Chi tiết số 2 được gọi là phần bị động của ly hợp, các bộ phận còn lại thuộc bộ phận dẫn động ly hợp.b.Nguyên lý hoạt động- Trạng thái đóng ly hợp: ở trạng thái này lò xo 4 chiều một đầu
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LY HỢP TRÊN ÔTÔ
CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU CỦA LY HỢP
Trong hệ thống truyền lực của ôtô, ly hợp là một trong những cụm chính, nó có công dụng là :
- Nối động cơ với hệ thống truyền lực khi ôtô di chuyển.
- Ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong trường hợp ôtô khởi hành hoặc chuyển số.
- Đảm bảo là cơ cấu an toàn cho các chi tiết của hệ thống truyền lực không bị quá tải như trong trường hợp phanh đột ngột và không nhả ly hợp. Ở hệ thống truyền lực bằng cơ khí với hộp số có cấp, thì việc dùng ly hợp để tách tức thời động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực sẽ làm giảm va đập giữa các đầu răng, hoặc của khớp gài, làm cho quá trình đổi số được dễ dàng Khi nối êm dịu động cơ đang làm việc với hệ thống truyền lực (lúc này ly hợp có sự trượt) làm cho mômen ở các bánh xe chủ động tăng lên từ từ Do đó, xe khởi hành và tăng tốc êm.
Còn khi phanh xe đồng thời với việc tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, sẽ làm cho động cơ hoạt động liên tục (không bị chết máy) Do đó, không phải khởi động động cơ nhiều lần
Ly hợp trên ôtô thường được phân loại theo 4 cách :
+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 a.Phân loại theo phương pháp truyền mômen.
Theo phương pháp truyền mômen từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thống truyền lực thì người ta chia ly hợp ra thành 4 loại sau :
Loại 1: Ly hợp ma sát là ly hợp truyền mômen xoắn bằng các bề mặt ma sát, nó gồm các loại sau :
- Theo hình dáng bề mặt ma sát gồm có :
+ Ly hợp ma sát loại đĩa (một đĩa, hai đĩa hoặc nhiều đĩa).
+ 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 rất rộng rãi, vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và khối lượng phần bị động của ly hợp tương đối nhỏ Còn ly hợp ma sát loại hình nón và hình trống ít được sử dụng, vì phần bị động của ly hợp có trọng lượng lớn sẽ gây ra tải trọng động lớn tác dụng lên các cụm và các chi tiết của hệ thống truyền lực
- Theo vật liệu chế tạo bề mặt ma sát gồm có :
+ Thép với phêrađô 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 của ly hợp ma sát là : kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
Nhược điểm của ly hợp ma sát là : các bề mặt ma sát nhanh mòn do hiện tượng trượt tương đối với nhau trong quá trình đóng ly hợp, các chi tiết trong ly hợp bị nung nóng do nhiệt tạo bởi một phần công ma sát.
Tuy nhiên ly hợp ma sát vẫn được sử dụng phổ biến ở các ôtô hiện nay do những ưu điểm của nó
Loại 2: Ly hợp thủy lực là ly hợp truyền mômen xoắn bằng năng lượng của chất lỏng (thường là dầu). Ưu điểm của ly hợp thủy lực là: làm việc bền lâu, giảm được tải trọng động tác dụng lên hệ thống truyền lực và dễ tự động hóa quá trình điều khiển xe.
Nhược điểm của ly hợp thủy lực là: chế tạo khó, giá thành cao, hiệu suất truyền lực nhỏ do hiện tượng trượt.
Loại ly hợp thủy lực ít được sử dụng trên ôtô, hiện tại mới được sử dụng ở một số loại xe ôtô du lịch, ôtô vận tải hạng nặng và một vài ôtô quân sự.
Loại 3: Ly hợp điện từ là ly hợp truyền mômen xoắn nhờ tác dụng của từ trường nam châm điện Loại này ít được sử dụng trên xe ôtô.
Loại 4: Ly hợp liên hợp là ly hợp truyền mômen xoắn bằng cách kết hợp hai trong các loại kể trên (ví dụ như ly hợp thủy cơ) Loại này ít được sử dụng trên xe ôtô b 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 sau:
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 , C - 80 , MTZ2 c Phân loại theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép
Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép thì người ta chia ly hợp ra:
Loại 1: 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).
Theo đặc điểm kết cấu của lò xo có thể dùng lò xo trụ, lò xo đĩa, lò xo côn
Trong các loại trên thì ly hợp dùng lò xo trụ bố trí xung quanh được áp dụng khá phổ biến trên các ôtô hiện nay, vì nó có ưu điểm kết cấu gọn nhẹ, tạo được lực ép lớn theo yêu cầu và làm việc tin cậy.
