Ở hệ thống truyền lực cơ khí với hộp số có cấp việc dùng ly hợp để tách tức thời động cơ khỏi hệ thống truyền lực sẽ làm giảm va đập đầu răng của các bánh răng khi vào số hoặc của các kh
TỔNG QUAN VỀ LY HỢP
Công dụng, phân loại và yêu cầu đối với ly hợp
Ly hợp có vai trò quan trọng trong hệ thống truyền lực (HTTL), thực hiện nhiệm vụ:
Ly hợp là bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền lực, có chức năng truyền mô men xoắn từ trục khuỷu động cơ đến các cụm tiếp theo Khi động cơ hoạt động, ly hợp kết nối êm dịu với hệ thống truyền lực, cho phép sự trượt xảy ra, giúp tăng mô men ở các bánh xe chủ động một cách từ từ Nhờ vậy, xe có thể khởi hành và tăng tốc một cách êm ái.
Ly hợp là bộ phận quan trọng giúp tách rời động cơ khỏi hệ thống truyền lực trong quá trình khởi hành, dừng xe, chuyển số và phanh Trong hệ thống truyền lực cơ khí với hộp số có cấp, việc sử dụng ly hợp giúp giảm va đập giữa các bánh răng khi vào số, từ đó làm cho quá trình chuyển số trở nên dễ dàng và mượt mà hơn.
Ly hợp đóng vai trò là cơ cấu an toàn, bảo vệ động cơ và hệ thống truyền lực khỏi tình trạng quá tải do tác động động và mô men quán tính Chẳng hạn, trong trường hợp phanh đột ngột mà không nhả ly hợp, ly hợp sẽ giúp ngăn ngừa hư hỏng cho các bộ phận này.
Dựa vào tính chất truyền mômen, người ta phân ra các loại:
- Theo phương thức truyền mô men từ trục khuỷu động cơ tới hệ thống truyền lực các ly hợp ô tô được phân thành:
+ Ly hợp ma sát cơ khí: Mô men truyền qua ly hợp nhờ ma sát giữa các bề mặt ma sát
Ly hợp ma sát là một thiết bị có cấu trúc đơn giản, hiện đang được sử dụng rộng rãi trên ô tô Có hai dạng hoạt động chính của ly hợp ma sát: ma sát khô và ma sát trong dầu (ma sát ướt).
Ly hợp thủy lực là thiết bị truyền mô men qua môi trường chất lỏng, cho phép truyền tải mô men và tải trọng động hiệu quả Nhờ vào khả năng này, các bộ truyền thủy lực được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền lực thủy cơ, bao gồm ly hợp thủy lực và biến mô thủy lực.
+ Ly hợp điện từ: Mô-men được truyền nhờ từ trường
- Theo cấu tạo của bộ phận ma sát ta có:
+ Ly hợp ma sát đĩa phẳng
+ Ly hợp ma sát đĩa côn (đĩa bị động có dạng hình côn)
+ Ly hợp ma sát hình trống (kiểu tang trống và guốc ma sát ép vào tang trống)
- Theo phương pháp điều khiển dẫn động ly hợp:
Ly hợp cơ khí là hệ thống dẫn động điều khiển từ bàn đạp đến cụm ly hợp thông qua các khâu khớp đòn nối Loại ly hợp này thường được sử dụng trên ô tô con, đặc biệt khi yêu cầu lực ép nhỏ.
+ Ly hợp dẫn động thủy lực: Là dẫn động thông qua các khâu khớp đòn nối và đường ống cùng với các cụm truyền chất lỏng
Ly hợp dẫn động có trợ lực là hệ thống kết hợp giữa các phương án dẫn động cơ khí và thủy lực, sử dụng các bộ phận trợ lực như cơ khí, thủy lực áp suất lớn, chân không và khí nén Hiện nay, trên ô tô, trợ lực điều khiển ly hợp đang được áp dụng phổ biến để nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong quá trình vận hành.
- Theo đặc điểm làm việc: Ly hợp thường đóng và thường mở
Ly hợp thường đóng là loại ly hợp phổ biến nhất trên ô tô, luôn ở trạng thái đóng khi không có lực điều khiển, và sẽ tách ra khi đạp ly hợp Ngược lại, ly hợp thường mở luôn ở trạng thái mở khi không có lực điều khiển.
Ly hợp có thể được phân loại theo dạng lò xo ép, bao gồm ba loại chính: lò xo trụ bố trí theo vòng tròn, lò xo côn xoắn và lò xo côn đĩa.
1.1.3 Yêu cầu đối với ly hợp
Từ những nhiệm vụ trên mà ly hợp có những yêu cầu sau:
Đảm bảo truyền tải mômen quay tối đa của động cơ trong mọi điều kiện sử dụng là rất quan trọng Tuy nhiên, cần kiểm soát ma sát của ly hợp để không vượt quá mức cho phép, nhằm đảm bảo chức năng an toàn cho hệ thống truyền lực.
Khi đóng ly hợp, cần thực hiện một cách êm dịu để mômen ma sát tăng dần, giúp tránh hiện tượng giật xe và giảm thiểu tình trạng dập răng ở các bánh răng trong hộp số cũng như các cơ cấu truyền động khác trong hệ thống truyền lực.
Để giảm va đập lên bánh răng khi gài số, các chi tiết phần bị động của ly hợp cần có mômen quán tính nhỏ nhất có thể Điều này không chỉ giúp giảm nhẹ điều kiện làm việc của bộ đồng tốc mà còn tăng tốc độ gài số nhanh hơn.
Để đảm bảo an toàn cho hệ thống truyền lực, cần thực hiện đầy đủ nhiệm vụ của cơ cấu an toàn nhằm tránh quá tải Mômen ma sát phải được kiểm soát ở mức hợp lý để ngăn chặn hiện tượng gãy trục các đăng Bên cạnh đó, còn tồn tại nhiều yêu cầu khác cần được chú ý.
+ Điều khiển nhẹ nhàng, lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ
+ Hệ số ma sát cao và ổn định
+ Thoát nhiệt tốt, bền vững, hạn chế tối đa ảnh hưởng của nhiệt độ tới hệ số ma sát, độ bền của các chi tiết đàn hồi
+ Làm việc tin cậy, hiệu suất cao
+ Kích thước nhỏ gọn, kết cấu, sữa chữa, bảo dưỡng đơn giản
Kết cấu ly hợp trên ô tô
Cấu tạo của ly hợp trên ô tô bao gồm 3 phần chính:
- Phần chủ động: Gồm có bánh đà, giá đỡ lên vỏ ly hợp, vỏ ly hợp và đĩa ép
- Phần bị động: Gồm có đĩa ma sát và trục bị động
- Cơ cấu điều khiển để ngắt ly hợp: Gồm có bàn đạp, các cần bẩy, thanh nối, khớp trượt và các lò ép
Hình 1-1: Cấu tạo của ly hợp
Bánh đà là bộ phận quan trọng trong động cơ, có chức năng tạo ra mômen quán tính khối lượng, giúp động cơ hoạt động hiệu quả hơn Thông thường, bánh đà được khoan các lỗ để gắn các bộ phận ly hợp trên xe.
- Nó cũng được thiết kế nhẵn, làm bằng chất liệu dày nhằm tạo ra bề mặt ma sát và hấp thụ lượng nhiệt lớn tỏa ra
Hình 1-2: Cấu tạo của đĩa bị động
- Đĩa ly hợp được lắp ráp sao cho tiếp xúc một cách đồng đều với bề mặt ma sát của đĩa ép ly hợp và bánh đà
Đĩa bị động được lắp trên then hoa trục bị động, bao gồm các chi tiết như moay ơ 5, xương đĩa 3 được làm từ thép mỏng (2-3 mm), cánh lò xo (T) 2, các tấm ma sát 1, 9 và các lò xo dập tắt dao động 7.
Xương đĩa 1 được kết nối chắc chắn với các cánh lò xo (T) 2 thông qua đinh tán, cho phép các cánh lò xo uốn cong theo nhiều hướng khác nhau Chúng được gắn chặt với tấm ma sát 1, 9 nhằm đảm bảo bề mặt ma sát tiếp xúc tốt, hoạt động êm ái và ngăn ngừa hiện tượng cong vênh khi bị nung nóng, từ đó giúp duy trì độ cứng dọc của đĩa bị động.
Các tấm ma sát 1, 9 được gắn vào cánh lò xo 2 bằng phương pháp tán độc lập, cho phép các miếng thép đàn hồi và xương đĩa ở trạng thái tự do khi ly hợp mở Khi ly hợp đóng, các miếng thép này được ép phẳng, làm tăng lực ép bề mặt ma sát một cách đều đặn Bề mặt tấm ma sát có rãnh thông gió giúp thoát hạt mài trong quá trình vận hành, từ đó kéo dài tuổi thọ của tấm ma sát, quyết định chất lượng của bộ ly hợp.
