đồ án môn học khung gầm thây cường hcmuteđồ án môn học khung gầm thây cường hcmuteđồ án môn học khung gầm thây cường hcmuteđồ án môn học khung gầm thây cường hcmuteđồ án môn học khung gầm thây cường hcmuteđồ án môn học khung gầm thây cường hcmuteđồ án môn học khung gầm thây cường hcmuteđồ án môn học khung gầm thây cường hcmuteđồ án môn học khung gầm thây cường hcmute
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LY HỢP
Công dụng, phân loại và yêu cầu của ly hợp
1.1.1 Công dụng của ly hợp
Bộ ly hợp là một thành phần cực kỳ quan trọng trong hệ thống truyền động của ô tô, chức năng chính của bộ ly hợp là kết nối động cơ với hệ thống truyền lực trong quá trình di chuyển của ô tô Bộ ly hợp đảm bảo truyền động một cách mượt mà và linh hoạt, đồng thời cung cấp khả năng ngắt kết nối truyền động một cách nhanh chóng và hiệu quả khi cần thiết.
Trong quá trình hoạt động, bộ ly hợp cho phép truyền mô-men xoắn từ động cơ sang hệ thống truyền lực một cách trơn tru và ổn định, đảm bảo sự chuyển đổi hiệu quả của năng lượng từ động cơ đến bánh xe Đồng thời, khi cần ngắt kết nối truyền động, bộ ly hợp cho phép ngắt một cách nhanh chóng và kịp thời, giúp tránh tình huống nguy hiểm và bảo vệ các thành phần khác trong hệ thống truyền lực.
Với vai trò quan trọng và đa nhiệm như vậy, bộ ly hợp đóng góp một phần quan trọng trong hiệu suất và an toàn hoạt động của ô tô Để đảm bảo hoạt động hiệu quả và đáng tin cậy của hệ thống truyền lực, việc thiết kế và bảo dưỡng bộ ly hợp là một yếu tố không thể thiếu và đòi hỏi sự chuyên môn và quan tâm đặc biệt từ các kỹ sư ô tô.
1.1.2 Phân loại ly hợp a Theo phương pháp truyền mô men
Theo phương pháp truyền momen từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thống truyền lực ta có bốn loại ly hợp sau:
- Ly hợp ma sát: momen truyền dộng nhờ các bề mặt ma sát.
- Ly hợp thủy lực: momen truyền động nhờ năng lượng của chất lỏng.
- Ly hợp điện tử: momen truyền động nhờ tác dụng trường nam châm điện.
- Ly hợp liên hợp: momen truyền động bằng cách kết hợp hai trong các loại kể trên. b Theo trạng thái làm việc của ly hợp
Theo trạng thái làm việc của ly hợp ta có hai loại sau:
Theo phương pháp phát sinh lực người ta chia ra các loại sau:
- Loại lò xo (lò xo đặt xung quanh, lò xo trung tâm, lò xo đĩa).
- Loại nửa ly tâm: lực ép sinh ra ngoài lực ép của lò xo còn có lực ly tâm của trọng khối phụ ép thêm vào.
- Loại ly tâm: ly hợp ly tâm sử dụng lực ly tâm để tạo lực ép đóng và mở ly hợp. d Theo phương pháp dẫn động ly hợp
Theo phương pháp dẫn động ly hợp người ta chia ly hợp ra thành các loại:
- Ly hợp dẫn động cơ khí.
- Ly hợp dẫn động thủy lực.
- Ly hợp dẫn động có cường hóa:
Ly hợp dẫn động cơ khí cường hóa khí nén
Ly hợp dẫn động thủy lực cường hóa khí nén
1.1.3 Yêu cầu của bộ ly hợp
- Ly hợp phải có khả năng truyền hết momen của động cơ mà không bị trượt ở bất kỳ điều kiện sử dụng nào.
- Khi đóng ly hợp phải êm dịu, momen quán tính phần bị động phải nhỏ để giảm hết tải trong va đập lên các bánh răng của hộp số khi sang số.
- Khi mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng để việc cài số êm dịu, tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian ngắn.
- Đảm bảo cho hệ thống truyền lực khi bi quá tải.
- Điều khiển dể dàng, lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ.
- Các bề mặt ma sát phải thoát nhiệt tốt.
- Kết câu phải đơn giản, dễ điều chỉnh và bảo dưỡng.
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ly hợp
Đối với hệ thống ly hợp, về mặt cấu tạo người ta chia thành các bộ phận chính như sau:
- 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 thực hiện việc đóng mở ly hợp.
1.2.1 Ly hợp ma sát khô một đĩa bị động lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh a Sơ đồ cấu tạo chung
2 Đĩa ma sát; 8 Lò xo hồi vị bàn đạp ;
4 Lò xo ép; 10 Càng mở;
5 Vỏ ly hợp; 11 Bi tỳ;
- Nhóm các chi tiết chủ động bao gồm: bánh đà, vỏ ly hợp, đĩa ép, đòn mở và các lò xo ép Khi ly hợp mở hoàn toàn thì các chi tiết thuộc nhóm chủ động sẽ quay cùng với bánh đà.
- Nhóm các chi tiết bị động gồm đĩa bị động (đĩa ma sát), trục ly hợp Khi ly hợp mở hoàn toàn thì các chi tiết thuộc nhóm bị động sẽ đứng yên.
