Ly hợp là một trong số các phụ tùng được sản xuất tại Việt Nam Để sản xuất ra một phụ tùng ô tô nói chung và ly hợp nói riêng chúng ta không thể bỏ qua được nghiên cứu và tính toán lý th
TỔNG QUAN
Khái quát về ly hợp ô tô
1.2.1 Vai trò của ly hợp trong ô tô
Ly hợp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền lực của ôtô, đóng vai trò liên kết giữa động cơ và hộp số Nó có nhiệm vụ tách và nối hai bộ phận này khi cần thiết, như khi xe khởi động hoặc chuyển số Ngoài ra, ly hợp còn bảo vệ hệ thống truyền lực khỏi quá tải do mômen quán tính trong quá trình hoạt động Để đảm bảo việc chuyển số êm ái, ly hợp giúp truyền công suất từ động cơ đến hộp số một cách từ từ, tránh sự đột ngột Bộ ly hợp được điều khiển thông qua bàn đạp ly hợp, giúp dễ dàng nối và ngắt công suất từ động cơ.
Việc đánh giá khả năng làm việc của ly hợp thường thông qua các tiêu chuẩn như:
- Phải truyền hết được mômen của động cơ xuống hệ thống truyền lực mà không bi 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 ly hợp cần phải nhỏ nhằm giảm tải trọng động tác lên các 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
- Điều khiển ly hợp nhẹ nhàng tránh gây mệt mỏi cho người lái xe
- Giá thành của bộ ly hợp rẻ, tuổi thọ cao, kết cấu đơn giản kích thước nhỏ gọn, dễ tháo lắp và sửa chữa bảo dưỡng
Vậy để đảm bảo được các yêu cầu này ta hãy tìm hiểu kỹ kết cấu của ly hợp, nguyên lý hoạt động, các cách điều chỉnh ly hợp
Có nhiều cách phân loại:
- Phân loại theo cách truyền mômen:
Ly hợp ma sát là thiết bị truyền mô men thông qua các bề mặt ma sát, bao gồm hai loại chính: ly hợp ma sát khô và ly hợp ma sát ướt.
Ly hợp ma sát khô: Không có dung môi, các đĩa ma sát thường được làm từ Ferado đồng
Ly hợp ma sát ướt: Được nhúng trong dầu
+ Ly hợp thuỷ lực: Truyền mômen thông qua chất lỏng
+ Ly hợp điện từ: Truyền mômen nhờ lực điện từ
Ly hợp liên hợp là một hệ thống truyền mô men kết hợp giữa ma sát và thủy lực Hiện nay, các loại ôtô chủ yếu sử dụng ly hợp ma sát và ly hợp thủy lực để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Phân loại theo trạng thái làm việc:
Ly hợp thường đóng là loại ly hợp mà khi không có lực điều khiển, nó luôn ở trạng thái đóng Khi người lái đạp ly hợp, các bề mặt làm việc sẽ tách ra Loại ly hợp này được sử dụng phổ biến trên hầu hết các ôtô hiện nay.
+ Loại ly hợp thường mở: Khi không có lực điều khiển, ly hợp luôn ở trạng thái mở
- Phân loại theo dạng lò xo của đĩa ép:
+ Ly hợp sử dụng lò xo trụ bố trí theo vòng tròn
+ Ly hợp sử dụng lò xo dạng côn xuắn
+ Ly hợp sử dụng lò xo dạng đĩa
- Phân loại theo hệ thống dẫn động ly hợp:
+ Ly hợp dẫn động cơ khí
+ Ly hợp dẫn động thuỷ lực
- Phân loại theo trợ lực dẫn động:
Phần ly hợp được chia thành hai bộ phận chính: điều khiển cơ khí và điều khiển thủy lực Quá trình hoạt động của ly hợp bắt đầu khi lực từ bàn đạp tác động lên piston của xi lanh chính, làm tăng áp suất dầu trong hệ thống Áp suất này được truyền qua đường ống dẫn dầu thủy lực đến piston trong xi lanh cắt ly hợp, đẩy càng cắt ly hợp di chuyển Theo nguyên tắc đòn bẩy, vòng bi cắt ly hợp bị ép vào lò xo đĩa, giúp tách đĩa ly hợp khỏi bánh đà và ngắt kết nối công suất từ động cơ đến hộp số.
Bàn đạp ly hợp đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra áp suất thủy lực trong xi lanh chính, từ đó tác động lên xi lanh cắt ly hợp, giúp thực hiện quá trình đóng và ngắt ly hợp một cách hiệu quả.
Khi sử dụng xe, nếu bạn gặp tình trạng không thể cắt động lực dù đã đạp hết bàn đạp ly hợp, điều này có thể do ly hợp đã bị mòn hoặc hành trình tự do của bàn đạp ly hợp không chính xác.
Hành trình tự do của bàn đạp ly hợp là khoảng cách mà bàn đạp có thể di chuyển cho đến khi vòng bi cắt ly hợp tác động lên lò xo đĩa Khi đĩa ly hợp bị mòn, hành trình tự do này sẽ giảm, và nếu không còn hành trình tự do, điều này cho thấy ly hợp đã quá mòn và cần phải thay thế hoặc điều chỉnh Việc điều chỉnh hành trình tự do được thực hiện bằng cách điều chỉnh chiều dài cần đẩy của xi lanh cắt ly hợp và duy trì hành trình tự do không đổi thông qua việc điều chỉnh các bu lông.
Trong các loại xe hiện nay, xi lanh cắt ly hợp tự điều chỉnh được sử dụng phổ biến, giúp duy trì hành trình tự do của bàn đạp ly hợp không thay đổi Bên cạnh đó, người dùng có thể điều chỉnh độ cao của bàn đạp ly hợp thông qua bu lông chặn bàn đạp, đồng thời điều chỉnh hành trình tự do của bàn đạp bằng bu lông chặn cần đẩy.