Lò xo giảm chấn 7 có chức năng hấp thụ và dập tắt dao động xoắn ở đĩa bị động Để lò xo này hoạt động hiệu quả, các xương đĩa 3, đĩa phụ 8 và moay ơ 5 được thiết kế với các lỗ cửa sổ nhằm chứa lò xo giảm chấn Một đầu của lò xo tiếp xúc với xương đĩa 3 và đĩa phụ 8, trong khi đầu còn lại tiếp xúc với moay ơ 5.
*) Vòng bi cắt ly hợp
- Là một chi tiết quan trọng có vai trò đóng và cắt ly hợp
- Vòng bi được gắn trên ống trượt được bôi mỡ đầy đủ, có thể chuyển động trượt dọc trục
Vòng bi cắt ly hợp có chức năng hấp thụ sự chênh lệch tốc độ quay giữa càng cắt ly hợp (bộ phận không quay) và lò xo đĩa (bộ phận quay) Nó giúp truyền chuyển động từ càng cắt vào lò xo đĩa một cách hiệu quả.
Vòng bi cắt ly hợp tự định tâm giúp giảm tiếng ồn do ma sát giữa lò xo đĩa và vòng bi cắt ly hợp Thiết kế của vòng bi này cho phép tự động điều chỉnh, đảm bảo rằng trục khuỷu luôn thẳng hàng với trục sơ cấp của hộp số, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống.
- Vòng bi được gắn trên ống trượt được bôi mỡ đầy đủ, có thể chuyển động trượt dọc trục
Hành trình tự do của bạn đạp là khoảng cách mà bàn đạp ly hợp có thể di chuyển cho đến khi vòng bi cắt ly hợp tiếp xúc với lò xo đĩa.
1.2.2 Kết cấu cụm ly hợp
1.2.2.1 Kết cấu ly hợp ma sát khô 1 đĩa lò xo trụ a Kết cấu chung và sơ đồ cấu tạo:
+ Vỏ có các khoang chứa lò xo ép và được gắn chặt vào bánh đà
+ Khi buông bàn đạp ly hợp, các lò xo ép ấn đĩa ép và đĩa ly hợp áp dính vào mặt bánh đà
+Trục sơ cấp của hộp số gối đầu và quay trơn trong đuôi trục khuỷu có rãnh then hoa liên kết với lỗ then hoa của đĩa ma sát
Hình 1-3 Sơ đồ cấu tạo cụm ly hợp ma sát khô một đĩa lò xo trụ
1 Trục khuỷu; 2 Bánh đà; 3 Vành răng; 4 Tấm ma sát (Đĩa bị động);
5 Xương đĩa; 6 Đĩa ép; 7 Lò xo nén; 8 Vỏ ly hợp; 9 Vòng bi mở;
10 Trục sơ cấp hộp số; 11.Càng mở; 12 Đòn mở; 13.Moay ơ; 14 Lò xo giảm chấn
Bao gồm vỏ ly hợp (8) được bắt cố định với bánh đà (2) bằng các bu lông, đĩa ép
Vỏ ly hợp gồm các chi tiết như lò xo ép và đòn mở, kết nối với đĩa ép thông qua một thanh mỏng đàn hồi Thanh này đảm bảo mô men được truyền từ vỏ lên đĩa ép và cho phép di chuyển dọc trục khi đóng hoặc ngắt ly hợp Lực ép từ lò xo truyền tới đĩa ép giúp kẹp chặt đĩa bị động với bánh đà.
*) Phần bị động Đĩa bị động (4) gồm cả chi tiết xương đĩa bị động, các tấm ma sát, moay ơ, lò xo giảm chấn (14) và trục ly hợp
Bài viết mô tả các chi tiết liên kết từ bàn đạp đến đòn kéo và càng mở, bao gồm vòng bi mở và đòn mở Đòn mở có điểm tựa trên vỏ ly hợp, thể hiện nguyên lý làm việc của hệ thống.
- Trạng thái đóng ly hợp:
Khi ly hợp đóng: dưới tác dụng của lực đàn hồi lò xo ép (7), đĩa ép (6) sẽ ép đĩa BĐ
(4) tỳ chặt vào bề mặt bánh đà (2) Lực ma sát sinh ra giữa bề mặt đĩa BĐ (4) với bánh đà
9, giữa bề mặt đĩa BĐ (4) với đĩa ép (6) là tác nhân truyền công suất từ bánh đà (2) sang trục CĐ của hộp số Dòng truyền công suất:
- Khi li hợp ở trạng thái mở:
Khi người lái đạp bàn đạp ly hợp, hệ thống dẫn động làm cho càng mở xoay ngược chiều kim đồng hồ, khiến đầu trong càng mở tỳ và ép vòng bi mở sang trái Vòng bi mở sau đó dịch chuyển tự do sang trái để tiếp xúc với đầu của đòn mở.
Vòng bi (9) giúp đòn mở (12) quay quanh khớp cố định trên vỏ, trong khi đầu ngoài của đòn mở (12) kéo đĩa ép (6) sang bên phải Quá trình này ép lò xo (7) bị biến dạng nén và đồng thời tách khỏi đĩa bị động (5), giải phóng đĩa.
BĐ (5) Đĩa BĐ ở trạng thái tự do, lực ma sát không còn, dòng truyền công suất được ngắt tạm thời từ bánh đà sang trục sơ cấp hộp số
- Khi nhả bàn đạp li hợp, dưới tác dụng của lò xo hồi vị lắp dưới càng mở (11) càng mở
(11) hồi về vị trí ban đầu đẩy vòng bi mở (9) dịch chuyền tịnh tiến trở lại sang phải giải
Vỏ ly hợp Đĩa ép Đĩa bị động
Trục chủ động hộp số
Ma sát bulong Khớp nối Ma sát
Lực đàn hồi của các lò xo số (7) trong hệ thống phóng đòn mở (12) giúp đĩa ép (6) ép đĩa bị động số (5) trở lại tiếp xúc với bánh đà (2), từ đó ly hợp quay về trạng thái đóng Ưu điểm của cơ chế này là khả năng hoạt động hiệu quả, trong khi nhược điểm có thể là độ bền của các lò xo khi phải chịu tải nặng.
Ly hợp ma sát khô mang lại hiệu suất cao bằng cách sử dụng lực ma sát để truyền động, giúp tối ưu hóa hiệu quả chuyển động và giảm thiểu thất thoát năng lượng Điều này đồng nghĩa với việc nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống ly hợp.
Lò xo trụ có độ linh hoạt cao nhờ thiết kế đơn giản, cho phép điều chỉnh lực ma sát dễ dàng Điều này giúp tối ưu hóa lực truyền động và tải trọng, rất hữu ích trong việc điều chỉnh ly hợp cho các ứng dụng khác nhau.
Giới thiệu ô tô tham khảo
Mitsubishi Xpander là mẫu xe Crossover MPV chiến lược, lần đầu ra mắt vào năm 2017 và nhanh chóng trở thành xe bán chạy nhất tại Indonesia và các thị trường khác, với hơn 250 nghìn xe được tiêu thụ, trong đó Việt Nam chiếm khoảng 10% doanh số chỉ sau hơn một năm Phiên bản 2020 của Xpander được nâng cấp ngoại thất, mang đến vẻ ngoài ấn tượng, thể thao và hiện đại hơn, với thiết kế mặt ca-lăng mới, tạo cảm giác mạnh mẽ và năng động.
Lưới tản nhiệt phía trước của Xpander 2020 được thiết kế mới với hai thanh ngang mạ chrome nối liền cụm đèn định vị Đặc biệt, xe được trang bị đèn chiếu sáng phía trước công nghệ Bi-LED hiện đại, giúp tăng hiệu quả chiếu sáng và nâng cao tính thẩm mỹ.
Nội thất của Xpander với chiều dài lên tới 2.840mm mang đến không gian rộng rãi và sang trọng, đáp ứng nhu cầu của cả gia đình Xe được người dùng đánh giá cao nhờ khả năng sắp xếp ghế linh hoạt, tạo sự thoải mái cho 7 chỗ ngồi, cùng với khoang hành lý có dung tích lớn, lý tưởng cho việc chuyên chở đồ đạc.
Hàng ghế thứ hai và thứ ba có khả năng gập tương ứng (60:40) và (50:50) giúp tạo ra không gian rộng rãi chứa các vật dụng lớn
Xpander 2020 phiên bản mới được trang bị động cơ MIVEC 1.5L, mang lại hiệu suất vận hành ổn định và tiết kiệm nhiên liệu tối ưu Thành công của Xpander tại Việt Nam và nhiều quốc gia trong những năm qua chứng tỏ rằng động cơ này đáp ứng tốt nhu cầu của người tiêu dùng.