- Theo sơ đồ cấu tạo ở hình vẽ thì vỏ ly hợp 5 được bắt cố định với bánh đà 1 bằng các bu lông, đĩa ép 3 có thể dịch chuyển tịnh tiến trong vỏ và có bộ phận truyền mô men từ vỏ 5 vào đĩa ép Các chi tiết 1, 3, 4, 5 được gọi là phần chủ động của ly hợp Chi tiết số 2 được gọi là phần bị động của ly hợp, các bộ phận còn lại thuộc bộ phận dẫn động ly hơp.
Hình 1.1.Ly hợp ma sát khô hai đĩa bị động b Nguyên lý hoạt động
- Trạng thái đóng ly hợp: ở trạng thái này lò xo 4 một đầu tựa vào vỏ 5, đầu còn lại tì vào đĩa ép số 3 tạo lực ép để ép chặt đĩa bị động 2 với bánh đà số 1 cho phần chủ động và phần bị động tạo thành 1 khối cứng Khi này mô men từ động cơ được truyền từ phần chủ động sang phần bị động của ly hợp thông qua các bề mặt ma sát của đĩa bị động 2 với đĩa ép 3 và bánh đà 4 Tiếp đó mô men truyền vào xương đĩa bị động qua bộ giảm chấn 13 đến moay ơ rồi truyền vào trục ly hợp (trục sơ cấp hộp số) Lúc này giữa bi tỳ 11 và đầu mở 12 có khe hở từ 34 mm, tương ứng với hành trình tự do của bàn đạp ly hợp.
- Trạng thái mở ly hợp: Khi cần ngắt truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số người ta cần tác dụng một lực vào bàn đạp 7 thông qua đòn kéo 9 và càng mở 10, bạc mở 6 mang bi tỳ 11 sẽ dịch chuyển sang trái Sau khi khắc phục hết khe hở, bi tỳ 11 sẽ tì vào đầu đòn mở 12 Nhờ có khớp bản lề của bản lề liên kết với vỏ 5 nên đầu kia của đòn mở 12 sẽ kéo đĩa ép 3 nén lò xo 4 lại để dịch chuyển sang phải Khi này các bề mặt ma sát giữa bộ phận chủ động và bị động của ly hợp được tách ra và ngắt truyền động từ trục cơ tới trục sơ cấp của hộp số. c Ưu và nhược điểm
Kết cấu gọn dễ điều chỉnh và chỉnh sửa.
Mở ly hợp dứt khoát.
Thoát nhiệt tốt đảm bảo độ bền cho ly hợp.
momen truyền không được lớn nếu momen truyền trên 70÷80 KGm thì cần đường kính của đĩa ma sát lớn kéo theo các chi tiết khác cũng phải được làm lớn hơn làm cho bộ ly hợp cồng kềnh
1.2.2 Ly hợp ma sát khô hai đĩa bị động lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh a Sơ đồ cấu tạo chung
1 Bánh đà; 7 Lò xo ép; 13 Thanh kéo;
2 Lò xo đĩa bị động; 8 Vỏ ly hợp; 14 Càng mở;
3 Đĩa ép trung gian; 9 Bạc mở; 15 Bi tỳ;
4 Đĩa bị động; 10 Trục ly hợp; 16 Đòn mở;
5 Đĩa ép; 11 Bàn đạp ly hợp; 17 Lò xo giảm chấn;
6 Bu lông hạn chế; 12 Lò xo hồi vị bàn đạp ly hợp;
Nhìn chung cấu tạo của ly hợp hai đĩa cũng bao gồm các bộ phận và các chi tiết cơ bản như đối với ly hợp một đĩa Điểm khác biệt là ở ly hợp hai đĩa có hai đĩa bị động số 4 cùng liên kết then hoa với trục ly hợp 10 Vì có hai đĩa bị động nên ngoài đĩa ép 5 còn có thêm đĩa ép trung gian 3 ở ly hợp hai đĩa phải bố trí thêm cơ cấu truyền mô men từ vỏ hoặc bánh đà sang đĩa ép và cả đĩa trung gian. b Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý làm việc của ly hợp hai đĩa bị động cũng tương tự như ly hợp một
Hình 1.2 Ly hợp ma sát khô hai đĩa bị động c Ưu và nhược điểm
Ly hợp đóng êm dịu do có nhiều bề mặt ma sát
Giảm được đường kính chung của bánh đà, đĩa ma sát,… mà vẫn đảm bảo truyền đủ momen cho động cơ
- Nhược điểm duy nhất là ly hợp mở không dứt khoát, nhiệt độ lớn, kết cấu phức tạp nên khó bảo dưỡng và sửa chữa.
1.2.3 Ly hợp thủy lực a Sơ đồ cấu tạo chung:
Các chi tiết của ly hợp gồm có bánh bơm, bánh tuabin Các bánh công tác này có dạng nửa hình tròn vòng xuyến, được bố trí rất nhiều cánh dẫn theo chiều hướng tâm.
Bánh bơm được hàn chặt với vỏ ly hợp và được bắt chặt với vỏ trục khuỷu động cơ (quay cũng với trục khuỷu) Nó có tác dụng quạt dòng chất lỏng sang bánh tuabin thông qua đó truyền momen.