Ngoài các loại bàn đạp ly hợp thông thường, còn có bàn đạp ly hợp kiểu quay vòng được thiết kế để giảm lực điều khiển nhờ vào hệ thống lò xo.
Lò xo được lắp giữa bàn đạp ly hợp và giá đỡ bàn đạp thông qua một khớp xoay Khi bắt đầu đạp bàn đạp, lò xo tạo ra lực cản (mũi tên màu đỏ) làm cho bàn đạp khó di chuyển Tuy nhiên, khi đạp bàn đạp vượt quá một vị trí nhất định, lực của lò xo sẽ đổi hướng, bổ sung thêm vào lực ấn, giúp việc đạp trở nên dễ dàng hơn Bên cạnh đó, xi lanh chính của ly hợp cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Xi lanh chính của ly hợp bao gồm cần đẩy, piston, các lò xo hãm và lò xo côn, cùng với buồng chứa dầu Trong quá trình hoạt động, sự trượt của pít tông tạo ra áp suất thủy lực để điều khiển việc đóng cắt ly hợp Đồng thời, lò xo phản hồi của bàn đạp liên tục kéo cần đẩy về phía bàn đạp ly hợp, đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.
Khi đạp chân vào bàn đạp, lực tác động lên bàn đạp sẽ đẩy cần dịch chuyển sang trái, dẫn đến việc dầu trong xi lanh chính chảy theo hai hướng: một hướng đến xi lanh cắt ly hợp và một hướng vào bình chứa Khi thanh nối tách khỏi bộ phận hãm lò xo và di chuyển sang trái, nó sẽ đóng đường dầu vào bình chứa, làm tăng áp suất dầu trong xi lanh chính Áp suất này sau đó sẽ được truyền đến điều khiển pít tông trong xi lanh cắt ly hợp.
Khi nhả bàn đạp, lò xò nén đẩy pít tông sang phải, dẫn đến giảm áp suất dầu thủy lực Khi pít tông trở lại, thanh nối kéo van nạp mở, cho phép dầu từ bình chứa trở về xi lanh chính Nếu không khí lọt vào đường dẫn dầu, áp lực không khí tăng lên và không tạo đủ áp suất cần thiết, gây ra tình trạng không thể ngắt hoàn toàn công suất do hiệu suất của ly hợp bị giảm.
Đề tài luận văn
Trên ôtô, ly hợp là một trong những cụm quan trọng trong hệ thống truyền lực, ảnh hưởng lớn đến tính êm dịu, khả năng điều khiển và an toàn cho động cơ Để chế tạo ôtô đạt chất lượng, thiết kế bộ ly hợp tốt là rất cần thiết Do đó, đề tài “Khảo sát và tính toán động lực học hệ thống dẫn động ly hợp ô tô bằng thủy lực” được giao nhằm nghiên cứu chi tiết về hệ thống ly hợp thủy lực, các thông số ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc, tuổi thọ và an toàn của ly hợp Xe Ford Focus được chọn làm cơ sở để tham khảo các thông số ban đầu.
Phương pháp nghiên cứu
Để đảm bảo nghiên cứu và tính toán nhanh chóng, chính xác, phần mềm Matlab Simulink được sử dụng để mô phỏng và tính toán trên máy tính Matlab, viết tắt của Matrix Laboratory, là một chương trình phần mềm lớn trong lĩnh vực toán số, chuyên về các phép tính vector và ma trận Chương trình bao gồm các hàm toán, chức năng nhập/xuất và khả năng điều khiển chu trình, cho phép người dùng xây dựng các scripts hiệu quả.
Simulink là một công cụ mở rộng của Matlab, được sử dụng để mô phỏng và phân tích các hệ thống động Phần mềm này thường được áp dụng trong thiết kế hệ thống điều khiển, hệ thống DSP, hệ thống thông tin và nhiều ứng dụng mô phỏng khác.
Simulink, viết tắt của hai từ Simulation và Link, là công cụ mạnh mẽ cho phép mô tả các hệ thống tuyến tính và phi tuyến Nó hỗ trợ việc xây dựng các mô hình trong miền thời gian liên tục, gián đoạn hoặc kết hợp cả hai.
Trong luận văn này chúng ta sử dụng Matlab Simulink để mô phỏng động lực học hệ dẫn động của ly hợp ô tô trợ lực thủy lực.
Nội dung của luận văn
PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG DẪN ĐỘNG LY HỢP
Các phương trình mô tả hệ thống
Mô hình thứ hai hiện nay được sử dụng phổ biến hơn, cho phép mô tả chính xác các hiện tượng phức tạp trong hệ thống bằng các công cụ toán học đơn giản hơn so với mô hình thứ nhất Tuy nhiên, các phương trình vi phân mô tả hệ thống thường đạt bậc 3 hoặc 4, do đó, để giải quyết chúng, người ta thường áp dụng các phương trình gần đúng thông qua việc tuyến tính hóa các phương trình phi tuyến hoặc sử dụng các phương pháp số trên máy tính.
Hệ phương trình mô tả động lực học của hệ thống thủy lực bao gồm ba dạng phương trình, tương ứng với các quá trình khác nhau diễn ra trong hệ thống.
Các phương trình chuyển động của các chi tiết động trong hệ thống, thường được xây dựng theo nguyên lý Đa lăm be, bao gồm các phương trình lực và mô men Những phương trình này đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích và thiết kế các hệ thống cơ khí, giúp đảm bảo sự hoạt động hiệu quả và ổn định của các chi tiết trong quá trình vận hành.
