GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Tổng quan về hộp số
Được ví như trái tim của hệ thống truyền lực, hộp số biến đổi mô-men, tốc độ làm việc của động cơ sao cho phù hợp với điều kiện làm việc của bánh xe trên đường.
Kể từ khi phát minh nổi tiếng của George Selden về bộ truyền động cầu trước kết hợp với động cơ 3 xi-lanh đặt nằm ngang trở thành thiết kế trên xe hơi, có rất ít ý tưởng mới phù hợp.Giới thiệu vào năm 1894, bản phác thảo đầu tiên của hộp số cận đại do hai kỹ sư người Pháp, Louis-Rene Panhard và Emile Levassor đưa ra đã không mang về cho hai ông vinh quang mà ngược lại phải nhận những chỉ trích.Buổi thuyết trình không thành công, chiếc xe mô hình bị chết máy, nội dung bị cắt bớt chỉ còn trình bày trên bảng đen Một tờ báo viết "kẻ bịp bợm đã dùng nhiều trò mánh khóe để lừa gạt công chúng hâm hộ cùng với chiếc xe mới” Có lẽ các nhà phát minh nên bỏ qua buổi nói chuyện công nghệ và sử dụng mô tả vừa đủ Những gì họ đã làm thật thô thiển.
Thời ấy kết cấu truyền động khá đơn giản bằng bộ truyền đai hoặc bộ truyền bánh răng côn Xe chỉ có thể chạy với tốc độ đa 32 km/h Khi gặp vật cản trên đường, tài xế phải dừng lại gài số thấp.F W Lanchester, một trong những người tiên phong trong lĩnh vực ôtô ở Anh, mô tả về chiếc xe của ông gồm hai cấp truyền đai, một cho tốc độ thấp, cần mô-men lớn và một ở tốc độ cao, mô-men nhỏ.Một năm sau cuộc hộp báo tai tiếng, Panhard and Levassor nổi danh trở lại không những chỉ với riêng hộp số mà còn toàn bộ hệ thống truyền lực Lần này, họ đã có chiếc xe đầu tiên sẵn sàng chạy khi đạp ga Bên cạnh đó họ cũng đã có rất nhiều thay đổi về ý tưởng
Thực tế, nó là một mẫu đã đáp ứng được hầu hết các yêu cầu của xe được xây dựng vào những năm 90 và cả những năm sau đó Không giống như mẫu xe hiện thời, thiết kế mới có động cơ đặt dọc phía trước, truyền công suất ra cầu sau thông qua ly hợp và hộp số trượt 3 cấp và cầu chuyển động bằng xích Nó gần giống như hệ thống truyền lực trên các xe hiện đại, nhưng chưa có vi sai và bán trục chủ động Tuy nhiên, vào năm 1898, điều này đã trở thành hiện thực khi nhà triệu phú Louis Renault kết nối công suất thành công từ động cơ đặt dọc, qua hộp số tới cầu sau “sống” bằng trục kim loại.Cầu sau “sống” hay còn gọi là vi sai cầu sau, cái mà Renault đã làm phù hợp với ý tưởng phát triển của một người Mỹ có tên C E Duryea vào năm 1893 Vì đã khắc phục vấn đề mòn lốp, nên phát minh này được hầu hết các nhà sản xuất ôtô áp dụng.
Vi sai bao gồm một cụm bánh răng răng khớp làm nhiệm vụ phân chia công suất cho hai bánh của cầu sau Nó cho phép bánh phía ngoài quay nhanh hơn bánh trong khi xe quay vòng.
Năm 1904, hộp số sàn sang số trượt của Panhard-Levassor đã được hiện thực hóa bởi hầu hết các nhà sản xuất ôtô Dù tồn tại dưới dạng này hay dạng khác thì chúng vẫn còn được sử dụng cho đến thời gian gần đây Hiển nhiên, đã có những cải tiến, thay đổi quan trọng nhất là hệ thống đồng bộ hóa cho phép quá trình ăn khớp giữa cách bánh răng diễn ra một cách trôi chảy, không phát sinh va đập Hộp số trang bị bộ đồng tốc được Cadillac sử dụng lần đầu tiên vào năm 1928 Sau khi được Porsche phát triển, phát minh này đã trở nên phổ biến cho đến tận ngày nay.Khoảng thời gian kể từ khi hộp số sàn xuất hiện cho đến thời điểm phát minh ra bộ đồng tốc, có một sự cố gắng khác cũng nhằm đơn giản quá trình sang số Đó chính là hộp số có cấu tạo từ bộ truyền bánh răng hành tinh, xuất hiện lần đầu tiên trên mẫu Ford Model T 1908.Bộ truyền bánh răng hành tinh bao gồm một bánh răng trung tâm hay còn được gọi là bánh răng mặt trời, một số bánh răng hành tinh ăn khớp xung quanh
Ngày nay, bộ truyền hành tinh được sử dụng trên hộp số tự động nhiều hơn trên số sàn Một vài loại số sàn phức tạp sử dụng bánh răng hành tinh đã được đưa ra,Wilson Preselector là một trong những hộp số như thế Nó từng được sử dụng vào những năm 30 Hệ thống sử dụng 4 bộ truyền bánh răng hành tinh riêng rẽ, cho phép lái xe chọn trước một tỷ số truyền bằng cách di chuyển cần điều khiển nhỏ cạnh trục lái.
