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, là
TỔNG QUAN VỀ LY HỢP TRÊN XE Ô TÔ
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 khỏi hệ thống truyền lực khi khởi hành hoặc chuyển số là cần thiết để bảo vệ các chi tiết của hệ thống khỏi quá tải, đặc biệt là trong trường hợp phanh đột ngột mà không nhả ly hợp Việc sử dụng ly hợp trong hệ thống truyền lực cơ khí giúp giảm va đập giữa các đầu răng và khớp gài, từ đó làm cho quá trình đổi số trở nên dễ dàng hơn Khi động cơ được nối êm dịu với hệ thống truyền lực, ly hợp sẽ trượt, giúp mômen ở các bánh xe chủ động tăng lên từ từ, mang lại trải nghiệm khởi hành và tăng tốc êm ái cho xe.
Khi phanh xe và tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực cùng lúc, động cơ sẽ hoạt động liên tục mà không bị chết máy Điều này giúp giảm thiểu việc khởi động động cơ nhiều lần.
1.1.2 Phân loại 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:
Ly hợp ma sát là thiết bị truyền mômen xoắn thông qua các bề mặt ma sát Hiện nay, ly hợp ma sát loại đĩa được sử dụng phổ biến do có cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo và khối lượng phần bị động tương đối nhỏ.
Dựa vào đặc điểm liên kết giữa phần chủ động và phần bị động, ly hợp ma sát được chia ra một đĩa, hai đĩa và nhiều đĩa
*Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo
Mặc dù ly hợp ma sát có nhược điểm là các bề mặt ma sát nhanh chóng bị mòn do hiện tượng trượt trong quá trình đóng ly hợp và các chi tiết bị nung nóng do nhiệt từ công ma sát, nhưng nó vẫn được sử dụng rộng rãi trong ôtô hiện nay nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.
Ly hợp thủy lực là thiết bị truyền mômen xoắn thông qua năng lượng của chất lỏng, thường là dầu Ưu điểm của ly hợp thủy lực bao gồm khả năng làm việc
Nhược điểm: Chế tạo khó, giá thành cao, hiệu suất truyền lực nhỏ do hiện tượng trượt
+ Ly hợp điện từ: Mô men truyền qua ly hợp nhờ các lực điện từ b) Phân loại theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép
Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép ngoài thì người ta chia ra các loại ly hợp sau:
+ 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)
- Lò xo đĩa (lò xo màng)
Ly hợp sử dụng lò xo trụ và lò xo đĩa đang được áp dụng rộng rãi trên các ôtô hiện nay nhờ vào thiết kế gọn nhẹ, khả năng tạo lực ép lớn và độ tin cậy cao trong quá trình hoạt động.
+ Ly hợp điện từ: Lực ép là lực điện từ
Ly hợp ly tâm là một loại ly hợp hoạt động dựa trên lực ly tâm để thực hiện quá trình đóng và mở ly hợp Phân loại ly hợp có thể được thực hiện theo phương pháp dẫn động, giúp xác định cách thức hoạt động và ứng dụng của từng loại ly hợp trong các hệ thống cơ khí.
- Dẫn động bằng cơ khí: là dẫn động điều khiển từ bàn đạp tới cụm ly hợp thông qua các khâu khớp, đòn nối
Loại này được dùng trên xe con với yêu cầu lực ép nhỏ
Dẫn động bằng thủy lực là một loại dẫn động sử dụng các khâu khớp đòn nối và đường ống cùng với các cụm truyền chất lỏng để truyền lực Loại dẫn động này được ứng dụng rộng rãi trên ô tô con, đặc biệt là những trường hợp yêu cầu lực ép nhỏ, mang lại hiệu suất cao và độ tin cậy tốt.
Dẫn động có trợ lực là sự kết hợp giữa các phương pháp dẫn động cơ khí và thủy lực, sử dụng các bộ phận trợ lực như cơ khí, thủy lực áp suất cao, chân không và khí nén Hệ thống trợ lực này thường được áp dụng để điều khiển ly hợp trên ô tô hiện đại.
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
Đóng ly hợp một cách êm dịu giúp giảm thiểu trọng lực va đập trong các răng của hộp số, đặc biệt khi khởi động ô tô và khi chuyển số trong quá trình di chuyển.
- Mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng, tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian ngắn
Để giảm lực va đập lên bánh răng trong quá trình khởi hành và sang số, khối lượng các chi tiết và mômen quán tính của phần bị động trong ly hợp cần phải được thiết kế nhỏ gọn.
- Điều khiển dễ dàng, lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ
Các bề mặt ma sát cần có khả năng thoát nhiệt hiệu quả để giảm thiểu tác động của nhiệt độ lên hệ số ma sát và độ bền của các chi tiết đàn hồi.
- Kết cấu ly hợp phải đơn giản, dễ điều khiển và thuận tiện trong bảo dưỡng và tháo lắp
Ngoài các yêu cầu trên ly hợp cũng như các chi tiêt khác cần đảm bảo độ bền cao, làm việc tin cậy Giá thành thấp.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ly hợp
1.2.1 Ly hợp ma sát a Ly hợp ma sát một đĩa
Cấu tạo chung của ly hợp được chia thành các phần cơ bản: chủ động, bị động và dẫn động điều khiển
Giữa đĩa ép và vỏ li hợp, có các lò xo ép được phân bố đều và đối xứng qua tâm Các lò xo này có thể là lò xo trụ với số lượng từ 3, 6, 9 đến 12, hoặc là lò xo đĩa.