- Các phương trình dòng chảy của chất lỏng trong hệ thống;
- Các phương trình lưu lượng
Các phương trình chuyển động mô tả sự cân bằng của các bộ phận trong hệ thống khi chịu tác động của các lực hoặc mô men Đối với các phần tử chuyển động tịnh tiến, việc phân tích các lực tác động là rất quan trọng để hiểu rõ về trạng thái chuyển động của chúng.
Trong chuyển động quay, khối lượng của chi tiết được quy về chuyển động (m) và dịch chuyển của chi tiết động (x) là rất quan trọng Tổng các lực chủ động (ΣPa) và tổng các lực cản (ΣPc) ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất chuyển động của các chi tiết này.
J- Mô men quán tính quy đổi của các chi tiết quay; ϕ- Góc quay của chi tiết động; ΣMa- Tổng mô men của các lực chủ động; ΣMc- Tổng mô men của các lực cản
Trong trường hợp tổng quát, khối lượng quy đổi m bao gồm khối lượng của các chi tiết động mr và khối lượng của chất lỏng công tác ml
Khối lượng của các chi tiết động quy về pít tông được tính như sau:
Trong đó: msi và Jsi là khối lượng và mô men quán tính của phần tử thứ i so với trục đi qua khối tâm của nó;
Vi- Vận tốc của trọng tâm của phần tử i; ωI - Vận tốc góc của phần tử i;
Khối lượng của chất lỏng trong n đoạn của hệ dẫn động thuỷ lực quy đổi về piston:
Với: li, fi- Độ dài và diện tích tiết diện của đoạn i;
Khi áp dụng phương trình Béc nu li, cần lưu ý rằng khối lượng quy đổi của chất lỏng có thể được thay thế bằng tổn thất quán tính Cụ thể, tổn thất quán tính của cột áp pj được tính toán và đưa vào phương trình để đảm bảo kết quả chính xác.
Trong đó: V là vận tốc chuyển động của chất lỏng trong ống
2.2.2 Phương trình dòng chảy chất lỏng
Tất cả các thành phần trong hệ thống thủy lực đều cản trở chuyển động của chất lỏng, dẫn đến tổn thất cho dòng chảy, được gọi là tổn thất thủy lực Tổn thất thủy lực được thể hiện qua tổn thất áp suất và phụ thuộc vào chế độ chảy.
Do có tổn thất nên áp suất tại một điểm bất kỳ trên sơ đồ tính toán được biểu thị bằng công thức sau:
Trong đó: pi, pi+1 là áp suất tại nút thứ i và i+1 trên sơ đồ tính toán, ∆pi là tổn thất trên đoạn từ nút i đến i+1
Tổn thất thủy lực được chia thành ba loại chính: tổn thất dọc theo đường ống (pl), tổn thất cục bộ (pm) và tổn thất quán tính của khối lượng chất lỏng chuyển động (pj).
Tổn thất dọc theo đường ống phụ thuộc vào chế độ dòng chảy Trong chế độ chảy tầng, tổn thất tỷ lệ thuận với vận tốc dòng chảy, trong khi ở chế độ chảy rối, tổn thất tỷ lệ với bình phương vận tốc.
Việc chuyển từ chế độ chảy tầng sang chế độ chảy rối xảy ra trong những điều kiện nhất định, được xác định qua số Reynolds (Re):
V- Vận tốc trung bình của dòng chảy; d - Đường kính ống; ν - Hệ số độ nhớt động học của chất lỏng i i i p p p = +1 + ∆ j m l i p p p p = + +
Tổn thất áp suất trên đường ống có tiết diện tròn ở chế độ chảy tầng (Re < 2300) được tính theo công thức Poiselles, với R e = Vd pi+1 pi ∆pi.
Trong đó: ν- Hệ số độ nhớt động học; l và f- Độ dài và tiết diện đường ống;
Với: λl- hệ số cản ở chế độ chảy tầng.
Trong các tính toán thực tế có thể lấy λl = 75/ Re Ở chế độ chảy rối (Re > 2300):
Trong đó: λt- Hệ số tổn thất do ma sát ở chế độ chảy rối;
Đối với các thành ống kim loại nhẵn có thể lấy tương đối chính xác: λt = 0,025 hay tính theo công thức λt = 0,3164Re -0,25
Trong các hệ thống điều khiển thủy lực, tồn tại một vận tốc giới hạn V* tương ứng với giá trị giới hạn của số Reynolds, cụ thể là Re = 2300.
Vì vậy để đánh giá tổn thất có thể sử dụng công thức sau:
Công thức này mang lại kết quả tính toán tương đối chính xác, nhưng quy trình tính toán lại phức tạp do cần giải bài toán thành hai phần: trước và sau V*.
Theo GS Metliuk thì có thể sử dụng một công thức chung cho cả hai chế độ dòng chảy: b) Tổn thất cục bộ
Tổn thất cục bộ có thể phân thành 2 loại như sau:
- Các bộ phận tiết lưu (con trượt, van các loại, tiết lưu, );
- Các bộ phận chuyển tiếp (góc ngoặt, ống nối, chạc ba, )
Tổn thất cục bộ được tính theo công thức sau:
Hệ số cản cục bộ ζ, phụ thuộc vào cấu trúc của bộ phận gây cản và chế độ dòng chảy, được xác định thông qua các thí nghiệm thực tế.
Trong tính toán có thể thay tổn thất cục bộ bằng tổn thất trên đường ống tương đương với độ dài:
V p m ζρ ζρ λ ζ d l td = Đối với các tiết lưu, tổn thất đi qua nó ∆p được tính theo công thức sau:
- Hệ số lưu lượng, phụ thuộc vào độ nhớt, độ thu hẹp dòng chảy, f - Diện tích mặt cắt ngang của tiết lưu;
∆p- Tổn thất áp suất (độ chênh áp trước và sau tiết lưu) c) Tổn thất quán tính
Tổn thất quán tính của dòng chất lỏng xuất hiện khi dòng chảy không ổn định, đặc biệt là ở quá trình quá độ Nó được đánh giá như sau:
Với x là dịch chuyển của khối chất lỏng
Trong các sơ đồ mô phỏng hệ thống thuỷ lực, tương tự như hệ thống khí nén, xuất hiện các điểm rẽ nhánh, được gọi là các nút Tại mỗi nút, quy tắc tính dòng điện được áp dụng để xác định lưu lượng.
