tính toán thiết kế lò xo ly hợp đĩa côn

CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE CHO TRƯỚC.Nếu khớp nối ly hợp không ngắt được truyền động từ trục khuỷu động cơđến hệ thống truyền lực khi gài số thì việc gài số sẽ rất khó khăn và có thể g

Với nền công nghiệp phát triển ngày càng hiện đại, các nhu cầu trong laođộng và cuộc sống của con người càng được nâng cao Vấn đề vận chuyển hànghóa, đi lại của con người là một trong những nhu cầu rất cần thiết Ô tô là một loạiphương tiện rất phát triển và phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay để đápứng cho nhu cầu đó Trong các loại ôtô, xe tải là phương tiện chủ yếu dùng đểchuyên chở hàng hóa.

Là một sinh viên ngành động lực, việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính toán vàthiết kế các bộ phận, cụm máy, chi tiết trong xe tải là rất thiết thực và bổ ích Trongkhuôn khổ giới hạn của một đồ án môn học, em được giao nhiệm vụ thiết kế và tínhtoán ly hợp xe tải Công việc này đã giúp cho em bước đầu làm quen với công việcthiết kế mà em đã được học ở trường để ứng dụng cho thực tế, đồng thời nó còngiúp cho em cũng cố lại kiến thức sau khi đã học các môn lý thuyết trước đó

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS Lê Văn Tụy và sự nổ lực của

bản thân, sau một khoảng thời gian cho phép em đã hoàn thành được đồ án củamình Vì bước đầu tính toán thiết kế còn rất bỡ ngỡ cho nên không tránh khỏinhững sai sót, nhầm lẫn Do vậy, em rất mong các thầy thông cảm và chỉ bảo thêm

để em được hoàn thiện hơn trong quá trình học tập của mình

Đà Nẵng, ngày 23.05.2011.

Sinh viên

Lê Hoàng Thảo

2.3 Xác inh các thông s v kích th c c b n c a ly h p: 13đ ố à ướ ơ ả ủ ợ

2.3.1 Bán kính hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động : 13

2.3.2 Diện tích và bán kính trung bình của hình vành khăn tấm ma sát : 14 2.3.3 Lực ép cần thiết F: 15

2.3.4 Xác nh công trđị ượt sinh ra trong quá trình óng ly h p: 15đ ợ

2.3.4.1 Momen quán tính quy dẫn Ja (kg.m2) 15

2.3.4.2 Mô men cản chuyển động qui dẫn Ma [N.m]: 17

2.3.4.3 Tính thời gian trượt ly hợp trong các giai đoạn (t1 và t2): 17

2.3.6 Tính công trượt riêng cho ly hợp 20

2.4 Ki m tra theo nhi t các chi ti t: 20ể ệ độ ế

2.4.1 Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp : 20

2.4.2 Bề dày tối thiểu đĩa ép (theo chế độ nhiệt): 21

2.5 Tính toán s c b n m t s chi ti t ch y u c a ly h p: 22ứ ề ộ ố ế ủ ế ủ ợ

2.5.1 Lực ép cần thiết của lò xo đĩa côn: 22

2.5.2 Kích thước cơ bản của lò xo đĩa côn xẻ rãnh: 22

4.8.4 Kích thước đòn mở của lò xo ép đĩa côn xẻ rảnh: 27

3.Tính toán thi t k h d n ng cho ly h p 28ế ế ệ ẫ độ ợ

3.1.Xác nh các thông s c b n c a i u khi n th y l c không có tr l c: 29đị ố ơ ả ủ đ ề ể ủ ự ợ ự 3.2.Xác nh h nh trình c a b n p Sbd [mm]: 29đị à ủ à đạ

CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE CHO TRƯỚC.

Nếu khớp nối ly hợp không ngắt được truyền động từ trục khuỷu động cơđến hệ thống truyền lực khi gài số thì việc gài số sẽ rất khó khăn và có thể gây ra sựdập răng; thậm chí có thể gây vỡ răng hộp số Hơn thế nữa, nếu ly hợp không tựđộng ngắt khi phanh đột ngột thì có thể gây quá tải cho cả hệ thống truyền lực

1.2 Các yêu cầu đối với ly hợp

Từ hai nhiệm vụ trên có 5 yêu cầu lớn đối với ly hợp là:

- Ly hợp phải truyền được mô men quay lớn nhất của động cơ trong bất kỳ điềukiện làm việc nào Hay nói cách khác, mô men ma sát của ly hợp phải luôn luôn lớnhơn mô men cực đại của động cơ Tuy nhiên, mô men ma sát của ly hợp khôngđược lớn quá nhằm bảo đảm được nhiệm vụ làm cơ cấu an toàn cho hệ thống truyềnlực

gây ra va đập ở các bánh răng Ngoài ra khi ly hợp đóng êm dịu thì ôtô khởi hànhhoặc tăng tốc từ từ không giật,làm cho người lái và hành khách đỡ mệt.