Lý do chọn đề tài
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của nền kinh tế xã hội, do vậy ngành công nghiệp ô tô cũng không phải là ngoại lệ Kể từ khi ra đời đến nay, ngành ô tô luôn đòi hỏi các nhà khoa học, đội ngũ kỹ sư có trình độ cao, để đáp ứng nhu cầu đó đòi hỏi đội ngũ này phải có chất lượng ngay từ khi đào tạo Trong quá trình đào tạo thìcó nhiều yếu tố làm nên chất lượng đào tạo, trong đó cơ sở vật chất và thiết bị dạy học đóng vai trò rất quan trọng.Hiện nay các mô hình dùng cho các ngành kỹ thuật nói chung và ngành cơ khí ô tô nói riêng còn rất hạn chế, do đó quá trình học tập nghiên cứu của công nhân, sinh viên gặp nhiều khó khăn, và việc áp dụng lí thuyết được học vào thực tế còn nhiều trở ngại Từ suy nghĩ đó tôi chọn đề tài “TÍNH TOÁN THIẾT
KẾ BỘ LY HỢP TRÊN Ô TÔ” này sẽ phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động, quy
Mục tiêu đề tài
Vẽ được sơ đồ cấu tạo và trình bày được nguyên lý hoạt động làm việc của ly hợp ma sát , ly hợp thuỷ lực , trình bày được sự ảnh hưởng của ly hợp tới sự gài số , tác dụng của ly hợp khi phanh , công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp.
Phục vụ cho việc học ở trường, cung cấp kiến thức chuyên ngành cho bản thân.Khai thác bộ ly hợp trên Toyota CAMRY 1990 Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, bảo dưỡng, sửa chữa
Nội dung nhiệm vụ đề tài
- Tính toán thông số cơ bản của ly hợp - Tìm hiểu được nhiệm vụ, điều kiện làm việc, cấu tạo và nguyên lý động cùng với các thông số kỹ thuật của ly hợp- Mô phỏng thực nghiệm trên phần mềm carsim- Viết báo cáo bài tiểu luận
Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng kiến thức đã học ( lý thuyết ô tô, tính toán thiết kế ô tô, động cơ đốt trong,kết cấu ô tô,…) để áp dụng vào nghiên cứu tính toán thiết kế bộ ly hợp ô tô
- Tham khảo tài liệu - Thu thập những thông tin nghiên cứu tính toán thiết kế bộ ly hợp ô tô
- Nghiên cứu từ các nguồn tài liệu như sách, giáo trình, các bài giảng
- Tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn - Áp dụng phương pháp nghiên cứu: quan sát, tư duy, kiểm tra và thực hành
1.5 Kết cấu của đồ án môn học
Chương 1: Giới thiệu đề tài
Chương 2: Tổng quan nội dung về bộ ly hợp
Chương 3: Phương án thiết kế bộ ly hợp
Chương 4: Tính toán thiết kế bộ ly hợp
Chương 5: Sử dụng phần mềm SOLIDWORD mô phỏng bộ ly hợp ô tô.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Công dụng , yêu cầu , phân loại ly hợp
2.1.1 Công dụng của ly hợp
- Ly hợp ô tô là một bộ phận thuộc động cơ xe, có nhiệm vụ truyền hoặc ngắt momen lực từ động cơ tới hộp số Đây là một trong những nhân tố tác động tới khả năng tăng tốc nhanh và mượt của xe ô tô.
- Bên canh đó hệ thống ly hợp được ví như là một “cầu nối’’ truyền momen lực giữa động cơ và hộp số Hệ thồng ly hợp trên ô tô có khả năng đóng hoặc mở để giúp xe chuyển động tiến, lùi hoặc dừng lại theo điều kiện của người lái.
2.1.2 Yều cầu đối với ly hợp
- Ly hợp phải truyền được momen xoắn lớn nhất của động cơ mà không bị trượt trong mọi điều kiện, bởi vậy ma sát của ly hợp phải lớn hơn moomen xoắn của động cơ.
- Khi kết nối phải êm dịu để tránh gây ra va đập ở hệ thống truyền lực.
- Khi tách phải nhanh và dứt khoát để dễ gài số và tránh gây tải trọng động cho hộp số.
- Momen quán tính của phần bị động phải nhỏ.
- Ly hợp phải làm nhiệm vụ của bộ phận an toàn do đó hệ số dự trữ phải nằm trong giới hạn.
- Kết cấu đơn giản và gọn.
- Đảm bảo thoát nhiệt tốt khi ly hợp trượt
2.1.3 Phân loại 2.1.3.1 Theo cách truyền momen xoắn
- Ly hợp ma sát: loại một đĩa và nhiều đĩa, loại lò xo nén biên, loại lò xo nén trungtâm, loại càng tách ly tâm và nửa ly tâm.
+ Ly hợp ma sát một đĩa được dùng ở hầu hết trên tất cả các loại ôtô và máy kéo nhờ kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, việc mở ly hợp dễ dứt khoát và mô men quán tính của phần bị động nhỏ.
+ Kiểu ly hợp ma sát hai đĩa chỉ được dùng trên xe tải lớn to (vì cần truyền mô khoát tuy nhiên việc đóng ly hợp là êm dịu hơn loại một đĩa (nhờ sự tiếp xúc của các bề mặt ma sát được tiến hành từ từ hơn).
