Tính toán và thiết kế cụm ly hợp xe tải 3 tấn

MỤC LỤCLỜI MỞ ĐẦU 3CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LY HỢP TRÊN Ô TÔ 5I. Công dụng, phân loại và yêu cầu của ly hợp lắp trên ô tô. 51.1 Công dụng. 51.2 Phân loại. 51.3. Yêu cầu. 7II. Lựa chọn phương án thiết kế. 8III. Điều khiển và dẫn động ly hợp. 93.2 Cơ cấu dẫn động cơ khí sử dụng cáp. 103.3 Cơ cấu điều khiển dẫn động bằng thủy lực. 113.4 Cơ cấu điều khiển ly hợp bằng thủy lực có trợ lực khí nén. 12PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM LY HỢP 16I. Xác định mô men ma sát của ly hợp. 16II. Xác định các thông số và kích thước cơ bản của ly hợp. 172.1 Bán kính vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động. 172.2 Tính lực ép cần thiết P của lò xo ép tác dụng lên đĩa bị động. 202.3 Tính chiều dày đĩa ma sát δms: 202.4 Diện tích của hình vành khăn tấm ma sát. 21III. Tính công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp. 213.1. Quá trình đóng ly hợp. 213.2. Mô men quán tính quy dẫn Ja (kg.m2). 223.3. Mô men chuyển động quy dẫn về trục của ly hợp Ma. 233.4. Tính công trượt L. 243.5 Tính công trượt riêng của ly hợp. 253.6 Tính nhiệt sinh ra khi trượt ly hợp 26IV. Tính toán sức bền của một số chi tiết chủ yếu của ly hợp. 274.1 Moay ơ đĩa bị động. 274.2 Đĩa bị động. 294.1.1 Xương đĩa. 294.1.2 Đinh tán. 304.1.3 Lò xo giảm chấn. 324.3 Lò xo ép 354.3.1 So sánh ưu nhược điểm của lò xo trụ và lò xo đĩa: 354.3.2 Tính toán lò xo đĩa côn. 37V. Tính toán dẫn động và điều khiển ly hợp. 425.1 Sơ đồ tính toán dẫn động thủy lực 425.2 Xác định các kích thước khác. 46CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 3D TRONG THIẾT KẾ CỤM LY HỢP 48I. Lý thuyết về mô phỏng 3D. 481.1 Giới thiệu về phần mềm Catia. 481.2 Trình tự thiết kế 3D trong Catia 49II. Xây dựng các chi tiết 3D và mô phỏng lắp ghép cụm ly hợp. 502.1 Thiết kế chi tiết 3D. 502.2 Mô phỏng lắp ghép cụm ly hợp. 56III. Lý thuyết về kiểm bền và bài toán kiểm bền tĩnh 3D cụm ly hợp. 603.1 Lý thuyết kiểm bền. 603.2 Bài toán kiểm bền tĩnh đĩa ép ly hợp. 61IV. Khai thác kỹ thuật cụm ly hợp. 644.1 Hư hỏng và cách khắc phục. 644.2 Phương pháp kiểm tra chất lượng bộ ly hợp trên xe. 65CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 67TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