Li hợp sử dụng lò xo trụ cần có vấu định tâm trên đĩa ép và vỏ li hợp để cố định lò xo khi chịu lực quán tính Ngoài ra, giữa lò xo và đĩa ép được trang bị đệm cách nhiệt.
Phần bị động của hệ thống bao gồm đĩa bị động 1 và trục ly hợp đĩa ma sát, được đặt giữa bánh đà và đĩa ép Đĩa ma sát được kết nối với trục ly hợp thông qua then hoa của moay ơ.
Cơ cấu điều khiển li hợp bao gồm các thành phần chính như đòn mở, vòng bi tỳ (ổ bi T), bạc trượt và càng mở Đòn mở được gắn trên vỏ li hợp thông qua các khớp bản lề, nơi có đai ốc để điều chỉnh khe hở giữa đòn mở và ổ bi T (khe hở δ) Thông thường, số lượng đòn mở là 3 chiếc hoặc nhiều hơn.
Để đảm bảo hoạt động hiệu quả của li hợp, vị trí các đầu đòn mở cần được lắp đặt đồng phẳng vào ổ bi T, giúp mở đều đĩa ép và tránh tình trạng dính li hợp Đối với li hợp sử dụng lò xo đĩa, lò xo này sẽ đảm nhận vai trò quan trọng như một đòn mở.
Sự làm việc của ly hợp được chia thành hai trạng thái cơ bản là: Đóng và mở
Hình 1.1 Cấu tạo ly hợp ma sát khô một đĩa
7 Lò xo hồi vị ổ bi T
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của ly hợp ma sát khô 1 đĩa
Bàn đạp ly hợp (7) ở trạng thái ban đầu, dưới tác dụng của các lò xo (4) trên ly hợp, đĩa bị động (2) bị ép giữa bánh đà (1) và đĩa ép (3) nhờ lực từ lò xo Mômen ma sát được hình thành giữa các bộ phận này, giúp truyền mômen xoắn từ phần chủ động tới phần bị động thông qua bề mặt tiếp xúc giữa đĩa bị động (2), bánh đà và đĩa ép, sau đó chuyển sang trục bị động của ly hợp và hộp số.
Trạng thái mở ly hợp:
Khi lực điều khiển tác động lên bàn đạp, bàn đạp sẽ dịch chuyển, làm cho đòn kéo dịch sang phải Sự dịch chuyển này của đòn kéo khiến càng mở tác động lên bi ‘T’, giúp khắc phục khe hở và ép lò xo, kéo đĩa ép dịch chuyển sang phải Quá trình này tách các bề mặt ma sát của đĩa bị động ra khỏi bánh đà và đĩa ép, dẫn đến việc mômen ma sát giảm dần và cuối cùng triệt tiêu Kết quả là ly hợp được mở, ngắt mômen truyền từ động cơ tới hệ thống truyền lực.
13 Giảm chấn b Ly hợp ma sát hai đĩa
Hình 1.3 Cấu tạo ly hợp ma sát khô 2 đĩa
Ly hợp ma sát hai đĩa trên bánh đà động cơ bao gồm các thành phần chính: bánh đà 1, đĩa ép trung gian 3, đĩa ép ngoài 5 và vỏ ly hợp 8 Bánh đà có hình dạng cốc trụ, bên trong chứa các đĩa ép và đĩa bị động Mô men từ động cơ được truyền từ trục khuỷu qua bánh đà đến đĩa ép trung gian và đĩa ép ngoài thông qua các rãnh và vấu của đĩa 3 và 5 Các đĩa này có khả năng di chuyển dọc trục so với bánh đà, với các vấu trượt theo rãnh Để hạn chế dịch chuyển của đĩa trung gian 3, cấu trúc sử dụng bu lông hạn chế 6 Các chi tiết đòn mở 16 và các lò xo ép 7 được bố trí liên kết với đĩa ép ngoài trong vỏ ly hợp 8.
Phần bị động của hệ thống bao gồm hai đĩa ma sát bị động, cùng với bộ giảm chấn giúp dập tắt dao động xoắn Đĩa bị động bên trong được đặt giữa bánh đà và đĩa ép trung gian, trong khi đĩa bị động bên ngoài nằm giữa đĩa ép trung gian và đĩa ngoài Các đĩa bị động này được liên kết với trục bị động của ly hợp thông qua mối ghép then hoa di trượt trên moay ơ.
Phần dẫn động: Bao gồm bàn đạp (11) lò xo hồi vị (12), thanh kéo (13), càng gạt
Trong trạng thái đóng ly hợp, lực ép từ các lò xo 7 tạo ra sự kết nối chặt chẽ giữa các đĩa ép ngoài, đĩa bị động ngoài, đĩa ép trung gian, đĩa bị động trong và bánh đà, hình thành một khối đồng nhất Mô men xoắn được truyền từ động cơ qua phần chủ động, bộ phận giảm chấn và moay ơ, đến trục bị động của ly hợp.
Khi lực điều khiển được tác dụng vào bàn đạp 11 qua thanh kéo 13, càng mở 14 sẽ đẩy ống trượt 9 sang trái, giúp khắc phục khe hở ∆ giữa ổ bi tỳ.
Here is the rewritten paragraph:"Trong quá trình đòn mở 15 và đầu 16, ổ bi tỳ tiếp tục ép lên đầu trong, đẩy đầu trong sang trái và đầu ngoài đòn mở dịch chuyển sang phải, tách đĩa ép ngoài khỏi đĩa bị động ngoài Lò xo định vị 2 đẩy đĩa ép trong tiến sát đến đầu bu long hạn chế 6, tách khỏi đĩa bị động trong khỏi bánh đà Quá trình này giúp lực ép của lò xo ép không truyền tới các đĩa bị động, tách phần chủ động và phần bị động của ly hợp, và mô men từ động cơ truyền sang trục chủ động hộp số bị ngắt."
