TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ

- Phải làm được nhiệm vụ của cơ cấu an toàn để tránh cho hệ thống truyền lực bị quá tải.Mômen ma sát không được lớn quá để tránh xảy ra hiện tượng gãy trục cácđăng Ngoài ra còn có các yề

LỜI NÓI ĐẦUNgày nay trong công cuộc đổi mới đất nước, công nghiệp hoá và hiện đại hoá lànhu cầu tất yếu của một nước phát triển Cùng với sự phát triển của các lĩnh vực, lĩnh vựcgiao thông cũng nắm vai trò chủ đạo, đặc biệt là trong vấn đề vận chuyển hàng hóa và đilại Trong các phương tiện giao thông, ô tô được sử dụng phổ biến nhất để phục vụ cácnhu cầu của con người trong cuộc sống như vận tải hàng hoá, du lịch Do đó đòi hỏingành ôtô luôn cần có sự đổi mới, tối ưu hoá về mặt kỹ thuật, hoàn thiện hơn về mặt côngnghệ, để nâng cao tính hiện đại, tính kinh tế, trong quá trình vận hành.

Đối với các sinh viên, đồ án môn học nói chung và đồ án thiết kế và tính toán ô tônói riêng nhằm giúp sinh viên có thể vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế, pháthuy khả năng tư duy và sáng tạo trong quá trình nghiên cứu và công tác về sau này Bêncạnh mục đích chung là giúp sinh viên cũng cố lại kiến thức đã học, thì với những yêucầu khi thiết kế đồ án còn giúp cho học viên chủ động hơn trong việc tiếp cận với nhữngkết cấu thực tế Để từ đó gốp phần tạo nên một nền tảng kiến thức và tiền đề để sinh viêntiếp tục ứng dụng và phát triển cho các chuyên môn sau này

Trong quá trình làm đồ án này, em đã học được rất nhiều điều nhờ sự hướng dẫntận tình của thầy Nguyễn Việt Hải và sự góp ý chia sẻ thông tin của các bạn cùng làm đồ

án để em có thể hoàn thành đồ án này Do kiến thức còn hạn chế nên trong đồ án nàychắc chắn không tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy

cô và bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện Đặng Xuân Cường

Mục lục

Lời nói đầu 1

Mục lục .2

Chương1: TỔNG QUAN VỀ LY HỢP ÔTÔ 4

1.1 Công dụng của ly hợp

1.2 Phân loại ly hợp 4

1.3 Yêu cầu của ly hợp 4

Chương 2 Tính toán mô men ma sát và chọn loại, sơ đồ dẫn động 5

2.1 Mô men ma sát của ly hợp 6

2.2 Chọn loại và sơ đồ dẫn động của ly hợp 7

2.2.1 Ly hợp ma sát cơ khí 7

2.2.2.Ly hợp điện từ 9

2.2.3 Ly hợp ma sát thủy lực 9

2.3 Chọn sơ đồ dẫn động 10

2.3.1 Sơ đồ đẫn độngly hợp bằng cơ khí 10

2.3.2 Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng thủy lực 11

2.3.3 Sơ đồ dẫn động ly hợp có trợ lực khí nén 12

Chương 3 Tính toán xác các thông số cơ bản của ly hợp 13

3.1 Bán kính vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động 13

3.2 Diện tích và bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát 14

3.3 Lực ép của cơ cấu ép 14

3.4 Công trượt riêng của ly hợp 15

3.4.1 Mômen quán tính qui dẫn J a 14

3.4.2 Mômen cản chuyển động qui dẫn M a 16

3.4.3 Tính thời gian trượt trong các giai đoạn (t 1 & t 2 ) 17

3.4.4 Tính công trượt tổng cộng của ly hợp L(J) 18

3.4.5 Tính công trượt riêng cho ly hợp 19

3.5 Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp 19

3.6 Bề dày tối thiểu của đĩa ép 20

3.7 Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu ép 20

3.7.1 Ưu nhược điểm của lò xo trụ 21

3.7.2 Tính toán lò xo dây xoắn hình trụ 21

3.7.2.1 Tính lực ép cần thiết của một lò xo F lx (N) khi làm việc 21

3.7.2.2 Độ cứng của một lò xo dây xoắn C lx (N/m) 22

3.7.2.3 Lực tác dụng lớn nhất lên một lò xo ép 22

3.7.2.4 Kích thước hình học của lò xo 23

Chương 4 Tính toán các thông số cơ bản 4.1 Tính toán các thông số cơ bản của điều khiển ly hợp bằng thủy lực 28

4.2 Xác định hành trình bàn đạp 29

4.3 Xác định lực tác dụng lên bàn đạp 31

Kết luận 32

Tài liệu tham khảo 33

s

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ LY HỢP ÔTÔ

1.1 Công dụng của ly hợp

Ly hợp dùng để truyền mô men quay được êm dịu và để tách truyền động đến hệthống truyền lực được nhanh chóng và dứt khoát Ngoài ra ly hợp còn dùng như một cơcấu an toàn cho hệ thống truyền lực khi động cơ làm việc ở chế độ không tải cưỡng bức

và hệ thống truyền lực sẽ không bị quá tải bởi những mômen quá lớn

+ 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 đặc điểm làm việc, có thể chia ra:

+ Loại thường đóng

+ Loại không thường đóng

1.3 Yêu cầu của ly hợp

Từ những nhiệm vụ trên mà ly hợp có những yêu cầu sau:

- Đảm bảo truyền được mômen quay lớn nhất của động cơ trong bất kỳ điều kiện sử dụngnào Tuy nhiên ma sát của ly hợp không được quá lớn nhằm đảm bảo được nhiệm vụ làm

cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực

- Mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng để cho quá trình làm đồng đều tốc độ củađồng tốc được nhanh chóng, do đó rút ngắn được thời gian gài số Nghĩa là khi mở lyhợp, phần bị động phải tách hoàn toàn khỏi phần chủ động trong thời gian ngắn nhất,ngược lại sẽ gây khó khăn cho việc gài số.

