Chương 2 - Ly hợp

Chương 2 - Ly hợp (Phần 2 - Kết cấu và tính toán ô tô) - thư viên tri thức - kho tài liệu - tài liệu đại học - cao đẳng

Chương 2 - Ly hợp2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại

2.1.1 Nhiệm vụ

Li hợp là một trong những cụm quan trọng của ô tô nó nằm ngay sau động cơ làm nhiệm vụ nối

và cắt động cơ với hệ thống truyền lực

Ngoài ra li hợp còn được sử dụng như một bộ phận an toàn (nó có thể cắt truyền động khi momen quá mức quy định)

2.1.2 Yêu cầu của li hợp

+ Truyền được momen xoắn lớn nhất của động cơ mà không bị trượt trong bất kì điều kiệnnào, muốn vậy momen ma sát sinh ra trong li hợp phải lớn hơn momen xoắn lớn nhất của động cơ

M ms=β M emax

M ms : momen ma sát sinh ra trong li hợp (N.m)

M emax : momen xoắn lớn nhất của động cơ (N.m)

β : hệ số dự trữ momen xoắn của li hợp ( β >1)

+ Khi nối (đóng) li hợp phải êm dịu để tăng từ từ momen xoắn lên trục của hệ thống truyền lực, không gây va đập và các bánh răng khi vào số, lúc ô tô khởi hành không bị giật, người lái, hành khách đỡ mệt, hàng hóa không bị xô, đổ vỡ…

+ Li hợp tách (mở) phải dứt khoát và nhanh chóng sẽ cắt truyền lực từ động cơ xuống hệ thống truyền lực, giúp cho việc gài số được dễ dàng hơn Momen quán tính của phần bị động phải nhỏ (có khối lượng bé) để nhanh chóng dừng lại khi mở li hợp

+ Đảm bảo cho hệ thống truyền lực không chịu những lực quá tải lớn, đột ngột nó làm

nhiệm vụ của bộ phận an toàn (li hợp trượt) nên hệ số β phải nằm trong giới hạn phù

hợp

+ Đảm bảo thoát nhiệt tốt từ các bề mặt ma sát Kết cấu đơn giản, điều khiển thuận tiện,

dễ bảo dưỡng, sửa chữa

2.1.3 Phân loại li hợp

Phân loại theo cách truyền momen xoắn

+ Li hợp ma sát: truyền momen xoắn nhờ các bề mặt ma sát (tạo momen ma sát để truyềnmonen xoắn)

Có loại 1 đĩa ma sát, nhiều đĩa ma sát, dạng đĩa ma sát hình côn, hình trống, để tạo lực ma sát dùng nhiều lò xo ép biên, hoặc 1 lò xo trung tâm, đòn ép, li hợp bán li tâm, li hợp li tâm, loại

luôn luôn đóng, loại không luôn luôn đóng… (có thể ma sát ướt, ma sát khô) HIện nay trên ô tô thường dùng li hợp ma sát khô.

+ Li hợp thủy lực: truyền momen xoắn nhờ lực của dòng chất lỏng (li hợp thủy tĩnh, li hợp thủy động)

+ Li hợp điện từ: truyền momen xoắn nhờ lực từ trường của nam châm điện

+ Li hợp hỗn hợp: thường dùng kết hợp li hợp thủy lực và li hợp ma sát

Phân loại theo cách dẫn động điều khiển

- Li hợp điều khiển tự động

- Li hợp điều khiển cưỡng bức

Dựa vào nguyên lý làm việc của dẫn động có

Phần dẫn động: truyền lực (và tăng lực) từ bàn đạp li hợp đến cơ cấu li hợp (gồm 12, 13, 14, 15)

Cơ cấu li hợp (cấu tạo của cơ cấu gồm 3 phần)

+ Phần chủ động: bao gồm những chi tiết được lắp ghép trực tiếp hoặc gián tiếp với bánh

đà động cơ và có chung vận tốc góc với bánh đà (gồm có vỏ li hợp, các đĩa ép, các lò xo

ép, các gối tỳ, thanh nối, đòn mở)

+ Phần bị động: bao gồm các chi tiết luôn có chuyển động quay cùng với trục bị động của lihợp (hay trục sơ cấp hộp số) Gồm có: đĩa ma sát (1 hoặc 2 đĩa), trục li hợp