1.2.2 Các bộ phận cơ bản trong ly hợp ma sát a Lò xo ép
Lò xo ép trong ly hợp ma sát là một chi tiết quan trọng, có chức năng tạo ra lực ép cần thiết cho hoạt động của ly hợp Nó luôn ở trạng thái nén để truyền lực ép lên đĩa ép, đảm bảo hiệu suất làm việc của hệ thống.
Một số kết cấu ly hợp khác
Ngoài ly hợp ma sát, ô tô còn sử dụng ly hợp thủy lực, loại ly hợp này mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với ly hợp ma sát.
- 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
- Khi đóng ly hợp rất êm dịu
Hình 1.11 Cấu tạo ly hợp thủy lực
2 Bích trục khuỷu để bắt với bánh bơm
5 Vỏ ngoài ly hợp thủy lực
12 Đĩa bánh đà của ly hợp ma sát
13 Thân ly hợp ma sát
20 Lò xo ép phớt dầu
Ly hợp thủy lực bao gồm các chi tiết chính như bánh bơm và tua bin, được thiết kế dưới dạng nửa hình vòng xuyến với nhiều cánh dẫn theo hướng tâm Bánh bơm được kết nối với trục khuỷu của động cơ, trong khi bánh tua bin nối với trục ly hợp của hộp số Cả hai bánh này được bảo vệ bởi vỏ bọc Chất lỏng công tác được đưa vào khoang làm việc của ly hợp thông qua nút bu lông Để đảm bảo ly hợp thủy lực hoạt động hiệu quả khi mở, thường có thêm một ly hợp ma sát được bố trí sau ly hợp thủy lực.
Ly hợp thủy lực hoạt động dựa trên nguyên tắc thủy động, trong đó bánh bơm quay theo trục khuỷu của động cơ, khiến chất lỏng trong khoang công tác cũng quay theo Chất lỏng tham gia vào hai chuyển động: quay theo bánh bơm và tịnh tiến qua các máng dẫn Động năng của chất lỏng tăng từ trong ra ngoài, và khi ra khỏi bánh bơm, nó chuyển sang bánh tua bin, làm bánh tua bin quay Tại bánh tua bin, chất lỏng di chuyển từ ngoài vào trong, động năng giảm dần Sau khi ra khỏi bánh tua bin, chất lỏng tiếp tục trở lại bánh bơm để nhận năng lượng và thực hiện chu trình tiếp theo.
Ngoài ly hợp ma sát và ly hợp thủy lực, ly hợp điện từ cũng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, không chỉ trên ô tô Ly hợp điện từ có ưu điểm tương tự như ly hợp thủy lực, bao gồm khả năng truyền động êm ái và cho phép trượt lâu dài mà không gây hao mòn cho các chi tiết của ly hợp.
Hình 1.12 Cấu tạo ly hợp điện từ
Trên đĩa thép, bánh đà được bố trí các vòng tiếp xúc dẫn điện vào cuộn dây, trong khi giữa đĩa thép và đĩa bị động có bộ lò xo trợ ép để giữ đĩa bị động khi ô tô khởi động hoặc chạy ở tốc độ thấp Khi tăng tốc hoặc nâng cao số vòng quay, lực cản từ mặt đường tăng lên, dẫn đến cường độ dòng điện tăng và lực ép từ trường lên đĩa bị động cũng tăng theo Khi chuyển số, dòng điện đến cuộn dây sẽ bị ngắt để thực hiện việc gài số Khi động cơ ngừng hoạt động, ly hợp có thể được đóng lại bằng năng lượng từ bình điện trong thời gian ngắn.
Điều khiển dẫn động ly hợp
Ly hợp thường đóng sử dụng lò xo ép, yêu cầu hệ thống điều khiển để truyền lực từ bàn đạp đến đĩa ép, giúp tách đĩa ép khỏi đĩa ma sát Có hai loại điều khiển ly hợp: cơ khí và thủy lực Điều khiển ly hợp có trợ lực được áp dụng phổ biến để giảm lực điều khiển cho người lái, đặc biệt là trên xe tải và xe khách nặng Các phương pháp trợ lực cho ly hợp bao gồm khí nén, trợ lực chân không và lò xo.
Bàn đạp là một phần quan trọng trong cơ cấu hoạt động, kết hợp với thanh kéo và đòn trung gian để tạo ra chuyển động hiệu quả Thanh đẩy giúp tăng cường lực, trong khi càng mở (bên ngoài và bên trong) đảm bảo tính linh hoạt trong quá trình vận hành Lò xo hồi vị đóng vai trò quan trọng trong việc phục hồi vị trí ban đầu, cùng với ổ bi tỳ giúp giảm ma sát Giá tùy động và nạng mở hỗ trợ trong việc điều chỉnh cấu trúc, trong khi đĩa ép và bánh đà tăng cường hiệu suất Cuối cùng, tấm ma sát góp phần vào việc duy trì ổn định và an toàn trong toàn bộ hệ thống.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống là lực từ bàn đạp 1 được truyền qua đòn bẩy để kéo thanh 2, đẩy thanh 4 sang phải, làm quay càng mở 5-6 và ép vào ổ bi tỳ 8, từ đó tạo ra lực để mở ly hợp Hệ thống này có ưu điểm là đơn giản, chi phí thấp và hoạt động đáng tin cậy.