Loại 2: Ly hợp điện từ lực ép là lực điện từ
Loại 3: Ly hợp ly tâm là loại ly hợp sử dụng lực ly tâm để tạo lực ép đóng và mở ly hợp Loại này ít được sử dụng trên các ôtô quân sự.
Loại 4: Ly hợp nửa ly tâm là loại ly hợp dùng lực ép sinh ra ngoài lực ép của lò xo còn có lực ly tâm của trọng khối phụ ép thêm vào Loại này có kết cấu phức tạp nên chỉ sử dụng ở một số ôtô du lịch như ZIN-110, POBEDA d 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.
- Dẫn động bằng thủy lực và cơ khí kết hợp.
- Dẫn động bằng trợ lực: có thể bằng trợ lực cơ khí (dùng lò xo), trợ lực bằng khí nén hoặc trợ lực bằng thủy lực Nhờ có trợ lực mà người lái điều khiển ly hợp dễ dàng, nhẹ nhàng hơn
Ly hợp là một trong những hệ thống chủ yếu của ôtô, khi làm việc ly hợp phải đảm bảo được các yêu cầu sau:
- Truyền hết mômen của động cơ mà không bị trượt ở bất kỳ điều kiện sử dụng nào Muốn vậy thì mômen ma sát của ly hợp phải lớn hơn mômen cực đại của động cơ (có nghĩa là hệ số dự trữ mômen của ly hợp phải lớn hơn 1).
- Đóng ly hợp phải êm dịu, để giảm tải trọng va đập sinh ra trong các răng của hộp số khi khởi hành ôtô và khi sang số lúc ôtô đang chuyển động.
- Mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng, tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian ngắn (vì mở không dứt khoát sẽ làm cho khó gài số được êm dịu).
- Mômen quán tính phần bị động của ly hợp phải nhỏ để giảm lực va đập lên bánh răng khi khởi hành và sang số
- Điều khiển dễ dàng, lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ.
- Các bề mặt ma sát phải thoát nhiệt tốt.
Ly hợp làm nhiệm vụ bộ phận an toàn để tránh quá tải cho hệ thống truyền lực.
Tất cả những yêu cầu trên, đều được đề cập đến trong quá trình chọn vật liệu, thiết kế và tính toán các chi tiết của ly hợp.
C숃ĀU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA LY HỢP LOẠI ĐĨA MA S䄃ĀT KHÔ
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
Hình 1 1 Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô một đĩa
1-bánh đà 2-đĩa ma sát
3-đĩa ép 4-lò xo ép
5-vỏ ly hợp 6-bạc mở
7-bàn đạp 8-lò xo hồi vị bàn đạp
- 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 hợp. b Nguyên lý hoạt động
- Trạng thái đóng ly hợp: ở trạng thái này lò xo 4 chiều một đầu tự 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 từ 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 3-4mm, 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 1 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 nhược điểm:
+ Kết cấu gọn, dễ điều chỉnh và sữa chữa.
+ Thoát nhiệt tốt nên đảm bảo tuổi thọ cao cho bộ ly hợp.
+ Chi truyền được mô men không lớn lắm Nếu truyền mô men trên 70 + 80 KGm thì cần đường kính đĩa ma sát lớn kéo theo các kết cấu khác đều lớn làm cho ly hợp cồng kênh.
1.2.2 Ly hợp ma sát khô hai đĩa bị động lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh: a Cấu tạo
Nhìn chung câu tạo của ly hợp hai đĩa cũng bao gôm các bộ phận và các chi tiết cơ bản như đôi với ly hợp một đĩa Điểm khác biệt là ở ly hợp hai đĩa có hai đĩa bị động sô 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.
Hình 1 2 Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô hai đĩa
1-Bánh đà 2-Lò xo đĩa bị động 3-đĩa ép trung gian
4-Đĩa bị động 5-Đĩa ép 6-Bulong hạn chế
7-Lò xo ép 8-Vỏ ly hợp 9-Bạc mở
10-Trục ly hợp 11-Bàn đạp ly hợp 12-Lò xo hồi vị bàn đạp ly hợp
12-Thanh kéo 14-Càng mở 15-Bi T
16-Đòn mở 17-Lò xo giảm chấn b Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của ly hợp 2 đĩa bị động cũng tương tự như ly hợp 1 đĩa. c Ưu nhược điểm
+ Đóng êm dịu (do có nhiều bề mặt ma sát).
+ Giảm được đường kính chung của đĩa ma sát, bánh đà mà vẫn đảm bảo truyền đủ mô men cần thiết của động cơ.
+Mở không dứt khoát, nhiệt lớn, kết cấu phức tạp nên khó bảo dưỡng và sữa chữa.
