ĐATN: Tính toán thiết kế ly hợp dựa trên xe Chevrolet Colorado Trong quá trình phát triển kinh tế xã hội của nước ta hiện nay với chủ trương “Công nghiệp hoáhiện đại hoá ” đã có nhiều loại ôtô được nhập khẩu và lắp ráp tại Việt Nam. Dòng xe con du lịch ngày càng được sử dụng rộng rãi bởi chúng có nhiều tính năng ưu việt: Điều khiển dễ dàng, an toàn, độ bền tốt và kích thước nhỏ gọn nên đi lại nhẹ nhàng, dễ dàng trong các đường hẹp, đặc biệt là trong thành phố với rất nhiều phương tiện giao thông lưu thông trên đường. Với mục tiêu là nghiên cứu thiết kế hệ thống ly hợp theo hướng giảm nhẹ lao động cho người lái, giảm hành trình bàn đạp, song kết cấu phải đơn giản nên em được giao nhiệm vụ: “Tính toán thiết kế ly hợp dựa trên xe Chevrolet Colorado”.
TỔNG QUAN VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VỀ LY HỢP TRÊN XE ÔTÔ
Giới thiệu xe Chevrolet - Colorado
2.1 Các thông số của xe tham khảo Chevrolet - Colorado
STT Thống số Giá trị
2 Chiều dài cơ sở (mm) 3096
3 Chiều rộng cơ sở (trước và sau) 1540 -1540
4 Trọng lượng bản thân (KG) 1914
5 Trọng lượng toàn bộ (KG 2985
6 Tốc độ cực đại (km/h) 220
7 Động cơ 4 xilanh thẳng hàng,
16 van, cam kép với VGT
8 Công suất cực đại(KW)
11 Tỷ số truyền của hộp số số 1: 4,12; lùi: 4,12
12 Tỉ số truyền của truyền lực chính 4,53
14 Ly hợp Lò xo màng, dẫn động thuỷ lực có trợ lực chân không
2.2 Tính toán thiết kế cơ cấu ly hợp
2.2.1 Xác định mômen ma sát của ly hợp
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP
Tính toán thiết kế cơ cấu ly hợp
2.2.1 Xác định mômen ma sát của ly hợp
Ly hợp cần được thiết kế sao cho phải truyền hết mômen của động cơ và đồng thời bảo vệ được cho hệ thống truyền lực khỏi bị quá tải Với hai yêu cầu như vậy mômen ma sát của ly hợp được tính theo công thức:
Me max: Là mômen xoắn cực đại của động cơ.
: Là hệ số dự trữ của ly hợp.
Hệ số phải lớn hơn 1 để đảm bảo truyền hết mômen của động cơ trong mọi trường hợp Tuy nhiên hệ số cũng không được chọn quá lớn để tránh tăng kích thước đĩa bị động và tránh cho hệ thống truyền lực bị quá tải Hệ số được chọn theo thực nghiệm. Tra bảng 1 sách ‘ hướng dẫn thiết kế hệ thống ly hợp của ôtô’, ta xác định hệ số dự trữ của ly hợp: Với ôtô con: = 1,3 1,75
Vậy mômen ma sát của ly hợp là:
2.2.2 Xác định kích thước cơ bản của ly hợp
2.2.2.1 Xác định bán kính ma sát trung bình của đĩa bị động
Mômen ma sát của ly hợp được xác định theo công thức:
Mc= Me max= P Rtb i Trong đó :
Me max - Mômen cực đại của động cơ (Nm).
D2 - Đường kính ngoài của đĩa ma sát ( cm.)
C - Hệ số kinh nghiệm với ôtô con C = 4,7
So sánh đường kính ngoài của đĩa ma sát với đường kính ngoài của bánh đà động cơ lấy theo xe tham khảo: Dbđ = 360 mm (đường kính trong lòng)
Thì ta thấy rằng D2 = 200 mm < Dbđ = 360 mm
Bán kính ngoài của đĩa ma sát : R2 = 125 mm
Bán kính trong của đĩa ma sát được tính theo bán kính ngoài :
Bán kính ma sát trung bình được tính theo công thức :
Như vậy ta đã tính được các kích thước của đĩa ma sát với: Đường kính ngoài: D = 0,25 m. Đường kính trong: d = 0,15 m. Độ dầy của tấm ma sát: = 4,0 mm.
2.2.2.2 Xác định áp suất tác dụng lên bề mặt ma sát
Lực ép tổng cộng được tính từ mômen ma sát của ly hợp, mômen này được tính theo công thức như sau:
- FN: Lực ma sát tổng hợp theo phương tiếp tuyến.