Nghĩa là tổng đại số các lưu lượng đi qua điểm nút bằng 0 Vận dụng quy tắc này cho sơ đồ trên đây ta có thể viết: hay: àf ρ p
MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG LY HỢP
Tính chọn các kích thước và các thông số cơ bản của ly hợp
Các kích thước và thông số cơ bản của ly hợp bao gồm: Đường kính ngoài Dcác tấm ma sát; Đường kính trong d của các tấm ma sát;
Số lượng đĩa bị động z i ;
Hệ số dự trữ ly hợp β;
Lực ép tổng của các lò xo FΣ;
Hệ số ma sỏt tớnh toỏn à;
Số lượng lò xoz lx ; Độ cứng của các lò xo ép C;
3.1.1 Xác định mô men ma sát mà ly hợp cần truyền
Ly hợp cần được thiết kế để truyền tải toàn bộ mô men của động cơ, đồng thời bảo vệ hệ thống truyền lực khỏi tình trạng quá tải Để đáp ứng hai yêu cầu này, mô men ma sát của ly hợp Mc được tính toán một cách chính xác.
Trong đó: β- Hệ số dự trữ của ly hợp;Memax- Mô men cực đại của động cơ
Việc lựa chọn hệ số β hợp lý là rất quan trọng trong thiết kế ly hợp Hệ số β nhỏ có thể dẫn đến việc không truyền hết mô men, do lực ép của lò xo giảm dần làm giảm mô men ma sát Ngược lại, nếu chọn β quá lớn, ly hợp không đảm bảo chức năng an toàn, có thể gây quá tải cho hệ thống truyền lực Để đạt được hệ số β lớn, cần tăng kích thước và số lượng đĩa ma sát hoặc tăng lực ép của các lò xo.
Lực ép lò xo giảm do hai nguyên nhân chính sau:
Sau một thời gian dài sử dụng, độ cứng của lò xo giảm dần do hiện tượng mỏi Bên cạnh đó, khi các đĩa ma sát bị mòn, chiều dài lò xo tăng lên, dẫn đến việc giảm lực ép của nó.
Theo kinh nghiệm, độ giảm lực ép của lò xo do mỏi chiếm 8-10%, trong khi độ mòn của các đĩa ma sát là 15-20% Do đó, hệ số β có thể giảm tới 23-30% trong quá trình sử dụng Vì vậy, người ta thường chọn hệ số β như sau: β = 1,3-1,75 cho ôtô con; β = 1,5-2,25 cho ôtô tải; β = 1,8-3,0 cho ôtô việt dã; và β = 2,0-3,0 cho ôtô kéo rơ moóc.
Vậy trong trường hợp này chúng ta chọn β = 1,5 max e c M
3.1.2 Xác định các thông số và các kích thước cơ bản
Quá trình tính toán được thực hiện theo trình tự sau
Dựa trên giá trị mô men cực đại của động cơ Memax, số lượng đĩa bị động zi và kích thước tấm ma sát (đường kính D và d) được xác định Nếu Memax nhỏ hơn hoặc bằng 465 Nm, hệ thống ly hợp sẽ sử dụng một đĩa.
Nếu mô men cực đại của động cơ vượt quá giá trị quy định, ly hợp có thể được thiết kế dưới dạng một hoặc hai đĩa Đối với ly hợp một đĩa, kích thước dao động từ 190 đến 400 mm.
Đối với các ly hợp hai đĩa có đường kính D từ 340 đến 400 mm, độ dày của các tấm ma sát dao động từ 3,0 đến 3,5 mm cho ôtô con và từ 4,0 đến 5,0 mm cho ôtô tải Để tính sơ bộ đường kính ngoài D của tấm ma sát cho ly hợp ôtô, có thể áp dụng công thức kinh nghiệm.
D = 2R = 3,16 MM cccccc, trong đó D được tính bằng cm và MCmax được tính bằng Nm Hệ số kinh nghiệm c được xác định là: c = 4,7 cho ôtô con, c = 3,6 cho ôtô tải, và c = 1,9 cho ôtô tải hoạt động trong điều kiện nặng nhọc.
Bán kính trong của vòng ma sát được tính theo bán kính ngoài:
Khi đĩa ma sát quay với vận tốc góc ω, vận tốc tiếp tuyến tại một điểm x bất kỳ được tính bằng Vx = ωRx Điều này cho thấy vận tốc trượt ở mép trong của đĩa thấp hơn so với mép ngoài, dẫn đến việc mép trong bị mòn ít hơn Sự chênh lệch về tốc độ mài mòn càng lớn khi bán kính r và R khác nhau nhiều Do đó, đối với động cơ có số vòng quay cao, nên chọn r ≈ 0,75 R, trong khi động cơ có số vòng quay thấp thì chọn r ≈ 0,53 R.
Lực ép tổng cộng được tính từ mô men ma sát của ly hợp, mô men này được tính như sau: à à à F R
Fà- Lực ma sỏt tổng hợp theo phương tiếp tuyến;
Rà- Bỏn kớnh ma sỏt tương đương với cỏnh tay đũn đặt lực Fà
Bỏn kớnh ma sỏt phụ thuộc vào hệ số ma sỏt à và quy luật phõn bố tải q trờn đĩa Nếu coi à, q = const, người ta tớnh được:
(2) Đối với ôtô con: nên: (3)
Như vậy, biểu thức tính mô men ma sát của ly hợp được viết như sau:
Trong hệ thống ly hợp ôtô, z đại diện cho số đụi bề mặt ma sát, trong khi kz là hệ số điều chỉnh cho sự giảm lực ép do ma sát ở các bề mặt làm việc, bao gồm các bộ phận dẫn hướng và then hoa trên các đĩa chủ động và bị động Khi áp dụng cho ly hợp ôtô, có thể lấy kz = 1, từ đó lực ép tổng có thể được tính toán một cách chính xác.