- Khi đóng ly hợp, yêu cầu phải êm dịu Tức là mômen ma sát hình thành ở ly hợp phảităng từ từ khi đóng ly hợp, có vậy mới tránh được hiện tượng giật xe và gây dập răng củacác bánh răng trong hộp số cũng như trong các cơ cấu truyền động khác trong hệ thốngtruyền lực

- Mômen quán tính các chi tiết phần bị động của ly hợp phải nhỏ đến mức thấp nhất cóthể nhằm giảm va đập lên bánh răng khi gài số, giảm nhẹ điều kiện làm việc của bộ đồngtốc cũng như tăng nhanh thời gian gài số

- Phải làm được nhiệm vụ của cơ cấu an toàn để tránh cho hệ thống truyền lực bị quá tải.Mômen ma sát không được lớn quá để tránh xảy ra hiện tượng gãy trục cácđăng

Ngoài ra còn có các yều cầu khác như :

+ Điều khiển nhẹ nhàng, lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ

+ Hệ số ma sát cao và ổn định

+ Thoát nhiệt tốt, bền vững

+ Làm việc tin cậy, hiệu suất cao

+ Kích thước nhỏ gọn, kết cấu, sữa chữa, bảo dưỡng đơn giản

5 Số vòng quay ứng với Me-max nM 2000 (v/ph)

2.1 Mômen ma sát của ly hợp

Để đảm bảo cho ly hợp truyền hết mômen quay của động cơ thì ly hợp phải sinh rađược một mômen ma sát luôn luôn lớn hơn hoặc bằng mômen quay cực đại của động cơtrong quá trình sử dụng, tức là hệ số dự trữ phải luôn luôn lớn hơn hoặc bằng 1

Mômen ma sát Mms của ly hợp theo [1] được xác định theo công thức sau:

Mms = Memax.β [N.m] (2.1)Trong đó:

Mms [N.m] : Mômen ma sát cần thiết của ly hợp

Memax [N.m]: Mômen xoắn lớn nhất của động cơ Theo đề Memax = 370 [N.m]

β: Hệ số dự trữ của ly hợp

Hệ số dự trữ ly hợp β phải đủ lớn (β >1) để đảm bảo cho ly hợp truyền hết mômenxoắn động cơ trong mọi điều kiện làm việc của nó (khi các bề mặt ma sát bị dầu mở rơivào, khi các lò xo ép bị giảm tính đàn hồi, khi các tấm ma sát bị mòn…) Mặc khác hệ số

β không được quá lớn, vì như thế ly hợp không làm tốt chức năng bảo vệ an toàn cho hệthống truyền lực khi quá tải

Hệ số β thường được xác định bằng thực nghiệm, có tính đến các yếu tố như đã nói ởtrên và đặc biệt chú ý xét đến nhiều điều kiện làm việc nặng nhọc của xe, đặc tính độnglực học của xe thiết kế

Theo kinh nghiệm, đối với xe tải thì: β = 1,6 ÷ 2,25 Vì xe tải có trọng lượng nhỏ,nhưng hoạt động thường xuyên trong những điều kiện đường xá không đảm bảo, nên tachọn β về phía giới hạn trên của xe tải, ta chọn β = 1,9

Thay các thông số vào biểu thức 2.1 ta có:

Mms = 370.1,9 = 703 [N.m]

Vậy mômen ma sát yêu cầu của ly hợp là: Mms = 703 [N.m]

+ 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)

- Đối với hai loại hình côn và hình trống ngày nay không dùng nữa vì mômen quán tínhcủa phần bị động khá lớn, ảnh hưởng không tốt đến việc gài số

- Ly hợp ma sát đĩa phẳng thì dùng phổ biến hơn vì nó có những ưu điểm sau:

+ Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ

+ Việc đóng mở ly hợp dứt khoát và dễ dàng

+ Mômen quán tính của phần bị động nhỏ, ít ảnh hưởng đến việc gài số

Nhưng bên cạnh đó nó cũng có nhược điểm là kết cấu sẽ trở nên cồng kềnh khi dùngnhiều đĩa ép

b 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

Hình 1.1 Ly hợp ma sát cơ khí kiểu nhiều lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh

1 Trục khuỷu, 2 Đĩa bị động, 3 Bánh đà, 4 Bánh răng, 5 Lò xo ép, 6 Đĩa ép

7 Ổ bi tỳ, 8 Trục ly hợp, 9 Càng mở, 10 Tấm ma sát.

+ Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, có độ tin cậy cao

+ Nhược điểm: Áp lực sinh ra ở các bề mặt ma sát dễ không đồng đều do bị nung nóng khác nhau hoặc do gẫy cục bộ

- Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép trung tâm:

+ Ưu điểm: Áp suất sinh ra ở các bề mặt ma sát là đồng đều, điều khiển nhẹ nhàng.+ Nhược điểm: Độ tin cậy thấp, kết cấu đòn mở phức tạp và điều chỉnh rất khó khănnên rất ít sử dụng

- Ly hợp ma sát cơ khí lò xo ép đĩa nón cụt:

+ Ưu điểm:

• Chỉ có một lò xo kiểu đĩa nón cụt bố trí ở giữa nên áp lực phân bố đều lên bềmặt ma sát.

• Lò xo làm luôn nhiệm vụ đòn mở nên kết cấu gọn nhẹ

• Điều khiển nhẹ nhàng

+ Nhược điểm: Không thể điều chỉnh khe hở giữa đòn mở và bạc khi tấm ma sát bịmòn nên ly hợp này chỉ sử dụng trên xe du lịch và xe khách cỡ nhỏ, có đặc tính động lựctốt, sử dụng trong điều kiện đường xá tốt, ít sang số

c Theo đặc điểm làm việc có thể chia ra

- Ly hợp thường đóng

- Ly hợp không thường đóng

2.2.2 Ly hợp điện từ

Ly hợp điện từ có hai loại: có hỗn hợp sắt từ và không có hỗn hợp sắt từ

Ly hợp điện từ không có hỗn hợp sắt từ có ưu điểm:

+ Kết cấu đơn giản

+ Dễ tự động hóa quá trình điều khiển

Tuy nhiên lại có nhược điểm sau: Các yêu cầu đặt ra đối với vật liệu chế tạo lõi thép vàphần ứng mâu thuẩn nhau Để đảm bảo cho ly hợp mở dứt khoát cần phải dùng sắtnguyên chất mềm, còn đẻ giảm mài mòn, chống xước lại phải dùng thép cứng

Để khắc phục nhược nhược điểm trên, dùng ly hợp điện từ có hỗn hợp sắt từ, có ưu điểm:+ Các bề mặt làm việc rất ít bị mài mòn

+ Có khả năng điều chỉnh vô cấp mô men xoắn

+ Không cần điều chỉnh trong sử dụng

Tuy vập lại tồn tại những nhược điểm sau:

+ Mô men quán tính phần bị động của ly hợp lớn nên cần phải tăng kích thước của

bộ đồng tốc ở hộp số

+ Mô men chịuan ảnh hưởng nhiều của nguồn điện

+ Tốn kém kim loại màu nên giá thành cao

+ Hiệu suất thấp

Do đó, việc sử dụng ly hợp điện từ còn bị hạn chế

10 9 8 7

3 4 5

2.2.3 Ly hợp ma sát thủy lực

Đây là loại ly hợp mà mômen ma sát hình thành ở ly hợp nhờ ma sát thủy lực, là lyhợp làm việc rất êm dịu (nhờ tính chất để trượt của chất lỏng) vì vậy giảm tải trọng độngcho hệ thống truyền lực cũng như cho động cơ

Tuy vậy ly hợp thủy lực lại mở không dứt khoát vì luôn có mô men dư (dù số vòngquay của động cơ rất thấp) làm ảnh hưởng đến việc gài số

Ngoài ra ly hợp thủy lực luôn luôn có sự trượt (ít nhất từ 2-3%) do vậy gây ra tổnhao công suất động cơ và do đó tăng tiêu hao nhiên liệu của xe Mặt khác, ly hợp thủy lựcđòi hỏi cao về độ chính xác và kín khít đối với các mối ghép, yêu cẩu có các loại dầu đặcbiệt (dầu có độ nhớt và nhiệt độ đông đặc thấp, không sủi bọt ) nên giá thành cao hơn lyhợp ma sát cơ khí thông thường Do đó, loại ly hợp này chỉ sử dụng hạn chế trên các xeđặc biệt có công suất riêng lớn

Qua phân tích ở trên và tham khảo ly hợp một số động cơ, với ô tô ta thiết kế là ô tôtải, trọng lượng toàn bộ 7200kg và mô men ma sát cần thiết của ly hợp tính được là Mms= 703 (N.m) Do đó, ta chọn ly hợp thiết kế là dẫn động thủy lực và nếu ly hợp cần trợlực thì sẽ trợ lực bằng khí nén, sử dụng cơ cấu ép lò xo trụ bố trí xung quanh

2.3.Chọn sơ đồ dẫn động ly hợp

2.3.1 Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng cơ khí

3 4 5

d

9 7

Hình 3.1 Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng cơ khí 1.Bánh đà động cơ, 2.Các tấm ma sát của đĩa bị động, 3.Đòn mở, 4.Giá đỡ của đòn mở,

5 Ổ bi tỳ, 6.Ống trượt, 7.Đòn mở bàn đạp ly hợp, 8.Thanh đẩy, 9.Càng mở, 10.Đĩa ép.