MỤC LỤC

4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LY HỢP TRÊN Ô TÔ 4

I Công dụng, phân loại và yêu cầu của ly hợp lắp trên ô tô 4

1.1 Công dụng 4

1.2 Phân loại 5

1.3 Yêu cầu 7

II Lựa chọn phương án thiết kế 8

III Điều khiển và dẫn động ly hợp 8

3.2 Cơ cấu dẫn động cơ khí sử dụng cáp 10

3.3 Cơ cấu điều khiển dẫn động bằng thủy lực 11

3.4 Cơ cấu điều khiển ly hợp bằng thủy lực có trợ lực khí nén 12

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM LY HỢP 15

I Xác định mô men ma sát của ly hợp 15

II Xác định các thông số và kích thước cơ bản của ly hợp 17

2.1 Bán kính vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động 17

2.2 Tính lực ép cần thiết P của lò xo ép tác dụng lên đĩa bị động 20

2.3 Tính chiều dày đĩa ma sát δms: 20

2.4 Diện tích của hình vành khăn tấm ma sát 21

III Tính công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp 21

3.1 Quá trình đóng ly hợp 21

3.2 Mô men quán tính quy dẫn Ja (kg.m2) 22

3.3 Mô men chuyển động quy dẫn về trục của ly hợp Ma 23

3.4 Tính công trượt L 24

3.5 Tính công trượt riêng của ly hợp 25

3.6 Tính nhiệt sinh ra khi trượt ly hợp 26

IV Tính toán sức bền của một số chi tiết chủ yếu của ly hợp 27

4.1 Moay ơ đĩa bị động 27

4.2 Đĩa bị động 29

4.1.1 Xương đĩa 29

4.1.2 Đinh tán 30

4.1.3 Lò xo giảm chấn 32

4.3 Lò xo ép 35

4.3.2 Tính toán lò xo đĩa côn 36

V Tính toán dẫn động và điều khiển ly hợp 42

5.1 Sơ đồ tính toán dẫn động thủy lực 42

5.2 Xác định các kích thước khác 47

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 3D 49

TRONG THIẾT KẾ CỤM LY HỢP 49

I Lý thuyết về mô phỏng 3D 49

1.1 Giới thiệu về phần mềm Catia 49

1.2 Trình tự thiết kế 3D trong Catia 50

II Xây dựng các chi tiết 3D và mô phỏng lắp ghép cụm ly hợp 51

2.1 Thiết kế chi tiết 3D 51

4.2 Phương pháp kiểm tra chất lượng bộ ly hợp trên xe 67

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

LỜI MỞ ĐẦU

Công nghiệp ô tô đã xuất hiện ở Việt Nam trong gần nửa thế kỷ qua và đãtìm được một vị thế quan trọng trong nền kinh tế Mọi hoạt động của nền kinh tếhiện nay không thể không có mặt của ô tô dưới những hình thức khác nhau như:Vận tải hàng hóa, vận tải người hay cả những hoạt động mang tính thương mại.

Với mục tiêu nội địa hóa sản xuất hiện nay Nhà nước đang khuyến khíchcác doanh nghiệp sử dụng vốn và kỹ thuật sẵn có để phát triển ngành côngnghiệp hiện đại mang các thương hiệu Việt Nam Tuy nhiên do mặt hạn chế vềcông nghệ nên hiện nay đa số dừng lại ở việc nội địa hóa từng phần

Bên cạnh đó kinh tế ngày càng phát triển, nhu cầu của con người cũngtăng cao, lượng hàng hóa sản xuất ra ngày càng nhiều do đó ô tô trở thành mộtphương tiện vận tải hữu ích và kinh tế nhất trên thị trường Theo thống kê sơ bộcủa hội những nhà sản xuất ô tô ở Việt Nam (VAMA), hiện nay lượng xe tảivừa và nhỏ đang khá phổ biến tại Việt Nam Nắm bắt nhu cầu thị trường, một sốcông ty sản xuất ô tô trong nước (Mê Kông, Trường Hải, Vinaxuki, ChiếnThắng,…) đã và đang lắp ráp, nghiên cứu thiết kế, cải tiến các dòng xe này Đểlàm được điều đó cần phải áp dụng các ứng dụng tiên tiến của tin học và cácphần mềm hỗ trợ trong thiết kế mô phỏng cơ khí như: Ansys, Catia, SolidWorks…

Với những kiến thức trong trường đại học và hiểu biết về một số phần

mềm trên em đã thực hiện đề tài: Tính toán và thiết kế Cụm ly hợp xe tải 3

tấn dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Thanh Tùng – Cán bộ bộ môn Ô tô & Xe

chuyên dụng – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Theo khảo sát thực tế tạiCông ty cơ khí Cổ Loa & Ô tô Mê Kông em đã lựa chọn xe tải LIFAN 3 tấn làm

xe tham khảo

Do còn nhiều hạn chế về trình độ cũng như thời gian nên kết quả của đềtài vẫn còn hạn chế và nhiều thiết sót Dưới đây là kết quả mà em đã thực hiệnđược:

- Tổng quan về cụm ly hợp.

- Tính toán các thông số của cụm ly hợp

- Sử dụng phần mềm Catia để mô hình hóa các chi tiết của cụm ly hợp

- Sử dụng phần mềm Catia mô phỏng quá trình tháo lắp cụm ly hợp

- Sử dụng phần mềm ANSYS WORKBENCH để tính bền các chi tiết

- Các hư hỏng và các biện pháp sửa chữa cụm ly hợp thường gặp

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Thanh Tùng

cùng các thầy khác trong bộ mô Ô tô & Xe chuyên dụng – Trường Đại họcBách Khoa Hà Nội Và mong nhận được các ý kiến cũng như đóng góp để đề tàicủa em hoàn thành được đồ án tốt nghiệp

Hà Nội, ngày 23 tháng 5 năm 2012

Sinh viên

Lỗ Hải Nam

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LY HỢP TRÊN Ô TÔ

I Công dụng, phân loại và yêu cầu của ly hợp lắp trên ô tô.

1.1 Công dụng.

Ly hợp là một cụm quan trọng của HTTL, thực hiện nhiệm vụ:

- Nối momen truyền từ bánh đà động cơ tới HTTL Khi gài số hoặc chuyển

số, ly hợp ngắt tạm thời dòng truyền, sau đó nối lại để ô tô khởi hành vàchuyển động êm dịu

- Là cơ cấu an toàn, bảo vệ toàn bộ HTTL trước tác động của sự thay đổi tảitrọng (tải trọng động) xuất hiện ở các chế độ quá độ, khi chuyển động trêncác loại đường phức tạp, hoặc khi phanh đột ngột mà ly hợp đang đượcnối

1.2 Phân loại.

Kết cấu của ly hợp có thể được phân loại như sau:

Theo phương pháp truyền momen từ trục khuỷu động cơ đến HTTL chia ra:

- Ma sát: Momen truyền qua ly hợp nhờ ma sát giữa các bề mặt ma sát Lyhợp ma sát có kết cấu đơn giản, hiện nay được sử dụng phổ biến trên ô tôvới các dạng sử dụng ma sát khô và ma sát trong dầu (ma sát ướt)

- Thủy lực: Momen truyền qua ly hợp nhờ chất lỏng Do khả năng truyền

êm momen và giảm tải trọng động, các bộ truyền thủy lực được dùng trêncác HTTL thủy cơ kết cấu ly hợp thủy lực và biến mô thủy lực

- Điện từ: Momen truyền qua ly hợp nhờ các lực điện từ

- Liên hợp các dạng kể trên

Theo số lượng đĩa bị động của ly hợp ma sát.