Hình 2 1: Bộ ly hợp ma sát khô - Ly hợp thủy lực:
Ly hợp thủy lực truyền năng lượng bằng chất lỏng – dầu thủy lực Về cơ bản thì có hai loại:
Ly hợp thủy tĩnh (truyền năng lượng nhờ áp suất chất lỏng) – loại này có lẽ là chưa có ô tô hay phương tiện nào sử dụng cho việc truyền mô men từ động cơ đến hộp số;
Ly hợp thủy động (truyền năng lượng nhờ động năng của chất lỏng).
Ly hợp thủy lực trong tiếng Anh gọi là Hydrodynamic clutch hay Fluid coupling – khớp nối thủy lực
Hình 2.2: Kết cấu ly hợp thuỷ lực- Ly hợp điện từ:
Hình 2.3: Kết cấu ly hợp điện từ
Bản chất của ly hợp điện từ cũng là ly hợp ma sát, nhưng ở đây nó sử dụng lực điện từ từ cuộn dây để kéo phần ứng ma sát ép vào rotor để truyền mô men Ly hợp điện từ được áp dụng chủ yếu trong việc điều khiển máy nén điều hòa, quạt tản nhiệt, phanh điện từ.
Hình 2.4:Cấu tạo ly hợp từ
- Ly hợp liên hợp Thường là kết hợp 2 trong các loại trên: phổ biến ly hợp thủy lực kết hợp ly hợp ma sát
2.1.3.2 Theo phương pháp tạo lực ép:
-Ly hợp ép bằng lò xo: Đây là ly hợp sử dụng phổ biến nhất trên ô tô hiện nay.
Ly hợp sử dụng lò xo (lò xo trụ, lò xo đĩa, côn,…) để ép lên đĩa ma sát ép vào mặt bích bánh đà Tạo lực ma sát gắn kết để truyền mô men từ động cơ đến trục sơ cấp hộp số. Đây cũng chính là loại ly hợp ma sát ở phần trên.
-Ly hợp ép bằng điện từ: Cũng chính là loại ly hợp điện từ Nó sử dụng lực điện từ để tác động ép chặt phần ứng với đĩa ma sát vào rotor để truyền mô men.
-Ly hợp bán ly tâm: Ly hợp này kết hợp lực ép lò xo và lực ly tâm của đối trọng Ở tốc độ thấp, chủ yếu là lò xo sẽ ép đĩa ép vào đĩa ma sát tới mặt bích bánh đà. Đây cũng là một loại của ly hợp ma sát kể trên.
Hình 2.5: Ly hợp bán ly tâm
-Ly hợp ly tâm: Ly hợp này sử dụng lực ly tâm của đối trọng để ép các đĩa hay tấm ma sát, tạo lực ma sát gắn kết và truyền mô men Ly hợp ly tâm được sử dụng chủ yếu trên xe máy côn tự động.
Hình 2.6: Ly hợp ly tâm
2.1.3.3 Theo phương pháp dẫn động điều khiển:
-Ly hợp dẫn động điểu khiển thuỷ lực: Đây là phương pháp dẫn động điều khiển ly hợp phổ biến trên ô tô ngày nay Ly hợp sử dụng hệ thống dẫn động thủy lực bao gồm xilanh chính, xilanh cắt ly hợp, đường ống dẫn dầu thủy lực
Hình 2.7: Ly hợp dẫn động điểu khiển thuỷ lực -Ly hợp dẫn động điều khiển cơ khí: Hệ dẫn động này sử dụng cơ cấu tay đòn hoặc dây cáp để điều khiển đóng ngắt ly hợp Hiện nay, hệ dẫn động này ít phổ biến trên ô tô hơn so với loại dẫn động thủy lực, nó chủ yếu được sử dụng trong xe máy côn tay.
Hình 2.8: Ly hợp dẫn động điều khiển cơ khí
-Ly hợp dẫn động điều khiển bằng điện: Ở hệ thống này, bàn đạp ly hợp đóng vai trò như một cảm biến vị trí, truyền tín hiệu đến bộ điều khiể, bộ điều khiển này sẽ gửi tín hiệu điều khiển hệ thống thủy lực (xilanh hoặc bơn thủy lực) để thực hiện cắt ly hợp Phiên bản nâng cấp của hệ thống này chính là loại Điều khiển ly hợp tự động.
2.1.3.4 Theo phương pháp điều khiển:
-Điều khiển thủ công do lái xe: Đây là loại điều khiển dẫn động và điều khiển thông thường Nó bao gồm các phương pháp truyền động trên Dưới tác dụng của người lái vào bàn đạp ly hợp, truyền lực thông qua thủy lực hoặc cơ khí đến càng cắt ly hợp để thực hiện việc mở ly hợp.
Cấu tạo và nguyên lí làm việc của ly hợp
2.2.1 Cấu tạo ly hợp xe ô tô
Hình 2.10: Kết cấu chung ly hợp
Phần chủ động gồm: vỏ ly hợp, bánh đà, đĩa ép và giá đỡ cho vỏ ly hợp.