*Ưu, nhược điểm:

-Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, chắc chắn, độ tin cậy cao

-Nhược điểm:

+ Sau một thời gian sử dụng thì các khâu khớp bị mòn, dẫn đến tăng hành trình tự docủa bàn đạp ly hợp

+ Hiệu suất truyền động thấp

+ Độ cứng vững dẫn động thấp hơn so với dẫn động thủy lực do có nhiều khe hở vàkhâu khớp

2.3.2 Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng thủy lực

Hình 3.2 Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng thủy lực 1.Bánh đà động cơ, 2.Các tấm ma sát của đĩa bị động, 3.Đòn mở, 4.Giá đỡ của đòn mở,

3 1

+ Khắc phục được các hiện tượng rơ của các khâu khớp cơ khí

+ Hiệu suất truyền động cao, độ cứng cao, dễ lắp đặt

+ Thuận tiện cho việc bố trí dẫn động nhất là cụm ly hợp cách xa vị trí lái xe

+ Truyền động được êm dịu, có tính khuếch đại cao

- Nhược điểm:

+ Kết cấu phức tạp, giá thành cao

+ Làm việc với độ tin cậy thấp, sửa chữa và sử dụng phức tạp hơn cơ khí

+ Yêu cầu làm kín và độ chính xác chi tiết lắp ghép cao

2.3.3 Dẫn động ly hợp có trợ lực của khí nén

Khi mà lực bàn đạp dùng để mở ly hợp vượt quá một giới hạn nào đó thì cần phải có

sự trợ lực Trợ lực có thể dùng được cho cả dẫn động cơ khí và dẫn động thủy lực

R 2

Hình 3.3 Sơ đồ dẫn động thủy lực có trợ lực khí nén 1.Bánh đà, 2.Các tấm ma sát của đĩa bị động, 3.Đòn mở, 4.Giá đỡ của đòn mở,

5 Ổ bi tỳ, 6.Lò xo hồi vị ổ bi tỳ, 7.Xy lanh công tác, 8.Xy lanh trợ lực, 9.Cơ cấu phân phối, 10.Đường thông khí trời, 11.Buồng tỷ lệ, 12.Màng tỷ lệ, 13.Xy lanh dẫn động cơ cấu trợ lực, 14.Bình khí nén, 15.Đòn mở của bàn đạp ly hợp, 16.Xy lanh chính,

17.Tiết lưu, 18.Càng mở, 19.Ống trượt, 20.Đĩa ép.

Khi trợ lực thì vẫn đảm bảo kết cấu gọn và cho hiệu quả trợ lực cao khi trợ lực bằngkhí nén

Chương 3 Tính toán xác định các thông số cơ bản của ly hợp

3.1 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

Theo [1] ta có bán kính ngoài của tấm ma sát ly hợp được xác định:

)1

.(

2

3

R ms

e

K p z

M

−

πµ

β

[mm] (2.2)Trong đó:

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 Vì xe làm việc trong điều kiện nặng nhọc, đặc tính động học kém nên ta chọn

hệ số ma sát về giới hạn trên μ = 0,28

zms : Số đôi bề mặt ma sát, vì chọn ly hợp một đĩa ma sát nên zms = 2

p : Áp suất pháp tuyến của các bề mặt ma sát Nhằm đảm bảo tuổi thọ cho các tấm

ma sát, theo [1] thì giá trị áp suất cho phép [p] = 1,4.105 ÷ 2,5.105 [N/m2] Vì ly hợp làmviệc trong điều kiện nặng nhọc nên có thể chọn áp suất theo giới hạn dưới p = 1,8.105

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:

R2 = 3

3

5 ( 1 0 , 6 ) 10

8 , 1 28 , 0 2 2

370 9 , 1 3

−

π

≈ 0,161 [m] = 161 [mm]

So sánh với bảng B1-2 trong [1] ta thấy bán kính R2 là chấp nhận được

Vậy bán kính trong của tấm ma sát R1 là:

R1 = R2.KR = 161.0,6 ≈ 97 [mm]

3.2 Diện tích và bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát

Theo [1] ta có diện tích hình vành khăn tấm ma sát S[m2] được xác định như sau:

S = π (R22 – R12) (2.3) = π (0,1612 – 0,0972)

3 1

3 2

.3

2

R R

R R

097,0161,0

097,0161,0.3

2

−

−

= 0,131646 [m].

3.3 Lực ép của cơ cấu ép

Sau khi xác định được các thông số kích thước của vành ma sát, ta dễ dàng xác địnhđược lực ép cần thiết của cơ cấu ép phải tạo ra mà theo đó đảm bảo áp suất làm việc đãchọn và thõa mãn mô men ma sát yêu cầu, theo [1] ta có:

F =

ms tb

e

Z R

M

.

3.4 Công trượt riêng của ly hợp

Việc xác định kích thước của bề mặt ma sát theo điều kiện áp suất làm việc khôngvượt quá giá trị cho phép như trên chưa đủ để đánh giá khả năng chống mòn của ly hợp.Khi các ly hợp khác nhau có cùng áp suất làm việc nhưng với ôtô máy kéo có trọnglượng khác nhau thì sự hao mòn của ly hợp sẽ khác nhau

Quá trình đóng êm dịu ly hợp bao giờ cũng kèm theo sự trượt ly hợp giữa các đôi bềmặt ma sát Sự trượt của ly hợp làm cho các bề mặt ma sát mòn, đồng thời sinh nhiệtnung nóng các chi tiết tiếp xúc với bề mặt trượt Nếu cường độ trượt quá mạnh sẽ làmmòn nhanh các bề mặt ma sát và nhiệt sinh ra sẽ rất lớn, có thể làm cháy cục bộ các tấm

ma sát, làm nung nóng lò xo ép từ đó có thể làm giảm khả năng ép của chúng

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

Hình 2.2 Sơ đồ tính toán công trượt

Ly hợp Ôtô tăng Ôtô chuyển động

bị trượt tốc với tốc độ ổn định

Đồ thị tốc độ góc

3.4.1 Mômen quán tính qui dẫn J a [kg.m 2 ]

Mômen quán tính qui dẫn Ja được xác định từ điều kiện cân bằng động năng khi ôtôđang chuyển động, theo [1] ta có:

p h

bx m

a

i i i

r g

G G

δ

) ( ) (

2 0

Ga : Trọng lượng toàn bộ của ôtô, Ga = G.9,81 = 7200.9,81 = 70632 [N]

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, theo đề rbx = 0,4 [m]

ih : Tỷ số truyền của hộp số, tính công trượt cho số một nên ih = ih1.

ip : Tỷ số truyền số phụ Không có hộp số phụ, ip = 0

i0 : Tỷ số truyền của truyền lực chính

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

* Tính toán các tỷ số truyền của hộp số.

