TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế thế giới, nền kinh tế việt nam cũng từng bước phát triển, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và kỷ thuật ngành giao thông vận tải củng phát triển rất mạnh mẽ

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN Giáo viên hướng dẫn: Phạm Bội Chương Kết quả đánh giá:

Giáo viên chấm:

Kết quả đánh giá:

LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế thế giới, nền kinh tế việt nam cũng từng bước phát triển, cùng với sự phát triển mạnh

mẽ của khoa học và kỷ thuật ngành giao thông vận tải củng phát triển rất mạnh

mẽ Ôtô ngày càng trở thành một phương tiện đi lại, vận chuyển hàng hóa và hànhkhách phổ biến kéo theo nó là nhu cầu về đội ngũ để phục vụ cho ngành

Sau khi học xong môn học Ô tô II, chúng em đã vận dụng những kiến thức đãhọc để làm đồ án - Tính toán Ô tô II Trong quá trình tính toán để hoàn thành Đồ

án môn học chuyên nghành này, bước đầu chúng em đã gặp không ít khó khăn bỡ ngỡ nhưng cùng với sự nỗ lực của em, sự giúp đỡ của các bạn trong lớp, và sự

hướng dẫn hết sức tận tình của thầy giáo Phạm Bội Chương, các thầy giáo trong

khoa giờ đây sau một thời gian làm việc hết mình, nghiêm túc chúng em đã hoàn thành xong Đồ án môn học Ô tô II Tuy nhiên do là lần đầu tiên chúng em vận dụng lý thuyết đã học, vào tính toán một bài tập cụ thể theo thông số cho trước, nên gặp rất nhiều khó khăn và không tránh khỏi những sai sót Vì vậy chúng em rấtmong sự xem xét, sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy để bản thân chúng em ngày càngđược hoàn thiện hơn nữa về kiến thức chuyên môn và khả năng tự nghiên cứu của mình

Qua Đồ án này mỗi người trong chúng em đều đã có ý thức hơn cho nghề nghiệp của mình, đã dần hình thành cho mình phuong pháp học tập và nghiên cứu

mới Cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy Phạm Bội Chương đã giúp chúng em

hoàn thành tốt Đồ án này

Rất mong được sự giúp đỡ nhiều hơn nữa của thầy và các thầy giáo trong khoa

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên : Nguyễn Văn Quân

I SỐ LIỆU CHO TRƯỚC :

- Loại ôtô : Ôtô du lịch

- Trọng lượng toàn xe Ga = 1330 (KG)

- Mômen cực đại Memax = 9,3 (mã lực), nM = 2900 (vòng/phút)

- Công suất cực đại Nmax = 50 (mã lực), nN = 4750 (vòng/phút)

II NỘI DUNG CẦN HOÀN THÀNH :

- Phân tích kết cấu chọn phương án thiết kế ly hợp

- Xác định mômen ma sát của ly hợp

- Xác định các kích thước cơ bản của ly hợp

- Tính công trượt riêng

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

- Tính toán dẫn động ly hợp

III BẢN VẼ :

- 01 bản vẽ A0 : vẽ cắt dọc và ngang của ly hợp

- 01 bản vẽ A3 : hệ thống dẫn động ly hợp

Sinh viên thực hiện Giáo viên hướng dẫn

Nguyễn Văn Quân Phạm Bội Chương

I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THIẾT KẾ

I.1 Công dụng của hệ thống thiết kế :

Hiện nay trên ô tô, máy kéo có nhiều loại ly hợp khác nhau, ly hợp là một cụm chi tiết quan trọng, có tác dụng tách nối truyền động từ động cơ đến hộp số khi gài số, hay nói cách khác, ly hợp là bộ phận dùng để nối trục khuỷu dộng cơ với hệ thống truyền lực, để truyền mômen quay được êm dịu và cắt truyền động đế

hệ thống truyền lực nhanh chóng, dứt khoát Ngoài ra, ly hợp còn là cơ cấu an toàncho hệ thống truyền lực khi quá tải

I.2 Nêu và phân tích các yêu cầu của hệ thống thiết kế :

1 Ly hợp phải truyền được mômen quay lớn nhất của động cơ mà không bị trượt ở bất cứ điều kiện sử dụng nào Để thực hiện điều đó thì Mms ly hợp > Memax

nghĩa là hệ số dự trữ β > 1

2 Đóng êm dịu để tăng từ từ mômen quay lên trục của hệ thống truyền lực, không gây va đập các bánh răng Khi ly hợp đóng êm dịu thì ô tô khởi hành từ từ

mà không bị giật, làm cho người lái đỡ mệt

3 Mở dứt khoát nhanh chóng nghĩa là cắt hoàn toàn truyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực trong thời gian rất ngắn Nếu ly hợp mở không dứt khoát, dẫn đến việc khó già số êm dịu vì mômen quay của động cơ và mômen quy dẫn của các chi tiết chuyển động của động cơ sẽ truyền tới trục sơ cấp của hộp số làm cho việc dịch chuyển các bánh răng vào ăn khớp khi gài số khác sẽ rất khó khăn Việc mở dứt khoát và nhanh chóng sẽ giảm lực va đập giữa các bánh răng

4 Mômen quán tính của các chi tiết thụ động phải nhỏ để giảm các lực va đập lên bánh răng

5 Đóng vai trò như một bộ phận an toàn để tránh tác dụng của hệ thống truyền lực, những lực qua lớn khi xẩy ra quá tải : Mms ly hợp < Memax

6 Điều khiển nhẹ nhàng và lực điều khiển nhỏ

7 Các bề mặt ma sát thoát nhiệt tốt, đảm bảo sự làm việc bình thường Khi

ly hợp làm việc thì nhiệt độ các bề mặt làm việc là rất lớn Chính vì vậy, yêu cầu

khi thiết kế ly hợp là phải đảm bảo làm sao để bề mặt ma sát có thể thoát nhiệt tốt nhất.