Phần bị động gồm: đĩa ma sát và trục bị động Cơ cấu điều khiển để ngắt ly hợp (khi cần), gồm: bàn đạp, thanh nối, khớp trượt, các cần bẩy và lò ép Dưới đây là một số bộ phận có nhiệm vụ chính giúp xe ô tô có khả năng di chuyển trơn tru.
Bánh đà Bánh đà là bộ phận tạo ra momen quán tính khối lượng giúp động cơ hoạt động. Đây được coi là bộ nguồn để các bộ phận còn lại có thể liên kết lại với nhau Bộ phận này thường được khoan các lỗ để nối các bộ phận của ly hợp trên xe Nó thường nhẵn để tạo bề mặt ma sát và thường được làm từ chất liệu dày để hấp thụ lượng nhiệt lớn tỏa ra khi sử dụng Bạc đạn ở tâm của nó giống như một ổ lót dẫn đường có vai trò cố định cho đầu ngoài cùng của trục sơ cấp hộp số Và để hoạt động thì nó luôn cần phải được bôi trơn.
Hình 2.11: Kết cấu bánh đà
Đĩa ly hợp (lá côn) Đĩa ly hợp được lắp ráp với nguồn, sao cho tiếp xúc một cách đồng đều với bề mặt ma sát của đĩa ép ly hợp và bánh đà Đĩa ly hợp hình tròn, mỏng được làm từ thép với một moay ơ đặt ở giữa, bề mặt ngoài của đĩa ly hợp được ép vật liệu ma sát bằng đinh tán.Vật liệu ma sát được tán vào những phần gợn sóng ở phần ngoài của đĩa ly hợp Chúng như đệm đàn hồi, giúp giảm va chạm khi đĩa ly hợp bị ép mạnh vào bánh đà.Đĩa ly hợp có thể dịch chuyển dọc theo trục, nhưng khi đĩa quay thì trục cũng phải quay theo
Hình 2.12: Kết cấu đĩa ly hợp
Vòng bi cắt là một chi tiết khá quan trọng, như cái tên thì nó có vai trò đóng và cắt bộ ly hợp ô tô Vòng bi được gắn trên ống trượt nên có thể trượt dọc theo trục, nó đã được bôi trơn đầy đủ tại nhà máy và không cần phải bảo dưỡng trong suốt thời gian sử dụng.
Ngoài ra, nó còn hấp thụ chênh lệch tốc độ quay giữa càng cắt (bộ phận không quay) và lò xo đĩa (bộ phận quay) Sau đó truyền chuyển động của càng cắt vào lò xo.
Nó còn có chức năng dùng để tránh tiếng ồn do ma sát giữa lò xo đĩa và vòng bi cắt.
Trường hợp vòng bi cắt tự định tâm thì sẽ tự động điều chỉnh giữ cho đường tâm của trục khuỷu thẳng với đường tâm của trục sơ cấp hộp số.
Hình 2.13: Kết cấu vòng bi cắt
Bàn đạp có nhiệm vụ tạo ra áp suất thủy lực trong xi lanh chính, áp suất này tác dụng lên xi lanh của bộ phận cắt và sẽ tạo ra việc đóng và ngắt ly hợp Với những tình huống khi đạp hết côn vào mà không thể cắt được động lực thì nguyên nhân chính là nó đã bị ăn mòn hoặc quá trình tự do của bàn đạp không chuẩn Quá trình chuyển động tự do của bạn đạp chính là khoảng cách mà bàn đạp có thể dịch chuyển được cho đến khi vòng bi cắt ép vào lò xo đĩa.
Nắp ly hợp (bàn ép) và lò xo đĩa của xe :
Nắp ly hợp có công dụng để nối và ngắt công suất của động cơ Ngoài ra, phần nắp cũng có lò xo để đẩy đĩa ép vào đĩa ly hợp Có 2 loại lò xo cơ bản là lò xo xoắn hoặc lò xo đĩa, trong đó, lò xo đĩa được sử dụng chủ yếu hiện nay.
Hình 2.15: Kết cấu nắp ly hợp
Bao gồm: ống dẫn, piston xi lanh dầu, buồng chứa nhiên liệu, lò xo thuỷ lực và lò xo ly hợp Trong khi vận hành, piston sẽ trượt tạo ra áp suất thuỷ lực giúp kiểm soát đóng ngắt ly hợp.