- Rtb: Bán kính ma sát tương đương tay đòn đặt lực FN.
Như vậy biểu thức tính mômen ma sát của ly hợp được viết lại như sau:
MLH = kzFNRtbi Trong đó:
- : Hệ số ma sát của cặp vật liệu = 0,28
-i: Là số đôi bề mặt ma sát, i = 2.
Khi đó lực ép tổng được tính như sau:
Thay số vào ta tính được:
= 4901 (N) Áp suất tác dụng lên bề mặt ma sát q là một trong những thông số quan trọng đánh giá chế độ làm việc của ly hợp: q F N
Trong đó A là diện tích làm việc của bề mặt ma sát, được tính bằng:
Thay số vào ta có: q = 2 2
4.4901 3,14.(0, 25 0,15 )= 156082 (N/m 2 ) 0,156 (MPa) Đối với xe con: [q] = 0,18 0,23 (MPa) Như vậy áp suất tác dụng lên bề mặt ma sát q = 0,148 (MPa) < [q] (Thoả mãn)
2.2.3 Xác định công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp
Khi đóng ly hợp có thể xảy ra 2 trường hợp :
- Đóng ly hợp đột ngột tức là để động cơ làm việc ở số vòng quay cao rồi đột ngột thả bàn đạp ly hợp Trường hợp này không tốt nên phải tránh.
- Đóng ly hợp một cách êm dịu: Người lái thả từ từ bàn đạp ly hợp khi xe khởi động tại chỗ sẽ là thời gian đóng ly hợp và do đó sẽ tăng công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp Trong sử dụng thường sử dụng phương pháp này nên ta tính công trượt sinh ra trong trường hợp này.
2.2.3.1 Xác định công trượt của ly hợp khi khởi động tại chỗ
L - Công trượt của ly hợp khi khởi động tại chỗ (Nm).
G - Trọng lượng toàn bộ của ôtô G = 23300 N
Me max - Mômen xoắn cực đại của động cơ Me max = 183 Nm no - Số vòng quay của động cơ khi khởi động tại chỗ. chọn no = 0,75 ne max = 0,75 4000 = 3000 vg/ph với ne max là số vòng quay cực đại của động cơ. rb : Bán kính làm việc của lốp : với cỡ lốp 205/65R16 r b =λ.r 0 =λ.(d
2+B) 25,4 λ : Hệ số biến dạng của lốp , chọn loại lốp áp suất thấp; λ =0,935. r b =λ.(d
2 +205/25,4) 25,481(mm)=0,381(m). it - Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực: it = io ih if = 18,664 io - Tỷ số truyền của truyền lực chính io = 4,53 ih - Tỷ số truyền của hộp số chính ih = ih1 = 4,12 if - Tỷ số truyền của hộp số phụ if = 1
- Hệ số cản tổng cộng của đường = f + tg f - Hệ số cản lăn ; - Góc dốc của đường
Khi tính toán có thể chọn = 0,16
Vậy công trượt sinh ra khi khởi động tại chỗ là:
2.2.3.2 Xác định công trượt riêng Để đánh giá độ hao mòn của đĩa ma sát ta xác định công trượt riêng theo công thức sau: l0 =
- F : Diện tích bề mặt ma sát đĩa bị động
- i : Số đôi bề mặt ma sát, i = 2.