Hình 1-11 Xe tham khảo Mitsumitshi Expander 2020
Bảng 1.1 Bảng thông số kỹ thuật xe Mitsumitshi Expander 2020
2 Chiều dài cơ sở (mm) 2775
3 Bán kính quay vòng tối thiểu (m) 5,2
4 Trọng lượng toàn tải (kg) 1780
5 Phân bố lên cầu trước (kg) 880
6 Phân bố lên cầu sau (kg) 1020
8 Loại động cơ Động cơ xăng DOHC MIVEC
9 Công xuất cực đại (kW/ vòng/phút) 77 / 6000
10 Mô men xoắn cực đại (Nm/ vòng/phút) 141 / 4000
Dẫn động cầu trước 2WD, 5M/T
12 Khoảng sáng gầm xe (không tải) 205
1.4 Lựa chọn phương án thiết kế
Sau khi phân tích đặc điểm kết cấu của ly hợp ô tô và tham khảo các mẫu xe, tôi đã lựa chọn phương án thiết kế ly hợp cho xe ô tô cơ sở Mitsubishi Expander.
- Cụm ly hợp: Ly hợp ma sát khô 1 đĩa lò xo màng
- Dẫn động ly hợp: dẫn động ly hợp thủy lực không trợ lực
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ LY HỢP
Mô men ma sát cần thiết của ly hợp
Để đảm bảo ly hợp truyền tải hết mômen của động cơ và bảo vệ hệ thống truyền lực khỏi quá tải, ly hợp cần tạo ra mômen ma sát lớn hơn hoặc bằng mômen quay cực đại của động cơ trong suốt quá trình sử dụng Điều này đồng nghĩa với việc hệ số dự trữ phải luôn lớn hơn hoặc bằng 1.
Mômen ma sát Mms của ly hợp được xác định theo công thức sau:
+ Mms [N.m] : Mômen ma sát cần thiết của ly hợp
+ Memax [N.m]: Mômen xoắn lớn nhất của động cơ Theo thông số xe ta có
+ β: Hệ số dự trữ của ly hợp
Hệ số dự trữ ly hợp β cần phải lớn hơn 1 (β > 1) để đảm bảo ly hợp có khả năng truyền tải mômen xoắn của động cơ trong mọi điều kiện làm việc, bao gồm cả khi bề mặt ma sát bị dầu bẩn, lò xo ép giảm tính đàn hồi, hoặc tấm ma sát bị mòn Tuy nhiên, β cũng không nên quá lớn, vì điều này sẽ làm giảm khả năng bảo vệ an toàn cho hệ thống truyền lực khi gặp tình huống quá tải.
Hệ số β được xác định thông qua thực nghiệm, với việc xem xét các yếu tố đã nêu và đặc biệt chú ý đến nhiều điều kiện làm việc khắc nghiệt của xe cùng với đặc tính động lực học của thiết kế xe.
Hệ số dự trữ của ly hợp:
+ Với ô tô tải không kéo mooc: β = 1,6÷ 2,25
+ Với ô tô tải làm việc có kéo mooc: β = 2,0 ÷ 3,0
→ Đối với xe tham khảo là ô tô con nên ta chọn: β = 1,5
Thay các thông số vào biểu thức 2.1 ta có:
Vậy mômen ma sát yêu cầu của ly hợp là: Mms = 211,5 [N.m]
Tính toán thiết kế cụm ly hợp
2.2.1 Tính toán đĩa ma sát
*) Bán kính hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động
Hình 2-1 Sơ đồ tính toán bán kính vành ma sát
Ta có bán kính ngoài của tấm ma sát ly hợp được xác định:
+ μ : Là hệ số ma sát trượt giữa các đôi bề mặt ma sát Theo [1] thì hệ số ma sát μ 0,22 ÷ 0,3 Ta chọn hệ số ma sát μ = 0,25
+ zms : Số đôi bề mặt ma sát, vì chọn ly hợp một đĩa ma sát nên zms = 2
Áp suất pháp tuyến của các bề mặt ma sát là yếu tố quan trọng để đảm bảo tuổi thọ cho các tấm ma sát Giá trị áp suất cho phép được quy định trong khoảng [p] = 1,4.10^5 ÷ 2,5.10^5 [N/m^2] Tuy nhiên, do ly hợp làm việc trong điều kiện nặng nhọc, áp suất nên được chọn theo giới hạn dưới là [p] = 1,8.10^5 [N/m^2].
+ KR : Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát, KR 2
R Hệ số KR được chọn theo kinh nghiệm KR = 0,53 ÷ 0,75 Chọn KR = 0,6
Các thông số khác đã được chú thích ở trên
Thay các thông số đã có vào 2.2 ta được:
3 ≈ 0,106 (m) = 106 (mm) Đường kính ngoài của tấm ma sát là D = 2.𝑅 2 = 212 (mm)
Bán kính trong của tấm ma sát R1 là:
R1 = R2.KR = 106.0,6 ≈ 64 [mm] Đường kính trong của tấm ma sát là d = 2.𝑅 1 = 128 (mm)
*) Diện tích và bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát
Ta có diện tích hình vành khăn tấm ma sát S [m 2 ] được xác định như sau:
Bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát Rtb [m] được xác định:
2.2.2 Tính toán bộ phận tạo lực ép
Cơ cấu ép trong ly hợp thường đóng sử dụng lò xo dây xoắn hình trụ, hình côn hoặc lò xo đĩa để tạo ra lực ép Mỗi loại lò xo đều có những ưu và nhược điểm riêng Đối với xe Mitsubishi Expander, lò xo đĩa được lựa chọn làm kiểu lò xo ép.
2.2.2.1 Lực ép của cơ cấu ép
Sau khi xác định được các thông số kích thước của vành ma sát, lực ép cần thiết của cơ cấu ép:
Áp suất tác dụng lên bề mặt ma sát q là một thông số quan trọng để đánh giá hiệu suất và tuổi thọ của ly hợp Công thức tính áp suất là: q = 𝐹 𝛴, trong đó 4862,1 [N] là giá trị lực tác dụng.
Diện tích bề mặt ma sát (S) ảnh hưởng đến mức độ mài mòn, với áp suất càng lớn thì tốc độ mài mòn càng cao Do đó, áp suất cần được giới hạn trong một mức cho phép nhất định Đối với ô tô con, áp suất này nằm trong khoảng [q] = 180 ÷ 230 kN/m².
Lò xo thường được chế tạo bằng thép 60C2A [σ] = 1400 [MPa] Lò xo được tính toán nhằm đảm bảo lực ép cần thiết cho ly hợp
*) Tính lực ép cần thiết của một lò xo F lx [N] khi làm việc
Lực ép cần thiết của một lò xo được tính theo công thức sau:
𝐹 𝛴 [N] : Lực ép cần thiết của ly hợp 𝐹 𝛴 = 4862,1 [N] k0 : Hệ số tính đến sự giãn, sự nới lỏng của lò xo, k0 = 1,05 ÷ 1,08 Chọn k0 = 1,06 Thay các giá trị đã biết vào (2.7) ta có:
Hình 2-2: Sơ đồ lò xo đĩa
Sơ đồ để tính lò xo đĩa nón cụt có xẻ rãnh hướng tâm thể hiện như hình 2-2
+ 𝐹 𝑁 : lực ép của lò xo tác dụng lên đĩa ép
+ 𝐹 𝑛 : lực cần tác dụng lên đĩa để ngắt ly hợp
Các lực 𝐹 𝑁 và 𝐹 𝑛 được liên hệ với nhau theo công thức:
𝐷 𝑐 −𝐷 𝑖 𝐹 𝑁 (2.8) Trong đó lực ép 𝐹 𝑁 được thể hiện qua các thông số kết cấu của đĩa như sau:
𝐷 𝑒; + 𝑙 1 – dịch chuyển của đĩa tại điểm đặt lực ép; E = 2.10 5 Mpa = 2.10 6 (KG/𝑐𝑚 2 ); +𝜇 𝑝 = 0,26: Hệ số Poisson
Khi ngắt ly hợp, dịch chuyển đầu các thanh mở 𝑙 2 được phân thành hai phần: 𝑙 2′, là dịch chuyển dây do đầu ngoài của đĩa quay quanh điểm O, và 𝑙 2′′, là dịch chuyển do biến dạng của thanh Do đó, tổng dịch chuyển được biểu diễn bằng công thức 𝑙 2 = 𝑙 2′ + 𝑙 2′′.