- Việc mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng Nghĩa là khi mở ly hợp, phần bịđộng phải tách hoàn toàn khỏi phần chủ động trong thời gian ngắn nhất; ngược lại

sẽ gây khó khăn cho việc gài số

- Mômen quán tính của các chi tiết phần bị động của ly hợp phải nhỏ để giảm cáclực va đập lên bánh răng khi sang số ,dễ gài số và giảm mài mòn các bề mặt ma sátcủa đồng tốc

- Phải làm được nhiệm vụ của bộ phận an toàn để tránh tác dụng lên hệ thốngtruyền lực những mômen quá lớn khi gặp quá tải.Vì vậy mômen ma sát phải khôngđược lớn quá

Ngoài ra còn các yêu cầu khác như:

+ Kết cấu phải gọn nhẹ, điều khiển dễ dàng và nhẹ nhàng

+Điều khiển dễ dàng,lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ

+Hệ số ma sát cao và ổn định

+Thoát nhiệt tốt

+Làm việc bền vững tin cậy

+Hiệu suất cao

+Giá thành rẻ, kết cấu ,sửa chữa, bảo dưỡng đơn giản

+Kích thước nhỏ gọn

1.3 Phân loại ly hợp.

Với yêu cầu nêu trên, hiện nay trên ôtô máy kéo sử dụng nhiều loại ly hợp Và tuỳtheo tính chất truyền mô men, đặc điểm kết cấu v.v có thể có các cách phân loạisau

Dựa theo tính chất truyền mô men, người ta phân ra các loại ly hợp sau :

Ly hợp ma sát cơ khí : Đó là loại ly hợp mà mô men ma sát hình thành ở lyhợp nhờ sự ma sát của các bề mặt ma sát cơ khí Loại này được sử dụng phổ biến

Tuỳ theo hình dạng và đặc điểm kết cấu, có thể chia chúng ra làm các kiểusau:

- Theo hình dạng của bộ phận ma sát, có thể chia ra:

Ly hợp ma sát đĩa (phẳng), ly hợp ma sát đĩa côn (đĩa bị động có dạng hìnhcôn), ly hợp ma sát hình trống (kiểu tang trống và guốc ma sát ép vào tang trống)

Kiểu hình côn và hình trống ngày nay không dùng nữa vì mô men quán tínhcủa phần bị động khá lớn, ảnh hưởng không tốt đến việc gài số ngày nay người tavẫn quen gọi ly hợp là côn vì cách gọi này ngắn gọn và thông dụng do ly hợp dạngcôn từng được sử dụng rộng rãi trong quá khứ Kiểu ma sát đĩa dùng phổ biến vàtuỳ theo cấu tạo có thể có kiểu một đĩa

Kiểu hai đĩa hoặc có thể nhiều đĩa Ly hợp ma sát một đĩa được dùng ở hầuhết trên tất cả các loại ôtô và máy kéo nhờ kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, việc mở lyhợp dễ dứt khoát và mô men quán tính của phần bị động nhỏ

Hình 1.1: Ly hợp một đĩa ma sát

1: bánh đà2: đĩa ma sát3: đĩa ép4: lò xo đia côn5: vòng thép6: đinh tán7: vỏ ly hợp8: ổ bi tỳ

1 2 3 4 5

6 7 8

men quay lớn) Nhược điểm của kiểu này là kết cấu phức tạp, việc mở ly hợp khódứt khoát (khó cách ly các đĩa bị động khỏi phần chủ động); tuy nhiên việc đóng lyhợp là êm dịu hơn loại một đĩa (nhờ sự tiếp xúc của các bề mặt ma sát được tiếnhành từ từ hơn)

- Theo đặc điểm kết cấu của lò xo ép, có thể chia ly hợp ma sát cơ khí ra :

+ Ly hợp ma sát cơ khí kiểu nhiều lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh: Kiểunày có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, có độ tin cậy cao (nếu một lò xo bị gẫy ly hợpvần làm việc được) Nhược điểm là áp lực sinh ra ở các bề mặt ma sát dễ khôngđều Loại này được sử dụng phổ biến trên xe tải máy kéo và một số xe con

+ Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép trung tâm chỉ gồm duy nhất một lò xohình côn (hoặc có thể một hoặc hai lò xo trụ) bố trí ở giữa Nhờ vậy áp suất sinh ra

ở các bề mặt ma sát là đồng đều Tuy nhiên độ tin cậy thấp (nếu lò xo gẫy thì ly hợpmất tác dụng), kết cấu đòn mở phức tạp và điều chỉnh rất khó khăn nên ít sử dụng

+ Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép đĩa côn chỉ có một lò xo kiểu đĩa côn

bố trí ở giữa nên áp lực phân bố đều lên bề mặt ma sát Ly hợp với lò xo kiểu này

có nhiều ưu điểm nổi bật: Lò xo làm luôn nhiệm vụ đòn mở nên kết cấu rất gọn nhẹ.Đặc tính của là xo là phi tuyến nên lực để mở ly hợp hầu như không tăng thêm nhưloại lò xo hình trụ; vì vậy điều khiển nhẹ nhàng hơn Nhược điểm cơ bản là khôngthể điều chỉnh khe hở giữa đòn mở và bạc mở khi tấm ma sát bị mòn nên ly hợpkiểu này chỉ sử dụng trên xe tải nhỏ và khách cở nhỏ có đặc tính động lực tốt, sửdụng trong điều kiện đường tốt (ít phải sang số)

-Theo đặc điểm làm việc, có thể chia ra : Loại ly hợp thường đóng và ly hợpkhông thường đóng

+ Ly hợp thường đóng là loại ly hợp kiểu lò xo ép thường xuyên đóng trongquá trình làm việc như các loại đã nêu ra ở trên Ly hợp chỉ được mở thông qua hệthống dẫn động dưới tác dụng của lực đạp ở bàn đạp ly hợp

+ Ly hợp không thường đóng là loại ly hợp không có lò xo ép Đĩa bi động

và chủ động được ép vào nhau để đóng ly hợp thông qua một hệ thống đòn đặc biệt.Việc đóng hoặc mở ly hợp đều phải thông qua hệ thông đòn này dưới tác động lựcđiều khiển của người lái

Đối với máy kéo xích trong nông nghiệp hoặc các máy kéo xích chuyêndùng trong ngành xây dựng, chúng thường có hệ thống điều khiển riêng biệt nhờcác ly hợp chuyển hướng và phanh Mặc khác, trong quá trình làm việc, chúngkhông những làm việc nhiều với các số tiến mà cả với số lùi tậm chí cả số “Mo” nhưkhi điều khiển các liên hợp máy đào hố xúc đất hay những công việc trồng câychăm bón cây trong nông nghiệp Loại ly hợp không thường đóng có mô men quántính của phần bị động ly hợp khá lớn nên thường phải có phanh con riêng để hãmtrục ly hợp trước khi gài số nhằm tránh sự va đập răng của các bánh răng gài số

Ly hợp ma sát thuỷ lực : Đó là loại ly hợp mà mô men ma sát hình thành ở

ly hợp nhờ ma sát chất lỏng Ưu điểm nổi bật của ly hợp thủy lực là rất êm dịu (nhờtính chất dễ trượt của chất lỏng) nhờ vậy giảm được tải trọng động cho động cơ và

hệ thống truyền lực

Tuy vậy ly hợp thủy lực lại mở không dứt khoát vì luôn có mô men dư (dù sốvòng quay của động cơ rất thấp) gây khó khăn cho việc gài số Vì vậy ly hợp thủylực thường được dùng kết hợp với một ly hợp ma sát cơ khí để ngắt hoàn toàn lyhợp khi gài số

Ngoài ra ly hợp thuỷ lực luôn luôn có sự trượt (ít nhất 2÷3%) do vậy gâythêm tổn hao công suất động cơ và do đó tăng tiêu hao nhiên liệu của xe Mặc khác

ly hợp thủy lực đòi hỏi cao về độ chính xác và kín khít cũng như dầu đặc biệt (có độnhờn và nhiệt độ đông đặc thấp, không sủi bọt v.v ) nên giá thành ly hợp nói riêng

và ôtô nói chung rất cao Vì vậy ly hợp loại này chỉ sử dụng hạn chế trên các loại xeđặc biệt có công suất riêng lớn

Ly hợp điện từ : Đó là loại ly hợp mà mô men hình thành ở ly hợp nhờ mo

men điện từ Ly hợp điện từ truyền động êm dịu Tuy vậy kết cấu kồng kềnh nên ítdùng trên ôtô mà thường được sử dụng trên tàu hoả