1.2.3 Ly hợp thủy lực: a Sơ đồ cấu tạo chung:
Cấu tạo của ly hợp thủy lực được trình bày như hình vẽ bao gồm:
Hình 1 3 Ly hợp thủy lực.
1-bánh đà 2-bánh tuabin 3-bánh bơm
4-trục sơ cấp 5-vỏ ly hợp
Các chi tiết chình của ly hợp gôm có bánh bơm, bánh tuabin. Các bánh công tác này có dạng nửa hình vòng xuyên, được bố trí rất nhiều cánh dẫn theo chiêu hướng tâm.
Bánh bơm được hàn chặt với vỏ ly hợp và được bắt chặt với vỏ trục khuỷu động cơ (quay cùng với trục khuỷu) Nó có tác dụng quạt dòng chất lỏng sang bánh tuabin thông qua đó truyền mô men.
Bánh tuabin được đặt trong vỏ ly hợp có thế quay tự do, được nối với trục sơ cấp hộp sô băng khớp nôi then hoa, nó chịu sự tác động của dòng chất lỏng từ bánh bơm truyền sang, khi đó nó sẽ quay và truyền chuyên động cho trục sơ cấp hộp sô. b Nguyên lý hoạt động
Ly hợp thủy lực làm việc dựa trên nguyên tắc truy 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 lòng tham gia vào hai chuyên động: một chuyển động quay theo bánh bơm và một chuyên động tịnh tiên theo các máng của cánh dẫn từ phía trong ra phía ngoài Đọng nang, cua chất long cùng tăng từ trong ra ngoài Khi ra khỏi bánh bơm chất lòng sẽ chuyển tiếp sang bánh tuabin và động năng của dòng chất lỏng sẽ làm cho bánh tuabin quay theo ở bánh tuabin chất lỏng chuyên động từ ngoài vào trong và động năng giảm dân Sau khi ra khỏi bánh tuabin chất lỏng tiếp tục đi vào bánh bơm để nhân năng lượng và thực hiện các chu trình tiếp theo. c Ưu nhược điểm
+ Khi đóng ly hợp rất êm dịu
+ Làm việc êm dịu, hạn chế va đập khi truyền mô men 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 biên đôi mômen nên đã hạn chế phạm vi sử dụng của nó trên các hộp số thủy cơ ô tô.
+ Hiệu suất thấp ở vùng làm việc có tị số truyền nhỏ.
+ Độ nhạy quá cao làm ảnh hưởng xấu đến đặc tính làm việc kết hợp với động cơ đốt
Ly hợp điện từ là loại không những chi 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 các chi tiết của ly hợp. a Sơ đồ cấu tạo chung:
Hình 1 4 Ly hợp điện từ
3-cuộn dây 4-lõi sắt bị động
5-trục ly hợp 6-mặt cắt
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.
- Trạng thái mở ly hợp: Khi cần mở ly hợp người ta ngắt dòng điện cấp cho cuộn dây 15 Lực điện từ sẽ mất, các chi tiết được quay tự do, ngắt dường truyền mô men từ động cơ đến trục ly hợp. c Ưu nhược điểm:
+ Khả năng chống qua tải tốt
+ Bố trí dẫn động dễ dàng.
+ Bảo dưỡng và sửa chữa khó khăn.
1.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP DẪN ĐỘNG
LỰA CHỌN PHƯƠNG PH䄃ĀP DẪN ĐỘNG
Để giảm lực của người lái tác dụng lên bàn đạp, trong hệ thống dẫn động có thế 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 ô tô là dẫn động thủy lực kết hợp với bộ trợ lực Trợ lực trên ô tô con có thể là trợ lực chân không, còn các ô tô 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 khiến 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 có cơ cấu truyền lực bằng cơ khí để truyền lực đóng hoặc ngắt ly hợp. a Sơ đồ kết cấu:
Hình 1 5 Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng cơ khí.
1-đĩa vị 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 hoạt động:
- Khi ngắt ly hợp: Người lái tác dụng lực vào bàn đạp, lực bàn đạp thông qua đòn dẫn động 9 và càng mở 6 làm cho bi T 4 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 ép đĩa ép và đĩa bị động trở lại trạng thái làm việc ban đầu. c Ưu nhược điểm:
+ Kết cấu đơn giản nên dễ chế tạo và bảo dưỡng, sửa chữa.
+ Lực ma sát giữa các cơ cấu lớn nên dẫn đến nặng khi đạp Có thể khắc phục bằng cách sử dụng trợ lực Đóng không êm dịu.