Hệ số ma sát phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:
- Vật liệu làm tấm ma sát,
- Tình trạng bề mặt các tấm ma sát,
- Vận tốc trượt tương đối,
- Áp suất tác dụng lên bề mặt tấm ma sát,
- Nhiệt độ Đối với các loại vật liệu thường sử dụng trong các ly hợp ôtô, hệ số ma sát nằm trong khoảng: à = 0,25 ữ 0,30
Như vậy trong trường hợp này, ta có:
Mô men cực đại của động cơ là:
MCmax = 165Nm < 465Nm nên số đĩa ly hợp là 1 đĩa; Đường kính ngoài đĩa ly hợp là: D = 190÷400mm
Trong đó MCmax = 165 Nm; Đồng thời chọn c = 4,7 đối với xe con, Ta có:
4,7 ≈19 𝑐𝑐𝑚𝑚 Đường kính trong của đĩa ma sát ly hợp được tính như sau: d = (0,53÷0,75)D = (0,53÷0,75)19 = 13,25 ÷ 18,75
Lực ép tổng cộng được tính từ mô men ma sát của ly hợp, mô men này được tính như sau: à à à F R
Fà- lực ma sỏt tổng hợp theo phương tiếp tuyến;
Rà- bỏn kớnh ma sỏt tương đương với cỏnh tay đũn đặt lực Fà
Bỏn kớnh ma sỏt phụ thuộc vào hệ số ma sỏt à và quy luật phõn bố tải q trờn đĩa Nếu coi à, q = const, người ta tớnh được:
(3.2) Đối với ôtô con, nên: (3.3)
Như vậy, biểu thức tính mô men ma sát của ly hợp được viết như sau:
Trong hệ thống ly hợp ôtô, zà đại diện cho số đụi bề mặt ma sát, với giá trị zà = 2 Hệ số kz phản ánh sự giảm lực ép lên các bề mặt làm việc do ma sát trong các bộ phận dẫn hướng và các then hoa trên các đĩa chủ động và bị động Đối với ứng dụng này, có thể sử dụng kz = 1 và β = 1,5 để tính toán.
Hệ số ma sát chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như vật liệu tấm ma sát, tình trạng bề mặt, vận tốc trượt tương đối, áp suất tác dụng và nhiệt độ Đối với vật liệu thường dùng trong ly hợp ôtô, hệ số ma sát dao động trong khoảng 0,25 đến 0,30, với giá trị được chọn là 0,3.
Khi đó lực ép tổng được tính như sau:
3.1.3 Tính toán độ cứng C của lò xo tương đương Để đơn giản ta giả sử để đóng ngắt ly hợp ta sử dụng các lò xo trụ bố trí xung quanh
Khi ly hợp ở trạng thái đóng tổng lực ép của lò xo là F∑ = 5000N
Khi ngắt ly hợp, lò xo bị nén thêm, dẫn đến tổng lực ép tăng khoảng 20% so với trạng thái ly hợp đang đóng Do đó, lực ép khi ngắt ly hợp sẽ cao hơn đáng kể.
F Σ ′ = 1,2FΣ = 1,2.5000 = 6000N Đặc tính của lò xo được thể hiện như hình vẽ: Để đảm bảo ly hợp ngắt hoàn toàn ta chọn Δ=2mm Độ cứng của lò xo:
3.1.4 Xác định lực tác dụng lên bàn ép để cắt ly hợp
Sơ đồ mô phỏng ly hợp dẫn động thủy lực Δl’ Δl Δ α 𝐹𝐹′ 𝑙𝑙𝐶𝐶
Xác định lực bàn đạp Qbd:
Để cắt ly hợp trong hệ thống ly hợp dẫn động bằng thủy lực, lực tác động lên bàn đạp cần phải đạt được một điều kiện nhất định.
Trong đó: i∑ - Tỷ số truyền trên toàn hệ thống i∑ = 𝐶𝐶 1
15 2 = 37,8 ≈ 38 η – Hiệu suất truyền lực: η = 0,7÷0.8, ta chọn: η = 0,7
Vậy từ (*) ta suy ra: Qbd≥ 𝐹𝐹 ∑
Lựa chọn mô hình mô phỏng
Nghiên cứu cho thấy việc chọn sơ đồ mô phỏng hệ thống phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu và đặc điểm kết cấu của hệ thống, đặc biệt là tỷ lệ phân bố chất lỏng tại các xi lanh làm việc.
Sơ đồ gồm 3 phần tử đàn hồi mang lại độ chính xác cao nhất, vì nó mô tả hệ thống một cách chi tiết Tuy nhiên, sơ đồ này dẫn đến một hệ phương trình bậc hai phi tuyến, khiến việc giải quyết trở nên tương đối phức tạp.
Trong nhiều trường hợp, sơ đồ có phần tử đàn hồi có thể đạt độ chính xác chấp nhận được nếu xác định đúng điểm tập trung khối lượng tính toán Đối với sơ đồ có van phân phối ở đầu vào, nên tập trung chất lỏng tại xi lanh chấp hành, như trong hệ thống thủy lực trợ lực tay lái, nơi lượng chất lỏng chủ yếu tập trung tại xi lanh chấp hành Ngược lại, với các hệ thống có xi lanh chính, cần bố trí chất lỏng tại xi lanh này, tức là tại nút (1), áp dụng cho các hệ thống như dẫn động ly hợp và dẫn động phanh.