ω

t

 Ta có tỷ số truyền của truyền lực chính i0 được xác định theo tốc độ chuyển độnglớn nhất của xe Vmax [m/s] ứng với tốc độ góc lớn nhất của động cơ ωemax [rad/s],theo [1] thì ta có:

bx e

v i

r

ω

(2.7)Trong đó:

rbx [m]: Bán kính làm việc của bánh xe

ihn : Tỷ số truyền cao nhất của hộp số, thường chọn ihn = 1

vamax [m/s] : Vận tốc lớn nhất của xe, theo đề thì vamax = 100 [km/h]≈ 27,778 [m/s]

ωemax [rad/s]: Tốc độ góc lớn nhất của động cơ, được xác định theo loại động cơ vàchủng loại xe khi thiết kế

Theo [1] phần thiết kế hộp số thì đối với động cơ diesel và cho xe tải thì theo kinhnghiệm ωemax = ωN [rad/s]

ωN : Tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ

3200

π = 334,933 [rad/s].

Thay tất cả các giá trị đã có vào biểu thức 2.7 ta có:

i0 = 3341.27,933,778.0,4 = 4,82

 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 [1] phần thiết kế hộp số được xác định nhưsau:

ih1 ≥

t e

bx a

i M

r G

η

ψ

.

.

0 max

max

(2.8)Trong đó:

ψmax : Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường, theo đề ψmax = 0,33

ηt : Hiệu suất của hệ thống truyền lực, theo [2] thì ηt = 0,89 (cho xe tải)

Các thông số khác đã được chú thích ở trên

Thay các thông số đã có vào 2.8 ta có:

ih1 ≥

89,0.82,4.370

4,0.70632.33,0

= 5,87 Ta chọn ih1 = 5,87

Thay ih1 và các thông số khác vào biểu thức 2.6 ta được:

)82,4.1.87,5(

4,0.81,9

70632

2 2

= 1,51 [kg.m2]

3.4.2 Mômen cản chuyển động qui dẫn M a [N.m]

Mômen cản chuyển động qui dẫn về trục ly hợp theo [1] được xác định như sau:

Ma = [(Ga + Gm).ψ + Pω]

t t

bx

i

r

η [N/m] (2.9)Trong đó:

ψ : Hệ số cản tổng cộng của đường, tính cho đường có ψ = 0,02

Pω : Lực cản của không khí, khi khởi hành thì Pω = 0 [N] ( vì tốc độ quá nhỏ)

it : Tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực

it = ih1 ip i0 = 5,87.1.4,82 = 20,29

ηt : Hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực như đã nói ở trên

Các thông số khác như đã nói ở trên

Thay các thông số tính được vào 2.8 ta được:

Ma = (70632.0,02 + 0).20,290,4.0,89 = 31,291 [N.m]

3.4.3 Tính thời gian trượt ly hợp trong các giai đoạn (t 1 & t 2 )

Chọn cách tính theo thời gian trượt tổng cộng của ly hợp t0

Theo [1] thì thời gian đóng ly hợp êm dịu t0 = 1,1 ÷ 2,5 [s] Ta chọn t0 = 2 [s].Tính hệ số kết thúc trượt kd (kd >0) ly hợp, theo [1] ta có:

max

max

)

(

.2)

.(

a e

d

a a e e

d

M M

k

J M

kd : Hệ số kết thúc trượt sẽ được xác định theo biểu thức (2.10)

Memax [N.m]: Mômen xoắn lớn nhất của động cơ.

ωe : Tốc độ góc động cơ khi đóng ly hợp, khi tính toán lấy bằng tốc độ góc ứng vớimômen cực đại ωe = ωN = 334,933 [rad/s]

ωa : Tốc độ góc trục ly hợp Tính cho lúc khởi hành xe nên ωa = 0 [rad/s]

Ma : Mô men cản chuyển động của ôtô qui dẫn về trục ly hợp, theo tính toán ở trên ta

có Ma = 31,291 [N.m]

Ja : Mô men quán tính khối lượng của ôtô qui dẫn về trục ly hợp, tính toán ở trên tađược Ja = 1,51 [kg.m2]

Sử dụng công cụ Solver của Microsoft Excel, cho trước giá trị kd = x > 0 bất kỳ Tính

t0 theo công thức (2.10) Thiết lập bài toán tối ưu theo mục tiêu t0 = 2 [s] như đã chọn.Chỉ định biến thay đổi là ô (cell) giá trị x của kd đã cho Thiết lập điều kiện cho bài toánvới hai điều kiện: kd > 0 và kd ≤ β.1,5 (ở đây 1,5 là giá trị xét đến tải trọng động làm tăng

hệ số dự trữ khi đóng ly hợp)