Hình 2.16: Xinh lanh chính của ly hợp
2.2.2.Nguyên lí làm việc của ly hợp
Khi muốn điều khiển xe ô tô dừng lại theo ý muốn mà động cơ vẫn nổ máy thì phải cần bộ ly hợp ngắt truyền động của động cơ xuống các bánh xe Dưới đây là nguyên lý hoạt động của bộ ly hợp:
Hình 2.17: Nguyên lý làm việc của ly hợp Để đóng ly hợp, người lái nhả chân khỏi bàn đạp ly hợp hay còn gọi là chân côn.Lúc này bánh đà quay, đĩa ma sát bị lò xo đẩy áp chặt lên bánh đà thông qua đĩa ép Nhờ có lực ma sát, mômen được truyền từ trục khuỷu- bánh đà qua đĩa ma sát và then hoa đến trục sơ cấp của hộp số, các chi tiết trên tạo thành một khối cùng quay theo bánh đà.Khi ngắt hay cắt ly hợp –tức là lúc không truyền momen thì sẽ đạp pê- đan hay gọi là đạp côn để thông qua đòn bẩy và khớp nối, trượt chuyển động sang trái ép vào đầu cần bẩy để chúng quay trên giá đỡ và đầu kia của cần bẩy kéo đĩa ép thắng lực ép lò xo, dịch chuyển sang phải và tách đĩa ma sát khỏi mặt bánh đà.Lúc này đĩa ma sát ở trạng thái tự do, các bề mặt bị hở ra và mômen động cơ không thể truyền qua đĩa tới trục sơ cấp hộp số.Để ngắt ly hợp, đối với một số loại ly hợp cần phải ép khớp trượt vào đầu cần bẩy hoặc lò xo màng, nhưng đối với một số bộ ly hợp khác lại cần phải kéo khớp trượt đầu cần bẩy hoặc đầu lò xo màng ra.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Tính toán momen ma sát của ly hợp
Bảng 3 1: Thông số kỹ thuật
THÔNG SỐ GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ
Chiều dài cơ sở 2600 mm
Khối lượng xe không tải 1205 Kg
Khối lượng xe đầy tải 1785 Kg
Loại dẫn động Front wheel drive
Kích thước bánh trước Kích thước bánh sau
Momen xoắn cực đại 164 Nm @ 4500 rpm Nm
Tăng tốc từ 0 đến 100km/h 14,4 Sec
Tốc độ tối đa 170 Km/h
Số xi lanh Hộp số
Ly hợp cần được thiết kế sao cho nó phải truyền được 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 :
M 1 = β × Me max Trong đó : Me max - mômen xoắn cực đại của động cơ. β là hệ số dự trữ của ly hợp.
Hệ số β phải lớn hơn 1 để đảm bảo truyền hết mômen của động cơ trong mọi trường hợp Tuy nhiên hệ số β cũng không được chọn lớn quá để tránh tăng kích thước đĩa bị động và tránh cho hệ thống truyền lực bị quá tải Hệ số β được chọn theo thực nghiệm.
⟶Vậy mômen ma sát của ly hợp :
Xác định kích thước cơ bản của ly hợp
3.2.1 Xác định bán kính ma sát trung bình của đĩa bị động
Khi thiết kế có thể chọn sơ bộ đường kính ngoài của đĩa ma sát theo công thức
Trong đó : Me max - mômen cực đại của động cơ (Nm) D2 - đường kính ngoài của đĩa ma sát (cm)
Bán kính ngoài của đĩa ma sát : R2 ,43cm=0,1143m Bán kính trong của đĩa ma sát được tính theo bán kính ngoài : R1 = (0,53 ÷ 0,75) R2 ta chọn R1= 0,53 × R2 = 0,53×11,43=6,05cm=0,0605m
Bán kính ma sát trung bình được tính theo công thức :
3.2.2 Xác định lực ép lên đĩa ma sát
Ta có thể viết lại phương trình: M 1=M emax × β=μ× P× R tb × Z ms
Trong đó: μ là hệ số ma sát của ly hợp vì nguyên liệu của các bề mặt ma sát là thép và phê ra đô nên ta chọn μ=0,2
Z ms là số đôi bề mặt ma sátđối với xe 1 đĩa ly hợp ta chọn Z ms =2
P ct là lực ép lên các đĩa ma sát
R tb là bán kínhma sát trungbình β × M 1 1,5×246
3.2.3 Xác định áp lực tạo ra trên mặt ma sát: Áp lực tạo ra trên vành khăn ma sát được tính theo công thức sau : q=P
Trong đó P lực ép của cơ cấu kNS là diện tích vành khăn ma sát m 2
Xác định công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp
Khi đóng ly hợp có thể xảy ra hai 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 làm tăng 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.
3.3.1 Tính toán công trượt của ly hợp:
Momen quán tính quy dẫn dẫn Ja (kg.m2):
Từ công thức quan hệ vận tốc tịnh tiến của ô tô và vận tốc gốc của bánh xe ta có:
(i h 1 i 0) 2 × δ t Trong đó: G 0 là trong lượng toàn bộ xe r bx là bán kính làm việc của bánh xe chủ động i 0 là tỉ số truyền lực chính 4,22 g là giatốc trọngtrường g=9,81m/s 2 i h 1 là tỉ số truyền của hộp số tay số 1 3,81 η t −Hiệu số của hệ thống truyềnlực η t =0,9 Ψ là hệ số cản của đường ψ= 0,02 Với •t Hệ số tính đến các khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực, trong tính toán lấy •t = 1,05÷1,06 Ta chọn •t=1,05
Momen cản chuyển động quy dẫn Ma( N / m)
Momen cản chuyển động của xe qui dẫn về trục li hợp được tính khi xe bắt đầu khởi động:
Tính thời gian trượt trong các giai đoạn t1 và t2
Xét đến 2 giai đoạn thực tế của việc đóng ly hợp từ từ.
+ Giai đoạn 1: khoảng thời gian (t1) tăng momen ma sát từ 0 đến Ma Lúc đó xe bắt đầu khởi động tại chỗ:
+ Giai đoạn 2: Tăng momen của ly hợp đến giá trị không còn sự trượt của ly hợp (t2) Khoảng thời gian (t1) và (t2) được tính như sau:
2 j a (ω m −ω a ) 2 A được xác định bằng công thức A = √ 2 J a (ω m −ω a ) - ‘a: vận tốc góc của ly hợp Ta tính cho lúc khởi động nên ‘a= 0 rad/s -‘m: vận tốc góc của trục khuỷu.