𝐷 𝑒 −𝐷 𝑐 (2.10) Trên thực tế, biến dạng của các thanh 𝑙 2′′ nhỏ hơn nhiều so với 𝑙 2′ nên có thể bỏ qua được, khi đó: 𝑙 2 ≈ 𝑙 2′
+ 𝐷 𝑒 : Đường kính lớn nhất của lò xo đĩa ứng với vị trí tỳ lên đĩa ép
+ 𝐷 𝑒 = (0,94÷0,97).D (với D là đường kính ngoài tấm ma sát)
+ 𝐷 𝑎 : Đường kính mép xẻ rãnh
Khi thiết kế thường chọn các thông số như sau:
1,4 = 145 (mm) + 𝐷 𝑖 : Đường kính đỉnh của lò xo đĩa
2,5 = 202 2,5 = 81 → Chọn 𝐷 𝑖 = 85 (mm) + 𝛿: Độ dày của lò xo đĩa 𝐷 𝑒
+ h: Độ cao phần không xẻ rãnh của nón cụt ở trạng thái tự do
+ 𝑙 1 : Dịch chuyển của đĩa tại điểm đặt lực ép: 𝑙 1 = ℎ
2 = 2,3 (mm) + 𝑘 1 , 𝑘 2 : các tỷ số kích thước của đĩa nón cụt
Thay số vào công thức (2.10) ta có: 𝑙 2 = 𝑙 1 𝐷 𝑐 −𝐷 𝑖
Thay các thông số vào công thức tính 𝐹 𝑁 suy ra lực ép lò xo được xác định sao cho khi lò xo được ép thẳng ly hợp là:
- Lực cần tác dụng lên đĩa để ngắt ly hợp:
Lò xo đĩa được đánh giá độ bền bằng cách xác định ứng suất tại điểm chịu tải lớn nhất khi đạt trạng thái biến dạng tối đa, tức là khi lò xo ở dạng đĩa phẳng Điểm chịu tải lớn nhất nằm tại trung tâm phần nối giữa các thanh mở và vành ngoài của hình nón, được gọi là điểm O Ứng suất tại điểm này được tính toán để đảm bảo hiệu suất và độ bền của lò xo.
+ 𝛿 𝛼 – Độ biến dạng của lò xo đĩa; 𝛿 𝛼 = (4÷6)%𝛿 = 5 𝛿 = 5% 2,3 = 0,115 (mm)
2.145 = 68,55 (KG/𝑚𝑚 2 ) Ứng suất tính được theo công thức trên được so sánh với giới hạn chảy của vật liệu đối với thép 60C2A [σ] = 1400 MPa = 140 KG/𝑚𝑚 2
→ Lò xo đĩa đã chọn thỏa mãn điều kiện bền.
Tính toán kiểm nghiệm khả năng làm việc của cụm ly hợp
2.3.1 Xác định công trượt và công trượt riêng của ly hợp
Quá trình đóng êm dịu của ly hợp luôn đi kèm với sự trượt giữa các bề mặt ma sát, gây mòn và sinh nhiệt cho các chi tiết tiếp xúc Nếu cường độ trượt quá mạnh, sẽ dẫn đến mòn nhanh chóng các bề mặt ma sát và tạo ra nhiệt độ cao, có thể gây cháy cục bộ các tấm ma sát và làm nóng lò xo ép, từ đó giảm khả năng ép của chúng.
Việc xác định công trượt riêng của ly hợp là rất quan trọng để giảm thiểu sự mòn và kiểm soát nhiệt độ tối đa, từ đó đảm bảo tuổi thọ cho ly hợp.
𝑀 𝑒𝑚𝑎𝑥 −𝑀 𝜓 (2.12) Công thức này được xây dựng trên giả thiết vận tốc góc của động cơ 𝜔 𝑑 và các mô men 𝑀 𝑑 , 𝑀 𝑐 , 𝑀 𝛹 không đổi trong quá trình trượt ly hợp, trong đó 𝑀 𝑑 = 𝑀 𝑒𝑚𝑎𝑥
Mô men quán tính tương đối với khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô liên quan đến các chi tiết trong hệ thống truyền lực và bánh xe, được quy về trục sơ cấp của hộp số.
* Tính toán các tỷ số truyền của hộp số
Tỷ số truyền của truyền lực chính \( i_0 \) được xác định dựa trên tốc độ chuyển động lớn nhất của xe \( V_{max} \) [m/s] và tốc độ góc lớn nhất của động cơ \( \omega_{emax} \) [rad/s] Theo tài liệu [1], ta có công thức tính toán cho \( i_0 \).
+ rbx [m]: Bán kính làm việc của bánh xe
+ ihn : Tỷ số truyền cao nhất của hộp số, thường chọn ihn = 1
Vận tốc lớn nhất của xe, ký hiệu là vamax, đạt 120 km/h, tương đương khoảng 33,33 m/s Tốc độ góc lớn nhất của động cơ, ký hiệu là ωemax, được xác định dựa trên loại động cơ và chủng loại xe trong quá trình thiết kế Đối với động cơ xăng và xe ô tô con, theo kinh nghiệm, ωemax thường được coi là bằng ωN rad/s.
+ ωN : Tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ
Ta có ký hiệu lốp 185/65R15 ⇒ 𝑟 𝑏𝑥 = 0,311 (m)
Thay tất cả các giá trị đã có vào biểu thức 2.12 ta có: i0 = 628.0,311 1.33,33 = 5,86
Xác định tỷ số truyền ih: ta xác định công trượt cho số một nên ih = ih1.
Giá trị tỷ số truyền số thấp nhất ih1, theo phần thiết kế hộp số được xác định như sau: ih1 𝜓 𝑚𝑎𝑥.𝐺 𝑟 𝑏𝑥
+ ψmax : Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường, chọn ψmax = 0,33
+ ηt : Hiệu suất của hệ thống truyền lực, đối với ô tô con thì ηt = 0,95
+ G: Trọng lượng toàn bộ của xe, G = 1780 Kg = 17800 (N)
+ 𝑖 𝑐 : tỉ số truyền của TLC; 𝑖 𝑐 = 𝜃 𝑟 𝑏𝑥
2,65 với 𝜃 là hệ số vòng quay động cơ – Đối với ô tô con ta có 𝜃 = 30-40 nên ta chọn 𝜃 = 0,35
2,65 = 4,1 Thay các giá trị vào công thức (2.13) ta được: ih1 = 0,33.0,311 141⋅4,1.0,95 = 3,3
- Mômen quán tính qui dẫn Ia được xác định từ điều kiện cân bằng động năng khi ôtô đang chuyển động,
+ 𝜔 0 : Vận tốc góc ban đầu, với động cơ xăng chọn: 𝜔 0 = 𝜔 𝑀
3 +50𝜋 + 𝜔 𝑀 : Vận tốc góc của động cơ ứng với momen cực đại
+ 𝑀 𝜓 : Momen cản chuyển động ô tô quy về trục ly hợp
𝑖 0 ⋅𝑖 ℎ1 ⋅𝜂 𝑡𝑙 (Nm) (2.16) + 𝛹: Hệ số cản tổng cộng của mặt đường, chọn 𝛹 = 0,02
+ K.F.𝑣 2 = 0 Do khi khởi động tại chỗ v = 0
5,86.3,3.0,95 = 6,03 (Nm) Vậy công trượt là:
Công trượt riêng được tính bằng công trượt 𝑊 𝜇 quy về một đơn vị diện tích ma sát của các đĩa bị động:
+ 𝐴 𝜇 : Diện tích bề mặt ma sát
+ 𝑧 𝜇 : Số đôi bề mặt ma sát
+ D, d: đường kính trong và ngoài đĩa ma sát
Ta có công trượt riêng giới hạn đối với ô tô con là:
[𝜔 𝜇 ] = 50 ÷ 70 (J/𝑐𝑚 2 ), xét với 𝜔 𝜇 ta thấy 𝜔 𝜇 nằm trong khoảng giới hạn [𝜔 𝜇 ]
→ Thỏa mãn điều kiện đạt yêu cầu về tuổi thọ cho ly hợp
2.3.2 Tính toán nhiệt trên đĩa ép
Việc tính toán nhiệt độ trên đĩa ép là cần thiết để kiểm tra mức gia tăng nhiệt độ trung bình sau khi đóng ly hợp khi khởi động ô tô tại chỗ Trong quá trình tính toán, giả thiết rằng toàn bộ nhiệt sinh ra từ việc trượt ly hợp sẽ chuyển thành nhiệt làm nóng đĩa ép, không tính đến lượng nhiệt truyền ra môi trường xung quanh Mức gia tăng nhiệt độ được xác định theo một công thức cụ thể.