• Mòn các khớp sau thời gian làm việc, tăng hành trình tự do của bàn đạp dẫn đến mở không hết ly hợp
• Bố trí phức tạp, khó khăn nhất là khi ly hợp ở xa vị trí người lái xe (động cỏ bố trí sau)
• Hiệu suất thấp khi mòn và cũ
Hình 1.13 : Sơ đồ ly hợp dẫn động kiểu cơ khí
1: Bánh đà 2: Đĩa bị động 3: Đòn mở 4: Giá tùy động 5: Bạc mở và ổ bi tỳ ;
6: Lò xo hồi vị và ổ bi tỳ; 7: Bàn đạp; 8: Xilanh chính 9: Xi lanh công tác:
10: Nạng mở 11: Ống trượt 12: Đĩa ép
Nguyên lý làm việc của hệ thống ly hợp dựa trên tác động của lái xe từ bàn đạp, giúp dầu trong xilanh chính 8 di chuyển qua đường ống đến xilanh công tác 9 Dầu cao áp sẽ đẩy piston, làm cho cần piston quay và mở ly hợp Ưu điểm của hệ thống này là mang lại hiệu suất hoạt động cao và phản hồi nhanh chóng từ người lái.
• Khắc phục được hiện tượng mòn rơ các khớp
• Có tính khuyếch đại cao
• Hiệu suất cao, độ cứng vững cao
• Giảm tải trọng động , có khả năng hạn chế tốc độ dịch chuyển của đĩa ép khi đóng ly hợp
• Kết cấu phức tạp,yêu cầu độ kín khít cao
• Làm việc kém tin cậy khi có rò rỉ
• Bảo dưỡng sửa chữa phức tạp
1.4.3.Điều khiển ly hợp có trợ lực Điều khiển ly hợp có trợ lực cho phép giảm nhẹ lực điều khiểncủ lái xe trong quá trình mở ly hợp Vì vậy được sử dụng phổ biến trên hầu hết các loại ôtô
Hệ thống ly hợp dẫn động kiểu thủy lực được điều khiển bằng trợ lực lò xo hoặc trợ lực chân không, nhưng khả năng trợ lực không lớn, do đó thường chỉ được sử dụng trên một số loại xe con hoặc xe tải nhỏ.
Nguyên lý trợ lực trong hệ thống ly hợp hoạt động dựa trên cơ chế lò xo hồi vị, giúp kéo bàn đạp về vị trí ban đầu khi không mở ly hợp Khi mở ly hợp, bàn đạp di chuyển quanh tâm cố định, khiến đầu di động của lò xo cũng di chuyển theo, làm thay đổi phương lực kéo của lò xo Tại vị trí bàn đạp khi mở ly hợp hoàn toàn, lực từ lò xo hỗ trợ lực tác động lên bàn đạp, giảm bớt sức lực cần thiết của người lái trong quá trình mở ly hợp.
1.4.3.2.Trợ lực khí nén a Điều khiển ly hợp cơ khí có trợ lực khí nén
Hình 1.15 : Sơ đồ dẫn đông cơ khí trợ lực khí nén
1.Thanh đẩy; 2.Van; 3.Cần đẩy; 4.Piston trọ lực;
5.Cần piston trợ lực; 6.Ổ bi tỳ; 7.Bình khí nén
Nguyên lý trợ lực hoạt động dựa trên lực bàn đạp để mở ly hợp, khi đạp cần đẩy với van sẽ dịch chuyển, mở van cấp khí nén Khí nén từ bình chứa đi qua van và ống dẫn đến xilanh trợ lực khí nén Áp suất khí nén trong xilanh tạo ra lực đẩy cần piston, giúp mở ly hợp Khi ngừng tác dụng lên bàn đạp, các lò xo hồi vị sẽ đưa các chi tiết trở về vị trí ban đầu, trong khi khí nén từ xilanh trợ lực trở về van và thoát ra ngoài khí quyển.
Hình 1.16 : Sơ đồ dẫn động thủy lực trợ lực khí nén
1: Bánh đà 2: Đĩa bị động 3: Đòn mở 4: Giá tùy động 5: Bạc mở và ổ bi tỳ ;
6: Lò xo hồi vị và ổ bi tỳ; 7: Bàn đạp; 8: Xilanh chính 9: Xi lanh công tác:
10: Nạng mở 11: Ống trượt 12: Đĩa ép
Nguyên lý trợ lực hoạt động khi lực lái xe từ bàn đạp tác động vào xilanh chính, khiến dầu chảy qua ống dẫn đến xilanh công tác Dầu cao áp đẩy piston để mở ly hợp, đồng thời áp suất dầu tác động lên piston của xilanh điều khiển, mở van cấp khí nén cho hệ thống trợ lực Khí nén từ bình chứa đi qua van đến xilanh trợ lực, tăng cường lực mở ly hợp Khi lực tác động lên bàn đạp ngừng lại, các lò xo hồi vị sẽ làm dầu trong các xilanh trở về, trong khi khí nén từ xilanh trợ lực cũng trở lại van và thoát ra ngoài khí quyển.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM LY HỢP
Xác định mômen ma sát của ly hợp
Mômen ma sát của ly hợp được tính theo công thức sau:
Mc: Mômen ma sát của ly hợp
Memax: Mômen xoắn cực đại của động cơ
: Hệ số dự trữ ly hợp
Hệ số cần lớn hơn 1 để đảm bảo truyền tải mômen động cơ hiệu quả trong mọi tình huống Tuy nhiên, cần hạn chế giá trị của để tránh làm tăng kích thước đĩa bị động hoặc số lượng đĩa ma sát, điều này có thể dẫn đến sự gia tăng kích thước và khối lượng của ly hợp Đồng thời, việc này cũng giúp giảm yêu cầu lực tác dụng lên đĩa ma sát và ngăn ngừa quá tải cho hệ thống truyền lực trong các điều kiện làm việc bất thường.