Sơ đồ hai phần tử đàn hồi được lựa chọn để mô phỏng trong luận văn này, phù hợp với các trường hợp khi lượng chất lỏng phân bố đồng đều tại các xi lanh.
Sơ đồ hệ thống với 2 phần tử đàn hồi được thể hiện trên hình vẽ:
Hệ thống trên sơ đồ được mô tả bởi hệ phương trình sau:
1 sgn p p dt dz dt a dz dt a dz dt z a d + =
( ) ( ) dt p dp z dt z dz dt dz 2
P dz dt P k dz dt z m td d b z ms
Nếu bỏ qua quán tính của các chi tiết động và ma sát thì hệ phương trình có thể được đơn giản hóa như sau:
Trong trường hợp này, thể tích chất lỏng trong xi lanh chính tập trung tại nút (1), trong khi thể tích chất lỏng trong xi lanh cắt ly hợp được xác định tại nút (2) Thể tích chất lỏng trong đường ống được chia đều cho hai nút Do đó, tại các nút, chúng ta có các thể tích khác nhau.
Nút (2): V 2 =F z 2 ( min + +z) 0,5fl l- Đường ống có chiều dài, f- Tiết diện đường ống,
R - Sức cản thủy lực, m - Khối lượng chất lỏng chứa trong ống f lF a 1 =ρ 2
1 sgn p p dt dz dt a dz dt a dz dt z a d + =
( ) dt p dP F z z dt dz dt dz z
Để đơn giản hóa việc tính toán và mô phỏng, ta giả định rằng chất lỏng là không nén, đồng thời bỏ qua quán tính của các chi tiết động và ma sát Hệ phương trình ban đầu sẽ được rút gọn như sau: V 1 = 1 max − + 0, 5.
Mô men xoắn cực đại của thiết bị đạt 4000 Nm ở tốc độ 5 vòng/phút Đường kính trong của xy lanh chính là 25mm, trong khi đường kính của xy lanh cắt ly hợp là 15mm Ngoài ra, đường kính ống dẫn ly hợp được thiết kế với kích thước 3mm.
Sử dụng dầu phanh DOT4, ta có: ρ = 882Kg/m 3
Theo Bài tập cơ học chất lỏng ứng dụng – Nguyễn Hữu Chí
Hệ số độ nhớt động học: ν = 4.10 −4 m 2 /s
Hệ số kể đến ma sát: kε = 0.2
Phương trình (3) ta có Pz = C.z là lực đàn hồi của lò xo cắt ly hợp
Trong đó: z - Độ mở ly hợp,
C - Độ cứng của lo xo cắt ly hợp
Sử dụng MatlabSimulink để để tính toán động lực học dẫn động
1 Khởi động Simulink:Khởi động vào Matlab, sau đó có hai cách vào cửa sổ
Cách1: vào trực tiếp Simulink bằng cách nhấp chuột vào biểu tượng trong menu của Matlab
Cách 2: gõ lệnh Simulink/ Enter (↵)
Simulink phân biệt hai loại khối chức năng: khối ảo (virtual) và khối thực (not virtual) Khối thực, như Integrator và Transfer Fcn từ thư viện Continuous, đóng vai trò quyết định trong việc mô phỏng, vì chúng có thể thay đổi đặc tính động học của hệ thống Ngược lại, khối ảo, chẳng hạn như Mux và Demux từ thư viện Signal và System, không ảnh hưởng đến đặc tính hệ thống mà chỉ thay đổi giao diện đồ họa của mô hình Một số chức năng có thể mang đặc tính ảo hoặc thực tùy thuộc vào vị trí và cách sử dụng trong mô hình, được gọi là khối ảo có điều kiện.
3 Các thao tác cơ bản sử dụng trong Simulink
Simulink chủ yếu được điều khiển bằng chuột, cho phép người dùng dễ dàng truy cập các thư viện con trong cửa sổ thư viện chính Bằng cách nháy đúp chuột trái vào thư viện con, người dùng sẽ mở ra một cửa sổ mới chứa các khối tương ứng Ngoài ra, nháy đúp vào nhánh của thư viện con trong cửa sổ Library Browser cũng cho kết quả tương tự Từ những khối này, người dùng có thể xây dựng lưu đồ tín hiệu theo ý muốn Để định dạng và soạn thảo, Simulink cung cấp nhiều công cụ hữu ích.
• Move(di chuyển): ta có thể dễ dàng di chuyển một khối trong phạm vi cửa sổ của khối đó nhờ phím chuột trái
• Đánh dấu: bằng cách nháy phím chuột trái vào khối ta co thể đánh dấu, lựa chọn từng khối, hoặc kéo chuột đánh dấu nhiều khối một lúc
Để xóa các khối và đường nối đã được đánh dấu, bạn có thể sử dụng lệnh trong menu Edit / Clear Nếu bạn muốn khôi phục lại thao tác xóa vừa thực hiện, hãy sử dụng menu Edit / Undo hoặc tổ hợp phím Ctrl + Z.
Để tạo ra một hệ thống con mới, bạn chỉ cần đánh dấu nhiều khối có quan hệ chức năng và sau đó gom chúng lại thông qua menu Chỉnh sửa / Tạo Hệ thống Con.
Để nối hai khối, bạn chỉ cần nháy chuột trái vào đầu ra của một khối, sau đó di chuyển chuột tới đầu vào cần nối Khi thả chuột, đường nối sẽ tự động được tạo ra Để rẽ nhánh tín hiệu, nháy chuột phải vào đường nối có sẵn và kéo đường nối mới tới đầu vào cần kết nối.