1.3.2 Dẫn động cơ khí cơ trợ lực khí nén: a.Sơ đồ cấu tạo.
Hình 1 6 Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng 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 hồi vị bi T 9-bình khí nén
10-xylanh 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 phối10 cùng piston 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 bê mặt làm việc và ly hợp được ngắt Đông thời sự chuyên động tương đôi 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 phôi, qua ông dân 1 vào xy lanh công tác 2 đây pittông của xy lanh này dịch chuyền sang phải đây 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 đâu. Khi xy lanh phân phôi 10 được kéo vê vị trí ban đâu thì đông 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 vậy khí nén vẫn mở và khí nén vẫn vào xy
Tanh 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 nhược điểm:
+ Giảm được lực của người lái tác dụng lên bàn đạp.
+ Vẫn đảm bảo an toàn vì nếu trợ lực hỏng thì ly hợp vẫn làm việc được.
+ Phải cần máy nén khí.
+ Khi mất trợ lực thì lực điều khiển của người lái rất lớn.
Hình 1 7 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 bị bàn đạp9-càng mở
10-xy lanh công tác 11-ống dẫn dầu. b Nguyên lý làm việc:
Khi người lái tác dụng một lực lên bàn đạp, dầu từ xy lanh chính
6 qua ống dẫn 11 vào xy lanh công tác 10 đây pittông của xy lanh này đi sang phải thông qua càng mở đấy bi T 4 ép vào đòn mở 3 làm cho đòn mở kéo đĩa ép và đĩa bị động tách ra làm mở ly hợp.
Khi người lái thôi không tác dụng lực vào bàn đạp, nhờ lò xo hồi vị bi T 5 và lò xo hồi vị bàn đạp 8 đẩy pittông của xy lanh công tác
10 sang trái làm đẩy dầu qua ống 11 trở về xy lanh chính 6 đầy trả bàn đạp về vị trí ban đầu. Đồng thời nhờ lò xo hồi vị nên bi T cũng được đẩy tách ra khỏi đòn mở làm mở ly hợp. c Ưu nhược điểm:
+ Kết cấu đơn giản, dễ bố trí trên xe.
+ Dẫn động êm, có thể tạo được lực bàn đạp lớn.
+ Các chỉ tiết cần độ kín 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.
Hình 1 8 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.
10-bàn đạp 11-lò xo hồi vị bàn đạp 12-bộ trợ lực.
13-xy lanh chính b Nguyên lý hoạt động của bộ trợ lực:
- Khi mở ly hợp: Khi người lái đạp bàn đạp làm đây van khí 4 mở ra đông thời van điêu khiên 1 (băng cao su) đóng van chân không 2 lại Lúc này khoang B được nôi 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 đầy pittông của xy lanh chính 13 sang trái làm dầu trong xy lanh chính theo ống 1 sang xy lanh công tác 2 đầy pittông của xy lanh công tác sang phải qua càng mở 3 đây bi T 4 ép vào đòn mở 5 làm mở ly hợp.
- Khi đông 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 đâu, 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.
Hình 1 9 Sơ đồ bộ trợ lực chân không.
1-Van điều khiển 2-van chân không
3,6-lò xo hồi vị 4-van khí
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 điêu khiên 1 ép chặt vào van khí 4 làm đóng van khí Lúc này cả van khi 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 nhược điểm
+ Lực bàn đạp nhỏ nên điều khiển dễ dàng.
+ Không tốn công suất cũng như 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.
+ Do độ chân không, không lớn nên muôn có lực trợ lực lớn thì phải tăng kích thước màng sinh lực dần đến kết cấu công kềnh
PHƯƠNG 䄃ĀN CHỌN LOẠI LÒ XO ÉP
a-lò xo côn xoắn b-lò xo trụ c-lò xo đĩa F-Lực ép ∆ l -biến dạng của lò xo
Lò xo trụ có đường đặc tính làm việc là đường a trên hình 1.10
Lò xo trụ thường được bố trí theo vòng tròn trên đĩa ép. Để định vị các lò xo và giảm độ biến dạng của chúng dưới tác dụng của lực ly tâm, thường sử dụng các cốc, vấu lồi trên đĩa ép hoặc trên vỏ ly hợp. a Ưu điểm
- Kết cấu nhỏ gọn, khoảng không gian chiếm chỗ ít vì lực ép tác dụng lên đĩa ép lớn.
- Đảm bảo được lực ép đều lên các bề mặt ma sát bằng cách bố trí các lò xo đối xứng với nhau và với các đòn mở.
- Luôn giữ được đặc tính tuyền tính trong toàn bộ vùng làm việc.