Dựa theo tiêu trí trên và dựa theo kinh nghiệm ta chọn
Với ôtô du lịch: = 1,3 1,75: chọn = 1,4
Vậy mômen ly hợp Mc = 265.1,4 = 371 (Nm)
Xác định khích thước cơ bản của ly hợp
2.2.1 Xác định đường kính trong và ngoài đĩa ma sát
Hình 2.1 Kích thước vành đĩa ma sát Khi thiết kế người ta chọn sơ bộ đường kính ngoài theo kinh nghiệm như sau:
Loại xe Hệ Số C Ô tô con 4,7 Ô tô vận tải trong điều kiện bình thường 3,6 Ô tô vận tải trong điều kiện nặng 1,9 Ở đây:
D2: Đường kính ngoài đĩa ma sát
4,7 = 23,728 (cm) = 237 (mm) Đường kính trong D1 chọn theo: D1 = (0,53 0,65) D2
Xe được lắp động cơ diesel nên ta lấy r ở trị số nhỏ:
Vậy ta chọn kích thước đường kính trong và ngoài đĩa ma sát
－ Bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát R tb :
2.2.2 Xác định số lượng đĩa bị động
Số đôi bề mặt ma sát được tính theo công thức: p tb c
Mômen ma sát của ly hợp được tính bằng công thức 2π·μ·Mc, trong đó Mc là mômen ma sát, b là bề rộng của tấm ma sát gắn trên đĩa bị động, được xác định là b = R2 - R1 = 120 - 80 = 40 mm (0,04 m) Áp lực riêng cho phép trên bề mặt ma sát được ký hiệu là [q].
Bảng 3.1: Vật liệu chế tạo tấm ma sát của ly hợp
Nguyên liệu của các bề mặt ma sát
Hệ số ma sát Áp suất cho phép
Theo bảng 3.1 ta chọn hệ số ma sát: = 0,3
Tra bảng 3.1 ta xác định áp lực riêng cho phép:
Số đôi bề mặt ma sát phải là số chẵn Lấy i = 2 Vậy số lượng đĩa bị động của ly hợp là: n = 1 Lực ép cần thiết của ly hợp:
Kiểm tra áp suất trên bề mặt ma sát theo công thức:
Bề mặt ma sát bảo đảm đủ độ bền cho phép.
Kiểm tra khả năng làm việc của ly hợp
2.3.1 Xác định công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp
Hình 2 1 Công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp
Khi khởi động, đĩa chủ động ly hợp quay theo trục khuỷu trong khi đĩa bị động chưa quay, tạo ra sự chênh lệch về tốc độ Trước khi hai đĩa quay đồng nhất thành một khối, luôn xảy ra hiện tượng trượt Khi sang số hoặc phanh, người lái mở ly hợp và sau đó đóng lại, dẫn đến chênh lệch tốc độ giữa hai đĩa, gây ra trượt trước khi chúng kết hợp thành hệ thống liền mạch Tóm lại, mọi nguyên nhân gây ra sự chênh lệch tốc độ giữa đĩa chủ động và bị động đều dẫn đến hiện tượng trượt.
Hiện tượng trượt trong hệ thống ly hợp tạo ra công ma sát, dẫn đến việc công ma sát này chuyển hóa thành nhiệt Nhiệt độ tăng cao có thể làm quá nhiệt các chi tiết của ly hợp, đặc biệt là lò xo, gây mất khả năng ép và làm gia tăng hao mòn cho các bộ phận như đĩa ma sát và đĩa ép.
Công trượt riêng chịu ảnh hưởng bởi kết cấu, vật liệu, tải trọng và cách điều khiển của người lái trên bề mặt ma sát ly hợp Khi đã xác định được kết cấu, tải trọng và vật liệu, việc phân tích công trượt sẽ tập trung vào phương pháp điều khiển.
Khi đóng ly hợp đột ngột, động cơ hoạt động ở vòng quay cao và bàn đạp ly hợp được thả ra bất ngờ, dẫn đến thời gian đóng ly hợp ngắn nhưng tạo ra tải trọng động lớn Do đó, không nên áp dụng phương pháp này.
Trường hợp đóng ly hợp êm dịu : Để xác định được công trượt lớn nhất thì xét trường hợp đóng ly hợp êm dịu lúc khởi động
Quá trình này chia làm 2 giai đoạn
Khi tăng mômen ly hợp từ 0 đến Ma, ôtô sẽ bắt đầu chuyển động tại chỗ, điều này được đặc trưng bằng công trượt L1.
