbdmax) Đối với ô tô con, những chỉ số này đóng vai trò quyết định trong việc đảm bảo hiệu suất và độ an toàn khi vận hành.
W c ≤23J ;Q bd max ≤150N ; S bd max ≤140÷160mm
2.3.1 Xác định lực và hành trình bàn đạp
Sơ đồ dẫn động bao gồm các thông số quan trọng như c2, là khoảng cách từ giá treo bàn đạp tới vị trí bàn đạp ly hợp; d1, đường kính piston xy lanh chính; d2, đường kính xy lanh công tác; b1 và b2, các khoảng cách lắp đặt của càng mở; và a1, a2, các khoảng cách của lò xo màng.
Với sơ đồ dẫn động như hình 2.7, ta có : i dd =a 2 a 1 b 2 b 1 c 2 c 1 d 2 2 d 1 2 =i dm i cm i bd i tl (2.19)
Trong hệ thống dẫn động ly hợp, các tỷ số truyền quan trọng bao gồm: idd, tỷ số truyền toàn bộ hệ thống; ibd, tỷ số truyền của bàn đạp ly hợp, được tính bằng c2/c1; itl, tỷ số truyền thủy lực qua xy lanh chính và xy lanh công tác, tính theo d2^2/d1^2; icm, tỷ số truyền của càng mở, xác định từ kích thước lò xo màng với công thức b2/b1; và idm, tỷ số truyền đòn mở, được tính bằng a2/a1.
Hành trình bàn đạp được xác định theo công thức:
Sbd : Hành trình của bàn đạp, giới hạn, [Sbd ]0 mm ;
∆S : Hành trình tự do của ly hợp, ∆S = 30 mm ;
Sde : Hành trình dịch chuyển của đĩa ép, Sđe = (0,75÷1) i+ ∆đbđ
Chọn: i = 2 : Số đôi bề mặt ma sát ;
∆đbđ = 1 : Biến dạng dọc trục đĩa bị động;
∆ là khe hở giữa bi T và đầu đòn mở, ∆=3 mm ; itl : Tỉ số truyền thủy lực itl = 1 ; icm - Tỉ số truyền càng mở icm = 1,4 ÷ 2,2
Suy ra: i bd = ΔSS ΔS i tl i cm = 30
Lực bàn đạp cần thiết để ngắt ly hợp:
P n : là lực ép cần thiết để ngắt ly hợp, P n )44,3 (N) ; η dd : là hiệu suất dẫn động ta chọn η dd=0,9
Thay số vào ta có:
Vì Q bd