Ta cho trước kd = x =1 Tính t0 theo (2.10) ta được t0 = 3,262219 Xác lập bài toán tối

ưu với ô (cell) tính toán t0 làm ô mục tiêu (Set Target Cell) có giá trị đặt trước (Value of)cần phải đạt tới là 2

Ô giá trị cần phải thay đổi (By changing cells) để đạt mục tiêu là ô (cell) cho trướcgiá trị bất kỳ (kd = x = 1)

Các điều kiện ràng buộc cho bài toán (Subject to the Constrains) là ô(cell) chứa giátrị kd phải thõa mãn hai điều kiện: kd > 0 và kd ≤ 1,9.1,5

Kết quả tính tối ưu nhờ công cụ Solver ta có hệ số kết thúc trượt ly hợp kd:

kd = 1,807589

Thay giá trị kd tính được vào các công thức tính thời gian trượt t1, t2 theo [1] ta có:

t2 = (( . ).2. )

max a e

d

a a e

M M

k

J

−

−ωω

d

a

M M

k

M t

Trong đó:

(2.11)

t1 : Thời gian trượt của giai đoạn I (giai đoạn ứng với tốc độ góc trục khuỷu và trục lyhợp là hằng số).

t2 : Thời gian trượt của giai đoạn II ( giai đoạn ứng với mômen ma sát hình thành ở lyhợp lớn hơn mômen cản chuyển động qui dẫn về trục ly hợp)

Thay các đại lượng đã biết vào (2.11) ta tính được thời gian trượt t1,t2:

t2 =

291,31370.807589,

1

51,1.2)

0933,334(

t

M a

=

123329,

0

291,31

= 253,72 [N.m/s]

So sánh với giá trị kinh nghiệm đối với xe vận tải hàng hóa: K = 150 ÷ 750 [N.m/s] làthỏa mãn

3.4.4 Tính công trượt tổng cộng của ly hợp L[J]

Theo [1] thì công trượt tổng cộng của ly hợp được xác định như sau:

2 2 ).

t1 : Thời gian trượt của giai đoạn I

t2 : Thời gian trượt của giai đoạn II

Các thông số khác đã được chú thích ở phần trên

Thay các giá trị đã biết vào (2.12) ta có:

2

1 586517 ,

1 3

2 2

123329 ,

0 ).

0 933 , 334 (

291 ,

3.4.5 Tính công trượt riêng cho ly hợp

Để đánh giá tuổi thọ của ly hợp theo điều kiện trượt, người ta dùng chỉ tiêu công trượtriêng trên một đơn vị diện tích làm việc của các bề mặt ma sát, kí hiệu lr [J/m2], theo [1]thì công trượt riêng của ly hợp được tính như sau:

lr = . .( 2)

1

2

2 R R z

L

msπ − (2.13)

Trong đó:

L [J] : Công trượt tổng cộng của ly hợp, xác định được ở trên

zms : Số đôi bề mặt ma sát, ly hợp một đĩa bị động nên zms = 2

R2[m], R1[m] : Bán kính tương ứng vòng ngoài, vòng trong của hình vành khăn bềmặt ma sát, đã được xác định ở trên

Thay các thông số đã có vào biểu thức (2.13) ta được:

lr = 2.π.(096427,1612,1307−0,0972) = 778893,8318(J/m2) ≈ 778,894 [KJ/m2].

So sánh với giá trị cho phép về công trượt riêng của xe tải là lr ≤ 800 [KJ/m2] thì lyhợp thiết kế đạt yêu cầu về tuổi thọ cho ly hợp

3.5 Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp

Tính toán, kiểm tra nhiệt độ nung nóng các chi tiết của ly hợp trong quá trình trượt lyhợp để đảm bảo sự làm việc bình thường của ly hợp, không ảnh hưởng nhiều đến hệ số

ma sát, không gây ảnh hưởng đến sự đàn hồi của lò xo ép…

Theo [1] thì với ly hợp một đĩa, nhiệt sinh ta làm nung nóng đĩa ép được xác địnhnhư sau:

ν.L = m.c.∆T (2.14)Trong đó:

L[J] : Công trượt toàn bộ của ly hợp

ν : Hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng đĩa ép, với ly hợp một đĩa bị động thì ν =0,5

c : Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng, với vật liệu bằng thép hoặc gang cóthể lấy c = 481,5 [J/kg.°K]

m[kg] : Khối lượng chi tiết bị nung nóng

∆T[°K] : Độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng

Độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết tính toán đối với mỗi lần khởi hành của ôtô( ứng với hệ số cản của đường ψ = 0,02) không vượt quá 10°K.

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

m ≥ 0,5.48196427,5.10,1307 = 10,01 [kg]

3.6 Bề dày tối thiểu của đĩa ép

Bề dày tối thiểu của đĩa ép δt [m] được xác định theo khối lượng tính toán chế độnhiệt (m) ở trên, theo [1] có thể xác định theo công thức:

δt ≥ π.( 2 ).ρ

1

2

2 R R

m

− (2.15)

Trong đó :

ρ[kg/m3] : Khối lượng riêng của đĩa ép

ρ ≈ 7800[kg/m3] đối với vật liệu bằng gang

Các thông số khác đã được chú thích ở trên

Thay các giá trị đã có vào (2.15) ta có:

δt ≥ π.(0,161210−0,01,0972).7800= 0,024752 [m] ≈ 25 [mm].