+ Cơ cấu mở: gồm các đòn mở, bạc mở, lò xo hồi vị

2 Nguyên lý làm việc

Nguyên lý làm việc của hai loại: 1 đĩa và 2 đĩa gần giống nhau

+ Trạng thái đóng là trạng thái làm việc thường xuyên của li hợp luôn luôn đóng

Khi người lái chưa tác dụng lực lên bàn đạp (12), dưới tác dụng của các lò xo ép biên (16) sẽ đẩyđĩa ép (4) ép sát đỉa bị động (3) vào bánh đà (2) của động cơ Khi đó 2, 3, 4, lò xo, 16, vỏ 6 được

ép thành một khối cứng sẽ quay cùng với trục khuỷu động cơ (1) Momen xoắn từ trục khuỷu động cơ truyền qua các bề mặt ma sát 2 – 3 ; 4 – 3 ; đến moay ơ đĩa ma sát 3 và đến trục li hợp

11 Li hợp thực hiện chức năng của khớp nối truyền momen xoắn

+ Trạng thái mở: ngoài lái tác dụng một lực Q lên bàn đạp 12, qua 13, 14 sẽ đẩy 10 chuyển động dọc trục 11 về bên trái tì lên 9, qua 8 kéo 7, kéo đĩa ép 4 (20) về phía phải, nén các

lò xo 16 tách rời các bề mặt ma sát 4 – 3 ; 3 – 2 lúc đó đĩa ma sát 3 và trục 11 không quay Momen xoắn được cắt không truyền xuống hệ thống truyền lực

Với loại 2 đĩa ma sát các bề mặt ma sát 20 – 21 ; 21 – 22 được tách cưỡng bức khi mở, sau đó những lò xo 18 đẩy tách bề mặt ma sát 23 và bánh đà 2, để bề mặt 22 không chạm vào bề mặt

ma sát 21 nhờ có bulong 19

Tại các thời điểm đóng, mở li hợp do tốc độ quay của phần chủ động và phần bị động khác nhau

sẽ sinh ra trượt tương đối giữa các bề mặt ma sát của li hợp (hoặc lúc xe quá tải có trượt ở li hợp) hiện tượng này không tránh được đối với li hợp ma sát

2.2.2 Cấu tạo của một số li hợp ma sát dùng trên ô tô

Loại li hợp này thường sử dụng trên các xe tải có tải trọng nhỏ như: Hyundai GAZ – 66 , Xanxing,Daewoo các xe con VOLGA, TOYOTA, YA3,…

Khi cần truyền momen xoắn lớn người ta sử dụng loại li hợp 2 đĩa ma sát như hình II-3

Trên các loại ô tô có tải trọng lớn: Zil 164, MAZ 500, KAMAZ… sử dụng loại li hợp 2 đĩa ma sát này

Ở một số xe tải loại lớn KRAZ, MAZ – 200 dùng li hợp có 1 lò xo ép hình côn, tiết diện chữ nhật đặt ở trung tâm hình II-4 Trên hình II-4 a, b là sơ đồ nguyên lý làm việc, hình II-4 c là cấu tạo của

li hợp

Trên hình II-5 là loại li hợp có lò xo ép dạng đĩa

Quá trình làm việc được chỉ rõ trên hình 1-5 a, b

Trên hình II-6 là sơ đồ cấu tạo và làm viêc của li hợp không luôn luôn đóng Thời gian đóng hoặc

mở là tùy thuộc vào tay điều khiển, nếu mở li hợp sau đó bỏ tay điều khiển li hợp sẽ ở vị trí mở

bị khóa nên cứ mở mãi, nếu đóng li hợp ở vị trí khóa sẽ đóng mãi

Loại li hợp này được dùng làm li hợp bìa (li hợp nằm ở bán trục) hay gọi là li hợp lái của những

xe xích hoặc ở phần trục trích công suất đến các bộ phận máy nông nghiệp kéo theo

Đặc điểm cấu tạo:

- Bánh đà (1) được nối với bản trục, với bánh răng bán trục trong vi sai, phía trong bánh

đà (1) có răng thẳng ăn khớp trong với răng thẳng của đĩa ma sát chủ động (3)

Đĩa ép 2 phía trong có then hoa lắp với then hoa của trục bị động (14) nối với các bánh sau chủ động, phía ngoài của moay ơ (2) có ren để lắp ren với moay ơ đĩa chữ thập (7)

- Trên đĩa chữ thập (7) lắp các cam ép (5) bằng chốt (6) Khi tay điều khiển ở vị trí mở các đòn dẫn động sẽ kéo cam ép (5) tách các bề mặt ma sát với đĩa ép Khi mở hoàn toàn

góc giữa cần cam ép (5) với đòn (8) lớn hơn 90 °.