Bánh tuabin được đặt trong vỏ ly hợp có thể quay tự do, được nối với trục sơ cấp hộp số bằng khớp nối then hoa, nó chịu sự tác động của dòng chất lỏng từ bánh bơm truyền sang, khi đó nó sẽ quay và truyền chuyển động cho trục sơ cấp hộp số. b Nguyên lý hoạt động:
Hình 1.3.Ly hợp thủy lực
Ly hợp thủy lực làm việc theo nguyên tác thủy động Khi bánh bơm được trục khuỷu động cơ dẫn động quay làm chất lỏng chứa trong khoang công tác của bánh bơm quay theo Chất lỏng tham gia vào hai chuyển động: Môt chuyển động quay theo bánh bơm và một chuyển động tịnh tiến theo các máng của cánh dẫn từ phía trong ra phía ngoài Động năng của chất lỏng cũng tăng từ trong ra ngoài Khi ra khỏi bánh bơm chất lỏng sẽ chuyển tiếp sang bánh tuabin và động năng của dòng chất lỏng sẽ làm cho bánh tuabin quay theo Ở bánh tuabin chất longt tiếp tục đi vào bánh bơm để nhận năng lượng và thực hiện chu trình tiếp theo. c Ưu và nhược điểm:
Khi đóng, ly hợp rất êm dịu
Làm việc êm dịu, hạn chế va đập khi truyền momen từ động cơ xuống hệ thống truyền lực
Có khả năng trượt lâu dài mà không gây hao mòn như ở ly hợp ma sát
Không có khả năng biến đổi momen nên đã hạn chế phạm vi sử dụng của nó trên các hợp số thủy cơ ô tô.
Hiệu suất thấp ở vùng làm việc có tỉ số truyền nhỏ.
Độ nhạy quá cao làm ảnh hưởng xấu đến đặc tính làm việc kết hợp với động cơ đốt trong.
Ly hợp điện tử là loại không những chỉ bố trí trên ô tô mà còn bố trí trong nhiều lĩnh vực khác. Ưu điểm là truyền động êm cho phép trượt lâu dài mà không ảnh hưởng tới hao mòn chi tiết của ly hợp. a Sơ đồ cấu tạo chung:
Các bộ phận chính của ly hợp điện từ bao gồm: phần cố định 2 trên đó có cuộn dây điện từ 3 Bộ phận chủ động 1 được nối với trục khuỷu động cơ, bộ phận bị động
4 được nối với trục ly hợp (trục sơ cấp của hộp số) Các bộ phận chủ động, bị động và bộ phận cố định có thể quay trơn với nhau thông qua các khe hở A, B, C, D Để hiệu suất truyền động cao các khe hở này phải nhỏ Ngoài ra để tăng khả năng truyền mô men từ phần chủ động sang phần bị động người ta bỏ bột sắt vào khoang kín giữa phần chủ động và phần bị động. b Nguyên lý hoạt động:
Nguyên lý làm việc dựa vào lực điện từ tương tác giữa phần chủ động và bị động nhờ nam châm điện do cuộn dây 3 sinh ra.
Trạng thái đóng ly hợp: khi này cuộn dây 3 được cấp một dòng điện một chiều và nó sẽ trở thành nam châm điện Điện trường của nam châm sẽ khép kín mạch, từ qua các bộ phận cố định 2, phần chủ động 1, phần bị động 4 theo đường mũi tên như hình vẽ Khi này dưới sự tương tác của lực điện từ phần chủ động 1 sẽ kéo phần bị động 4 quay theo, mô men được truyền từ động cơ sang trục ly hợp.
Hình 1.4.Ly hợp điện tử
Lựa chọn phương án dẫn động
Hệ thống dẫn động ly hợp có tác dụng truyền lực bàn đạp của người lái tác động vào bàn đạp đến ly hợp để thực hiện việc đóng ngắt ly hợp.
Dẫn động ly hợp thường là dẫn động cơ khí hoặc thủy lực Dẫn động cơ khí có ưu điểm chung là kết cấu đơn giản dễ chế tạo tuy nhiên chúng cũng có nhược điểm là lực bàn đạp thường phải lớn và khó bố trí với những ôtô có động cơ đặt xa người lái. Dẫn động cơ khí được thường được sử dụng trên một số ôtô con và ôtô tải do ôtô con có yêu cầu lực bàn đạp nhỏ và ôtô tải thường có bình khí nén nên việc bố trí trợ lực thuận lợi, dẫn động thủy lực hiện nay được sử dụng trên hầu hết các loại ôtô con và ôtô chở khách do có ưu điểm rất lớn là nhỏ gọn, tạo được lực bàn đạp lớn, dế bố trí trên ôtô và thời gian tác động nhanh. Để giảm lực của người lái tác dụng lên bàn đạp, trong hệ thống dẫn động có thể có bố trí bộ phận trợ lực bằng cơ khí, thủy lực, khí nén hoặc chân không Hiện nay, được sử dụng phổ biến hơn cả trên các loại ôtô là dẫn động thủy lực kết hợp với bộ trợ lực Trợ lực trên ôtô con có thể là trợ lực chân không, còn các ôtô tải thì thường sử dụng hệ thống trợ lực bằng khí nén do có sẵn bình khí nén.
Mục đích của việc thiết kế hệ dẫn động ly hợp là dễ bố trí, điều khiển dễ dàng,đảm bảo độ tin cậy đồng thời đảm bảo tính kinh tế Do đó phương án dẫn động phải đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống dẫn động đã nêu ở trên.