- Giá thành rẻ, chế tạo đơn giản. b Nhược điểm:
- Các lò xo thường không đảm bảo được các thông số giống nhau hoàn toàn, đặc biệt là sau một thời gian làm việc lực ép của các lò xo sẽ không đều nhau Do đó phải chế tạo lò xo thật chính xác nêu không thì lực ép không đều sẽ làm cho đĩa ma sát mòn không đều và dễ bị cong vênh.
Hình 1 11 lò xo côn xoắn
Lò xo côn xoắn có đường đặc tính làm việc là đường c trên hình 1.10 a Ưu điểm:
- Lò xo côn cho phép chồng lên nhau nên độ cứng tăng lên đáng kê khi chiêu cao và kích thước của lò xo hầu như không thay đổi.
- Lực ép lên lò xo lớn, nên thường được dùng trên ô tô có mômen của động cơ trên
- Có thê giảm được không gian của kết cấu do lò xo có thể ép đến khi lò xo nằm trên một mặt phăng.
- Lò xo côn hoạt động pp định hơn và ít bị gãy hỏng hơn các lò xo chịu nén bình thường. b Nhược điểm
- Khoảng không gian ở gần trục ly hợp sẽ chật và khó bố trí bạc mở ly hợp.
- Dùng lò xo côn thì áp suất lò xo tác dụng lên đĩa ép phải qua các đòn ép do đó việc điều chỉnh ly hợp sẽ phức tạp.
- Lò xo côn có dạng tuyến tính ở vùng làm việc nhỏ, sau đó khi rất nhanh, do đó nó đòi hòi phải tạo được lực lớn để ngắt ly hợp và khi đĩa ma sát mòn thì lực ép của lò xo sẽ giảm rất nhanh.
Lò xo đĩa có đường đặc tính làm việc là đường b trên hình 1.10
Lò xo đĩa được chế tạo bằng thép lò xo và được bắt chặt vào bàn ép ly hợp bằng đinh tán hoặc bằng bulông Ở mỗi phía của lở xo đĩa bố trí các vòng trụ xoay hoạt động như một trục xoay khi lò xo đĩa quay Đối với loại bàn ép ly hợp thông thường có các lò xo chịu kéo để nối đĩa ép ly hợp với lò xo đĩa. a Ưu điểm:
- Lò xo đĩa làm luôn nhiệm vụ của đòn mở nên kết cầu đơn giản và nhỏ gọn.
- Lò xo đĩa có đặc tính làm việc hợp lý vì trong vùng làm việc lực ép thay đôi không dáng kê theo biên dạng Do vậy lực ngắt ly hợp đòi hỏi không lớn và khi đĩa ma sát bị mòn thì lực ép thay đổi không đáng kể. b Nhược điểm
- Việc chế tạo khó khăn.
Qua việc tham khảo các loại lò xo ép em quyết định chọn loại lò xo ép là lò xo trụ vì tất cà những đặc tính tối ưu của nó.
ĐĨA BỊ ĐỘNG CỦA LY HỢP
Đĩa bị động của ly hợp có cấu tạo gồm hai tấm ma sát được gắn với nhau bằng đinh tán thông qua xương đĩa Xương đĩa lại được tán với moay ơ đĩa bị động.
Một trong những yêu cầu của ly hợp là phải đóng êm dịu, yêu cầu này liên quan đến cầu tạo của đĩa bị động của ly hợp. Đê tăng tính êm dịu cho ly hợp ta dùng đĩa bị động loại đàn hồi. Độ đàn hồi của đĩa được giải quyết bằng cách thiết kê kết cấu có những hình thù nhất định hoặc dùng thêm những chi tiết đặc biệt có khả năng làm giảm độ cứng của đĩa Ở đây để giảm độ cứng của đĩa bị động ta xẻ các rãnh hướng tâm Các đường xẻ rãnh này chia đĩa bị động ra nhiều phần Số lượng các rãnh tuy theo đường kính đĩa Các đường xè rãnh cũng làm cho đĩa bị động đỡ cong vênh khi bị nung nóng khi làm việc và làm tăng khả năng thoát các bụi sinh ra trong quá trình ly hợp làm việc do các tấm ma sát bị mòn.