K là hệ số tỉ lệ đặc trưng cho nhịp độ tăng momen của đĩa ly hợp khi đóng ly hợp Đối với xe du lịch: KP ÷ 150 Nm/s ta chọn K = 150 Nm/s ω m =ω max =π n m
Vậy công trượt của toàn bộ ly hợp là:
3.3.2 Xác định công trượt riêng : Để đánh giá độ hao mòn của đĩa ma sát ,ta phải xác định công trượt riêng theo công thức sau : l o = L Sp≤[l o ]
Trong đó: l 0là công trượt riêng L là công trượt tổng cộng của ly hợp kGm S là diện tích bề mặt ma sát của đĩa bị động cm 2
P =2 là số đôi bề mặt ma sát [ l o ¿ là công trượt riêng cho phép Ô tô du lịch ta có [L0] 00÷1200 KJ/m2 l o 9041,01 0,029×2 086913,966
Vậy công trượt riêng thoả mãn điều kiện cho phép :[ L 0] = 1000 ÷ 1200 KJ/m 2
3.3.3 Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp :
Công trượt của ly hợp biến thành nhiệt năng làm nung nóng các chi tiết của nó , do đó khi tính toán thiết kế ly hợp phải tiến hành kiểm tra nhiệt độ làm việc xem có vượt quá nhiệt độ cho phép không.Thực tế cho thấy , chi tiết bị đốt nóng mạnh nhất là đĩa bị động vì chúng trực tiếp thu nhận nhiệt , bánh đà có kích thước và khối lượng lớn nên ít bị nung nóng hơn so với đĩa ép , vì vậy ta tính toán nhiệt đối với đĩa ép Để xác định mức tăng nhiệt độ của đĩa ép , ta giả thiết nhiệt do ly hợp sinh ra không truyền vào môi trường xung quanh ,khi đó ta có phương trình cân bằng nhiệt như sau γ × L=m×c × ∆t
Trong đó: L là công trượt toàn bộ của ly hợp c là nhiệt dung riêng của chi tiết bị nóng với vật liệu làm bằng thép và gang có thể lấy c = 481,5 (J/kg ° K ) m là khối lượng chi tiết bị nung nóng (đĩa ép) (kg)
G t là trọng lượng chi tiết bị nung nóng kG γ là hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng đĩa ép , với ly hợp một đĩa bị động thì γ=0,50
∆ t độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng ( ° K ¿ , đối với xe con sau một lần đun nóng không quá 10 ° K
Từ đó suy ra khôi lượng đĩa ép tối thiểu là m ≥ γ × L c × ∆ t=0,5×179041,01
3.3.4 Chiều dày tối thiểu của đĩa ép (theo chế độ nhiệt)
Bề dày tối thiểu của đĩa ép δ (m) được xác định theo khối lượng tính toán chế độ nhiệt ở trên có thể được xác định theo công thức δ ≥ m π ×(R 2 2 −R 1 2 )× p
Trong đó : p là khối lượng riêng của đĩa ép với vật liệu làm bằng gang thìpx00(kg/m 3 ¿
Thay số vào ta được: δ ≥ 185,9 π ×(0,1143 2 −0,0605 2 )×7800=0,0806m6,60mm
Tính toán sức bền một số chi tiết chủ yếu của ly hợp
3.4.1 Tính toán sức bền của đĩa bị động: Để giảm kích thước của ly hợp, khi ly hợp làm việc trong điều kiện ma sát khô thì chọn vật liệu có hệ số ma sát cao Vật liệu của tấm ma sát thường chọn là loại phêrađô Đĩa bị động gồm các tấm ma sát và xương đĩa Xương đĩa thường chế tạo bằng thép cacbon trung bình và cao Ta chọn thép 50.
Chiều dày xương đĩa thường chọn từ (1,5 2,0) mm Ta chọn x = 2 mm Chiều dày tấm ma sát thường chọn từ (3 5) mm Ta chọn = 4,5 mm
Hình 3 1: Cấu tạo đĩa bị động của xe
Tấm ma sát được gắn với xương đĩa bị động bằng đinh tán Vật liệu của đinh tán được chế tạo bằng đồng, có đường kính d = 4 mm Đinh tán được bố trí trên đĩa theo hai dãy tương ứng với các bán kính như sau:
Vòng trong: r1 = 8cm = 80 mm Vòng ngoài: r2 = 10 cm = 100 mm
Hình 3 2 Sơ đồ phân bố lực trên đinh tán
Lực tác dụng lên mỗi dãy đinh tán được xác định theo công thức :
164×100 2×(8 2 +10 2 )Pkg Đinh tán được kiểm tra theo ứng suất cắt và ứng suất chèn dập τ c = F n ×π ×d 2
Trong đó: τ c là ứng suất cắt của đinh tán ở từng dãy σ cd là ứng suất chèn dập của đinh tán ở từng dãy F là lực tác dụng lên đinh tán ở từng dãy n là số lượng đinh tán ở từng dãy Vòng trong n 1
Vòng ngoài n 2 d là đường kính đinh tán ở mỗi dãy d=4mm l là chiều dài bị chèn dập của đinh tán l=1/2 chiều dày tấm ma sát ta có l=1/2 × 4,5=2.25mm
[ τ c ] là ứng suất cắt cho phép của đinh tán [ τ c ] 0 kg /cm 2
[ σ cd ] là ứng suất chèn dập cho phép của đinh tán [ σ cd ]= 250 kg /cm 2 Ứng suất cắt và ứng suất chèn dập đối với đinh tán ở vòng trong : τ c1 = F 1 n 1 ×π × d 2
⟶Vậy các đinh tán đảm bảo độ bền cho phép Ứng suất cắt và ứng suất chèn dập đối với đinh tán ở vòng ngoài τ c2 = F 2 n 2 ×π × d 2
⟶Vậy các đinh tán đảm bảo độ bền cho phép
3.4.2 Tính sức bền moayơ đĩa bị động:
Chiều dài của moayơ đĩa bị động được chọn tương đối lớn để giảm độ đảo của đĩa bị động Moayơ được ghép với xương đĩa bị động bằng đinh tán và lắp với trục ly hợp bằng then hoa.