Các phương án dẫn động thường dùng là:
- Dẫn động cơ khí trợ lực khí nén.
- Dẫn động cơ khí trợ lực chân không
- Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén.
- Dẫn động thủy lực trợ lực chân không.
Sử dụng các cơ cấu truyền lực bằng cơ khí để truyền lực đóng hoặc ngắt ly hợp. a Sơ đồ kế cấu
Hình 1.5 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 b Nguyên lý làm việc
Khi ngắt ly hợp: Người lái tác dụng lực vào bàn đạp, lực bàn đạp thông qua đòn dãn động 9 và càng mở 6 là cho bi T4 dịch chuyển sang trái tì vào đầu đòn mở, đòn mở kéo đĩa ép và đĩa bị động tách khỏi các bề mặt làm việc làm mở ly hợp.
Khi đóng ly hợp: Người lái thôi không tác dụng lực vào bàn đạp, lò xo hồi vị bàn đạp kéo bàn đạp trở về vị trí ban đầu Đồng thời lò xo hồi vị bi T kéo bi T dịch chuyển sang phải và thôi không ép vào đòn mở nữa Khi đó lò xo ép lại đĩa ép và điawx bị động trở lại trạng thái làm việc ban đầu. c Ưu và nhược điểm
Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo bảo dưỡng và sửa chữa
Mở nhanh và dứt khoát
Nhược điểm: lực ma sát giữa các cơ cấu lớn đẫn đên khi đạp sẽ nặng Có thể khắc phục bằng cách sử dụng trợ lực Đóng không êm dịu.
1.3.2 Dẫn động cơ khí trợ lực khí nén a Sơ đồ cấu tạo
Hình 1.6.Sơ đồ dẫn động ly hợp cơ khí có trợ 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 hồ vị bi T 9 Bình khí nén.
10 Xy lanh phân phối 11 Bàn đạp 12 Lò xo hồi vị bàn đạp. b Nguyên lý hoạt động:
Khi ngắt ly hợp: Người lái tác dụng một lực lên bàn đạp 11 làm cho xy lanh phân phối 10 cùng pittông của nó chuyển động sang trái làm cho càng mở 3 đẩy bi T 7 dịch chuyển sang trái và ép vào đòn mở 4 Đòn mở kéo đĩa ép cùng đĩa bị động tách ra khỏi bề mặt làm việc và ly hợp được ngắt Đồng thời sự chuyển động tương đối giữa pittông và xy lanh của xy lanh phân phối 10 làm mở van khí nén Khí nén từ bình khí đi qua xy lanh phân phối, qua ồng dẫn 1 vào xy lanh công tác 2 đẩy pittông của xy lanh này dịch chuyển sang phải đẩy vào càng mở 3 làm giảm bớt một phần lực cho người lái.
Khi đóng ly hợp: Khi người lái thôi tác dụng lực vào bàn đạp, lò xo hồi vị bàn đạp kéo bàn đạp trở về vị trí ban đầu Đồng thời kéo xy lanh phân phối 10 sang phải làm kéo càng mở 3 thôi không ép vào bi T nữa Khi đó bi T thôi không ép vào đầu đòn mở nữa và các lò xo ép lại ép ly hợp đĩa ép và đĩa bị động trở về trạng thái làm việc ban đầu Khi xy lanh phân phối 10 được kéo về vị trí ban đầu thì đồng thời làm van khí nén đóng lại Lúc này khoang trong xy lanh 10 thông với khí trời và do đó không còn áp suất khí nén tác dụng lên xy lanh công tác nữa và xy lanh công tác cũng thôi không tác dụng lực lên càng mở 3 nữa.
Khi giữ bàn đạp ở một vị trí nào đó: Khi người lái giữ nguyên bàn đạp ở một vị trí nào đó thì xy lanh phân phối 10 cũng dừng tại một vị trí nhất định Lúc này van khí nén vẫn mở và khí nén vẫn vào xy lanh công tác tuy nhiên lượng khí nén vào trong xy lanh công tác là không đổi cho nên ly hợp được mở ở một vị trí nhất định. c Ưu và nhược điểm:
Giảm được lực của người lái tác dụng lên bàn đạp
Đảm bảo an toàn vì nếu trợ lực hỏng thì ly hợp vẫn hoạt động được
Phải cần có máy nén khí.
Khi mất trợ lực thì lực điều khiển của người lái rất lớn.
1.3.3 Dẫn động thủy lực a Sơ đồ cấu tạo
Hình 1.7.Cấu tạo ly hợp thủy lực
1- Trục khuỷu động cơ; 13- Thân ly hợp ma sát; 2- Bích trục khuỷu để bắt với bánh bơm; 14- Ổ bi kim;
3- Moayơ bánh bơm; 15- Đòn mở;
4- Tấm chắn; 16- Trục ly hơp;
5- Vỏ ngoài ly hợp thủy lực; 17- Lò xo ép;
7- Bánh bơm; 19- Đĩa ma sát;
8- Vỏ bao kín; 20- Lò xo ép phớt dầu;
10- Nút dầu; 22- Cánh tản nhiệt;
11- Moayơ bánh tuabin; 23- Cácte ly hợp.