THIẾT KẾ TÍNH TO䄃ĀN CỤM LY HỢP
2.1 Tính chọn các thông số cơ bản của ly hợp
2.1.1 Giới thiệu về các thông số cơ bản của cụm ly hợp:
Bảng 2 1 thông số cơ bản của xe
Tên xe Toyota Vios 2019 E (MT)
Xuất xứ Lắp ráp trong nước
Chiều dài cơ sở 2550 mm
Dung tích công tác 1.496cc
Công suất cực đại 107 N tại 6000 vòng/phút
Mô-men xoắn cực đại 140 Nm tại 4200 vòng/phút
Hộp số Số sàn 5 cấp
Hệ dẫn động Cầu trước
Treo trước/sau Độc lập Macpherson/dầm xoắn
Khoảng sáng gầm xe 133 mm
Vận tốc tối đa 180 km/h
Trọng lượng khi không tải 10750 N
Trọng lượng của ô tô khi đầy tải 15500 N
Tỷ số truyền của truyền lực chính i 0 = 4,47
Tỷ số truyền của tay số 1 i h 1 = 5
Hiệu suất hệ thống truyền lực η t =0,85
2.1.2 Xác định mô men ma sát mà ly hợp cần truyền:
Ly hợp cần được thiết kế sao cho nó phải truyền hết được mô men của động cơ và đồng thời bảo vệ được cho hệ thống truyền lực không bị quá tải.
Với yêu cầu như vậy mômen ma sát của ly hợp được tính như sau:
M c = β M emax β -hệ số dự trữ của ly hợp
M emax - Mô men cực đại của động cơ Với M emax 0 N.m
Lựa chọn hệ số β một cách hợp lý có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình tính toán thiết kế ly hợp Nếu chọn β quá nhỏ thì không đảm bảo truyền hết mô men vì trong quá trình làm việc lực ép của lò xo giảm dần xuống làm giảm mô men ma sát của ly hợp Phải trọng β lớn hơn 1 để đảm bảo truyền hết mô men của động cơ trong mọi trường hợp Tuy nhiên β cũng không được chọn quá lớn để tránh tăng kích thước của đĩa bị động và tránh cho hệ thống truyền lực khỏi bị quá tải.
Các ô tô có tính việt dã cao 1,8-3,0 Ô tô có kéo rơ moóc 2,0-3,0 Đối với ô tô con nên ta chọn β = 1,5
Vậy mô men ma sát của ly hợp là: M c =β M emax =1,5.140!0 (N.m)
2.1.3 Xác định các thông số kết cấu của ly hợp Đường kính ngoài của tấm ma sát được chọn theo công thức kinh
D- tính theo (cm) C- là hệ số kinh nghiệm Bảng 2 3 Hệ số C
Loại xe Hệ số C Ô tô con 4,7 Ô tô tải làm việc trong điều kiện bình thường
3,6 Ô tô tải làm trong điều kiện nặng nhọc
1,9 Đối với ô tô con thì ta chọn C=4,7
D không được lớn hơn đường kính của bánh đà, đồng thời phải gọn, trọng lượng nhẹ Do đó ta sẽ lấy kích thước của đĩa ma sát D21 (cm) Đường kính trong của đĩa ma sát được chọn theo công thức: r = (0,53 – 0,75).R = ( 5,565-7,875) (cm)
Do vận tốc tiếp tuyến ở mép trong của đĩa nhỏ hơn vận tốc ở mép ngoài, nên khi bị trượt phần đĩa phía trong bị mòn ít hơn so với phía ngoài Sự chênh lệch về tốc độ mài mòn càng lớn nếu các bán kính r và R chênh nhau càng nhiều Vì vậy, để hạn chế sự chênh lệch độ mòn trên đĩa ma sát, đối với các động cơ cao tốc (động cơ xăng) nên chọn r gần với 0,75R còn với động cơ có vận tốc thấp (động cơ diesel) thì có thể lấy R gần với 0,53R.
Vậy đường kính trong và đường kính ngoài đĩa ma sát: R,5 (cm) và r = 6,5 (cm)
Trong tính toán sơ bộ có thể coi R μ bằng với bán kính R TB :
Trong các ly hợp của ô tô, mô men được truyền đồng thời qua nhiều cặp bề mặt ma sát Vì vậy, lực và mô men ma sát được tính như sau:
Công thức trên thể hiện mối liên hệ giữa các thông số kết cấu với mô men ma sát của ly hợp Để đáp ứng các yêu cầu về chức năng nhiệm vụ của mình, ly hợp phải tạo ra mô men ma sát đúng bằng M c :
M μ = M c hay β M emax =μ F N z μ R μ (N.m) Trong đó: μ - hệ số ma sát của vật liệu có giá trị 0,25-0,3 Đối với vật liệu hay sử dụng hiện nay ta chọn μ =0,3
F N - tổng lực ép lên các đĩa ma sát (N) z μ - số đôi bề mặt ma sát.
R μ – bán kính ma sát (cm)
Sau khi đã xác định các thông số trên, lực ép của các lò xo lên các bề mặt ma sát F N được tính theo công thức:
䄃Āp suất tác dụng lên bề mặt ma sát q là một trong những thông số quan trọng đánh giá chế độ làm việc cũng như tuổi thọ của ly hợp 䄃Āp suất được tính như sau: q= F N
A = 4 F N π (D 2 −d 2 ) (2) Trong đó: A là diện tích là việc của một bề mặt ma sát.