+ c: nhiệt dung riêng của vật liệu chế tạo đĩa, đối với gang và thép c = 481,5 J/𝑘𝑔 𝑜 𝐶
+ 𝑚 𝑑 : Khối lượng đĩa, lấy tham khảo 𝑚 𝑑 = 5kg
+ 𝛾: Hệ số xác định phần nhiệt truyền để nung nóng bánh đà hoặc đĩa ép Với ly hợp một đĩa 𝛾 = 0,5
+ [𝛥𝑡 ]: Độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết (°𝐾), với ô tô con [𝛥𝑡 ] °𝐾
→ Mức gia nhiệt đảm bảo điều kiện
2.3.3 Tính bền các chi tiết của ly hợp
2.3.3.1 Tính bền đĩa bị động Đĩa bị động gồm các tấm ma sát và xương đĩa Xương đĩa thường được chế tạo từ thép
65 nhiệt luyện tôi thể tích hoặc thép 20 tôi thấm Chiều dày xương đĩa thường chọn từ (1,5 ÷ 2,0) mm
Ta chọn chiều dày xương đĩa δx = 2 mm
Chiều dày tấm ma sát δ = 4 mm Đĩa bị động được kiểm bền cho 2 chi tiết : Đinh tán và moay-ơ
Đinh tán là một yếu tố quan trọng trong việc kiểm tra độ bền theo ứng suất chèn dập và ứng suất cắt Có hai loại đinh tán chính cần được kiểm tra: một loại dùng để tán các tấm ma sát với xương đĩa và loại còn lại dùng để ghép xương đĩa với moay ơ đĩa bị động.
- Đinh tán dùng để tán các tấm ma sát với xương đĩa được chế tạo từ đồng hoặc nhôm với đường kính từ 4 ÷ 6 mm Ta chọn d = 5 mm
Đinh tán trên tấm ma sát được bố trí theo hai dãy với bán kính r1 = 100 mm (0,1 m) và r2 = 120 mm (0,12 m) Kiểm tra độ bền của đinh tán dựa trên ứng suất chèn dập và ứng suất cắt Lực tác dụng lên đinh tán tỷ lệ thuận với bán kính vòng tròn bố trí, cho phép xác định lực tác dụng theo công thức r r.
+ F1, F2 : Lực tác dụng lên đinh tán ở vòng trong và vòng ngoài có bán kính lần lượt là r1 và r2
+ Memax : Mômen lớn nhất của động cơ, Memax = 141 Nm
2⋅(0,1 2 +0,12 2 ) = 346,72 N Ứng suất cắt và chèn dập đối với đinh tán ở vòng trong,vòng ngoài phải thỏa mãn điều kiện:
+ σc1 , σc2: ứng suất cắt của đinh tán ở vòng trong và vòng ngoài
+ σcd1 , σcd2: ứng suất chèn dập của đinh tán ở vòng trong và vòng ngoài + n: Số đinh tán bố trí ở mỗi vòng, chọn n1 = n2 = 16
+ d: Đường kính đinh tán, chọn d = 5 mm = 0,005 m
+ l: Chiều dày bị chèn dập của đinh tán, lấy l = 2 mm = 0,002 m
+ [σc]: Ứng suất cắt cho phép, [σc]= 30 MPa
+ [σcd] : Ứng suất chèn dập cho phép, [σcd] = 80 MPa
Ta nhận thấy F1 < F2 nên σc1 < σc2 và σcd1 < σcd2 do vậy ta chỉ kiểm tra cho đinh tán ở vòng ngoài
Thay số vào ta có: σc2 = 𝐹 2
Như vậy ta thấy : σc < [σc] , σcd < [σcd]
Vậy đinh tán nối các tấm ma sát với xương đĩa đủ bền b Đinh tán nối đĩa bị động với moay ơ
Đinh tán nối đĩa bị động với moay ơ được chế tạo từ thép, có đường kính từ 6 đến 10 mm, và đã được kiểm nghiệm tương tự Lực tác dụng lên đinh tán được tính theo một công thức cụ thể.
𝑟 (2.20) Với r là bán kính đặt đinh tán, chọn tham khảo r = 50 mm = 0,05 m
Thay số vào ta có:
0,05 = 2820 (N/m 2 ) Ứng suất cắt và chèn dập:
𝑛⋅𝑙⋅𝑑 ≤ [𝜎 𝑑 ] Chọn theo xe tham khảo đường kính đinh tán là d = 8 mm
Số lượng đinh tán là n = 8
Chiều dài chèn dập của đinh tán l = 5 mm
Với các ứng suất giới hạn : [σc] = 30 MPa ;
Thay số vào ta có:
Vậy đinh tán nối đĩa bị động và moay ơ đủ bền
2.3.3.2 Tính bền mayer đĩa bị động:
Moay-ơ được thiết kế với chiều dài lớn để đĩa bị động không bị đảo Trong điều kiện làm việc bình thường, chiều dài của moay-ơ thường được xác định bằng đường kính then hoa trên trục ly hợp, tức là L = D.
Then hoa của mayer được tính theo chèn dập và cắt: c e max c
Memax – Mômen lớn nhất của động cơ Memax = 141 Nm z1 – Số moay-ơ, với ly hợp ma sát một đĩa z1 = 1 z2 – Số then hoa của mayer z2 = 10
L – Chiều dài của mayer L = 35 mm
D – Đường kính ngoài của then hoa D = 35 mm d – Đường kính trong của then hoa d = 28 mm b – Bề rộng một then hoa b = 4 mm
Thay số vào ta được:
1.10.0,035 (0,035 2 − 0,028 2 ) = 1,3.10 7 (𝑁/𝑚 2 ) Chọn vật liệu chế tạo mayer là thép 40X có các ứng suất giới hạn là:
[ ]=8.10 N / m ;[ ]15.10 N / m Như vậy ta thấy : c < [ c ] và cd < [ cd ].Vậy then hoa đủ bền d D b
Hình 2-4 Moay ơ đĩa bị động
Tính toán dẫn động điều khiển đóng mở ly hợp
2.4.1 Tính toán các thông số cơ bản của điều khiển ly hợp bằng thủy lực:
Để mở ly hợp trong hệ thống dẫn động thủy lực, người lái cần tác dụng lực vào bàn đạp ly hợp Qua hệ thống điều khiển, lực này sẽ được khuếch đại và truyền đến đĩa ép, tạo ra một lực ngược chiều với lực ép của lò xo, có giá trị bằng lực nén lò xo khi ly hợp được mở.
Tỷ số truyền idk cao trong hệ thống điều khiển giúp giảm lực điều khiển từ bàn đạp, tạo điều kiện làm việc thoải mái hơn cho người lái Tuy nhiên, tỷ số truyền này bị giới hạn bởi hành trình dịch chuyển của bàn đạp, do tầm với chân của người lái có hạn.
2.4.1.1 Xác định hành trình bàn đạp
Khi mở ly hợp, đĩa ép tách rời khỏi đĩa bị động với khe hở tối thiểu giữa các bề mặt ma sát δm Điều này đảm bảo rằng đĩa ma sát bị động ly hợp hoàn toàn tách khỏi đĩa ép và bánh đà của động cơ.
Trước khi tách đĩa ép khỏi đĩa ma sát bị động, bàn đạp ly hợp cần có một khoảng chạy không tải để điều chỉnh các khe hở trong hệ thống điều khiển Khoảng chạy không này được gọi là hành trình tự do của bàn đạp ly hợp.
Mối quan hệ giữa các khe hở và độ dịch chuyển của bàn đạp ly hợp Sbd [mm] khi mở ly hợp được xác định thông qua các tỷ số truyền của hệ thống điều khiển.