12- Đĩa bánh đà của ly hợp ma sát;
Chi tiết chính của ly hợp gồm có bánh bơm 7 và bánh tuabin 9 Các bánh công tác này có dạng nửa hình vòng xuyến ở hình vòng xuyến của bánh công tác có bố trí rất nhiều cánh dẫn theo chiều hướng tâm Bánh bơm 7 được nối với trục khuỷu 1 của động cơ còn bánh tuabin 9 thì được nối với trục ly hợp (trục sơ cấp của hộp số) Bánh bơm và bánh tuabin được bao bọc bởi vỏ 8 Chất lỏng công tác được đưa vào khoang làm việc của ly hợp thuỷ lực và điền đầy các khoang này thông qua nút bulông 10. Để ly hợp thuỷ lực khi mở được dứt khoát thì thường sau ly hợp thuỷ lực người ta còn bố trí thêm một ly hợp ma sát Kết cấu và nguyên lý làm việc của ly hợp ma sát trong ly hợp thuỷ lực hoàn toàn giống như ly hợp ma sát một đĩa đã trình bày ở trên. b Nguyên lý hoạt động:
Ly hợp thuỷ lực làm việc dựa trên nguyên tắc thuỷ động Khi bánh bơm được trục khuỷu động cơ dẫn động quay làm chất lỏng chứa trong khoang công tác của bánh bơm sẽ quay theo Chất lỏng tham gia vào hai chuyển động: một chuyển động quay theo bánh bơm và một chuyển động tịnh tiến theo các máng của cánh dẫn từ phía trong ra phía ngoài Động năng của chất lỏng cũng tăng từ trong ra ngoài Khi ra khỏi bánh bơm, chất lỏng sẽ chuyển tiếp sang bánh tuabin và động năng của dòng chất lỏng sẽ làm bánh tuabin quay theo ở bánh tuabin, chất lỏng chuyển động từ ngoài vào trong và động năng giảm dần Sau khi ra khỏi bánh tuabin chất lỏng tiếp tục đi vào bánh bơm để nhận năng lượng và thực hiện các chu trình tiếp theo. c Ưu và nhược điểm:
Kết cấu đơn giản, dễ bố trí trên xe
Dẫn động êm, có thể tạo ra được lực bàn đạp lớn
- Nhược điểm: Cách chi tiết cần độ khít tốt nên khó khăn trong việc chế tạo và chăm sóc, bảo dưỡng.
1.3.4 Dẫn động thủy lực có trợ lực chân không a Sơ đồ cấu tạo:
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. b Nguyên lý hoạt động:
Khi mở ly hợp: Khi người lái đạp bàn đạp làm đẩy van khí 4 mở ra đồng thời van điều khiển 1 (bằng cao su) đóng van chân không 2 lại Lúc này khoang B được nối với khoang khí trời C và khoang B không thông với khoang chân không A, tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa hai khoang A và B, làm van chân không chuyển động sang trái đẩy pittông của xy lanh chính 13 sang trái làm dầu trong xy lanh chính theo ống 1 sang xy lanh công tác 2 đẩy pittông của xy lanh công tác sang phải qua càng mở 3 đẩy bi T 4 ép vào đòn mở 5 làm mở ly hợp.
Hình 1.8 Sơ đồ dẫn động ly hợp thủy lực có trợ lực chân không
Khi đóng ly hợp: Khi người lái thôi tác dụng vào bàn đạp, nhờ các lò xo hồi vị làm van khí 4 trở về vị trí ban đầu, lúc này van khí 4 ép chặt làm mở van chân không
2 ra Kết quả là khoang A thông với khoang B và khoang B không thông với khoang
C nữa Hai khoang A và B không có sự chênh lệch áp suất nên không sinh ra trợ lực nữa và các chi tiết cũng trở về vị trí ban đầu.
1 Van điều khiển 2 Van chân không 3 Lò xo hồi vị.
4 Van khí 5 Màng cao su 6 Lò xo hồi vị.
Khi người lái dừng chân ở một vị trí nào đó thì van khí 4 dừng lại Nhưng màng cao su 5 vẫn dịch chuyển một chút và kéo van chân không 2 đi theo nên đẩy van điều khiển 1 ép chặt vào van khí 4 làm đóng van khí Lúc này cả van khí và van chân không đều được đóng lại và không khí trong khoang B không đổi, sự chênh lệch áp suất giữa hai khoang A và B là ổn định Như vậy đĩa ép vẫn được giữ ở một vị trí nhất định, tức là ly hợp vẫn được mở ở một vị trí nhất định. c Ưu và nhược điểm:
Lực bàn đạp nhỏ nên điều khiển dễ dàng.
Không tốn công suất hay nhiên liệu cho bộ trợ lực.
Khi hệ thống trợ lực hỏng thì ly hợp vẫn làm việc được.
Kết cấu phức tạp nên khó chế tạo, bảo dưỡng và sữa chữa.