䄃Āp suất này càng lớn thì tốc độ mài mòn càng cao do vậy người ta giới hạn áp suất này trong một giới hạn cho phép [ q ]nhất định Đối với ô tô con [ q ]= 0,18 ÷ 0,23 (Mpa)
Từ công thức (1) và (2) ta có thể tính được số đôi bề mặt ma sát: z μ = 16 β M emax π × μ ×q × ( D−d )¿ ¿ Thay q = [ q ]= 0,23 MPa, ta được:
Số đôi bề mặt ma sát là số chẵn nên chọn: Z μ =2
Do dó số đĩa bị động là: n= Z μ
2 = 2 2 = 1 Tổng lực ép lên các đĩa là:
2.2 Tính toán và kiểm bền các chi tiết cơ bản của ly hợp
Trong quá trình tính toán, giá trị cực đại của mô men giảm chấn thường được lấy theo mô men bám tính từ các bánh xe chủ động quy về trục ly hợp:
Trong đó: G b - trọng lượng bám tác dụng lên cầu chủ động (11160 N) φ – hệ số bám của đường ( φ =0,8) r b - bán kính làm việc của bánh xe ( r b =0,356) i 0 - tỉ số truyền của truyền lực chính ( i 0=4,47) i h 1 - tit số truyền của hộp số ở tay số 1 ( i h1=5) i p 1 - Tỉ số truyền của hộp số phụ ( i p1=1) Thay vào công thức ta có:
Giảm chấn có 2 bộ phận chính: các lò xo và các tấm ma sát Vì vậy mô men truyền qua nó bao gồm 2 thành phần: mô men sinh ra do lực của lò xo M lxg và mô men ma sát M msg :
M g max =M lxg +M msg = F lxg R lxg z lxg + F msg R msg z msg
Trong đó: F lxg - lực sinh ra do một lò xo giảm chấn
R lxg - bán kính đặt lực lò xo Chọn R lxg = 50 mm= 0,05m z lxg - số lượng lò xo giảm chấn Chọn z lxg =6
F msg - lực sinh ra do một tấm ma sát
R msg - bán kính đặt lực ma sát Chọn R msg 0 mm=0,03 m z msg - số tấm ma sát Chọn z msg = 2
Theo thực nghiệm thường lấy: M msg =0,25 M g max =0,25.142,2= 35,55 (N.m)
Suy ra: M lxg = M g max −¿ M msg = 142,2 – 35,55= 106,65 (N.m)
Ta có lực tác dụng lên một lò xo giảm chấn là:
0,05.6 55,5( N ) Lực tác lên 1 tấm ma sát là:
2.0,03 Y2,5( N ) Độ cứng tối thiểu của một lò xo giảm chấn là:
S= 17,4 R lxg 2 K z lxg ,4.0,05 2 1300.639,3 (N.m) Trong đó: K-là độ cứng của một lò xo K00 N/m
Số vòng làm việc của lò xo giảm chấn là: n 0 = λ G d 4
Trong đó: G-mô dun đàn hồi dịch chuyển G=8.10 10
(N/m 2 ) λ - là độ biến dạng của lò xo giảm chấn từ vị trí chưa làm việc đến vị trí làm việc, λ =1,5-2 (mm) Chọn λ= 2 (mm) = 0,002 (m) d- đường kính dây lò xo, chọn d=3 (mm)=0,003 (m).
D- là đường kính trung bình của vòng lò xo Chọn D (mm)=0,018 (m)
Thay số vào ta có: n 0 = 0,002.8 10 10 0,003 4
1.6 355,5 0,018 3 =¿ 3,9 Lấy n 0=4 vòng Chiều dài làm việc của lò xo được tính theo công thức:
L1=(n0+1).d=(4+1).3 (mm) Chiều dài của lò xo ở trạng thái tự do:
2.2.2 Tính toán lò xo ép của ly hợp
Ta dùng lò xo ép là loại lò xo trụ đặt xung quanh
Vật liệu chế tạo lò xo ép là thép cacbon cao (55-65) với ứng suất cho phép nằm trong khoảng [ τ ] = 500-800 MPa
Số lượng lò xo là Zlx
Hình 2 1 đặc tính của lò xo ép
- Khi ly hợp đóng ta có lực ép lên lò xo là F lx và biến dạng một lượng là l chiều dài của nó là: L 1
- Khi ly hợp mở ta có lực ép lên lò xo là F ' lx và lò xo biến dạng một đoạn là l’, chiều dài của lò xo lúc này là: L 2
- Số lượng lò xo ép được chọn theo đường kính ngoài của đĩa bị động Ta chọn số lò xo là 10.