Dựa vào đặc điểm liên kết giữa phần chủ động và phần bị động, ly hợp ma sátđược chia ra một đĩa, hai đĩa hay nhiều đĩa:

Ly hợp một đĩa đơn giản trong chế tạo, thuận lợi trong bảo dưỡng, đặc biệt cókhả năng mở dứt khoát, thoát nhiệt tốt, khối lượng nhỏ nên thường gặp trên ô tôhiện nay Tuy nhiên, do bị giới hạn bởi giá trị mô men truyền lớn nhất, nên trên ô

tô có công suất động cơ lớn sử dụng ly hợp hai đĩa Ly hợp nhiều đĩa được sửdụng trong hộp số tự động chuyển số của HTTL thủy cơ

Theo trạng thái thường xuyên làm việc của ly hợp ma sát được chia thành:

- Ly hợp lò xo trụ bố trí xung quanh đĩa ép có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,thoát nhiệt tốt, kích thước gọn, có rộng chỗ để bố trí cốc ép, mômen truyền qua

bề mặt ma sát rất lớn Tuy nhiên nó có nhược điểm là lực ép phân bố không đều,việc điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát khó Khi lắp ở động cơ cao tốc lò

xo bị biến dạng (cong) dưới tác dụng của lực ly tâm làm giảm lực ép

- Ly hợp lò xo côn : Dùng một lò xo côn bố trí chính giữa nên lực ép lên

bề mặt ma sát đều hơn Tuy vậy mômen truyền qua bề mặt ma sát lại nhỏ vì ápsuất của lò xo tác dụng lên đĩa ép phải qua đòn mở, việc bố trí cốc ép khó khăn

do không gian phần giữa chật hẹp, ngoài ra việc điều chỉnh khe hở giữa các bềmặt ma sát khó

Ly hợp lò xo đĩa côn có kết cấu nhỏ gọn, vì lò xo đĩa côn vừa làm nhiệm

vụ đĩa ép vừa làm nhiệm vụ là đòn mở cho phép rút ngắn kích thước dài và giảmkhối lượng của ly hợp nhờ có đặc tính là phi tuyến nên lực mở ly hợp nhỏ, mởnhẹ nhàng Lực ép lên bề mặt ma sát đều hơn và đĩa ép phân phối đều Do vậy

mà khi sử dụng lò xo đĩa lực tác dụng lên bàn đạp cần thiết để giữ cho ly hợp ởtrạng thái mở giảm và sự mài mòn các bề mặt ma sát trong giới hạn nào đókhông làm giảm mà thậm chí còn làm tăng lực ép Nhược điểm của ly hợp lò xođĩa côn là rất khó chế tạo được lò xo có đặc tính theo yêu cầu, với lực ép lớn màkích thước nhỏ

Mặc dù đối với ly hợp lò xo đĩa côn, việc chế tạo lò xo đĩa rất khó đạtđược đặc tính phi tuyến yêu cầu nhưng với những ưu điểm trên nên ta chọn lyhợp lò xo đĩa côn một đĩa ma sát để thiết kế cho xe

Hình 1.1: Đồ thị biểu diễn đặc tính của các lò xo

1 - Lò xo đĩa ; 2 - Lò xo trụ ; 3 - Lò xo côn

Theo phương pháp dẫn động điều khiển ly hợp thường sử dụng các dạng sau:

- Dẫn động cơ khí: là dẫn động điều khiển từ bàn đạp tới cụm ly hợp thôngqua các khâu khớp, đòn nối Loại này được dùng trên ô tô con, với yêu cầulực ép nhỏ

- Dẫn động thủy lực: là dẫn động thông qua các khâu khớp đòn nối vàđường ống cùng với các cụm truyền chất lỏng

- Dẫn động có trợ lực: là tổ hợp của các phương pháp dẫn động cơ khí hoặcthủy lực với các bộ phận trợ lực bàn đạp: cơ khí, thủy lực áp suất lớn, chânkhông, khí nén… Trên ô tô ngày nay thường sử dụng trợ lực điều khiển lyhợp

1.3 Yêu cầu.

Ly hợp đòi hỏi thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Đảm bảo truyền hết momen từ động cơ đến HTTL ở mọi điều kiện sửdụng

- Khi khởi hành xe, hoặc chuyển số, quá trình đóng ly hợp phải êm dịu, đểgiảm tải trọng va đập sinh ra trong HTTL

- Khi mở ly hợp, cần phải ngắt dòng truyền nhanh chóng, dứt khoát.