Thay số vào ta có: l0 53870 2.314 = 85,7 (J/cm 2 )
Hình 2.1 Sơ đồ ly hợp của xe
• Phần chủ động bao gồm: bánh đà (17), nắp ly hợp (11), lò xo ép(9), đĩa ép (12), bánh đà (17) được liên kết với nắp ly hợp bằng bu lông, lò xo ép (9) được liên kết với nắp ly hợp (11) bằng vòng bốt (10)
Lò xo ép liên kết với đĩa ép bởi vòng kẹp (3)
• Phần bị động bao gồm: đĩa bị động (đĩa ma sát) được cấu tạo bởi mặt đệm ly hợp (15), đĩa đệm(16), lò xo giảm chấn (4), mặt đệm giảm chấn (5), mayer và trục chủ động của hộp số
• Phần điều khiển bao gồm: Ở trạng thái đóng: Khi động cơ quay mômen được truyền từ bánh đà qua cỏc bulụng tới vỏ ly hợp → tới lò xo ép Dưới lực ép của lò xo Mômen tiếp tục được truyền tới đĩa ép → tới trục tới đĩa bị động thông qua các bề mặt ma sát giữa bánh đà ↔ đĩa bị động ↔ đĩa ép Sau đó tới trục chủ động hộp số thông qua mayer Ở trạng thái mở: Khi tác động lực lên bàn đạp ly hợp thông qua hệ thống dẫn động thủy lực sẽ đẩy lĩa ép quay quanh trục xoay (6) Đầu lĩa ép dịch sang phải dẫn tới đầu trong lĩa ép dịch sang trái tác dụng vào ổ bi Khắc phục khe hở ở giữa lò xo ép và ổ bi ép Ổ bi ép tiếp tục sang trái làm lò xo đĩa ép bị ép lại – kéo đĩa ép dịch sang phải tách bề mặt ma sát giữa đĩa bị động với đĩa ép và với bánh đà Mômen từ động cơ không được truyền tới trục chủ động của hộp số
2.2.3.3 Kiểm tra nhiệt độ các chi tiết
Công trượt sinh ra nhiệt làm nung nóng các chi tiết như đĩa ép , lò xo và các chi tiêt khác
Do đó phải kiểm tra nhiệt độ các chi tiết , bắng cách xác định độ tăng nhiệt độ theo công thức.
- : Hệ số xác định phần nhiệt truyền cho chi tiết Đối với ly hợp ma sát một đĩa có:
- c : Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng, đối với vật liệu gang và thép có c 481,5 J/kg 0 C
- mt : Khối lượng chi tiết bị nung nóng (đĩa ép) lấy tham khảo mt = 6 kg.
- [t] : Độ tăng nhiệt độ cho phép Với ôtô con [t] = 10 0 C.
Thay số vào ta có:
Thỏa mãn điều kiện cho phép.
2.2.4 Tính toán sức bền một số chi tiết chủ yếu
2.2.4.1 Tính sức bền đĩa bị động 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.
Hình 2.2 Cấu tạo đĩa bị động a, Với đinh tán dùng để tán các tấm ma sát với xương đĩa, thường được chế tạo từ đồng hoặc nhôm với đường kính 4 6 mm Đinh tán được bố trí theo vòng tròn nhiều dãy (thường là hai dãy). r 1 r 2
Hình 2.3 Sơ đồ bố trí đinh tán trên tấm ma sát
Nếu coi lực tác dụng lên đinh tán tỷ lệ thuận với bán kính vòng tròn bố trí đinh tán thì lực tác dụng lên các đinh tán được xác định theo công thức:
- F1, F2 : Lực tác dụng lên đinh tán ở vòng trong và vòng ngoài có bán kính lần lượt là r1 và r2.
- Memax : Mômen lớn nhất của động cơ, Memax = 183 Nm.
- r1, r2 : Bán kính vòng trong và vòng ngoài của các dãy đinh tán Tham khảo số liệu của các xe tương đương ta lấy: r1 = 90 mm = 0,09 m r2 = 110 mm = 0,11 m.
Ứng suất cắt và chèn dập đối với đinh tán ở vòng trong, vòng ngoài phải thỏa mãn điều kiện:
- c1, c2: Ứng suất cắt của đinh tán ở vòng trong và vòng ngoài.
- cd1, cd2: Ứng suất chèn dập của đinh tán ở vòng trong và vòng ngoài
- n: Số đinh tán bố trí ở mỗi vòng, chọn n1 = n2 = 16
- d: Đường kính đinh tán, chọn d = 5 mm = 0,005 m
- l: Chiều dày bị chèn dập của đinh tán, lấy l = 2 mm = 0,002 m.
- [c]: Ứng suất cắt cho phép, [c]= 30 MPa.
- [cd] : Ứng suất chèn dập cho phép, [cd] = 80 MPa.
Ta nhận thấy F1< F2 nên c1 0,2-0,5 mm thì phay lại.
- Đưa tay vào trong ổ bi quay đều
Cơ lê,vam chuyên dùng.
Có tiếng kêu thì thay ổ bi.
3.6 Kiểm tra độ mòn của lò xo màng.
- Kiểm tra độ phẳng của lò xo màng Không đảm bảo yêu cầu thì thay bàn ép mới.
- Đo bề rộng, chiều cao lò xo màng. Đồng hồ so.
Giá tri giới hạn lò xo màng: bề rộng 5 mm, chiều dài 0,6 mm.
3.7 Kiểm tra độ phẳng của đĩa ép.
Thước phẳng ,că n lá. Độ phẳng >0,2 mm.thì mài lại.