- Khi tay điều khiển ở vị trí đóng qua các đòn dẫn động đẩy cam ép ép chặt các đĩa ép với đĩa ma sát để truyền momen xoắn Ở vị trí khóa khi đóng hoàn toàn góc giữa cần cam ép

(5) với đòn (8) nhỏ hơn 90 °.

- Như vậy lúc mở, lúc đóng li hợp không tự động ra khỏi các vị trí khóa của nó nên cứ mở

và đóng mãi Khi nào có lực tác dụng vào cần điều khiển (13) qua khỏi vị trí khóa mới có thể thay đổi mở hoặc đóng

Trên một số xe người ta sử dụng li hợp một đĩa ma sát nhưng ở đòn mở li hợp người ta làm thêm một trọng khối phụ để li hợp quay trọng khối phụ này sẽ sinh ra một lực li hợp ép thêm lên đĩa ép Nhờ có lực li tâm này mà ở số vòng quay cao lực ép của li hợp lớn mặc dù đủ lực nén

của lò xo không lớn lắm Vì vậy có thể chọn β <1.

Ưu điểm của li hợp này: khi số vòng quay cao lực ép lớn, ít bị trượt, lò xo ép không cần đó cứng lớn lắm

Nhược điểm: ở số vòng quay thấp li hợp dễ trượt, ở số vòng quay cao mở li hợp nặng

Về cấu tạo của li hợp li tâm được chỉ rõ trên hình II-7, thường dùng ở xe auto (Rumani)

2.2.3 Li hợp li tâm

Cấu tạo được chỉ rõ trên hình II-8 li hợp này được dùng trên xe Xakxômat (CHLB Đức)

Loại li hợp 1 đĩa li tâm điều khiển ngắt nối tự động theo độ biến thiên tốc độ góc của động cơ Khi tốc độ góc của trục khuỷu động cơ tăng tới 105 rad/s, lực li tâm lớn con lăn (3) văng ra theo rãnh trên đĩa ép (2) và mặt vát trên vỏ (4) ép chặt đĩa ép vào đĩa bị động (1) và bánh đà (5) Khi tốc độ góc của trục khuỷu động cơ giảm còn nhỏ hơn 105 rad/s li hợp tự động ngắt

Để thay đổi số khi ra vào số được dễ dàng và êm dịu người ta lắp một li hợp ma sát khô 1 đĩa lò

xo ép biên điều khiển cưỡng bức Ưu điểm của li hợp loại này là không có sự trượt khi động cơ quay quanh nhanh nhưng có có nhược điểm: kết cấu phức tạp vì phải lắp thêm một li hợp phụ

và khớp một chiều 6 để truyền momen theo hướng ngược lại khi phanh bằng động cơ

2.2.4 Li hợp điện từ

Hiện nay có hai loại li hợp điện từ: loại có hỗn hợp từ và không có hỗn hợp sắt từ

Trên hình (II-9a) là sơ đồ li hợp điện từ không có bột sắt từ dùng trên xe Mexecdec Nguồn điện

từ ắc qui và máy phát qua chổi (1) và vành (7) vào cuộn dây (3) tạo nên một từ trường hút chặt phần ứng (4) vào lõi (2), momen xoắn động cơ truyền qua lõi 2, phần ứng 4 đến trục sơ cấp 6 của hộp số Lò xo (5) để ngắt li hợp (sẽ đẩy phần ứng 4 tách khỏi lõi 2)

Ưu điểm của li hợp loại này là: kết cấu đơn giản dễ tự động quá trình điều khiển Nhược điểm

cơ bản là phải dùng sắt nguyên chất (để tránh từ dư) chế tạo lõi và phần ứng để đảm bảo ngắt lihợp được dứt khoát

Gần đây li hợp điện từ có bột sắt từ được sử dụng rộng rãi, cấu tạo trên hình (II-9b) Sắt từ gồm có: bột calinol sắt hoặc thép hợp kim, lõi điện từ 2 (phần tử chủ động) có cuộn dây (3) gắn trên bánh đà 8 Phần cứng 4 với trục li hợp (trục hộp số) 6 bằng then hoa, khoảng không gian

A=0,6 ÷ 0,8 mm chứa đầy hỗn hợp bột sắt từ.