Cần độ kín khít cao để tránh rò rỉ dầu và khí
Hình 1.9.Sơ đồ bộ trợ lực chân không
Do độ chân không không lớn nên muốn có lực trợ lực lớn thì phải tăng kích thước màng sinh lực dẫn đến kết cấu cồng kềnh.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM LY HỢP CHO Ô TÔ 7 CHỖ
Thông số tính toán xe Isuzu Mu-X
Bảng 2.1.Thông số xe Isuzu Mu-X
Kiểu tay lái Bên trái
Momen xoắn cực đại của động cơ 380Nm/2100v/ph
Hiệu suất truyền lực nt= 0,92
Tỉ số truyền của truyền lực chính i0= 3,727
Tỉ số truyền của số 1 hộp số ih1=3,60
Khối lượng toàn bộ ô tô khi đầy tải 2650kg
Chiều dài cơ sở 2.845 (mm)
Tính toán thiết kế cụm ly hợp
2.2.1 Momen ma sát mà ly hợp cần truyền
Trong đó: �là hệ số dự trữ ly hợp
� ���� là momen xoắn cực đại của động cơ (N.m)
� � là momen ly hợp cần truyền (N.m)
Loại xe Hệ số dự trữ ly hợp
���� ���� Ô tô du lịch 1,2 1,75 Ô tô tải 1,5 2,2 Ô tô có tính năng thông qua cao 1,8 3,0
Với momen xoắn cực đại của động cơ� ���� = 380 � � Đối với xe du lịch ô tô 7 chỗ ta chọn � = 1,2.
Vậy momen ma sát của ly hợp là:�� = 1,2 380 = 456� �
2.2.2 Xác định kích thước cơ bản của ly hợp
Hình 2.1.Sơ đồ xác địnhRtb Đường kính ngoài của tấm ma sát được tính theo công thức sau:
Với: ����� là momen xoắn cực đại của động cơ (N.m)
D là đường kính của đĩa ma sát
A là hệ số kinh nghiệm tùy thuộc vào từng loại xe Đối với ô tô du lịch A=0,47; Đối với ô tô tải A=0,36; Đối với ô tô chuyên dùng có tính năng thông qua cao A=0,19
Vì đang thiết kế ly hợp cho ô tô du lịch 7 chỗ nên ta lấy A=0,47.
Ta có công thức tính bán kính trong của tấm ma sát:
Theo bảng kích thước tấm ma sát (trong tài liệu hướng dẫn thiết kế tính toán ô tô trang 64 của thầy Nguyễn Mạnh Cường) ta chọn: Đường kính ngoài � 2 (0mm⇒ � 2 = 140�� Đường kính trong� 1 5mm ⇒ � 1 = 82,5��
Bán kính trung bình của tấm ma sát được tính theo công thức:
2.2.3 Chọn số lượng đĩa bị động (số đôi bề mặt ma sát)
�� = � ����� = ��Σ���� (1) Trong đó: �: hệ số ma sát
� �� : bán kính ma sát trung bìnhs i: số đôi bề mặt ma sát.
�Σ: lực ép lên các đĩa ma sát.
Bảng 2.3.Hệ số ma sát của một số vật liệu
Nguyên liệu của các bề mặt ma sát
Hệ số ma sát Áp suất cho phép � ( �� � 2 )
Thép với phêrađô hoặc phêrađô đồng 0,25 ÷ 0,35 0,07 ÷ 0,15 100 ÷ 250
Thép với phêrađô cao su 0,4 ÷ 0,5 0,07 ÷ 0,15 100 ÷ 250 Thép hoặc gang với kim loại sứ 0,4 ÷ 0,55 0,09 ÷ 0,12 400 ÷ 600
Theo bảng 2.3 ta chọn hệ số ma sát �=0,35
Kiểm tra áp suất riêng trên bề mặt đĩa ma sát theo công thức q:
� � �� � � (� 2 2 − � 1 2 ) q là áp suất tác dụng lên bề mặt ma sát theo bảng hệ số ma sát một số vật liệu thì ta có áp lực tiêng cho phép sẽ là: � 100 ÷ 250 (��/� 2 )
Vì số đôi bề mặt phải lấy số chẵn nên lấy i=2
Vậy số đĩa bị động của ly hợp:
Do đó điều kiện về áp suất trên bề mặt được thỏa mãn.
2.2.4 Tính toán kiểm tra điều kiện làm việc của ly hợp
Khi đóng ly hợp sẽ có hai trường hợp xảy ra:
- Trường hợp đóng ly hợp đột ngột: Tức là động cơ làm việc ở số vòng quay cao rồi đột ngột thả bàn đạp ly hợp Trường hợp này xảy ra tải trọng động rất lớn Ta cần tránh trường hợp này.
- Trường hợp đóng ly hợp êm dịu: thời gian đóng mở ly hợp sẽ lâu hơn nên công trượt trong quá trình đóng mở ly hợp sẽ tăng lên Phương pháp này thường được sử dụng nên ta tính công sinh ra trong trường hợp này. a Xác định công trượt và công trượt riêng.
Công trượt trong trường hợp đóng ly hợp êm dịu.
��, ��: là tốc độ góc của trục động cơ và ly hợp (rad/s)
� 1 , � 2 : là thời gian của ly hợp ở giai đoạn I và II (s)
� � : là momen quán tính của ô tô quy dẫn về trục ly hợp (Nms 2 )
� � : là mômen cản chuyển động quy dẫn về trục của ly hợp, được tính theo công thức:
G: Trọng lượng của toàn bộ ô tô với G&50.9,81%996,5(N)
� � : trọng lượng của toàn bộ rơ mooc hoặc đoàn xe kéo theo
Vì ô tô 7 chỗ không có rơ mooc cũng như đoàn xe kéo theo nên� � =0 (N) Ψ: hệ số cản tổng cộng của mặt đườngΨ = 0,02
K: hệ số cản của không khí
F: diện tích cản chính diện của ô tô
��: tỉ số truyền của hệ thống truyền lực
���: bán kính bánh xe (m), được tính theo công thức:
Với lốp xe có áp suất thấp ta lấy�=0,93
Vì � � =0, nên lực cản của gió KFv 2 = 0.