- Khối lượng các chi tiết, momen quán tính của phần bị động ly hợp phảinhỏ để dễ dàng thực hiện chuyển số

- Ly hợp ma sát cần thoát nhiệt tốt, hạn chế tối đa ảnh hưởng của nhiệt độtới hệ số ma sát, độ bền của các chi tiết đàn hồi

- Kết cấu đơn giản, dễ dàng điều khiển, thuận tiện trong bảo dưỡng và tháolắp

- Ngoài các yêu cầu trên, ly hợp cũng như các chi tiết máy khác, cần đảmbảo độ bền cao, làm việc tin cậy, giá thành nhỏ

II Lựa chọn phương án thiết kế.

Ly hợp ma sát cơ khí

- Ưu điểm:

• Làm việc bền vững, tin cậy

• Hiệu suất cao

• Mô men quán tính và các chi tiết thụ động nhỏ

• Kích thước nhỏ gọn

• Giá thành rẻ

• Sử dụng, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng

Theo hình dạng của bộ phận ma sát, ly hợp ma sát có 3 loại: Ly hợp ma sát đĩa(đĩa phẳng), ly hợp ma sát đĩa côn (đĩa bị động có dạng côn), ly hợp ma sát hìnhtrống

III Điều khiển và dẫn động ly hợp.

Bộ ly hợp các loại trên ôtô được điều khiển ngắt truyền động giữa động cơ vàhộp số nhờ vào bộ cơ cấu dẫn động ngắt ly hợp Có năm loại cơ cấu dẫn độngcho công tác ngắt ly hợp

- Cơ cấu dẫn động cơ khí

- Cơ cấu dẫn động cơ khí trợ lực khí nén.

- Cơ cấu dẫn động thủy lực

- Cơ cấu dẫn động thủy lực có trợ lực áp thấp

- Cơ cấu dẫn động thủy lực có trợ lực khí nén

3.1 Cơ cấu dẫn động cơ khí sử dụng thanh và cần.

Thường sử dụng trên những ôtô du lịch và xe có công suất thấp Không tiện lợicho những ôtô tải nặng nhất là các trường hợp được bố trí xa người lái

Hình 1.2: Các bộ phận của cơ cấu dẫn động thanh và cần.

Khi đạp pedal thì cần đẩy tác dụng lên ống dẫn hướng, ống dẫn hướng sẽ đingược lại so với chuyển động của pedal Dầu của ống chuyển hướng sẽ nối vớicác cần nhả ly hợp, cần nhả ly hợp này sẽ tác dụng và tỳ lên bạc đạn chà kéomâm ép ra xa làm cho đĩa ly hợp tách khỏi bề mặt bánh đà Khi nhấc chân lênkhỏi pedal Lò xo hồi vị sẽ kéo pedal trở về vị trí ban đầu làm cho các bộ phậnsau đó trở về vị trí cũ và mâm ép sẽ ép đĩa ly hợp trở lại bánh đà Ly hợp đượckết nối lại

3.2 Cơ cấu dẫn động cơ khí sử dụng cáp.

Cơ cấu điều khiển ly hợp bằng cáp cấu tạo gồm một sợi cáp dây bằng thép vàbên ngoài được bọc bởi một vỏ bao dùng để truyền chuyển động của pedal đếncàng tách ly hợp

Khi người tài xế đạp lên pedal, ly hợp nhả ra, tách rời đĩa ma sát với bánh đà.Khi pedal được buông ra thì lò xo hoàn lực được gắn ở pedal trở về vị trí ban dầu

và sợi cáp cũng bị kéo trở lại, lúc này càng ly hợp sẽ nhả ra dẫn đến ly hợp đónglại

Hình 1.3: Các bộ phận của cơ cấu dẫn động sử dụng cáp.

- Bộ điều chỉnh cáp tự động trên bàn đạp:

Loại cơ cấu điều khiển bằng cáp thiết kế có thể tự động điều chỉnh lực căngsợi cáp Trên pedal có một bánh cóc hình quạt răng và một con cóc Một lò xo được gắn bên trong quạt răng và con cóc Khi tác dụng lực lên pedallàm căng cáp và tách ly hợp Lúc này bánh cóc ăn khớp với quạt răng Khi buôngpedal ly hợp đóng Lò xo kéo căng sợi cáp và được ăn khớp Nếu cáp còn trùng

thì cóc sẽ dịch chuyển về hướng kéo của lò xo, cóc sẽ dịch chuyển sang bánhrăng khác.

Hình 1.4: Thiết bị điều chỉnh cáp tự động.