+ δm [mm]: Khe hở giữa mỗi đôi bề mặt ma sát khi mở ly hợp Ly hợp 1 đĩa thì δm = 0,75÷1 [mm] Chọn δm = 0,8 [mm]
+ δdh [mm]: Độ dịch chuyển thêm cần thiết của đĩa ép do độ đàn hồi của đĩa bị động, δdh = 0,25÷1 [mm] Chọn δdh = 0,5[mm]
+ δ0 [mm]: Khe hở tự do cần thiết giữa đòn mở và bạc mở Xe con δ0 = 2÷3[mm], ta chọn δ0 = 3 [mm]
+ δ01 [mm]: Khe hở tự do cần thiết giữa bàn đạp và hệ thống dẫn động, δ01 = 0,5÷1[mm], chọn δ01 = 0,5 [mm]
+ δ02 [mm] : Khe hở tự do có thể có trong hệ thống dẫn động thủy lực thì đây là khe hở bù dầu trong xy lanh, δ02 = 1,5÷2 [mm], chọn δ02 = 1,5 [mm]
𝑐 1 : Tỷ số truyền của bàn đạp, kí hiệu ibd
𝑏 1 : Tỷ số truyền của dẫn động trung gian, kí hiệu itg
𝑎 1 : Tỷ số truyền của càng đẩy bạc mở, kí hiệu icm
+ idk : Tỷ số truyền chung của của toàn bộ hệ thống điều khiển
Tỷ số truyền của hệ thống điều khiển idk chính bằng tích các tỷ số truyền thành phần tham gia trong hệ thống điều khiển: idk = 𝑎 2
Với idm là tỷ số truyền của đòn mở
+ Tỷ số truyền trung gian : itg = 0,9÷1,1 Ta chọn itg = 1
Vì chọn dẫn động bằng thủy lực nên ta có: itg = 𝑙 𝑥𝑙𝑐
𝑑 1 2 Trong đó: 𝑙 𝑥𝑙𝑐 , d1 [mm]: Tương ứng là hành trình, đường kính xy lanh chính
𝑙 𝑥𝑙𝑐𝑡 , d2 [mm]: Tương ứng là hành trình, đường kính xy lanh công tác
Ta chọn: d1 = 16 [mm] và d2 = 16 [mm]
+ Tỷ số truyền của càng mở : icm = 1,4 ÷ 2,2 Chọn icm = 2 icm = 𝑏 2
𝑏 1 Với các kích thước: 𝑏 2 = 150 [mm] và 𝑏 1 = 75 [mm]
+ Tỷ số truyền của đòn mở : idm = 3,8 ÷ 5,5 Chọn idm = 5 icm = 𝑎 2
𝑎 1 Với các kích thước: 𝑎 2 = 80 [mm] và 𝑎 1 = 16 [mm]
- Tỉ số truyền của dẫn động tính từ bàn đạp ly hợp tới đầu lò xo ép là:
Từ phương trình (2.22) ta có thể viết lại như sau:
Sbd = [(δm.zms + δdh) itg.icm.idm + δ0 itg.icm + (δ01 + δ02)].ibd (2.25)
Giá trị tỷ số truyền của bàn đạp ibd và các tỷ số truyền thành phần cần phải đủ lớn để đảm bảo lực điều khiển từ bàn đạp là nhỏ Đồng thời, hành trình tổng cộng của bàn đạp ly hợp Sbd phải nằm trong giới hạn tầm với của chân người lái xe, tức là Sbd phải thuộc khoảng [Sbd] Đối với ô tô con, khoảng [Sbd] sẽ được xác định cụ thể.
[Sbd] = 150÷180 [mm], ta chọn [Sbd] = 150 [mm]
Từ (2.24) ta suy ra: ibd = [𝑆 𝑏𝑑 ]
2.4.1.2 Xác định lực tác dụng lên bàn đạp
Lực cần thiết phải tạo ra ở bàn đạp khi mở ly hợp, kí hiệu Fbd[N], theo [1] thì Fbd được xác định như sau:
+ Fmmax [N]: Lực nén lớn nhất của các lò xo ép tác dụng lên đĩa ép khi mở ly hợp Đối với lò xo đĩa nón cụt 𝐹 𝑚𝑚𝑎𝑥 ≈ 𝐹 𝑙𝑥 = 5153,82 N
+ ηdk : Hiệu suất của hệ thống điều khiển Trong tính toán có thể chọn hiệu suất ηdk ≈ 0,85 ÷ 0,9 Chọn ηdk = 0,9
+ idk : Tỷ số truyền chung của hệ thống điều khiển idk = 𝑖 𝑏𝑑 𝑖 𝑡𝑔 𝑖 𝑐𝑚 𝑖 𝑑𝑚 = 5,17.1.2.5 = 51,7 Thay tất cả các thông số đã có vào (2.24) ta được:
Lực đạp cần thiết ở bàn đạp trong hệ thống điều khiển tính toán phải đạt giá trị giới hạn cho phép là [Fbd] = 150 [N] đối với xe con, điều này cho thấy hệ thống điều khiển ly hợp không cần trợ lực.
2.4.2 Thiết kế hệ dẫn động thủy lực
2.4.2.1 Tính toán thiết kế xi-lanh công tác
Hành trình làm việc của piston xy lanh công tác:
𝑏 1 𝑙 2 = 2.7,31 = 14,62 (𝑚𝑚) Trong đó: l2 – là hành trình làm việc của đầu nhỏ đĩa ép, l2 = 7,31 mm (theo phần tính toán lò xo đĩa)
Chọn đường kính xylanh công tác 𝑑 2 = 16 (mm)
Thể tích dầu vào trong xy lanh công tác:
4 = 2938,03(𝑚𝑚 3 ) Chọn chiều dầy thành xy lanh t = 4 mm Đường kính ngoài: D2 = d2 + 2.t = 16 + 2.4 = 24 mm
*) Kiểm bền cho xy lanh công tác
Bán kính trung bình của xy lanh công tác:
4 = 10 (𝑚𝑚) Ứng suất trên xy lanh tại điểm nằm trên đường tròn có bán kính r bất kỳ (a ≤ r ≤ b) được xác định như sau:
Trong đó: a, b lần lượt là bán kính trong, ngoài của xi lanh; p là áp suất chất lỏng trong ống Đối với xi lanh công tác:
- Áp suất trong xi lanh p 𝐹 𝑏𝑑 𝑐2
Hình 2-6 Biểu đồ ứng suất xi 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:
𝑏 𝑥𝑙2 2 −𝑎 𝑥𝑙2 2 Thay số vào ta có:
0,012 2 − 0,008 2 = 1,03.10 7 (𝑁/𝑚 2 ) Vật liệu chế tạo xy lanh là gang CY 24 - 42 có [] = 2,4.10 7 (N/m 2 )
Ta thấy td2 [ ], vậy xy lanh công tác đủ bền
2.4.2.2 Tính toán thiết kế xy lanh chính
Hành trình làm việc của piston xy lanh chính:
Chọn chiều dầy thành xy lanh là t = 4 mm Đường kính ngoài:
Kiểm tra bền xy lanh chính:
Tính kiểm nghiệm bền cho xy lanh chính cũng tương tự như xy lanh công tác Các thông số tính toán cho xy lanh chính là:
2 2 Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất:
𝑏 𝑥𝑙1 2 − 𝑎 𝑥𝑙1 2 Thay số vào ta có: 𝜎 𝑡𝑑1 = 2,85.10 6 2.0,012
Vật liệu chế tạo xy lanh là gang CY 24 - 42 có [𝜎] = 2,4.10 7 (N/m 2 )
Ta thấy 𝜎 td1 < [𝜎], vậy xy lanh công tác đủ bền
Bảng 2.1: Bảng tổng hợp kết quả tính toán
STT Nội dung tính toán Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Momen ma sát ly hợp Mms 211,5 N
2 Đường kính ngoài của tấm ma sát D 212 mm
3 Đường kính trong của tấm ma sát d 128 mm
4 Diện tích hình vành khăn tấm ma sát S 0,022 𝑚 2
5 Bán kính trung bình hình vành khăn tấm ma sát Rtb 0,087 m
6 Lực ép cần thiết của ly hợp 𝐹 𝛴 4862,1 N
7 Lực ép lò xo Flx 5153,83 N
8 Lực ép của lò xo tác dụng lên đĩa ép 𝐹 𝑁 5163,92 N
9 Lực cần tác dụng lên đĩa để ngắt ly hợp 𝐹 𝑛 1624,6 N
10 Công trượt của ly hợp 𝑊 𝜇 32976 J
11 Công trượt riêng của ly hợp 𝜔 𝜇 64,47 J/𝑐𝑚 2
12 Momen quán tính quy dẫn 𝐼 𝑎 0,47 N 𝑚 2
13 Momen cản chuyển động ô tô quy về trục ly hợp 𝑀 𝜓 6,03 Nm
14 Mức gia tăng nhiệt độ 𝛥𝑡 6,85 °𝐾
15 Độ dịch chuyển của bàn đạp ly hợp Sbd 150 mm
16 Tỷ số truyền của bàn đạp ibd 5,17
17 Tỷ số truyền của dẫn động trung gian itg 1
18 Tỷ số truyền của càng mở icm 2
19 Tỷ số truyền của đòn mở idm 5
20 Đường kính xy lanh chính d1 16 mm
21 Đường kính xy lanh công tác d2 16 mm
22 Lực tác dụng lên bàn đạp Fbd 110,76 N
23 Hành trình piston xylanh công tác V 2938,03 𝑚𝑚 3
24 Đường kính ngoài của xylanh công tác D2 24 mm
25 Bán kính trung bình của xylanh công tác 𝑅 𝑡𝑏2 10 mm
26 Đường kính ngoài của xylanh chính D1 24 mm
KHAI THÁC KỸ THUẬT LY HỢP
Những hư hỏng thường gặp với ly hợp
3.1.1 Bị trượt khi đóng ly hợp
+ Khi tăng ga tốc độ xe không tăng theo tương ứng, giảm công suất của động cơ khi lên dốc;
+ Ly hợp có mùi khét
+ Làm đĩa ép, đĩa ma sát và bánh đà mòn nhanh;
+ Phát sinh ra nhiệt độ cao làm cháy các bề mặt ma sát, các đĩa bị rạn nứt, cong vênh, các lò xo bị giảm tính đàn hồi;
+ Không truyền hết mômen của động cơ;
*) Các hư hỏng này có thể do một trong những nguyên nhân sau:
+ Điều chỉnh sai hành trình tự do bàn đạp ly hợp (không có hành trình tự do);
+ Đĩa ly hợp bị mòn bề mặt ma sát
+ Chỉnh đòn mở (ba đòn mở không đồng phẳng)
+ Hệ thống ống dẫn dầu (khí) bị rò rỉ gây giảm áp
Hình 3-4 Một số dạng hư hỏng bề mặt ma sát
*) Một số phương pháp xác định hiện tượng trượt ly hợp:
Gài số cao, khởi hành xe, tiến hành theo các bước:
+ Đạp bàn đạp ly hợp và khởi động động cơ
+ Gài số cao nhất (số 4 hoặc số 5)
+ Tăng đều tốc độ động cơ và nhả bàn đạp từ từ
Nếu bị chết máy thì ly hợp không bị trượt, nếu không bị chết máy chứng tỏ ly hợp đã bị trượt lớn
Để giữ xe trên dốc an toàn, cần chọn đoạn đường phẳng và tốt với độ dốc từ 8 đến 10 độ Khi đỗ xe, hãy sử dụng phanh để giữ xe, hướng đầu xe xuống dốc, tắt động cơ và để tay số ở số thấp nhất (số 1) Từ từ nhả bàn đạp phanh; nếu bánh xe không lăn xuống dốc, điều này cho thấy ly hợp hoạt động tốt Ngược lại, nếu bánh xe lăn, điều đó chứng tỏ ly hợp bị trượt.