+ Tăng mômen ly hợp tới một giá trị thích hợp mà ly hợp không thể trượt được nữa (đặc trưng bằng công trượt L2)
Phần giải nghĩa các thông số và tính toán thông số:
Ma: Mômen cản chuyển động q dẫn về trục ly hợp và được tính theo công thức
G : Tải trọng toàn bộ của ôtô : G = 30000 (N)
: Hệ số cản tổng cộng của đường
= f + tg f – hệ số cản lăn của đường, f = 0,02(trong khoảng 100 ÷ 250)
KFV 2 : Phần cản của không khí, khi khởi động tại chỗ V = 0
KFV 2 = 0 rbx: Bán kính làm việc của bánh xe rbx = 0,935.( 𝑑
B) (1.11) Với Ký hiệu lốp là 265/65R19 thì: rbx = 0,935.( 19
+ Tỉ số truyền của hộp số ở tay số 1 h 1 i = 4,58
+ if 0 : Tỉ số truyền của hộp số phụ, f 0 i = 1
+ i0 : Tỉ số truyền của truyền lực chính, i0 = 4,05
+ tl : Hiệu suất của hệ thống truyền lực tl =0.93
m: Tốc độ góc của động cơ tại mômen lớn nhất
với nM là số vòng quay tại Memax
a: là tốc độ góc trục ly hợp, a = 0 (vì khởi động tại chỗ) m : Khối lượng toàn bộ của xe, m = 3000 KG
18,55 2 = 1,33(J) t1,t2 thời gian đóng ly hợp ở giai đoạn đầu và giai đoạn sau t1 = M a 2 A
K _là hệ số tỷ lệ kể đến nhị độ tăng mômen khi đóng ly hợp được xác định theo công thức thực nghiệm với ôtô du lịch K = 50 ÷ 150 (Nm/s)
Ta chọn K = 140 (Nm/s) được xác định theo công thức
A : là biểu thức rút gọn được tính theo công thức sau :
Thay số vào ta được:
3.13,5.261,67.2,7Q911,75(J) Vậy công trượt tổng cộng:
2.3.2 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: lo i F
[lo] (Kgm/cm 2 ) Trong đó : lo - công trượt riêng
L - công trượt của ly hợp (KG.m) L = 5309 (KG.m)
F - diện tích bề mặt ma sát của đĩa bị động (cm 2 ) i - số đôi bề mặt ma sát i = 2 [lo] - công trượt riêng cho phép
Tra bảng 2.1 Sách hướng dẫn "Thiết kế hệ thống ly hợp của ôtô", ta xác định công trượt riêng cho phép:
Với ôtô con → [lo] = 10 - 12 KGm/cm 2
5309 3,14⋅(12 2 −8 2 )⋅2 = 10,37 KGm/cm 2 < [lo] Vậy công trượt riêng thỏa mãn điều kiện cho phép
2.3.3 Kiểm tra nhiệt độ theo các chi tiết
Công trượt có thể làm tăng nhiệt độ của các chi tiết như đĩa ép bánh đà, dẫn đến mất khả năng hoạt động bình thường của chúng Do đó, việc kiểm tra nhiệt độ của các chi tiết là rất quan trọng Tấm ma sát với khả năng dẫn nhiệt kém và bánh đà có kích thước lớn cần được chú ý, vì vậy việc kiểm tra đĩa ép là cần thiết.
Xác định độ tăng nhiệt theo công thức
Trong đó: L: Công trượt tổng cộng ly hợp
C: Tỉ nhiệt của chi tiết bị nung nóng, tính theo Kcalo/kg hoặc 500J/kgoC đối với thép và gang, c = 0,115 kcalo/kGoC, : Hệ số xác định phần công trượt dùng nung nóng, đĩa ép bị nung nóng ở đây ta tính cho đĩa ép ngoài 1
= 2n với n là số lượng đĩa bị động n = 1 1
Gt: Trọng lượng của chi tiết bị nung nóng, Gt = 5 KG, mt: Khối lượng của chi tiết bị nung nóng,
427.0,115.5= 10,81 ≤ 15 o C Thỏa Vậy nhiệt độ của các chi tiết đạt yêu cầu
2.3.4 Tính toán sức bền một số chi tiết của ly hợp
2.3.4.1 Tính sức bền đĩa bị động Để giảm kích thước của ly hợp làm việc trong điều kiện ma sát khô chọn vật liệu có hệ số ma sát cao, đĩa động gồm các tấm ma sát và xương đĩa Tấm ma sát được gắn với xương đĩa bị động bằng đinh tán Xương đĩa thường chế tạo bằng thép cácbon trung bình và cao (thép 50 và 85), chiều dày xương đĩa chọn từ (1,5 2,0) mm
Chiều dày tấm ma sát thường chọn từ (3 5) mm, vật liệu của tấm ma sát thường là Pharêđô đồng
Tấm ma sát được gắn với xương đĩa bị động bằng đinh tán bằng đồng có đường kính (46)mm
Hình 2.3 Sơ đồ bố trí đinh tán Đinh tán được bố trí trên 1 dãy ở giữa vành ma sát, tương ứng với bán kính r r
Lực tác dụng lên dãy đinh tán được xác định theo công thức
2𝑟 Đinh tán được kiểm tra theo ứng suất cắt và chèn dập
F [ ] n.l.d d: Đường kính đinh tán n: Số lượng đinh tán
F: Lực tác động lên mỗi đinh tán
C, cd : ứng suất cắt và chèn dập l: chiều dài bị chèn dập của đinh tán
Vật liệu làm đinh tán là đồng có ứng suất cho phép
So sánh ta thấy đinh đủ bền
2.3.4.2 Tính sức bền moayơ đĩa bị động
Hình 2.4 Kết cấu cụm moay ơ
Chiều dài moay ơ thường được xác định dựa trên đường kính ngoài của then hoa trục ly hợp Trong các điều kiện làm việc nặng nhọc, nên chọn chiều dài moay ơ L bằng 1,4 lần đường kính ngoài D của then hoa trục ly hợp.