Để cải thiện tính rõ ràng và dễ theo dõi của lưu đồ tín hiệu, việc di chuyển và bố trí lại các đường nối là cần thiết Sau khi nhả phím chuột, đường nối sẽ tự động được tạo ra, cho phép rẽ nhánh tín hiệu bằng cách nhấn chuột phải vào một đường nối có sẵn và kéo đường nối mới đến đầu vào cần kết nối Bằng cách nhấp chuột trái, người dùng có thể tự do di chuyển các điểm góc hoặc điều chỉnh song song đoạn thẳng của đường nối.
The Format menu provides options to specify the size and data type of signals By selecting "Signal dimensions," users can view the size of the signal passing through the connection Additionally, the "Port data types" option indicates the data type of the signal at the connection point.
Để định dạng một khối, bạn chỉ cần nháy chuột phải vào khối đó để mở cửa sổ định dạng Trong mục Format, bạn có thể chọn kiểu và kích cỡ chữ, cũng như điều chỉnh vị trí và hướng của tên khối Bên cạnh đó, hai mục Foreground Color và Background Color cho phép bạn thiết lập màu sắc viền và màu nền cho khối.
Khi nhấn chuột phải vào một đường nối, cửa sổ định dạng đường sẽ xuất hiện, cho phép bạn thực hiện các lệnh như cắt, sao chép hoặc xóa đường nối đó.
• Hộp đối thoại (Dialog Box) về đặc tính của khối (Block Properties): hoặc đi theo menu của cửa sổ mô phỏng Edit/Block Properties, hoặc chọn mục Block
Properties của cửa sổ định dạng khối, ta sẽ thu được hộp đối thoại cho phép đặt một vài tham số tổng quát về đặc tính của khối
Hộp đối thoại về đặc tính của tín hiệu (Signal properties) có thể được truy cập thông qua menu Edit hoặc bằng cách nháy chuột vào đường nối trong cửa sổ mô phỏng Trong hộp này, người dùng có thể đặt tên cho đường nối hoặc nhập mô tả chi tiết Ngoài ra, để đặt tên cho đường nối một cách nhanh chóng, người dùng chỉ cần nháy đúp chuột trái vào đường nối để vào chế độ nhập văn bản.
3 Tín hiệu và các loại dữ liệu a) Làm việc với tín hiệu Đối với Simulink, khái niệm tín hiệu nhằm chỉ vào dữ liệu xuất hiện ở đầu ra của các khối chức năng trong quá trình mô phỏng: các dữ liệu đó chạy dọc theo đường nối từ đầu ra của khối chức năng này tới đầu vào của các khối chức năng khác mà không tốn thơi gian Tín hiệu trong khuôn khổ Matlab có những đặc điểm riêng do người sử dụng xác định Trong Simulink ta phân biệt ba loại kích cỡ tín hiệu:
Vector tín hiệu, hay còn gọi là tín hiệu 1-D, được xác định theo hai chiều [m x n] Cả vector hàng [1 x n] và vector cột [m x 1] đều thuộc về phạm trù ma trận tín hiệu Đôi khi, trong các trường hợp như khai báo định dạng, ma trận cũng được gọi là mảng.
Khi thiết lập cấu trúc Simulink, việc sử dụng các khối ảo giúp tạo ra các đường tín hiệu ảo, làm cho sơ đồ trở nên gọn gàng và dễ quản lý hơn Tín hiệu ảo có thể được xem như là sự tập hợp hình ảnh của nhiều tín hiệu, bao gồm cả tín hiệu ảo và không ảo Trong quá trình mô phỏng, Simulink áp dụng thủ tục Signal properties để xác định các tín hiệu thực được kết hợp vào tín hiệu ảo, từ đó nhận diện các khối chức năng thực tế ở cuối tín hiệu.
Mỗi tín hiệu trong sơ đồ cấu trúc Simulink được gán một loại số liệu cụ thể, ảnh hưởng đến dung lượng bộ nhớ cần thiết cho tín hiệu đó Simulink hoàn toàn tương thích với tất cả các loại số liệu của Matlab.
• Double: chính xác cao, dấu phẩy động
• Sigle: chính xác vừa, dấu phẩy động
• Boolean (0 hoặc 1, logic, được Simulink sử lí như uint8)
Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu
3.4.1 Ảnh hưởng của độ nhớt động học ν a) Khảo sát quá trình biến thiên p 1 và p 2 khi thay đổi ν
Từ đồ thị ta thấy rằng:
Với ν = 4.10 -4 m 2 /s thì sau khi đạp bàn đạp côn thì sau khoảng thời gian τ = 0,23s thì áp suất p2 mới đạt cực đại p2max=p1
Từ đồ thị ta thấy rằng:
Với ν = 4.10 -2 m 2 /s thì sau khi đạp bàn đạp côn thì cần khoảng thời gian τ = 3,5s thì áp suất p2 mới đạt cực đại p2max=p1
Từ đồ thị ta thấy rằng:
Với ν = 4.10 -6 m 2 /s thì sau khi đạp bàn đạp côn thì chỉ sau khoảng thời gian τ = 0,03s thì áp suất p2 đạt cực đại p2max=p1
Trường hợp ν = 4.10 -6 m 2 /s b) Khảo sát quá trình biến thiên Δ khi thay đổi ν
Với ν = 4.10 -4 m 2 /s thì sau khi đạp bàn đạp côn thì sau khoảng thời gian τ = 0,23s thì độ mở ly hợp Δ đạt mức cực đại Δmax = 2,3mm
Với ν = 4.10 -2 m 2 /s thì sau khi đạp bàn đạp côn thì sau khoảng thời gian τ = 3,5s thì độ mở ly hợp Δ mới đạt mức cực đại Δmax = 2,3mm
Với ν = 4.10 -6 m 2 /s thì sau khi đạp bàn đạp côn thì sau khoảng thời gian τ = 0.03s thì độ mở ly hợp Δ đã đạt mức cực đại Δmax = 2,3mm
Nhận xét: Từ trên ta thấy rằng:
Với giá trị ν = 4.10 -2 m 2 /s, áp suất trong các xy lanh cần khoảng 4 giây để ổn định và độ mở ly hợp đạt Δmax Điều này cho thấy rằng sự gia tăng độ nhớt động học dẫn đến tăng độ trễ trong quá trình đóng ngắt ly hợp.