Để kiểm tra tình trạng ly hợp của ô tô, hãy chọn một đoạn đường bằng phẳng và đảm bảo xe đứng yên mà không nổ máy Gài số tiến ở số 1 và tiến hành đẩy xe Nếu xe không chuyển động, điều này cho thấy ly hợp hoạt động tốt; ngược lại, nếu xe chuyển động, ly hợp có thể bị trượt Phương pháp này chỉ áp dụng cho ô tô con và cần sự hỗ trợ của 3 đến 4 người.
Xác định ly hợp bị trượt qua mùi khét đặc trưng khi ô tô hoạt động ở chế độ tải nặng Mùi khét chỉ xuất hiện khi ly hợp trượt nhiều, cho thấy cần thay đĩa bị động hoặc điều chỉnh các thông số đã bị thay đổi.
*Lưu ý: Không kiểm tra trong thời gian dài vì làm như vậy có thể làm quá nóng ly hợp
3.1.2 Bị rung giật, làm việc không êm khi đóng ly hợp
- Hiện tượng: Xe bị rung giật khi khởi hành
- Tác hại: Làm tăng tốc độ mòn của các chi tiết, gây cảm giác mệt mỏi lái xe
*) Những nguyên nhân gây ra hư hỏng này có thể là
+ Đĩa ly hợp mòn hoặc chai cứng bề mặt
+ Lò xo giảm chấn bị yếu hoặc gãy vỡ.
+ Đĩa ly hợp bị kẹt trên trục lyhợp
+ Đinh tán bị lỏng hoặc gãy
+ Lò xo ép bị yếu hoặc gãy
Hình 3-5 Lò xo ép bị gãy
*) Phương pháp xác định trạng thái ly hợp bị rung:
+ Tháo khối chặn dưới các bánh xe và chuyển cần gạt số tới số 1
+ Đóng ly hợp và cho xe khởi hành từ từ
+ Nếu xe chuyển động mà không bị rung, thì không có trục trặc khi đóng ly hợp
Khi xe khởi động, dao động nhỏ có thể xảy ra, nhưng hiện tượng này sẽ trở nên nghiêm trọng hơn khi xe khởi động trên dốc hoặc khi chạy ở chế độ có tải.
3.1.3 Ly hợp không ngắt được hoàn toàn
+ Có tiếng va đập ở hộp số
Những nguyên nhân hư hỏng có thể là
+ Bàn đạp ly hợp ở vị trí quá thấp
+ Đĩa ly hợp hoặc đĩa ép bị cong vênh
+ Hệ thống ống dẫn dầu (khí) bị rò rỉ
+ Các bề mặt ma sát của đĩa ly hợp bị lỏng hoặc gãy đinh tán
+ Then hoa của moay-ơ đĩa ly hợp bị hư hỏng gây nên kẹt trên trục ly hợp.
*) Các phương pháp xác định trạng thái ly hợp ngắt không hoàn toàn:
Để kiểm tra ly hợp ô tô, đầu tiên gài số thấp và mở ly hợp Đặt ô tô trên mặt đường phẳng, khởi động máy và đạp bàn đạp ly hợp hết hành trình Sau đó, gài số thấp nhất và tăng ga Nếu ô tô chuyển động, điều này cho thấy ly hợp không ngắt hoàn toàn; ngược lại, nếu ô tô vẫn đứng yên, ly hợp đã ngắt hoàn toàn.
- Nghe tiếng va chạm đầu răng trong hộp số khi chuyển số:
+ Đạp bàn đạp ly hợp và khởi động động cơ
+ Thả bàn đạp ly hợp khi cần sổ ở vị trí trung gian
Chuyển cần số một cách chậm rãi và nhẹ nhàng đến vị trí số lùi mà không cần đạp bàn đạp ly hợp, sau đó chờ cho đến khi nghe tiếng va chạm của bánh răng.
+ Khi có tiếng va chạm bánh răng thì đạp bàn đạp ly hợp từ từ
Nếu tiếng va chạm của bánh răng không còn khi bạn đạp thêm bàn đạp ly hợp và chuyển số một cách êm ái, điều này chứng tỏ rằng hệ thống cắt ly hợp của bạn đang hoạt động tốt và không gặp trục trặc.
Hình 3-6 Then hoa đĩa ma sát bị mòn, sứt
49 Đừng bao giờ chuyển số mạnh vì làm như vậy sẽ gây hư hỏng bánh răng
Trong quá trình kiểm tra, cần chuyển số từ số trung gian sang số lùi trong hầu hết các hộp số, đặc biệt là khi bánh răng đảo chiều không có cơ cấu đồng tốc Việc ăn khớp bánh răng có thể gặp khó khăn, đặc biệt khi có vấn đề về cắt ly hợp, điều này giúp xác định vấn đề dễ dàng hơn so với việc chuyển cần số về số tiến.
3.1.4 Ly hợp phát ra tiếng kêu
Có thể do một trong những nguyên nhân sau:
+ Bị mạt kim loại, hoặc đất cát lọt vào ly hợp
Tiếng kêu phát ra khi đóng ly hợp có thể do trục ly hợp và moay-ơ đĩa ly hợp bị mòn quá mức, hoặc lò xo và cao su giảm chấn bị hỏng.
+ Vòng bi đỡ đầu trục ly hợp trên đuôi trục khuỷu bị vỡ, rơ rão hoặc khô dầu mỡ bôi trơn
+ Tiếng kêu phát ra khi ngắt ly hợp: Bi T mòn, hỏng hoặc khô dầu mỡ bôi trơn
Phương pháp tìm ra tiếng kêu không bình thường:
+ Chèn khổi chặn vào dưới các bánh xe
+ Đạp bàn đạp ly hợp và khởi động động cơ
+ Thả bàn đạp ly hợp trong khi để cần số ở vị trí trung gian
+ Đạp hết bàn đạp ly hợp một lần nữa
+ Đạp và thả bàn đạp nhiều lần cả nhanh và chậm kiểm tra tiếng kếu không bình thường phát ra từ ly hợp
Lưu ý rằng tiếng kêu từ ly hợp có thể giảm xuống mức khó phát hiện sau khi động cơ khởi động, do lúc này động cơ phát ra nhiều âm thanh khác Việc này yêu cầu người kiểm tra phải có tai nghe nhạy và sự chú ý cao.