3.7 Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu ép

Cơ cấu ép được dùng để tạo ra lực ép cho đĩa ép của ly hợp thường đóng, ly hợp masát cơ khí ôtô thường sử dụng các loại lò xo dây xoắn hình trụ, lò xo dây xoắn hình cônhoặc lò xo đĩa để tạo ra lực ép cho ly hợp Mỗi loại lò xo có những ưu nhược điểm riêngcủa nó Đối với xe thiết kế là xe tải, ta chọn kiểu lò xo ép là lò xo trụ

3.7.1 Ưu nhược điểm của lò xo trụ

- Ưu điểm:

+ Tính toán thiết kế đơn giản, dễ chế tạo

+ Dễ bố trí lắp đặt đảm bảo gọn gàng về kết cấu và có rộng chỗ để đặt ổ bi ép củađòn mở ly hợp nằm trên trục ly hợp, độ tin cậy cao, cho phép điều chỉnh thuận lợi

- Nhược điểm :

+ Nếu trong trường hợp chế tạo độ cứng của lò xo khác nhau thì lực ép của chúngcũng khác nhau do đó làm cho lực ép các bề mặt ma sát không đều nhau.

+ Trong thời gian làm việc có trường hợp một lò xo trụ bị gãy thì đòi hỏi phải thaynguyên bộ lò xo cho nên không tiết kiệm được vật liệu

+ Khi làm việc có trường hợp lò xo bị ram lại cho nên không đảm bảo được lực ép,khi lắp ráp cần phải có lớp cách nhiệt cho nên làm phức tạp thêm kết cấu

3.7.2 Tính toán lò xo dây xoắn hình trụ

Lò xo thường được chế tạo bằng thép silic 60C, 60C2A hoặc thép măng gan 65 haythép các bon 85 có ứng suất cho phép [τ] = 650÷850 [MN/m2] và σ = 1000 [MN/m2] Lò

xo được tính toán nhằm đảm bảo lực ép cần thiết cho ly hợp

3.7.2.1 Tính lực ép cần thiết của một lò xo F lx [N] khi làm việc

Theo [ 1] thì lực ép cần thiết của một lò xo được tính theo công thức sau:

F[N] : Lực ép cần thiết của ly hợp F = 9535,85 [N]

k0 : Hệ số tính đến sự giãn, sự nới lỏng của lò xo, k0 = 1,05 ÷ 1,08 Chọn k0 = 1,06

zlx : Số lượng lò xo sử dụng để tạo ra lực ép, theo [1] thì đối với xe tải thì

= 842,3 [N]

3.7.2.2 Độ cứng của một lò xo dây xoắn C lx [N/m]

Độ cứng của một lò xo dây xoắn được xác định theo điều kiện tối thiểu của hệ số dựtrữ ly hợp βmin khi tấm ma sát đã mòn đến giới hạn phải thay thế Theo [1] thì độ cứng củamột lò xo dây xoắn Clx[N/m] được xác định như sau:

Clx =  − β 

βmin

1

β : Hệ số dự trữ tính toán của ly hợp.

βmin : Hệ số dự trữ ly hợp khi tấm ma sát mòn đến giới hạn phải thay thế Theo kinhnghiệm βmin= (0,8 ÷ 0,85) β = (0,8 ÷ 0,85).1,9 = (1,52÷1,62) Ta chọn βmin = 1,6

lm [m] : Lượng mòn tổng cộng cho phép của các tấm ma sát

Ta chọn phương pháp gắn tấm ma sát vào đĩa bằng phương pháp đinh tán nên theo [1]thì:

lm = 0,25.δms.zms (2.18)Với δms là bề dày của một tấm ma sát, đối với xe tải thì: δms =3,5÷6 Ta chọn δms = 5.Thay vào (2.18) ta có: lm = 0,25.5.2 = 2,5 [mm] = 0,0025 [m]

Thay các giá trị đã có vào biểu thức (2.17) ta được:

6,11.0025,0

3,842

= 954,01 [N].

3.7.2.4 Kích thước hình học của lò xo

Hình 2.3 Sơ đồ tính lò xo ép

d : Đường kính dây lò xo.

D : Đường kính trung bình của lò xo.

Đường kính dây lò xo và đường kính trung bình được xác định từ các công thức tínhứng suất τ [N/m2], còn số vòng làm việc nlx tính theo Clx từ bảng B1-2 theo [1]

a Đường kính dây lò xo d[m] và đường kính trung bình D[m] được xác định từ công thức ứng suất τ [N/m 2 ]:

Theo [1] ta có:

τ = 3 max

8

lx

F d

D k

lx

F d

D k

π . (2.21)

Trong đó:

[τ] : Ứng suất tiếp cho phép của lò xo, [τ] = 650 ÷ 850 [MN/m2]

k : Hệ số tăng ứng suất tiếp do lò xo bị xoắn khi chịu tải, được chọn theo tỉ số D/d

từ bảng B1-2 ( theo [1])

Ta chọn D/d = 6 và tra bảng ta được k = 1,25

Các thông số khác đã được chú thích ở trên

Thay các thông số đã biết vào biểu thức (2.21) ta được:

d ≥ 6.954,01

10.800

25,1.8

b Số vòng làm việc của lò xo:

Số vòng làm việc của lò xo nlv được tính theo Clx[N/m] từ bảng B1-2 theo [1] đượcxác định như sau:

Clx =

lx

n D

d G

8

3

4

Suy ra: nlx =

lx

C D

d G

8

nlx : Số vòng làm việc của lò xo

G : Môđun đàn hồi trượt của vật liệu làm lò xo, G = 0,81.1011[N/m2]

D [m] : Đường kính trung bình của lò xo

d [m] : Đường kính dây lò xo

Từ (2.22) thay số vào ta suy ra:

nlx =

89,53197.03,0.8

005,0.10.81,0

3

4 11

= 4,4 [vòng] Chọn nlx = 5 [vòng]

c Chiều dài của lò xo:

- Chiều dài tối thiểu của lò xo Lmin[mm] được xác định khi lò xo chịu tải lớn nhất

Flxmax với khe hở tối thiểu giữa các vòng là 1[mm], theo [1] ta có:

Lmin = (nlx -1).(d+1) + (1,5÷2).d + 2 (2.23)

Trong đó:

nlx -1 : Là số bước của lò xo

d [mm] : Đường kính dây lò xo xoắn

(1,5÷2) : Số vòng không làm việc, được tính thêm cho việc tỳ lò xo vào đế

2 : Khe hở giữa các vòng tỳ với vòng làm việc

Thay các giá trị đã biết vào (2.23) ta được:

Lmin = (7 -1).(5+1) + (1,5÷2).5 + 2 = ( 33,5÷36) [mm] Chọn Lmin = 34 [mm]

- Chiều dài tự do của lò xo Lmax [mm] được xác định khi không chịu tải, theo [1] ta có:

Lmax = Lmin + λmax (2.24)Trong đó:

λmax : Độ biến dạng lớn nhất của lò xo khi chịu lực lớn nhất Flxmax

λlv : Độ biến dạng của lò xo khi chịu lực ép Flx

Chương 4 Tính toán các thông số cơ bản.

4.1 Tính toán các thông số cơ bản của điều khiển ly hợp bằng thủy lực:(với sơ đồ

dẫn động như hình 3.2)

Để mở ly hợp lái xe phải tác dụng lực vào bàn đạp ly hợp, thông qua hệ thống điềukhiển, lực sẽ được khuếch đại và truyền đến đĩa ép một lực ngược chiều với lực ép lò xo

và có giá trị bằng lực nén lò xo khi mở ly hợp

Tỷ số truyền idk của hệ thống điều khiển càng lớn, lực điều khiển từ bàn đạp càng nhỏ

và giảm được điều kiện làm việc của người lái xe Tuy vậy, tỷ số truyền bị giới hạn bởihành trình dịch chuyển bàn đạp do tầm với chân lái xe có hạn

4.2 Xác định hành trình bàn đạp.

Khi mở ly hợp, đĩa ép sẽ tách khỏi đĩa bị động với khe hở tối thiểu giữa các đôi bềmặt ma sát δm nhằm đảm bảo cho đĩa ma sát bị động ly hợp tách hoàn toàn khỏi đĩa épcũng như bánh đà động cơ

Sơ đồ tính toán: Hình 3.2

Thực tế trước khi tách đĩa ép khỏi đĩa ma sát bị động, bàn đạp có khoảng chạy khôngtải để khắc phục tất cả các khe hở có thể có trong hệ thống điều khiển, khoảng chạykhông này được gọi là hành trình tự do của bàn đạp ly hợp

Quan hệ giữa các khe hở với độ dịch chuyển của bàn đạp ly hợp Sbd [mm] khi mở lyhợp được xác định theo các tỷ số truyền của hệ thống điều khiển Theo [1] ta có:

Sbd = (δm.zms + δdh).idk + δ0.b a.d c.e f + (δ01 + δ02)

b

a

(3.1)Trong đó:

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

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]

: 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 thamgia trong hệ thống điều khiển:

d

d l

l

xlct

Trong đó: • lxlc [mm], d1 [mm]: Tương ứng là hành trình, đường kính xy lanh chính

• lxlct [mm], d2 [mm]: Tương ứng là hành trình, đường kính xy lanh côngtác

Đối với xe tải thì [Sbd] theo [1] sẽ là:

[Sbd] = 150÷180 [mm], ta chọn [Sbd] = 180 [mm]

Từ (3.2) ta suy ra:

)(

.)

.(δm ms+δdh tg cm dm+δ0 tg cm + δ01+δ02

bd

i i i

i i z

S

= (0,8.2+0,5).1.2.5180+3.1.2+(0,5+1,5)

= 6,21

Vậy ibd = a / b = 6,21 Với a = 261[mm] và b = 42 [mm]

4.3 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:

Fbd ≥

dk dk

- Fmmax [N]: Lực nén lớn nhất của các lò xo ép tác dụng lên đĩa ép khi mở ly hợp.Đối với lò xo dây xoắn thì ta có:

Fmmax = (Flx + Clx.λm).zlx (3.4)

Trong đó:

+ Flx [N]: Lực ép cần thiết của lò xo khi đóng ly hợp Flx =842,3 [N]

+ Clx [N/m]: Độ cứng của mỗi lò xo dây xoắn Clx = 53197,89 [N/m]

+ λm [m]: Độ biến dạng thêm của lò xo khi mở ly hợp λm = 0,0021 [m]

+ zlx : Số lượng lò xo dây xoắn zlx = 12

Thay tất cả các thông số đã có vào (3.4) ta được:

18,11448

≈ 204,83 [N]