2 Tính toán thiết kế cụm ly hợp.

2.1 Mô men ma sát của ly hợp:

Ly hợp phải có khả năng truyền hết mô-men xoắn lớn nhất của động cơ

Memax như sau:

Mms = Memax.β (2-1)

Trong đó :

Mms : Mô-men ma sát yêu cầu của ly hợp, [N.m]

Memax : Mô-men xoắn lớn nhất của động cơ, [N.m] Theo đề Memax = 184[Nm]

β : Hệ số dự trữ của ly hợp

Hệ số dự trữ  tính đến các yếu tố làm giảm lực ép hoặc làm giảm momen ma sáttrong quá trỡnh sử dụng như:

- mòn vùng ma sát làm giảm lực ép 15% ÷20%

-Giảm độ đàn hồi của lò xo ép làm giảm 8% ÷ 20%

-Bẩn, rơi dầu mở vào bề mặt ma sát

Như vậy tổng lực ép do các yếu tố trên sẽ bị giảm khoảng 23% ÷30%Hệ số  phảichọn không được nhỏ quá tuy vậy cũng không được lớn quá Nếu  lớn thì phải tănglực ép do đó cần tăng lực điều khiển ly hợp nên gây mệt mỏi cho người lái Cùngvới đó thì kích thước của ly hợp tăng và mất vai trò của cơ cấu an toàn

2.2 Lựa chọn phương án thiết kế

Các phân tích tính ưu việt của loại ly hợp này đã được tình bày ở mục trên

2.2.2 chọn sơ đồ dẫn động ly hợp.

Trên ô tô máy kéo hiện nay thường dùng hai loại dẫn động là : Dẫn động cơ khí

và dẫn động thủy lực Ngoài ra để đảm bảo sự điều khiển nhẹ nhàng, giảm cường

độ lao động cho người lái và tăng tính tiện nghi người ta còn dùng trợ lực khí nénhoặc trợ lực chân không

a.Phương án dẫn động cơ khí:

+ Đặc điểm của dẫn động cơ khí :

- Ưu điểm :Đơn giản , rẻ tiền, làm việc tin cậy

- Nhược điểm : hiệu suất thấp nhất là khi dẫn động dài do động cơ đặt xangười lái ( do có nhiều khâu khớp).Độ cứng của dẫn động thấp hơn sovới dẫn động thủy lực do nhiều khe hở trong các khâu khớp Khó lắp đặtnhất là khi ca bin kiểu lật

2

4

3

6 5

1

7 8

9 10

11 12

13

Hình 1.2: Sơ đồ ly hợp dẫn động kiểu cơ khí

1.Bàn đạp; 2.Thanh kéo; 3.Đòn trung gian; 4.Thanh đẩy; 5.Càng mở (bên ngoài); 6.Càng mở(bên trong); 7.Lò xo hồi vị; 8.Ổ bi tỳ; 9 Giá tùy động; 10 Nạng mở; 11.Đĩa ép; 12.Bánh đà; 13.Tấm masát.

b Phương án dẫn động thủy lực:

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

+Đặc điểm của dẫn động thủy lực:

-Ưu điểm: Hiệu suất cao ,độ cứng vững cao Dễ lắp đặt (nhờ có thể sử dụngđường ống và các khớp nối mềm ) Có khả năng hạn chế tốc độ dịch chuyển củađĩa ép khi đóng ly hợp đột ngột, giảm tải trọng động

-Nhược điểm: Kết cấu phức tạp ,đòi hỏi độ kín khít cao,lực dẫn động lớnhiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp ,sự dao động của chất lỏng làm việc có thể làm

1

2

43

cho các đường ống bị rung động , giá thành cao Làm việc kém tin cậy khi có rò

rỉ ,bảo dưỡng sửa chữa phức tạp

c Phương án dẫn động thủy lục có trợ lực khí nén :

để đảm bảo sự điều khiển nhẹ nhàng, giảm cường độ lao động cho người lái

và tăng tính tiện nghi, người ta còn dùng trợ lực khí nén, trợ lực chân không hoặctrợ lực thủy lực

1

2

4 3

6 5

12 11

10: Nạng mở 11: Ống trượt 12: Đĩa ép

qua các phân tích trên, đồng thời tham khảo dẫn động ly hợp của xe thamkhảo tương đương ta chọn dẫn động ly hợp là dẫn động thủy lực

2.3 Xác đinh các thông số và kích thước cơ bản của ly hợp:

2.3.1 Bán kính hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động :

Ta có bán kính ngoài của tấm ma sát ly hợp được xác định :