Trước tiên tính sơ bộ trục then hoa
Với [] là ứng suất xoắn cho phép (thép 40X) [] = 4.10 7 N 2 m
Khi làm việc then hoa của moay ơ chịu ứng suất chèn dập và ứng suất cắt được xác định theo công thức:
Memax: Mômen cực đại của động cơ; Memax = 265 (N.m) z1: Số lượng moay ơ riêng biệt với ly hợp 1 đĩa ma sát: z1 = 1 z2: Số then hoa của một moay ơ, z2 = 10
D: Đường kính ngoài của then hoa, D = 46 mm d: Đường kính trong của then hoa; d = 40 mm
L: Chiều dài moay ơ L = 40 mm b: Bề rộng của một then hoa; b = 6 mm
Với vật liệu chế tạo moay ơ thường là thép 40, 40X thì ứng suất cho phép: [c] = 10 7
So sánh ta thấy thỏa mãn điều kiện cho phép
2.3.5 Tính toán lò xo giảm chấn của ly hợp
2.3.5.1 Xác định lực tác động lên lò xo
Lò xo giảm chấn được lắp đặt ở đĩa bị động nhằm ngăn chặn hiện tượng cộng hưởng tần số cao của dao động xoắn do sự thay đổi mômen từ động cơ và hệ thống truyền lực Điều này cũng giúp truyền mômen một cách êm dịu từ đĩa bị động đến moayơ trục ly hợp.
Mômen cực đại có khả năng ép lò xo giảm chấn được xác định sau:
Trong đó: Gb - trọng lượng bám của ôtô (N)
Hệ số bám của đường được xác định là = 0,8, trong khi bán kính làm việc trung bình của bánh xe là rb = 0,387 m Tỉ số truyền của truyền lực chính là io = 4,05 Đối với hộp số, tỉ số truyền ở số truyền 1 là ih1 = 4,58, và tỉ số truyền của hộp số phụ ở số truyền thấp là if = 1.
Mômen quay mà giảm chấn có thể truyền được bằng tổng mômen quay của các lực lò xo giảm chấn và mômen ma sát
M1 - Mômen quay của các lực lò xo giảm chấn dùng để dập tắt dao động cộng hưởng ở tần số cao
M2 - Mômen ma sát dùng để dập tắt dao động cộng hưởng ở tần số thấp
R1 - bán kính đặt lò xo giảm chấn → Ta chọn R1 = 60 mm
Z1 - số lượng lò xo giảm chấn đặt trên moayơ → Ta chọn Z1 = 6
R2 - bán kính trung bình đặt các vòng ma sát → Ta chọn R2 = 33 mm
Z2 - số lượng vòng ma sát (số đôi cặp ma sát) → Ta chọn Z2 = 2
- hệ số ma sát giữa vòng ma sát và đĩa bị động
P1 - lực ép của một lò xo giảm chấn → P1 1 1
2.3.5.2 Xác định số vòng làm việc và chiều dài lò xo tự nhiên
G: mô đum đàn hồi dịch chuyển, G = 8.10 10 (N/m 2 )
: độ biến dạng của lò xo giảm chấn từ vị trí chưa làm việc đến vị trí làm việc λ (2,5 ÷ 4mm) Chọn = 3,5 (mm) = 0,0035 (m) d: đường kính dây làm giảm chấn, d = 3(mm) = 0,003 (m)
D : đường kính trung bình lò xo giảm chấn, D = (14÷19mm)
1,6.0,014 3 1275 = 4 (vòng) Chiều dài tự do của lò xo :
2.3.5.3 Kiểm tra bền lò xo
Lò xo được kiểm tra theo ứng xuất xoắn
K: hệ số tập trung ứng suất
3,14.0,003 3 1,342 = 2,2 10 8 (N/m 2 )≤ [𝜏] Ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo lò xo C60là
Vậy lò xo đủ bền
2.3.6 Lò xo ép ly hợp
Ly hợp lò xo ép loại đĩa có cấu trúc đơn giản với lò xo ép thực hiện vai trò của đòn mở, đồng thời lò xo đĩa có đặc tính phi tuyến phù hợp với điều kiện làm việc của ly hợp Đối với xe con đang thiết kế, loại ly hợp lò xo đĩa côn được lựa chọn Khi tác dụng lực vào lò xo màng, ban đầu cần một lực lớn hơn so với lò xo trụ để đạt cùng một biến dạng; tuy nhiên, khi biến dạng tăng lên, lò xo màng giúp lực điều khiển của người lái trở nên nhẹ nhàng hơn.
－ Sơ đồ tính toán lò xo đĩa nón cụt có xẻ rãnh hướng tâm thể hiện trên hình H1-2
Hình 2.6 Sơ đồ tính toán lò xo đĩa nón cụt
De: Đường kính ngoài của lò xo đĩa,
Di: Đường kính trong của lò xo đĩa,
Da: Đường kính tại điểm nguy hiểm của lò xo,
Dc: Đường kính tại vòng lăn của lò xo Dc = 𝐷 𝑒+ 𝐷 𝑎
𝛿: Chiều dày của lò xo đĩa,
H: Là độ cao nguy hiểm so với măt phẳng ngang, l1: Độ dịch chuyển của lò xo ở vị trí đặt lực l2 = l’2 + l’’2 dịch chuyển của lò xo ở vị trí đặt lực l 2 = l’ 2 + l’’ 2 dịch chỉnh của lò xo ở phần đòn mở ly hợp; Ở đây: l’ 2 = l 1 𝐷 𝑐− 𝐷 𝑖
D 𝑒− 𝐷 𝑐 là yếu tố chính ảnh hưởng đến sự thay đổi góc nghiêng của vành lò xo Biến dạng uốn của các thanh do đòn mở được biểu thị bằng l’’ 2, nhưng do l’’ 2 rất nhỏ, nên có thể coi rằng l 2 = l’ 2.