Khi quay bột sắt từ do lực li tâm văng ra phần ngoài cho dòng điện (công suất khoảng 50 – 60W)vào cuộn dây (3) (thuộc bộ phận chủ động) tạo nên một từ trường hút các bột sắt từ nối liền lõi (2) với phần ứng 4 làm quay trục hộp số Momen truyền phụ thuộc vào giá trị cường độ dòng điện và khe hở A làn nơi chứa bột sắt từ.

Ưu điểm của li hợp này là: không phải điều chỉnh, các bề mặt ma sát hao mòn ít Nhược điểm là phần bị động có momen quán tính lớn

2.2.5 Li hợp thủy lực

ở một số xe con , xe khách người ta sử dụng li hợp thủy lực; hầu hết sử dụng li hợp thủy động

- Đĩa bơm (1) được gắn với trục khuỷu động cơ, đĩa tuốc bin (2) gắn với trục hộp số (trục lihợp), cả hai đĩa có các cánh hướng kính, chất lỏng được chứa sẵn trong li hợp và tuần hoàn thao rãnh giữa các cánh

Đĩa bơm luôn luôn làm nhiệm vụ bánh đà nên tuy trọng lượng của li hợp lớn nhưng trọng lượngtoàn bộ của ô tô không tăng so với li hợp ma sát

+ Khi động cơ làm việc đĩa bơm quay do lực li tâm, chất lỏng chuyển động từ tâm với vận tốc tuyệt đối v1 theo các cánh ra ngoài rìa với vận tốc tuyệt đối V2 (V2>V1), bấm vào cánh tuốc bin với vận tốc V’2 (V’2<V2) buộc đĩa này phải quay theo Chất lỏng tiếp tục dichuyển từ rìa vào tâm đĩa tuốc bin và lại sang đĩa bơm, chu kỳ tuần hoàn được lặp lại Như vậy momen xoắn truyền xuống hệ thống truyền lực tăng từ từ theo tốc độ động cơ chứ không tăng đột ngột được.

Muốn mở li hợp người ta phải giảm nhỏ tốc độ động cơ đến lúc nào đó mà chất lỏng từ đĩa bơm bắn sang đĩa tuốc bin không thắng được sức cản trên đĩa tuốc bin thì trục tuốc bin dừng lại

- Khi mở Ii hợp ma sát momen xoắn vẫn truyền qua li hợp thủy lực nhưng chỉ làm cho (12), (18) quay còn đĩa bị động (19) tách khỏi các bề mặt ma sát nên không quay và (16) đứng yên Không truyền momen xoắn xuống hệ thống truyền lực

Ở những xe tải loại lớn người ta cũng dùng li hợp hỗn hợp thủy lực – cơ khí nhưng thường li hợp cơ khí là loại 2 đĩa ma sát.

Hình II-12a là li hợp hỗn hợp dùng trên xe tải trọng lớn

2.3 Ảnh hưởng của li hợp đến việc gài số

Khác với các máy móc tĩnh tại, sự sang số (đổi cấp tốc độ) được thực hiện khi xe đang chạy, động cơ đang làm việc Nếu các bánh răng cần vào số (ăn khớp với nhau) có sự chênh lệch về tốc độ góc sẽ sinh ra va đập mạnh (hay xung kích) Vì vậy sự cắt , nối bộ li hợp có ảnh hưởng rất lớn đến giá trị của lực va đập Trên hình (II-12b) sơ đồ quá trình gài số bánh răng 4 ăn khớp với bánh răng 3 mà không cắt li hợp