Chiều dài moayơ thường chọn bằng đường kính ngoài của then hoa trục ly hợp.
Khi điều kiện làm việc nặng nhọc thì chọn L = 1,4 D (D là đường kính ngoài của then hoa trục ly hợp)
Khi làm việc then hoa của moayơ chịu ứng suất chèn dập và ứng suất cắt được xác định theo công thức: τ c = 4× M emax z 1 × z 2 × L × B ×(D+d)≤ [ τ c ] σ cd = 8× M emax z 1 × z 2 × L ×(D 2 −d 2 )≤ [ σ cd ]
Trong đó M emax là mô men cực đại của động cơ M emax 4kGm z là sô then hoa của một moay ơ z
L là chiều dài moay ơ LLmD là đường kính ngoài của then hoa D=3,5 b là bề rộng của một then hoa 4mm=0,4cm Các thông số trên chọn theo xe tham khảo Với vật liệu chế tạo moay ơ là thép 40X thì ứng suất cho phép của moay ơ là
[ τ c ] 0 kg /cm 2 [ σ cd ]= 200 kg /cm 2 τ c = 4× M emax z × L ×b ×(D+d)= 4×164
⟶Vậy moay ơ đảm bảo độ bền cho phép Đinh tán nối moayơ với xương đĩa bị động thường làm bằng thép có đường kính d = (6 10) mm Ta chọn d = 6 mm Đinh tán được kiểm tra theo ứng suất cắt và ứng suất chèn dập τ c = F n ×π ×d 2
Trong đó: F là lực tác dụng lên đinh tán F=M emax
2×4 kg r là bán kính mặt đinh tán rLm@mm n là số đinh tán ở một moay ơ n=4 đinh d là đường kính đinh tán d=6mm=0,6cm l là chiều dài bị chèn dập của đinh tán l=0,4cm Vật liệu chế tạo đinh tán là thép 30 thì ứng suất cho phép của đinh tán là τ c 00(kG/cm 2 )σ cd 0(kG/cm 2 ) Ứng suất cắt và ứng suất chèn dập đối với đinh tán ở moay ơ là τ c = F n ×π ×d 2
⟶Vậy đinh tán đảm bảo độ bền cho phép.
3.4.3 Tính sức bền lò xo ép ly hợp:
Lò xo ép dùng trong ly hợp thường sử dụng là loại lò ép dạng trụ và được đặt xung quanh đĩa ép Số lượng của lò xo ép được chọn theo đường kính ngoài của đĩa bị động
Lực tác dụng lên mỗi lò xo cho phép trong giới hạn sau Đối với xe du lịch và xe con F lx ≤(60−70)kg=(600−700)N
3.4.3.1 Lực ép cần thiết của một lò xo:
Lực ép cần thiết tính cho một lò xo được xác định theo công thức sau:
Trong đó: F là lực ép cần thiết của ly hợp F@89 (N) k 0 là hệ số tính đến sự giản nở, sự nới lỏng của lò xo k 0=(1,05÷1,08), chọn k 0 =1,08 z lx là số lượng lò xo ép z lx =6 Thay số vào công thức ta có:
3.4.3.2 Độ cứng của một lò xo ép: Độ cứng của một lò xo được xác định theo hai điều kiện: tạo ra lực ép cần thiết để hình thành mô men ma sát yêu cầu đối với hệ số dự trữ β và điều kiện tối thiểu của hệ số dự trữ ly hợp β min khi tấm ma sát đã mòn đến giới hạn phải thay thế nghĩa là ta phải có:
Trong đó: β là hệ số dự trữ của ly hợp β=1,5 β min là hệ số dự trữ của ly hợp khi tấm ma sát bị mòn phải thay thế Theo kinh nghiệm ta chọn β min (0,8÷0,85)× β chọn β min =0,8 β min =0,8×1,5=1,2 l m là lượng mòn tổng cộng cho phép của tấm ma sát: l m =0,5×δ ms × z ms
Với δ ms là độ dày tấm ma sát δ ms = 4,5 mm z ms số đôi bề mặt ma sát z ms =2 Nên l m =0,5×4,5×2=4,5(m)
Thay số vào công thức ta có:
3.4.3.3 Lực nén lớn tác dụng lên một lò xo ép :
F lxmax =F lx +C lx × λ m (N) λ m là Độ biến dạng thêm của lò xo khi mở ly hợp (m), độ biến dạng thêm λ m chính bằng dịch chuyển của đĩa ép khi mở ly hợp được tính theo công thức λ m =δ m ×Z ms +δ dh (mm) Trong đó: δ m là khe mở hoàn toàn giữa mỗi đôi bề mặt ma sát (m), đối với ly hợp một đĩa ma sát
Z ms =2; δ m =0,75÷1,0(mm)tachọn δ m =0,75(mm) δ dh là độ dịch chuyển cần thiết của đĩa ép do độ đàn hồi của đĩa bị động , khi tính toán ta chọn δ dh =1(mm)