Lực ép cần sinh ra để ép đĩa ép khi đóng ly hợp:
P ∑ = 371 0,3.0,101.2 = 6101,97(N) Khi thiết kế ta chọn các hệ số như sau :
Dựa trên cơ sở xe tham khảo và các yêu cầu trong việc lựa chọn, thiết kế lò xo đĩa ta chọn các kích thước cơ bản sau:
De: Đường kính ngoài lò xo đĩa; D e = (0.94÷0,97).D 2;
Di: Đường kính trong; D i = 140mm; Đường kính tại điểm nguy hiểm của lò xo: D a = 152 mm
D c : Đường kính tại vòng lăn của lò xo Dc = 𝐷 𝑒+ 𝐷 𝑎
=>Chiều dày lò xo đĩa δ = 𝐷 𝑒
Số thanh phân bố đều lên đĩa Z
Lực tổng hợp P∑ được thể hiện thông qua thông số kết cấu như sau :
-k1,k2 các tỷ số kích thước của đĩa nón cụt: k 1 = 𝐷 𝑎
Chiều cao h = δ.2 = 2,85.2 =5,7 (mm); μ p : hệ số poát-xông, μ p = 0,26
Do vậy ta có: λ Flx
Hình 2.7 Đồ thị quan hệ biến dạng và lực ép
Dựa trên đồ thị, điểm làm việc của ly hợp khi đóng hoàn toàn được xác định tại điểm A, với độ biến dạng của lò xo đĩa so với trạng thái tự do là λ = 3,9 mm Tại thời điểm này, lực ép của lò xo đĩa lên tấm ma sát được tính toán.
Thiết kế dẫn động ly hợp
2.4.1.Xác định lực và hành trình đạp bàn phanh
Hình 2.8.Sơ đồ tính toán hệ thống dẫn động ly hợp
Với sơ đồ dẫn động nh- trên hình 2.8, ta có tỉ số truyền của dẫn động: idd 2
Chọn các thông số theo tham khảo ta có: c1 = 350 mm ; c2 = 60 mm b2 = 180 mm ; b1 = 60 mm a2 = 100 mm ; a1 = 25 mm
Ta chọn đ-ờng kính pittông của xy lanh chính và xy lanh công tác bằng nhau Tức là:
Thay số vào ta có: idd 60
Lực bàn đạp cần thực hiện để ngắt ly hợp:
- F : Là lực ép cần thiết để ngắt ly hợp, F = 6101,97N
- dd : Là hiệu suất dẫn động, ta chọn dd = 0,9
Thay số vào ta có:
Với ôtô con Qbd max < 150 N
Vậy ta thấy thỏa mãn Qbd < Qbd max
Hành trình bàn đạp đ-ợc xác định theo công thức:
- S0 : Là hành trình tự do của bàn đạp
- Slv : Là hành trình làm việc của bàn đạp
Hành trình tự do của bàn đạp đ-ợc tính:
Trong đó là khe hở giữa đầu đòn mở và bi T, nằm trong khoảng 2 4 mm Chọn = 3 mm
Thay số vào ta có:
Hành trình làm việc của bàn đạp đ-ợc tính:
- l : Hành trình của đĩa ép, với ly hợp một đĩa l = 1,5 2,0 mm
- idd : Tỉ số truyền của dẫn động, idd = 54,44
Vậy hành trình của bàn đạp là:
Với hành trình bàn đạp cho phép Sbd max 140 160 mm
Vậy hành trình bàn đạp nằm trong giới hạn cho phép
2.4.2.Thiết kế hệ thống dẫn động thủy lực a).Tính toán thiết kế xy lanh công tác:
Hành trình làm việc của pittông xy lanh công tác :
Thể tích dầu vào trong xy lanh công tác:
S 2 2 2 Đ-ờng kính trong của xy lanh th-ờng đ-ợc chọn trong khoảng 19 32 mm
Chọn đ-ờng kính trong xy lanh công tác d2 = 25 mm
Thay số vào ta có:
Chọn chiều dầy thành xy lanh t = 4 mm Đ-ờng kính ngoài:
- Kiểm bền cho xy lanh công tác:
Bán kính trung bình của xy lanh công tác:
= 14,5 (mm) Ứng xuất trên xy lanh:
Hình 2.9.Biểu đồ ứng suất của xy lanh
- r : Khoảng cách từ một điểm trên xy lanh đến tâm xy lanh
Từ biểu đồ mô men ta thấy rằng điểm nguy hiểm nhất là điểm nằm ở mép trong của xy lanh
Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất:
− Thay số vào ta có:
Vật liệu chế tạo xy lanh là gang CY 24 - 42 có [] = 2,4.10 7 (N/m 2 )
Ta thấy td < [], vậy xy lanh công tác đủ bền b).Tính toán thiết kế xy lanh chính:
Hành trình làm việc của pittông xy lanh chính:
Chọn chiều dầy thành xy lanh là t = 4 mm §-êng kÝnh trong: d1 = d2 = 25 mm Đ-ờng kính ngoài:
- KiÓm tra bÒn xy lanh chÝnh:
T-ơng tự nh- với xy lanh công tác, ta thấy các kích th-ớc của xy lanh chính giống với xy lanh công tác Chọn vật liệu chế tạo là gang CY 24 - 42 giống với xy lanh công tác nên xy lanh chính đủ bền.