3.3 Cơ cấu điều khiển dẫn động bằng thủy lực.

Cấu tạo bao gồm ba bộ phận cơ bản:

Một xylanh làm việc như bơm tạo

áp suất (xylanh chính), một xylanh

tạo lực đẩy cho đòn mở (xylanh

phụ) và đường ống dẫn dầu chịu áp

suất (~ 100KG/cm2)

Hình 1.5: Xylanh chính ly hợp

Xylanh chính cung cấp áp suất thủy lực cho hệ thống Gồm một piston gắnvào xylanh chính, piston có cuppen bằng cao su ở hai đầu Cuppen làm kín giữapiston và thành xylanh Một bình chứa dầu được gắn ở bên trên xylanh chínhdùng để chứa dầu thắng Đường ống cấu tạo bằng kim loại bên ngoài bọc cao su.Xylanh phụ gồm một bộ piston bên trong xylanh và một đòn nối với càng lyhợp

- Nguyên lý hoạt động:

Khi ấn pedal xuống, hệ thống sẽ đẩy piston trong xylanh chính, dòng dầu chảy

vào đường ống và đến xilanh phụ, áp lực hình thành trong xylanh phụ để đẩypiston và đòn nối tác động lên càng mở ly hợp làm tách ly hợp Khi pedal được buông một lò xo trên pedal kéo pedal trở về vị trí đầu, các lò xokhác ở bên trong hai xylanh sẽ đẩy piston về vị trí ban đầu, dầu chạy ngược vềbình.

Hình 1.6: Điều khiển ly hợp bằng thủy lực

3.4 Cơ cấu điều khiển ly hợp bằng thủy lực có trợ lực khí nén.

Hệ thống này có cơ cấu điều khiển giống như cơ cấu điều khiển bằng thủy lực.Nhưng trên xylanh phụ của hệ thống trang bị bộ trợ lực khí nén

- Nguyên lý hoạt động:

Khi chưa đạp pedal thì các buồng C, D, A ,B có áp lực bằng nhau và bằng với

áp lực khí trời Khi đạp pedal, dầu từ xilanh chính qua ống dẫn đến bộ trợ lựcqua đường II, một phần đến xylanh phụ, một phần đẩy van điều khiển đi lênthắng lực lò xo đóng van xả và mở van nạp Áp lực của buồng D bằng A bằng áplực khí nén (khí nén vào qua đường I), áp lực buồng C, B và áp lực không khí

bằng nhau Do áp lực buồng A > B nên ép piston và cần đẩy thắng lực lò xo quaphía bên phải để điều khiển càng ngắt ly hợp.

Hình 1.7: Điều khiển ly hợp bằng thủy lực

Buồng pedal áp lực dầu xylanh chính giảm bằng áp lực không khí, piston điềukhiển đi xuống bởi các lò xo làm van nạp đóng và van xả mở Làm khí nén trongbuồng A và D được xả ra khí trời, vì vậy áp lực buồng A, B, C D và áp lực khítrời bằng nhau Do đó Piston và cần đẩy bị đẩy sang bên trái bởi lực lò xo, ly hợpđóng

3.5 Cơ cấu điều khiển thủy lực trợ lực chân không.

Cơ cấu điều khiển giống như trợ lực khí nén nhưng nguyên lý dựa trên cơ sở

sử dụng sự giảm áp ở đường ống hút của động cơ hoặc tạo ra từ một bơm ápthấp, sinh ra trong đường ống một áp thấp được điều khiển từ xylanh chính

- Nguyên lý hoạt động.

Hình 1.8: Bộ trợ lực bằng áp thấp

Buồng chân không C nối ống nạp động cơ qua đường II Khi chưa đạp pedal

áp lực dầu không làm piston điều khiển đi lên nên áp thấp buồng A, B, C, Dbằng nhau

Khi đạp pedal dầu từ xylanh chính đến bộ trợ lực áp thấp qua đường I, mộtphần đến xylanh con, một phần đẩy piston điều khiển đi lên thắng lực lò xo đóngvan áp thấp và mở van không khí Áp lực buồng A, D và áp lực không khí bằngnhau Buồng C, B và áp thấp ống góp hút hay bơm áp thấp bằng nhau Do đó áplực buồng A > B nên màng da đi về phía phải và đẩy piston về phía phải để làmcho ly hợp ngắt

Khi buông pedal áp lực dầu từ xylanh chính giảm về bằng với áp lực khôngkhí, piston điều khiển đi xuống dưới bởi các lò xo Lúc này van không khí đónglại, van áp thấp được mở ra làm cho áp lực ở buồng C, D, A, B bằng nhau Do đómàng da sẽ dịch chuyển về phía trái bởi các lò xo, piston cũng bị dịch chuyển vềcùng hướng làm cho càng mở ly hợp được buông ra, làm cho ly hợp đóng

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM LY HỢP

I Xác định mô men ma sát của ly hợp.

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

Mms1=β.Memax

- Mc là mô men cản chuyển động

- Mk là mô men kéo của cầu chủ động

- Mφ là mô men bám của bánh xe

Vậy nên trong quá trình thiết kế chọn mô men ma sát của ly hợp ta còn dựa trênmomen bám của bánh xe quy dẫn về trục của ly hợp:

(1.1)Với β là hệ số dự trữ của ly hợp

Trong đó:

- G bx là trọng lượng tác động lên bánh xe chủ động

- ih1 là tỉ số truyền tay số thứ nhất, theo đầu bài ih1=5,494

- i0 tỉ số truyền của truyền lực chính, chọn i2=5,5

- rbx là bán kính bánh xe chủ động, theo đầu bài rbx=0,382 m

Hệ số dự trữ β phải đủ lớn (β>1) để đảm bảo ly hợp truyền hết mô men xoắn củađộng cơ trong mọi điều kiện làm việc của nó (khi các bề mặt ma sát bị dầu mỡrơi vào, khi các lò xo ép bị giảm tính đàn hồi, khi các tấm ma sát bị mòn ) Mặtkhác nếu hệ số β lớn quá thì phải tăng lực ép do đó cần tăng lực điều khiển lyhợp gây mệt mỏi cho người lái đồng thời ly hợp không làm tốt chức năng bảo vệ

an toàn choheej thống truyền lực khi quá tải

II Xác định các thông số và kích thước cơ bản của ly hợp.