Khi các bánh răng 4 và 3 chưa gài với nhau trục A có tốc độ góc ω a theo đà quán tính của tay số

cũ Bắt đầu gài số trục C quay theo (coi trục A dẫn động trục C), gọi tốc độ góc trục A lúc này là

J m , J a , J l : momen quán tính của bánh đà, trục A, li hợp

Nhân 2 vế cùa (2.2) với R4

P ' R4 t '=J a J l i h(ω m−ω0i h)

J l i h2+J a (2.5)

Chia hai vế (2.5) cho (2.4) ta thấy J l ≪ J m nên tỉ số J l

J m rất nhỏ ta bỏ qua và cuối cùng ta được:

Điều này có nghĩa là:

Khi gài số mà cắt li hợp giảm được lực va đập, đồng thời nếu giảm J l thì cũng giảm được lực va đập (người ta dùng biện pháp kết cấu giảm nhỏ khối lượng phần bị động của li hợp) Ngoài ra trong hộp số người ta còn dùng bộ đồng tốc để sao cho hiệu số (ω m−ih ω0) giảm đến không sẽ

tránh được va đập

Khi đóng li hợp phần chủ động của li hợp quay vận tốc góc ω m còn phần bị động quay với vận

tốc góc ω a do ω m ≠ ω a cho nên khi đóng li hợp bao giờ cũng sinh ra hiện tượng trượt (giữa phần chủ động và phần bị động) nhất là lúc khởi hành xe lúc có ω a=0

Hiện tượng trượt sẽ sinh ra công ma sát, phần công này biến thành nhiệt làm nóng các chi tiết, làm giảm hệ số ma sát cùa li hợp từ đó ảnh hưởng không tốt đến quá trình truyền momen xoắn

từ động cơ xuống hệ thống truyền lực

Người ta dựa vào thông số: tốc độ góc, khối lượng, momen quán tính, tỉ số truyền…của các phần chủ động và bị động của li hợp khi đóng, mở li hợp đến tính toán công trượt của li hợp Cuối cùng rút ra kết luận: giá trị của công trượt tăng lên khi giá trị của hiệu số (ω m−ωa) tăng Để giảm mài mòn cho các tấm ma sát của li hợp người lái cần phải giảm giá trị hiệu số (ω m−ωa) Hiệu số (ω m−ω a) lớn nhất khi xe khởi hành lúc này ω a=0 Khi tăng khối lượng của ô tô, của đoàn xe thì công trượt cũng tăng Để giảm công trượt khi khởi hành xe người lái xe nên dùng số truyền thấp sẽ giảm được giá trị của momen cản qui dẫn về trục li hợp Các biện pháp làm giảm công trượt chính là các biện pháp làm giảm nhiệt độ của các chi tiết ma sát, hệ số ma sát ổn định, giảm mài mòn các chi tiết ma sát, tăng độ bền

2.4 Kết cấu một số chi tiết chính của li hợp

2.4.1 Đĩa bị động (đĩa ma sát)

Đĩa bị động được lắp ghép then hoa với trục li hợp (chính là trục sơ cấp hộp số) để truyền momen xoắn và di chuyển dọc trục khi đóng mở li hợp Đĩa bị động của li hợp là đĩa đàn hồi ta xét loại đĩa đặc trưng nhất là có bộ giảm chấn xoắn kiểu lò xo ma sát Cấu tạo của đĩa này gồm bốn phần: xương đĩa, moay ơ đĩa, tấm ma sát, bộ giảm chấn xoắn Kết cấu chi tiết được chỉ rõ trên hình II-13.

Xương đĩa: bằng thép mỏng 3 có những rãnh hướng kính chia xương đĩa thành những hình rẻ quạt đều nhau 2, như vậy xương đĩa giảm độ cứng, tăng độ đàn hồi, giảm khối lượng, hạn chế bớt cong vênh khi đĩa ma sát bị quá nóng

+ Có loại xương đĩa chỉ xẻ rãnh tạo hình rẻ quạt và người ta tán chặt phần xương này với moay ơ có then hoa (thường là xương đĩa của li hợp hai đĩa ma sát)

+ Có loại xương đĩa ngoài việc xẻ rãnh tạo hình rẻ quạt người ta còn lắp lò xo tấm gợn sóng giữa xương đĩa và tấm ma sát (II-13b)