Ta có��: là momen quán tính của ô tô quy dẫn về trục ly hợp (Nms 2 )
Ta có thời gian t1, t2: là thời gian của ly hợp ở giai đoạn I và II:
Với K là hệ số tỉ lệ đặc trưng cho nhịp dộ tăng momen Mekhi đóng ly hợp. Đối với ô tô du lịch KP ÷ 150 (��/� 2 )ta lấy K0.
Với A được tính theo công thức:
Công trượt được xác định trong trường hợp đóng ly hợp êm dịu:
Hình 2.2.Sơ đồ tính toán công trượt a) Mô hình tính toán; b) đồ thị biến thiên vận tốc góc. b Xác định công trượt riêng Để đánh độ hao mòn của đĩa ma sát ta phải xác định công trượt riêng theo công thức sau:
� 0 : công trượt riêng cho phép
Với ô tô du lịch thì �0 = 1000 ÷ 1200( ��/� 2 ) i: số đôi bề mặt ma sát
F: là diện tích bề mặt ma sát của đĩa bị động tính theo công thức
Vậy công trượt riêng thỏa mãn điều kiện cho phép c Kiểm tra theo nhiệt độ các chi tiết:
∆�: sự tăng nhiệt độ của đĩa ép (°�)
��: trọng lượng đĩa (Kg) c: nhiệt dung riêng của vật liệu đĩa ép; Đối với thép và gang cP0 (J/Kg.độ)
�: hệ số xác định phần công trượt dùng nung nóng chi tiết cần thiết
Với đĩa ép ngoài thì� = 2.� 1 = 1 2
L: là công trượt Đối với ô tô sau mỗi lần khởi động tại chỗ trong điều kiện sử dụng ở đường phố thì:
Trọng lượng đĩa tối thiểu là:
Hình 2.3.Đặc tính lò xo trụ
Hình 2.4.Đặc tính lò xo côn
Ta thấy ∆� = 282,14°� < [∆�] = 283°�: thỏa điều kiện cho phép về sự gia tăng nhiệt độ.
P: Tổng lực ép trên đĩa ép; Δl: Biến dạng nén; Δ� � : Biến dạng ban đầu; Δ� � : Biến dạng thêm
P: Tổng lực ép trên đĩa ép; Δl: Biến dạng nén; Δ� � : Biến dạng ban đầu; Δ�� : Biến dạng thêm
P: Tổng lực ép trên đĩa ép; Δl: Biến dạng nén; Δ� � : Biến dạng ban đầu;
2.2.5.4 Tính chọn và quy chuẩn của lò xo
Ta chọn lò xo ép là loại lò xo trụ đặt xung quanh đĩa ép của ly hợp.
Vật liệu chế tạo lò xo ép là thép 60C2có ứng suất cho phép là:
Chọn D/d=6 ta được K=1,24 (thao bảng quy chuẩn – tài liệu hướng dẫn đồ án thiết kế tính toán ô tô).
Vậy τ < � thỏa điều kiện bền của lò xo ép.
Hình 2.6 Sơ đồ tính lò xo trụ
Pe: là lực ép ban đầu :
� � : tổng lực kéo của các lò xo hồi:P n = (0,03 ÷ 0,05)P Σ
ChọnP n = 0,05 P Σ = 0,05.5855,53 = 292,78 � n: số lò xo ép Chọn n= 12
D: đường kính trụng bình của lò xo d: đường kính của dây lò xo i: số đôi bề mặt ma sát, i=2 μ: hệ số ma sát
� Σ : tổng lực ép trên đĩa ma sát (N)
K: hệ số tăng ứng suất i n : số vòng làm việc của lò xo:i Σ = i n + (1,5 ÷ 2)
� = (8 ÷ 8,5)10 4 �/�� 2 - Mô đun đàn hồi xoắn của thép lò xo.
∆� 1 : hành trình đĩa ép khi mở ly hợp Và∆� 1 chính bằng độ dịch chuyển của đĩa ép khi mở ly hợp:
��: khe hở hoàn toàn giữa mỗi đôi bề mặt ma sát.
Với ly hợp 1 đĩa ta chọn� � = 0,75��
� �ℎ : độ dịch chuyển cần thiết của đĩa ép do độ đàn hồi của đĩa bị động
Thay vào công thức ta được:
⟹ Pm = 512 + 51200.0,0025 = 640(�) l0 : chiều dài lò xo ở trạng thái tự do. l e : Chiều dài lò xo ở trạng thái lắp vào trong ly hợp, mm. l n : Khoảng chiều dài bị nén của lò xo, mm
Hình 2.7.Đặc tính lò xo hình trụ Độ cứng lò xo
Với β- hệ số dự trữ ban đầu. β min : Hệ số dự trữ ly hợp khi tấm ma sát mòn đến giới hạn phải thay thế.