3.1.5 Bàn đạp ly hợp rung
- Hiện tượng: Xe thỉnh thoảng gặp một số rung động ngắt quãng, xe khởi hành không êm
- Nguyên nhân hư hỏng có thể là:
+ Bánh đà bị đảo, lệch tâm
+ Động cơ và hộp số bị lệch tâm
3.1.6 Đĩa ly hợp chóng mòn
- Nguyên nhân hư hỏng có thể là:
+ Đĩa ép bị cong vênh hoặc mòn không đều
+ Đĩa ly hợp bị cong vênh
+ Bề mặt bánh đà bị cháy, mòn không đều hoặc bị đảo + Lò xo ép bị yếu
+ Không có hành trình tự do của bàn đạp ly hợp
Hình 3-7 Hư hỏng đĩa ép
3.1.7 Bàn đạp ly hợp nặng
Nguyên nhân hư hỏng có thể là:
+ Cơ cấu điểu khiển ly hợp thiếu dầu, mỡ bôi trơn
+ Cần đẩy của xy lanh chính hoặc xy lanh công tác bị cong vênh; + Cúp pen xy lanh bị bó kẹt;
+ Khớp xoay bàn đạp ly hợp bị mòn hoặc bị bó kẹt;
+ Các cần nối trong cơ cấu dẫn động bị cong;
Hình 3-8 Hư hỏng ống trượt
3.1.8 Hẫng bàn đạp ly hợp
Nguyên nhân hư hỏng có thể do:
+ Hệ thống ống dẫn khí (dầu) bị rò rỉ;
+ Cúp pen xy lanh chính hỏng;
+ Cúp pen xy lanh công tác bị hỏng;
+ Lò xo hồi vị bàn đạp bị yếu hoặc bị gãy;
+ Xy lanh chính, xy lanh công tác bị mòn không đều hoặc bị xước gây nên hiện tượng lọt khí.
Kiểm tra, điều chỉnh và bảo dưỡng
3.2.1 Kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa đĩa ma sát
- Kiểm tra tình trạng mòn, xước của mặt đĩa ma sát
Nếu bậc mòn và bề mặt ma sát bị hư hỏng, cần phải thay thế Để đánh giá độ mòn của đĩa ma sát, hãy đo độ chìm đầu đinh tán theo hình vẽ.
Đĩa ma sát dính dầu cần được thay thế theo nguyên tắc Quan trọng là phải kiểm tra rò rỉ dầu từ phớt đuôi trục khuỷu và phớt dầu trục vào hộp số.
- Các đĩa ma sát có bề mặt bị biến cứng nhiều hay có đinh tán bị hỏng phải thay
- Kiểm tra phần then hoa của đĩa ma sát, nếu bị mòn nhiều thì phải thay
- Kiểm tra lò xo giảm chấn và đĩa ốp hai bên, nếu hỏng phải thay thế
- Kiểm tra độ đảo của đĩa ma sát như hình vẽ, nếu kết quả đo vượt quá giá trị cho phép thì phải thay thế
3.2.2 Kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa đĩa ép, lò xo ép và vỏ ly hợp
- Kiểm tra biến dạng, độ mòn, hư hỏng của bề mặt ma sát trên đĩa ép Nếu có thể thì sửa không phải thay thế
- Với đĩa ép sử dụng lò xo trụ, sau khi mài lực ép lò xo bị giảm đi theo phần kích thước đĩa ép bị mài cần thay thế
Hình 3-1 Đo độ mòn đĩa ma sát
Hình 3-2 Đo độ đảo đĩa ma sát
Đĩa ép có thể gặp phải nhiều hư hỏng như nứt, vỡ, cong vênh, xước hoặc mòn thành gờ trên bề mặt ma sát Khi đĩa ép bị nứt, vỡ hoặc cong vênh nghiêm trọng, cần phải thay mới Đối với đĩa ép có hiện tượng xước hoặc mòn thành gờ nhẹ, có thể sửa chữa bằng cách mài phẳng hoặc đánh bóng bằng vải nhám.
3.2.2.2 Kiểm tra lò xo ép
Lò xo ép có thể bị đốt nóng do nhiệt từ bề mặt ma sát của đĩa ép trong quá trình hoạt động của ly hợp, dẫn đến hiện tượng cháy lớp sơn và giảm tính đàn hồi Nếu lò xo có màu xanh sẫm, điều này cho thấy nó đã bị đốt nóng nhiều và tính đàn hồi đã giảm, do đó cần phải thay lò xo mới để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Để kiểm tra lò xo, trước tiên cần đo chiều dài ở trạng thái tự do và kiểm tra lực ép bằng thiết bị chuyên dụng Đặc biệt, cần chú ý đến đầu các cánh lò xo tiếp xúc với bi T; nếu thấy mòn bậc nhiều hoặc đầu không đồng phẳng, lò xo cần được thay thế Các bước kiểm tra bao gồm: a) Kiểm tra độ vuông góc, b) Kiểm tra lực, c) Kiểm tra chiều dài.
Hình 3-3 Kiểm tra lò xo 3.1.2.3 Kiểm tra vỏ ly hợp
Vỏ ly hợp là bộ phận quan trọng, bao gồm đòn mở, lò xo và đĩa ép, do đó cần đảm bảo không bị biến dạng hoặc mòn hỏng ở các lỗ ren và giá đỡ của đòn mở.
Cần kiểm tra kỹ bằng mắt thường, nếu có các hư hỏng nói trên cần thay mới
3.2.3 Kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa ổ bi tỳ, trục và bánh đà
3.2.3.1 Kiểm tra ổ bi tỳ và càng gạt ly hợp
- Thay các ổ bi tỳ bị rơ hoặc không quay trơn
- Kiểm tra rò rỉ mỡ với loại ổ bi bao kín, nếu có => thay thế
- Kiểm tra mòn của chốt càng gạt, mòn nhiều => thay thế
- Kiểm tra lò xo hồi vị, nếu biến dạng nhiều và hư hỏng => thay thế
3.2.3.2 Kiểm tra trục ly hợp
Kiểm tra phần then hoa trên trục để xác định xem đĩa ma sát có di trượt dễ dàng hay không Nếu phát hiện mòn bậc quá lớn hoặc có dấu hiệu hư hỏng, cần phải tiến hành thay thế.
- Kiểm tra độ quay trơn của vòng bi đầu trục ly hợp
Mặt bánh đà là bề mặt ma sát của ly hợp, do đó cần phải đảm bảo độ phẳng tương tự như mặt đĩa ép, không có hiện tượng mòn thành bậc và không bị chai cứng.
- Việc kiểm tra được thực hiện bằng cách dùng thước phẳng hoặc kiểm tra độ đảo nhờ đồng hồ xo
- Nếu bề mặt không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, có thể sửa chữa bằng cách mài bóng lại như đối với đĩa ép
3.2.4 Kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa bàn đạp ly hợp
Khi độ cao của bàn đạp ly hợp không đạt tiêu chuẩn, có thể dẫn đến hỏng hóc cụm bàn đạp ly hợp Do đó, cần kiểm tra cụm bàn đạp ly hợp và thực hiện thay thế nếu cần thiết để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
- Kiểm tra độ rơ bàn đạp ly hợp (Giá trị tiêu chuẩn: 4-9 mm)
- Độ cao bàn đạp ly hợp (65-77 mm)
- Khe ở giữa bàn đạp ly hợp và đế giới hạn khi ly hợp (14 mm hoặc hơn)
Cần đảm bảo các giá trị nằm trong giá trị tiêu chuẩn
Nếu hành trình và chiều cao bàn đạp ly hợp không đạt tiêu chuẩn, hoặc khe hở giữa bàn đạp và đế không đúng, có thể gây ra sự cố trong hệ thống thủy lực Điều này có thể do gió xâm nhập vào hệ thống hoặc do hỏng hóc ở cả xy-lanh chính và xy-lanh tách ly hợp.
→ Trong trường hợp này, thực hiện việc xả gió hoặc kiểm tra xy-lanh chính hoặc xy- lanh tách ly hợp, và thay thế nếu cần
*) Xả gió cho ly hợp:
Lưu ý: Chỉ dùng đúng dầu phanh tiêu chuẩn Không pha trộn các loại dầu phanh với nhau
- Bước 1: Lắp Dụng cụ chuyên dùng xả gió dầu phanh (MB991922)
- Bước 2: Kết nối ống của bình chứa với vít xả
- Bước 3: Mở đầu xả gió
Để thực hiện bước 4, hãy đạp chậm bàn đạp ly hợp và mở vít xả để giải phóng không khí và dầu phanh Sau khi dầu và không khí đã thoát ra, đóng vít xả lại và buông bàn đạp ly hợp Lặp lại quy trình này cho đến khi chỉ còn dầu phanh chảy ra mà không có không khí.
- Bước 5: Kiểm tra mức dầu phanh trong bình chứa có nằm giữa vùng MAX và MIN sau khi xả gió cho ly hợp
3.2.5 Kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa xylanh chính, xylanh công tác
- Rò rỉ dầu trong hệ thống: Cần kiểm tra chỗ rò rỉ để sửa chữa hoặc thay thế
- Các phớt bị mòn, biến dạng hoặc hư hỏng; lò xo hồi vị bị hỏng: cần thay thế
- Bình chứa dầu bị biến dạng, hỏng: Cần nắn lại hoặc thay thế