2.1 Bán kính vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động.

Xác định mối quan hệ giữa Mms, D và các thông số khác ta xác định như sau:

Mô men ma sát của ly hợp còn được tính theo công thức:

Mms= μ.P.Rtb.Zms (2.1)

Trong đó:

- μ là hệ số ma sát của ly hợp

- P là lực ép tổng cộng gây ra bởi các lò xo ép

- Rtb là bán kính trung bình của đĩa ma sát (bán kính đặt lực ép tổng cộng)

- Zms là số cặp đĩa ma sát Zms=m+n-1 Với: m là số đĩa chủ động

n là số đĩa bị động

Bán kính Rtb được xác định theo công thức sau:

(2.2)

21

22

31

32.3

2

R R

R R

Xét một phân tố diện tích vô cùng bé

trên bề mặt ma sát như hình bên:

Hình trên là một tấm ma sát của ly hợp

Chúng ta xét trường hợp có một đôi bề

mặt ma sát

Giả thiết lực P tác dụng lên tấm ma sát

với bán kính trong là R1, bán kính ngoài

là R2 bởi vậy áp suất sinh ra trên bề mặt

dR Momen do các lực ma sát tác dụng lên phần tử đó là:

dMms=µ.q.2πR.dR.R (2.4)

Momen các lực ma sát tác dụng trên toàn vòng ma sát là:

dR qR

R R

22

31

32.3

2.2

1

22

R R

P

R R

dR R R

Từ công thức (2.5) và (2.6) ta suy ra:

22

31

32

3

2

R R

R R

ma sát khô lớn nhất là 0,35, tốc độ trượt tương đối làm giảm hệ số đó đi Do đó

2.2 Tính lực ép cần thiết P của lò xo ép tác dụng lên đĩa bị động.

Từ phương trình (2.1) ta có công thức tính lực ép cần thiết

2.3 Tính chiều dày đĩa ma sát δ ms :

Với xe tải chiều dày đĩa ma sát δms=4÷5 mm

Ta chọn δms=5 mm

2.4 Diện tích của hình vành khăn tấm ma sát.

Diện tích hình vành khăn tấm ma sát được tính theo công thức:

Quá trình đóng ly hợp xảy ra khi phần chủ động của ly hợp quay với vận tốc ωe

và phần bị động quay với vận tốc ωa Do có sự khác biệt về vận tốc ωe≠ωa nêngiữa các đĩa chủ động và bị động của ly hợp sẽ sinh ra sự trượt Sự trượt nàychấm dứt khi các đĩa chủ động và bị động được nói liền thành một khối Khikhởi động xa tại tại chỗ, do ωa=0 nên sự trượt sẽ rất lớn

Sự trượt sẽ sinh công ma sát, công này sẽ biến thành nhiệt năng làm nung nóngcác chi tiết của ly hợp, dẫn đến hậu quả là hệ số ma sát của ly hợp giảm và các lò

b, Đóng ly hợp từ từ.

Ở trường hợp này tài xế thả từ từ bàn đạp của ly hợp cho xe chuyển động từ từ.

Do đó thời gian đóng ly hợp và công trượt trong trường hợp này sẽ tăng

Để xác định công trượt trong quá trình đóng ly hợp, chúng ta khảo sát đồ thị ởhình dưới đây:

Hình 2.2: Mô hình động cơ truyền lực và đồ thị vận tốc góc.

3.2 Mô men quán tính quy dẫn J a (kg.m 2 ).

Từ công thức quan hệ giữa vận tốc chuyển động tịnh tiến của xe và vận tốc củagóc của bánh xe:

v = ωbx.rbx=

01

- ωbx là vận tốc góc của bánh xe (rad/s)

- v là vận tốc chuyển động tịnh tiến của xe (m/s)

- Ωa là vận tốc quay của trục khuỷu

Ta suy ra vận tốc quay của trục ly hợp:

của khối lượng chuyển động quay:

)01(

2

i h i

bx

r g

- ih1 là tỉ số truyền của tay số 1 ih1=5,494

- i0 là tỉ số truyền của truyền lực chính i0=5,5

3.3 Mô men chuyển động quy dẫn về trục của ly hợp M a

Mô men chuyển động quy dẫn về trục của ly hợp được tính theo công thức:

)4.3(0

)2(

tl

i h i bx

r KFv a

- F là diện tích cản chính diện của xe khi xe chuyển động (m2)

- Ψ là hệ số cản tổng cộng của mặt đường Xét tại thời điểm xe bắt đầu chuyểnđộng ta lấy ψ=0,2

- ηtl là hiệu suất truyền lực Chọn ηtl=0,89

Vậy ta có:

0,88 Nms2

2)5,5.494,5(

2382,0.5500

a

⇒

3.4 Tính công trượt L.

Công trượt của ly hợp được xác định theo hai thành phần:

- L1: công trượt ở giai đoạn đầu trong khoảng thời gian là t1 Công này tiêu táncho sự trượt và làm nóng ly hợp:

)5.3(

3

2)22

,0.5,5.494,5

382,0)

2,0.5500

a

Thay số vào biểu thức (3.5) và (3.6) ta có:

L=L1+L2=

)8.3(2)(

3

2)22

.(

.2

11

Vậy công trượt toàn bộ của ly hợp là L=59870,56 Nm

3.5 Tính công trượt riêng của ly hợp.

Công trượt nói chung không cho ta xét đoán về điều kiện là việc của ly hợp.Muốn xét điều kiện làm việc nặng nhọc của ly hợp ta tính công trượt riêng của lyhợp Công trượt riêng của ly hợp trên một đơn vị diện tích bề mặt các tấm ma sátđặc trưng cho độ hao mòn bề mặt của các tấm ma sát

15,6

⇒

3.6 Tính nhiệt sinh ra khi trượt ly hợp

Với giả thiết công trượt ở trên các bề mặt ma sát là như nhau nên nhiệt sinh ra ởcác đôi bề mặt ma sát là bằng nhau Lượng nhiệt mà các đĩa ép hoặc bánh đànhận được là: vL=m.c.Δt

Trong đó:

- L là công trượt của toàn bộ ly hợp (J)

- v là hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng bánh đà hoặc đĩa ép Với ly hợpmột đĩa bị động thì v=0,5

- C là nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng, với vật liệu bằng thép có thểlấy c=500J/kg.K

- Δt độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng (0K) Độ tăng nhiệt độ cho phépcủa chi tiết tính toán đối với mỗi lần khởi hành của ôt ô ứng với hệ số cảnψ=0,2 nằm trong khoảng 10÷15 oC

Từ đó suy ra khối lượng đĩa ép tối thiểu phải là:

IV Tính toán sức bền của một số chi tiết chủ yếu của ly hợp.

truyền mô men lớn như vậy tính

toán moay ơ ta tính toán theo ứng

suất cắt và dập ở then hoa Sơ đồ

tính toán moay ơ như hình 2.3

Hình 2.3:

Kích thước cơ bản may ơ đĩa bị động

Do trục ly hợp cũng là trục sơ cấp của hộp số, nên đường kính ngoài trục

ly hợp D được tính theo trục sơ cấp hộp số xác định bằng công thức sau:

d tb

Chiều dài moay ơ được xác định bằng công thức sau:

- Memax : Mô men cực đại của động cơ Memax = 227 (N.m)

- Z1 : Số lượng moay ơ riêng biệt, với ly hợp một đĩa bị độngthì Z1=1

- Z2 : Số then hoa của moay ơ Z2 =10

- L : Chiều dài moay ơ L = 42 (mm) = 0,042 (m)

- D : Đường kính ngoài của then hoa D =30(mm) = 0,03 (m)

- d : Đường kính trong của then hoa d = 23 (mm) = 0,023 (m)

- b : Chiều rộng then hoa b = 4 (mm) = 0,004 (m)

Lần lượt thay số vào công thức (4.5) và (4.6) ta có:

2 3

[ ]τ =c 100 kg/cm2 [ ]σ =cd 200 kg/cm2 Vậy moay ơ thiết kế đảm bảo đủ bền khi làm việc

4.2 Đĩa bị động.

Các vòng ma sát 3 được gắn lên xương đĩa 1 bằng mối ghép đinh tán 5, xươngđĩa được gắn moay ơ 2 của đĩa bị động thông qua mối ghép đinh tán và bộ phậngiảm chấn 4 (hình 2.4)

4.1.1 Xương đĩa

Xương đĩa được chế tạo bằng thép lá, dày 1,5÷3 mm có thành phần cacbon trungbình hoặc cao, để có thể tạo cho đĩa tính đàn hồi cần thiết đảm bảo yêu cầu êmdịu khi đóng ly hợp

Xương đĩa có hai loại đàn hồi và không đàn

hồi Loại không đàn hồi ít dùng Để đảm bảo bề

mặt ma sát tiếp xúc tốt, không cong vênh khi bị

đốt nóng và đảm bảo yêu cầu êm dịu khi đóng ly

hợp người ta dùng xương đĩa đàn hồi: xương đĩa

chia ra nhiều phần rẻ quạt bằng rãnh hướng kính

hay chữ T

Đối với xương đĩa đàn hồi, để tăng độ đàn hồi theo

chiều trục, nhờ đó tăng độ êm dịu khi đóng ly hợp

người ta sử dụng các biện pháp sau: Hình 2.4: Mặt cắt đĩa bị động

- Uốn cong các phần rẻ quạt của xương đĩa về các phía khác nhau tạo cho nó mộthình dáng xác định Loại này rất khó tạo độ cứng giữa các phần