Theo kinh nghiệmβ min = (0,8÷0,85).β Chọn β min = 0,8.β = 0,8.1,2=0,96 Δl 2 : giá trị mài mòn cực đại cho phép của vành ma sát, chọn: Δl 2 = 0,5=0,5.4=2 (mm) : Khi vành ma sát ghép với đĩa bị động bằng đinh tán;
: bề dày tấm ma sát.= 4 mm
Số vòng làm việc của lò xo là:
8.0,024 3 51200 = 3,8 (vòng) Lấy i n = 4 vòng, số vòng toàn bộ của lò xo là: i Σ =i n +2 = 4 + 2 = 6 (vòng)
Biến dạng nén của lò xo:
2.2.6 Tính toán bền lò xo ép của ly hợp
Lò xo đĩa côn thường được làm bằng thép Mangan và thép Silic được tôi trong dầu và Ram sau khi tôi Có ứng suất cho phép [τ] = 650 ÷ 850 [MN/m 2 ].
Hình 2.8.Sơ đồ để tính toán lò xo đĩa có xẻ rãnh hướng tâm
Lực ép yêu cầu của lò xo là:
P Σ : lực ép lên các đĩa ma sát ( theo tính toán ở trên ) đơn vị là N. k 0 : hệ số tính đến sự giãn, sự nới lỏng của lò xo; k 0 = 1,05 ÷ 1,08 Chọn k 0 =1,05.
Công thức tính lực ép lò xo:
E : Modun đàn hồi kéo nén, E= 2,1.10 11 (N/m 2 ) μp: hệ số poát-xông; đối với thép lò xoμp= 0,26 δ p : độ dày của lò xo đĩa (m); thường lấy = 2 ÷ 3,5 (mm) Chọnδ p = 3 (mm)
�: độ dịch chuyển (biến dạng) của lò xo (m) ;�= h/2=4/2=2 (mm) h : chiều cao phần không xẻ rãnh trên lò xo đĩa; h = 3 ÷ 5(mm) Chọn h = 4 (mm)
Da : đường kính qua mép xẻ rãnh (m)
De : đường kính lớn của lò xo ứng với vị trí tỳ lên đĩa ép (m)
D a ≈(0,94 ÷ 0,97)D 2 = 0,94 ÷ 0,97 0,28 = 0,2632 ÷ 0,2716 (m) ; Chọn D a = 0,27(m); D 2 : đường kính lớn ly hợp theo tính toán ở trên k 1 ,k 2 : các tỷ số kích thước của lò xo được xắc định theo công thức : k 1 =Da
Lực ép của lò xo là :
= 2265,5(N)Vậy FLX "65,5 Rbx = 12063,49 − 1986,92 − 5059,6 = 5016,97(N) Sau khi tính toán, nếu giá trị của phản lực nào mang dấu âm thì chứng tỏ chiều của phản lực ngược lại so với chiều ta chọn ban đầu
Kiểm tra độ bền của trục ly hợp. σ th = Mu 2 + Mx 2
0,1 d 3 ≤ σ th (N/mm 2 ) Trong đó : d : đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm (mm) σth: là ứng suất tổng hợp tác dụng lên trục tại tiết diện đang xét.
M u : là mômen uốn tác dụng lên trục, ta có :
Mux: là mômen uốn trong mặt phẳng xoz ( dựa trên biểu đồ mômen )
M uy : là mômen uốn trong mặt phẳng yoz ( dựa trên biểu đồ mômen )
M x : là mômen xoắn tác dụng lên trục
- Tại B: Xét từ trái sang phải:
- Tại C: Xét từ phải sang trái:
*Xác định moment uốnM uy :
- Tại B: Xét từ trái sang phải:
*Xác định moment xoắn Mx:
Mx= Memax = 380 (Nm) Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm : d = 3 M u 2 + M x 2
Khi đó: σ th = Mu 2+ Mx 2
0,1 0,055 3 = 42,6 10 6 (N/m 2 )Vậy σth< σth : Trục thỏa điều kiện bền cho phép
- Tính độ võng của trục ly hợp
Độ võng của trục trong mặt phẳng yoz được xác định theo công thứcf1: f 1 = P r1 + R ay b 2 a + b
Với : E : môđun đàn hồi của vật liệu chế tạo trục E = 2.10 5 (N/mm 2 )
J : mômen quán tính của tiết diện trục.
64 = 887074,9 (mm 4 ) d 1 là đường kính trục ly hợp. d L1 : đường kính vòng lăn bánh răng trên trục ly hợp (mm)
Độ võng của trục trong mặt phẳng xoz được xác định theo công thứcf2: f2 = Pv1+ Rax b 2 a + b
= 0,046 (��) Độ võng tổng hợp cho phép: f = f 1 2 + f 2 2 ≤ 0,15 (mm)
⟹ f = 0,0037 2 + 0,046 2 = 0,0461 �� ≤ 0,15 (mm) Vậy độ võng của trục ly hợp thỏa yêu cầu cho phép.
- Tính góc xoay của bánh răng trên trục
Góc xoay của bánh răng trên trục trong mặt phẳng yoz được xác định theo công thức : γ1 = Pr1+ Ray b 2a + 3b
= 1,66 10 −5 (rad) Góc xoay cho phép trong mặt phẳng yoz là [γ1] = 0,002 (rad)
+ Góc xoay của bánh răng trên trục trong mặt phẳng xoz được xác định theo công thức : γ2 = Pv1+ Rax b 2a + 3b
= 6,07 10 −4 (rad)Góc xoay cho phép trong mặt phẳng xoz là [γ2] = 0,002 (rad)