3

max

1 2

3

R ms

e K p z

M

−πµ

β

(2-2)

Trong đó :

µ : Hệ số ma sát trượt giữa các đôi bề mặt ma sát Xe làm việc trong

điều kiện không nặng nhọc lại có đặt tính động lực tốt nên chọn hệ số

ma sát theo giới hạn nhỏ µ = 0,25

zms : Số đôi bề mặt ma sát; ưu tiên chọn một đĩa bị động nên zms = 2

p : Áp suất pháp tuyến của các bề mặt ma sát Để bảo đảm tuổi thọ chocác tấm ma sát, giá trị cho phép [p] = 1,4.105 ÷ 2,5.105 [N/m2] Vì ly hợp có điềukiện làm việc nhẹ nên có thể chọn áp suất theo giới hạn trên p = 2,3.105 [N/m2]

KR : Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát, KR =

.3,2.1416,3.25,0.2.2

8,312.3

−

= 0,116 [m]

= 116 [mm]

So sánh bảng tra ta thấy bán kính R2 là chấp nhận được

Suy ra bán kính trong của tấm ma sát R1 :

1

2 2

3 1

3 2

3

2

R R

R R

−

−

(2-5)

ms z R

M F

8,312

2.3.4 Xác định công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp:

Quá trình đóng êm dịu ly hợp bao giờ cũng kèm theo sự trượt ly hợp giữacác đôi bề mặt ma sát Sự trượt của ly hợp làm cho các bề mặt ma sát mòn, đồngthời sinh nhiệt nung nóng các chi tiết tiếp xúc với các bề mặt trựơt Nếu cường độtrượt quá mạnh sẽ làm mòn nhanh các bề mặt ma sát và nhiệt sinh ra sẽ rất lớn, cóthể làm cháy cục bộ các tấm ma sát, làm nung nóng lò xo ép từ đó có thể làm giảmkhả năng ép của chúng

Vì vậy, việc xác định công trượt, công trượt riêng để hạn chế sự mòn, khốngchế nhiệt độ cực đại nhằm bảo đảm tuổi thọ cho ly hợp là hết sức cần thiết

2.3.4.1 Momen quán tính quy dẫn J a (kg.m2)

Bán kính thiết kế bánh xe Rbx = 0,33 (m)

Tính tỷ số truyền của truyền lực chính i0:

max

max 0

V i

R i

hn

bx e

ω

=

Là vận tốc tịnh tiến lớn nhất của xe.

Thế số vào công thức trên ta tính được:

i0 = 471,24.0,33/(1.36,11) = 4,307

Tính tỷ số truyền tay số 1:

Theo điều kiện kéo:

018,489,0.307,4.184

33,0.35,0.24525

0 max

R G

i

e

bx h

vậy ih1 = 4,018

Mô men quán tính khối lượng qui dẫn Ja được xác định từ điều kiện cân bằngđộng năng khi ôtô đang chuyển động theo (1-5a) như sau :

t 2 o p h

2 bx m

a a

)iii(

rg

GG

Trong đó :

Gm : Trọng lượng toàn bộ của rơ mooc hoặc đoàn xe kéo theo, Gm = 0[N].

g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 [m/s2]

rbx : Bán kính làm việc của bánh xe chủ động, rbx = 0,33 [m]

ih : Tỷ số truyền của hộp số Tính công trượt cho số một, ih1= 4,018

ip : Tỷ số truyền số phụ Không có hộp số phụ, ip = 1

io : Tỷ số truyền của truyền lực chính io = 4,307

δt : Hệ số tính đến các khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực;trong tính toán có thể lấy bằng δt = 1,05 ÷ 1,06 Chọn δ = 1,05

05,1)307,4.1.018,4(

33,081

,9

2.3.4.2 Mô men cản chuyển động qui dẫn M a [N.m]:

Mô men cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp được tính

t t

bx m

a

a

i

r P G

G

M

η

ψ + ω+

Trong đó : Hệ số cản tổng cộng của đường Tính cho đường có ψ = 0,02

Pω : Lực cản của không khí Khi khởi hành xe thì Pω = 0 (vì tốc độ quánhỏ)

it : Tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực (it = ih1.ip.io)

ηt : Hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực Xe tải, chọn ηt = 0,89.Thế số ta đựoc :

89,0.22,16

33,0002,0)

024525

=

a

2.3.4.3 Tính thời gian trượt ly hợp trong các giai đoạn (t 1 và t 2 ):

Chúng ta có thể chọn một trong hai cách tính sau:

Tính theo thời gian trượt tổng cộng của ly hợp t0 :