- Quan sát the hoa và hình dáng bên ngoài Then hoa mòn gãy thì thay. Độ rơ lỏng nhẹ bôi mỡ, lớn thay mới.
Lắp cơ cấu ly hợp.
4.1 Lắp vòng bi đỡ trục sơ cấp vào bánh đà.
- Bôi thêm mỡ vào ổ bi nếu cần.
- Đưa vòng bi vào vị trí bánh đà.
Búa cao su,chục bậc
4.2 Lắp cụm đĩa ép và đĩa ma sát
- Dùng trục sơ cấp hoặc dụng cụ dẫn hướng đưa đĩa ma sát vào mặt bánh đà, đưa vỏ ly hợp vào vị trí lắp ghép với bánh đà.
- Dùng tay vặn gá đều các bu lông
( xoay các bu lông theo phương pháp đan chéo nhau ).
- Dùng cờlê hay tuýp siết một cách từ từ cân đều lực.
Trục dẫn hướng Khẩu 12- 14 Dụng cụ cân lực
Chiều của tấm ma sát, dấu vị trí lắp ghép của vỏ ly hợp, siết đủ và cân bằng lực cho các bu lông. momen xiết195kgf.cm (19N.m). siết lại cho đủ.
4.3 Lắp vòng bi tì và càng mở.
- Kiểm tra và bôi thêm mỡ vào trục sơ cấp của hộp số, càng mở của ly hợp và ổ bi tì.
- Đưa vòng bi vào trục sơ cấp hộp số,
4.4 lắp càng mở ly hợp vào vị trí liên kết với vòng bi tù bằng ghim, chốt tựa
Chiều lắp ghép của vòng bi tì và đòn mở.
- Dùng kích, giá đỡ nâng hộp số đưa vào vị trí lắp ghép với động cơ
- Dùng tay gá các bu lông hộp số với vỏ động cơ rồi dùng tuýp, dụng cụ cân lực siết lại cho chặt và đều.
- Sau khi bắt xong các bu lông bắt hộp số với vỏ động cơ, ta tiến hành bắt chân hộp số với gối đỡ trên thân xe
Cũng tiến hành tương tự gá các bu lông rồi xiết lại cho
Kích nâng hay giá đỡ hộp số, tuýp hay clê, dụng cụ cân lực
Xiết đúng và cân bằng lực các bu lông hộp số. đều và đủ lực
- Bắt dây dẫn động điều khiển số ( cần chú ý bắt cho đúng tránh trường hợp bắt ngược dây số )
- Nâng các đăng lên đưa vào mối ghép then hoa với trục thứ cấp của hộp số.
- Bắt các bu lông ở bi giữa và bu lông với vi sai cầu sau.
Dấu lắp ghép giữa trục các đăng với hộp số, cầu. siết bu lông phải từ từ đều rồi mới được siết chặt.
4.7 Lắp cụm xilanh chính chấp hành.
- Lắp cụm xi lanh chính vào vị trí.
- Lắp nối mối ghép với đường ống dầu của hai xi lanh chính và xi lanh chấp hành.
- Lắp xi lanh chấp hành vào vị trí.
5 Kiểm tra và điều chỉnh.
5.1 Xả e cơ cấu điều khiển ly hợp.
5.1.1 Đổ dầu chợ lực và bình chứa.
Dùng đúng loai dầu hiện dùng.
5.1.2 Lắp ống nhựa trắng vào nút xả e.
5.1.3 Đạp bàn đạp nhiều lần (Đổ them dầu nếu cần).
5.1.4 Nới vít xả e cho dâu và không khí ra ngoài , xiết vít nại.
Cơ le,dây nối, bình chứa thủy tinh.
5.1.5 Nhấc chân khỏi bàn đạp , và đạp nại cứ như thế cho dến khi chỉ còn dầu ra
Làm nại nhiều lần cho đến khi chỉ còn dầu ra.
5.1.6 Kiểm tra mức dầu và bổ xung dầu nếu cần thiết (dầu đúng chủng loại và ở vị trí Max).
5.2 Điều chỉnh hành trình tự do của bàn đạp ly hợp.
5.2.1 Đặt thước đo mm vuông góc sàn xe , song song với truc bàn đap lyhợp.
5.2.3 Dùng tay ấn bàn đap xuống cho đến khi nặng thì dừng nại, đọc trỉ số dich chuyển trên thước.nếu không đảm bảo điề chỉnh thong qua bu long hãm trên bàn đạp.