Thay vào công thức ta được: λ m =δ m ×Z ms +δ dh =0,75×2+1=2,5(mm)=0,0025(m) Thay vào công thức ta được:
3.4.3.4 kích thước hình học của lò xo:
Hình 3 3 Sơ đồ phân bố lực trên đinh tán Đường kính dây lò xo d và đường kính trung bình D được xác định theo công thức ứng suất tiếp tác dụng lên lò xo: τ=8× k × D π × d 3 × F lxmax ≤(τ)(N/m 2 )
Trong đó: (τ)là ứng suất tiếp cho phép của vật liệu làm lò xo (τ )e0 ÷ 850( MN m 2 ) ta chọn: (τ )e0 ( MN m 2 )
K là hệ số tăng ứng suất, chọn tỷ số D/d=6 ⟶k=1,25
Từ đó xác định được đường kính dây lò xo theo công thức d 2 ≥8× F lxmax ×k π ×[τ] ×
Từ đó ta có đường kính trung bình của lò xo:
3.4.3.5 Số vòng làm việc của lò xo:
Số vòng làm việc của lò xo được xác định từ công thức độ cứng C lx (N/m 2 )
8× D 3 ×n lv (N/m 2 ) Trong đó: G là mô đun đàn hồi dịch chuyển G=0,81×10 11 (N/m 2 ) d là đường kính dây lò xo d=3,7mm
D là đường kính trung bình của lò xò D0mm Thay vào công thức ta có:
3.4.3.6 Chiều dài của lò xo:
Chiều dài tối thiểu của lò xo: được xác định khi chịu tải lớn nhất với khe hở tối thiểu giữa các vòng lò xo là 1mm
Trong đó: ( n lv −1) là số bước của lò xo (1,5÷2) là số vòng không làm việc ược tính thêm cho việc tỳ lò xo vàođược tính thêm cho việc tỳ lò xo vào được tính thêm cho việc tỳ lò xo vàoế
2 là khe hở giữa các vòng tỳ với vòng làm việc d là đường kính dây của lò xo Thay số vào công thức ta có:
Chiều dài tự do của lò xo: chiều dài tự do của lò xo Lmax được xác định khi không chịu tải:
Trong đó: L min là chiều dài tối thiểu của lò xo L min ,974mm λ max là độ biến dạng lớn nhất của lò xo khi chịu lực lớn nhất F lxmax
⟹L max =L min +λ max ,974+23500#514,974(mm) Chiều dài làm việc của lò xo: được xác định khi chịu lực ép F lx theo công thức sau:
L lv =L max −λ lv (mm) Trong đó: λ lv là độ biến dạng của lò xo khi chịu lực ép F lx λ lv =F lx C lx D8,2
⟹L lv =L max −λ lv #514,974−2250014,974(mm) 3.4.4 Tính sức bền lò xo giảm chấn xoắn
_Giảm chấn xoắn được dùng trong ly hợp, về nguyên tắc giảm chấn xoắn bao gồm 2 bộ phận: bộ phận đàn hồi và bộ phận tiêu tán năng lượng dao động.
Bản vẽ ly hợp
LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Sau thời gian thực hiện đồ án môn học ,chúng em một lần nữa chân thành cảm ơn thầy Th.S Nguyễn Thành Đôn đã nhiệt tình chỉ bảo và hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án môn học “Tính toán thiết kế bộ ly hợp ma sát khô trên ô tô”
Sau đồ án chúng em hiểu được và nắm được sơ bộ các loại ly hợp ,công dụng, yêu cầu và phân loại Các chi tiết của ly hợp , kết cấu thành bộ ly hợp và nắm được nguyên lý hoạt động của ly hợp
Đồng thời đã mô phỏng được bộ ly hợp ma sát khô lò xo trụ trên phần mầm solid work Xây dựng được phương thức tính toán về bộ ly hợp
Kiến nghị
Ngoài ra vẫn còn một số hạn chế về số liệu có thể không được chuẩn xác , thì đồng nghĩa với việc mô phỏng 3D cũng không được chuẩn xác về phần số liệu , vẫn còn hạn chế về thực nghiệm đo kiểm , các phần mềm mô phỏng
Kinh nghiệm và trình độ của bản thân vẫn còn hạn chế nên trong đồ án không tránh khỏi những sai xót Rất mong được chỉ bảo của các thầy cô để chúng em ngày càng hoàn thiện hơn
Em kính chúc thầy cô sức khoẻ , hạnh phúc , thành công và luôn giữ được nhiệt huyết với nghề giảng dạy để chúng em và các thế hệ sau tiếp tục được học tập và phát triển trong môi trường tốt đẹp nhất.