Với giá trị ν = 4.10 -6 m 2 /s thì chỉ sự đóng mở ly hợp được thực hiện trong khoảng thời gian là 0,03s
Độ trễ thời gian đóng mở ly hợp phụ thuộc vào độ nhớt động học của chất lỏng dẫn động Cụ thể, khi độ nhớt tăng, thời gian đóng mở ly hợp sẽ bị ảnh hưởng, dẫn đến sự thay đổi trong hiệu suất hoạt động.
( m) động học tăng lên thì độ trễ thời gian đóng mở ly hợp cũng tăng lên và ngược lại độ nhớt động học giảm thì độ trễ giảm xuống
3.4.2 Ảnh hưởng của hệ số cản trong hệ thống dẫn động (ζ) a) Khảo sát quá trình biến thiên Δ khi thay đổi ν
Với ζ = 0,4 thì sau khi đạp bàn đạp côn thì sau khoảng thời gian τ = 0,23s thì áp suất p2 đạt cực đại
Với ζ = 0,1 thì sau khi đạp bàn đạp côn thì sau khoảng thời gian τ = 0,19s thì áp suất p2 đạt mức cực đại
Với ζ = 0,8 thìsau khi đạp bàn đạp côn thì sau khoảng thời gian τ = 0,25s thì áp suất p2 đạt mức cực đại
8 x 10 6 t(s) p( N /m 2) p1 p2 b) Khảo sát quá trình biến thiên Δ khi thay đổi ν
Với ζ = 0,4 thì sau khi đạp bàn đạp côn thì sau khoảng thời gian τ = 0,23s thì độ dịch chuyển đĩa ly hợp đạt Δmax=2.3mm
Với ζ = 0,1 thìsau khi đạp bàn đạp côn thì sau khoảng thời gian τ = 0,19s thì độ dịch chuyển đĩa ly hợp đạt Δmax=2.3mm
Với ζ = 0,8 thì sau khi đạp bàn đạp côn thì sau khoảng thời gian τ = 0,25s thì độ dịch chuyển đĩa ly hợp đạt Δmax=2.3mm
Nhận xét: Từ các trường hợp trên ta có các kết quả như sau:
Với ζ = 0,1 thì sau khoảng thời gian τ = 0,19s ly hợp đã thực hiện khoảng dịch chuyển Δ để cắt ly hợp
Với ζ = 0,8 thì cần một khoảng thời gian τ = 0,25 s để thực hiện việc cắt ly hợp
Độ trễ thời gian đóng mở ly hợp phụ thuộc vào hệ số cản của hệ thống dẫn động ly hợp Cụ thể, khi hệ số cản tăng lên, độ trễ thời gian cũng sẽ tăng theo, và ngược lại, khi hệ số cản giảm, độ trễ sẽ giảm xuống.
Để cải tiến hệ thống dẫn động ly hợp bằng thủy lực và tối ưu hóa quá trình điều khiển ly hợp, chúng ta cần chú trọng đến hai vấn đề chính.
- Tối ưu hóa hệ thống đường ống và truyền lực thủy lực nhằm giảm tối đa hệ số cản ζ
- Nghiên cứu sản xuất loại dầu nhớt đảm bảo khả năng chịu nhiệt, chịu áp suất cao và quan trọng hơn cả là có độ nhớt động học thấp
Dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan và các giảng viên trong bộ môn, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp "Khảo sát và tính toán động lực học hệ thống dẫn động ly hợp ô tô bằng thủy lực" đúng hạn.
Trong nội dung luận văn em đã đáp ứng đủ các nội dung:
- Nghiên cứu về ly hợp và các phương pháp tính toán động lực học dẫn động thủy lực
- Đã xây dựng mô hình và tính toán động lực học hệ thống dẫn động thủy lực
- Đã đưa ra phương pháp đánh giá và cải thiện hệ thống dẫn động ly hợp ô tô bằng thủy lực
Quá trình tính toán và kiểm nghiệm hệ thống dẫn động điều khiển ly hợp được thực hiện chính xác, đảm bảo độ tin cậy cao và kết quả nằm trong giới hạn an toàn cho phép Hệ thống này hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu cơ bản của một hệ dẫn động ly hợp, đồng thời cải thiện đáng kể về độ tin cậy và phạm vi ứng dụng thực tế.
Luận văn tốt nghiệp của em đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cả về lý thuyết và ứng dụng thực tế Đặc biệt, nghiên cứu này có thể mang lại giải pháp cải tiến cho hệ thống ly hợp hoặc hệ dẫn động điều khiển ly hợp trên các xe đời cũ với chi phí hợp lý.
Mặc dù tôi đã cố gắng tham khảo tài liệu và bài giảng liên quan, bài làm của tôi vẫn không tránh khỏi sai sót do khối lượng kiến thức tổng hợp quá lớn Hơn nữa, với hạn chế về trình độ và thời gian, tôi chưa thể đi sâu vào một số vấn đề và chỉ sử dụng thông số tham khảo từ xe thực tế, điều này có thể không đáp ứng yêu cầu cho các dòng xe ô tô hiện đại, công nghệ cao Tôi rất mong nhận được sự hỗ trợ từ các thầy để hoàn thiện bản luận văn của mình.
Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là thầy Nguyễn Trọng Hoan, người đã tận tình hướng dẫn và hỗ trợ em hoàn thành nhiệm vụ được giao.
Hà Nội, ngày 30 tháng 03 năm 2013