- Trên hình II-13 giới thiệu một loại đĩa bị động sử dụng hỗn hợp nhiều biện pháp kết cấu để: giảm trọng lượng, tăng độ đàn hồi, tăng độ cứng, hạn chế cong vênh…

- Xẻ nhiều rãnh chữ T làm thành nhiều hình rẽ quạt (2) (hình a)

- Trên mỗi rẻ quạt có lắp lò xo tấm gợn sóng (11) sau đó lắp tấm ma sát 1 và 10 với xương (3) và kết cấu lúc lắp xong và khi làm việc như trên hình II-13b (khi đóng li hợp hành trình tổng sẽ tăng)

- Xương đĩa 3 lắp với moay ơ 6 qua các lò xo giảm chấn 8 các chi tiết cụ thể hình II-13a, sau khi lắp xong hình II-13c Khi đóng li hợp momen xoắn truyền qua các tấm ma sát đếnxương đĩa làm xương đĩa xoay ép lò xo 8 và truyền momen xoắn xuống moay ơ 6 qua lò

xo Khi lò xo ép hết xương đĩa dịch chuyển tương đối một đoạn với moay ơ đến khi chốt

5 thì vào mặt lỗ khuyết ở moay ơ 6 thì momen xoắn sẽ truyền từ phần ma sát đến phần moay ơ qua chốt truyền lực 5, (hình II-13d)

- Moay ơ đĩa bị động 6 dùng để truyền momen xoắn từ đĩa bị động tới trục bị động của li hợp Mặc trục trong của moay ơ có gia công rãnh then hoa để lắp ghép với đoạn trục then hoa của trục bị động Vành moay ơ được chế tạo liền với moay ơ, hai bề mặt sát thân moay ơ được gia công phẳng để tiếp xúc với vòng 4, 7, 9 Trên moay ơ cũng có những lỗ chữ nhật để lắp lò xo giảm chấn và có rãnh vát U, mỗi rãnh vát có một chốt 5 điqua và có khe hở theo phương tiếp tuyến về hai phía đối với chốt 5

- Các tấm ma sát 1, 10 có dạng hình vành khăn, một phía làm trơn lắp với xương đĩa ma sát 2 còn một mặt có làm các rãnh khía hướng tâm, nghiêng để thoát nhiệt và thoát một phần vật liệu mà các bề mặt ma sát bị mài mòn Các tấm ma sát được lắp với xương đĩa

3, lò xo gợn sóng 11 như hình II-13b Các đinh tán thường bằng đồng hoặc nhôm, sau khi

tán xong các đầu đinh phải tụt sau so với bề mặt ma sát từ (1 ÷2) mm.

Bộ phận giảm chấn xoắn được đặt ở giữa đĩa bị động của li hợp để tăng độ êm dịu khi đóng

Ii hợp và tránh cho hệ thống truyền lực khỏi những dao động cộng hưởng khi tần số dao động riêng của hệ thống truyền lực trùng với tần số kích thích dao động gây ra bởi sự thay đổi momen xoắn của động cơ Khi lắp phải ép lò xo (8) vào trong các lỗ chữ nhật, các vành

ma sát của giảm chấn xoắn 4, ép sát vành moay ơ 6 và 3, 9 và 3 được tán chặt với nhau cho nên xương đĩa 3 và moay ơ 6 được nối đàn hồi với nhau qua lò xo giảm chấn ở giữa xương đĩa và moay ơ có thể xoay tương đối với nhau Khi có sự xoay tương đối giữa xương đĩa và moay ơ thì các lò xo xoắn trụ bị nén lại nên nó giảm độ cứng của hệ thống truyền lực có nghĩa là giảm được tần số dao động riêng của hệ thống truyền lực và triệt tiêu được khả năng xuất hiện dao động cộng hưởng ở tần số cao Khi có sự xoay tương đối giữa xương đĩa

và moay ơ làm xuất hiện ma sát ở các vòng 4 với xương đĩa 3 và moay ơ 6, năng lượng dao động ở tần số thấp (qua momen ma sát) khuyếch tán vào môi trường tránh và triệt tiêu được cộng hưởng này

Việc truyền momen xoắn qua bộ phận giảm chấn xoắn được thể hiện trên hình II-13c và d.2.4.2 Đòn mở li hợp