- Do đó để khắc phục nhược điểm trên người ta sử dụng các lò xo lá dạng sóngđặt giữa xương và vòng ma sát Một vòng ma sát được gắn trực tiếp trên xương

và một vòng gắn với lò xo lá

Tuy nhiên sử dụng biện pháp tăng độ đàn hồi của đĩa ép làm tăng hành trìnhcần thiết của đĩa ép để đảm bảo cho ly hợp mở dứt khoát, tăng mô men quán tínhcủa đĩa và yêu cầu mối lắp ghép giữa vòng ma sát và xương đĩa phải lớn

- Ngoài ra có một kết cấu xương đĩa hoàn thiện hơn, cho phép giảm khối lượng

và mô men quán tính của đĩa bị động mà vẫn đảm bảo độ đàn hồi cần thiết Đĩa

bị động có những phần cung mỏng dạng sóng gắn với phần xương chính bằngđinh tán Các vòng ma sát được gắng lên cung này có một khoảng cách nhấtđịnh

Qua phân tích kết cấu các loại xương đĩa ta chọn loại xương đĩa đàn hồi dạngsóng dùng cho loại ly hợp ta thiết kế

- Tính toán mối ghép đinh tán

Các đinh tán được tính toán theo cắt và dập, sơ đồ tính toán như hình dưới:

Đường kính đinh tán: d=4 (mm)

Đường kính mũ đinh tán Dmđ=(1,6÷1,75)d ta chọn Dmd=1,6d=1,6.4=6 (mm).Lực tác dụng lên mỗi đinh tán của dãy thứ i được tính theo công thức:

(4.4)2

Số đinh trên dãy thứ 2 chọn bằng số đinh trên dãy 1 là 20 đinh.

Ứng suất dập tác dụng lên mỗi đinh của mỗi dãy được tính theo công thức sau:

Ứng suất cắt tác dụng lên mỗi đinh của mỗi dãy là:

- Dập tắt các dao động cộng hưởng ở tần số thấp

Bộ phận giảm chấn gồn 2 phần: bộ phận đàn hồi và bộ phận tiêu tán năng lượng

Bộ phận đàn hồi dùng để giảm độ cứng xoắn của hệ thống truyền lực, nhờ đógiảm được tần số dao động riêng của nó và loại trừ khả năng xuất hiện cộnghưởng ở tần số cao Do độ cứng tối thiểu của chi tiết đàn hồi bị giới hạn bởi điềukiện kết cấu của ly hợp, nên hệ thống truyền lực không tránh khỏi cộng hượng ởtần số thấp Vì thế ngoài bộ phận đàn hồi giảm chấn còn có bộ phận tiêu tánnăng lượng để dập tắt những cộng hưởng này

Để mở rộng vùng hiệu quả của giảm chấn, có đặc tính đàn hồi phi tuyến Độcứng của phần tử đàn hồi được làm thay đổi bằng cách: đặt các lò xo có chiềudài khác nhau vào các lỗ khoét có kích thước như nhau hoặc chọn kích thước các

lỗ trên xương đĩa bị động và trên vành moay ơ cho thích hợp Với kết cấu nhưvậy, số lượng lò xo tham gia làm việc sẽ thay đổi theo giá trị mô men xoắn Theo

sự tăng mô men, số lượng các lò xo tham gia truyền lực tăng lên, làm tăng độcứng của lò xo giảm chấn

- Bán kính đặt lò xo thường được chọn theo đường kính ngoài mặt bích moay ơ

và nằm trong giới hạn sau: Rlx = (40÷60)mm Chọn theo xe tham khảo Rlx =

55 (mm)

- Số lượng lò xo giảm chấn : Theo xe tham khảo n = 6

Mô men truyền qua giảm chấn bao gồm 2 thành phần: mô men sinh ra do lực tácdụng của các lò xo Mlx, mô men ma sát của giảm chấn M ms

Đường kính trung bình của lò xo thường được chọn trong giới hạn sau:

D = (14÷20) mm.Chọn D = 20 (mm)

Đường kính trung bình của lò xo thường được chọn trong giới hạn sau:

d = (3÷4) mm Chọn d = 4(mm)

• Số vòng làm việc của lò xo : Ta chọn số vòng làm việc của lò xo là n0=5,khoảng cách giữa các vòng lò xo là 3mm (ở trạng thái lò xo chưa làm việc).

Độ cứng của lò xo được xác định theo công thức sau:

4

3 0

Lò xo giảm chấn được kiểm nghiệm theo ứng suất xoắn:

[ ]

3

3

lx

P D k d

π

Trong đó:

- Pmaxgc: Lực cực đại tác dụng lên một lò xo giảm chấn.Plx= 772,9 (N)

- D: Đường kính trung bình của vòng lò xo.D = 20 (mm)

=329,78 MPa

Vật liệu chế tạo lò xo giảm chấn là thép cacbon cao như 80, thép 65 có ứngsuất cho phép [τ]=800 MPa.

[ ]

τ τ< nên lò xo giảm chấn làm việc đảm bảo bền

Bảng 2.2: Bảng thông số và đặc tính làm việc của lò xo giảm chấn:

- Không cần cơ cấu đòn mở ly hợp

- Tạo lực ép đồng đều lên bề mặt đĩa ma sát