Tổng lực ép trên tất cả các lò xo khi ly hợp làm việc được xác định theo công thức:
Khi ngắt ly hợp, các lò xo bị nén thêm 1 đoạn nữa, do vậy lực ép sẽ tăng lên so với ly hợp ở trạng thái đóng Khi ly hợp ở trạng thái ngắt hoàn toàn tổng lực ép lên các lò xo được tính như sau:
F ' N =1,2 F N =1,2.4117,6I41,12 (N) Khi đó lực tác dụng lên một lò xo là:
10 I4,1 (N) Độ cứng của lò xo có thể xác định từ đường đặc tính là:
0,002 = 41100 (N)-Đối với ly hợp 1 đĩa: ∆ =1,5-2,0 (mm)
Mặt khác, độ cứng của lò xo được mô tả thông qua các thông số kết cấu như sau:
8 0,024 3 41100 = 4,5 Chọn n0=4 d- đường kính dây lò xo, chọn d=4 (mm)=0,004 (m).
D- là đường kính trung bình của vòng lò xo Chọn D$ (mm)=0,024 (m)
Vậy ứng suất của lò xo trụ ở trạng thái nén xác định theo công thức; τ = 8 F lx
Trong đó: k-là hệ số tập trung ứng suất: k = 4 C − 1
C với C = D d = 0,024 0,004 =6 Chọn C=6, k=1,25 Bảng 2 4 Mối quan hệ giữa các thông số kích thước và hệ số k
Thay vào công thức ta có: τ = 8 F lx ' D π d 3 k= 8.494,1 0,024 1,25 π 0,004 3 = 590 ( MPa)
Vậy lò xo ép đảm bảo độ bền
Các đĩa chủ động thường được chế tạo từ gang xám, các đường kính của đĩa được chọn theo kích thước của đĩa ma sát và bánh đà Bề dày của đĩa được chọn sơ bộ bằng 4,5-6% đường kính ngoài của tấm ma sát và sau đó được chính xác hóa khi tính kiểm tra chế độ nhiệt.Các đĩa chủ động được tính bền theo ứng suất chèn dập tại các vị trí nối đĩa với bánh đà: σ cd = k M j max r TB z c z t A t
Trong đó: k-là hệ số tính đến vị trí của đĩa chủ động, nếu ly hợp là một đĩa thì k=0,5 nếu ly hợp 2 đĩa thì k=0,5, đối với đĩa trung gian và k=0,25 đối với đĩa ép;
M j max - mô men động cực đại: M j max 0 r TB - bán kính trung bình của vết tiếp xúc: R μ ≈ R TB =8,5 (cm) z c - số lượng đĩa ép: z c =1 z t - số bề mặt tiếp xúc: z t = 4
A t - diện tích của một bề mặt tiếp xúc
D, d : Đường kính ngoài và trong đĩa ma sát : 21cm và 13 cm
KẾT LUẬN
Sau thời gian được giao bài tập lớn, nhóm em đã cố gắng thực hiện và đến nay đã hoàn thành nhiệm vụ được giao “ Thiết kế tính toán bộ ly hợp xe TOYOTA VIOS 2019”.
Ngay từ lức nhận được bài tập lớn, em đã tiến hành khảo sát thực tế, tìm tòi tài liệu tham khảo để từ đó làm cơ sở để vận dụng những kiến thức đã học được trong nhà trường cũng như tham khảo ý kiến chỉ dẫn của giáo viên hướng dẫn để hoàn thành bài tập lớn.
Quá trình tính toán lựa chọn các thông số và kích thước của ly hợp được bọn em tiến hành 1 cách chính xác và đảm bảo độ tin cậy cao Quá trình kiểm nghiệm ly hợp cũng được nhóm em tiến hành cẩn thận và đã cho những kết quả nằm trong giới hạn cho phép Từ đó, em có thể kết luận hệ thống ly hợp em đã thiết kế hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu cơ bản đối với 1 cụm ly hợp Như vậy bài tập lớn của nhóm em đã giải quyết được các yêu cầu đề ra, cả về mặt lý thuyết cũng như khả năng ứng dụng thực tế.
Mặc dù nhóm em đã cố gắng rất nhiều và nhận được sự hướng dẫn từ phía giáo viên nhưng do có 1 số hạn chế về thời gian cũng như kiến thức nên bài tập lớn của nhóm em không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được những ý kiến góp ý của các thầy giáo trong bộ môn để em có thể hoàn thiện hơn
Hà Nội, ngày tháng năm 2023
Nhóm sinh viên thực hiện