8 Kết cấu đơn giản, trọng lượng nhỏ, làm việc bền, độ tin cậy cao, điều chỉnh và chăm sóc dễ dàng

I.3 PHÂN LOẠI SƠ BỘ HỆ THỐNG THIẾT KẾ :

Dựa vào cách truyền mômen quay từ động cơ tới hệ thống truyền lực mà có thể chia các loại ly hợp :

rẻ Tuy nhiên khi làm việc dễ xẩy ra mòn bề mặt ma sát Hay đĩa ma sát bị đảo, dẫn đến ly hợp mở không dứt khoát loại 2 đĩa đóng êm dịu hơn do có nhiều đĩa nên các bề mặt ma sát tiếp xúc với nhau từ từ khi đóng ly hợp Tuy nhiên việc định

vị các đĩa ma sát khi cắt ly hợp là khó khăn

- Ly hợp hình côn : Phần đĩa thụ động có hình côn

- Ly hợp hình trống: Phần đĩa thụ động làm theo dạng má phanh tàn trống Loại ly hợp hình côn và tang trống ngày nay không còn dùng trên ô tô nữa vì mômen quán tính của các chi tiết thụ động của chúng lớn gây tải trọng va đập lớn lên hệ thống truyền lực khi đóng ly hợp

2 Ly hợp thủy lực : Truyền mômen quay bằng cách nhờ tác dụng của trườngnam cham điện Đóng ly hợp êm dịu, ngắt ly hợp dứt khoát, độ tin cậy cao Nhược điểm chính là kết cấu cồng kềnh, hiệu suất giảm do tổn hao điện từ, giá thành cao

CHỌN LOẠI LY HỢP, SƠ ĐỒ LY HỢP, SƠ ĐỒ DẪN ĐỘNG LY HỢP

.1 Chọn loại ly hợp :

Qua phân tích sơ bộ như trên, ta chọn loại ly hợp ma sát một đĩa để thiết kế cho loại xe con được yêu cầu Để tạo lực ép thì có thể dùng lò xo trụ bố trí xung quanh, lò xo côn hoặc lò xo dạng đĩa

- 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 qu 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 áp suất 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 bề mặ 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 giảm hối lượng của ly hợp nhờ có đặc tính là phi tuyến nên lực mở ly hợp chỉ cấn nhỏ,

mở nhẹ 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 ở trạng thái mở giảm và sự mài mòn các bề mặt ma sát trong giới hạn nào đó không làm giảm mà thậm chí còn làm tăng lực ép Nhược điểm của ly hợp lò xo đĩa côn

là rất khó chế tạo được lò xo có đặc tính theo yêu cầu, với lực ép lớn mà kích thước nhỏ

Mặc dù đối với ly hợp lò xo đĩa côn, việc chế tạo lò xo đĩa rất khó đạt được đặc tính phi tuyến yêu cầu nhưng với những ưu điểm trên nên ta chọn ly hợp 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

.2 Chọn sơ đồ dẫn động ly hợp :

Dẫn động ly hợp là để mở ly hợp khi cần thiết Trên ô tô máy kéo hiện nay thường dùng hai loại dẫn động là : dẫn động cơ khí và dẫn động thủy lực Có thể kết hợp cả khí nén để điều khiển ly hợp nhằm cắt hoàn toàn mômen từ động cơ truyền đến hộp số, giúp cho việc gài số dễ dang nhanh chóng, không va đập trong quá trình gài số

Hiện nay trên ô tô đang sử dụng một số dạng dẫn động ly hợp sau:

1 Dẫn động cơ khí

- Dẫn động cơ khí có cường hóa chân không

- Dẫn động cơ khí có cường hóa thủy lực

- Dẫn động cơ khí có cường hóa khí nén

và số lượng khâu khớp của dẫn động lớn, làm giảm hiệu suất dẫn động cơ khí thì vấn đề làm kín sàn xe và truyền lực từ bàn đạp đến

ly hợp phức tạp hơn do động cơ đặt trên các đối đỡ đàn hồi

- Dẫn động thủy lực có ưu điểm là hiệu suất cao, độ cứng vững chắc cao nên giảm được dành trình tự do của bàn đạp Dẫn động thủy lực còn hạn chế tốc độ dich chuyển của đĩa ép khi đóng ly hợp đột ngột nhờ đó giảm được giá trị tải trọng động Tuy vậy, dẫn động thủy lực có nhược điểm : kết cấu phức tạp, đòi hỏi độ kínkhít cao, đắt tiền, làm việc kém tin cậy hơn dẫn động cơ khí (Khi rò rỉ trên đường ống)

Do những ưu điểm vượt trội của dẫn động thủy lực nên ta chọn loại dẫn động ly hợp bằng thủy lực dùng để thiết kế cho xe con

2 Trọng lượng toàn bộ G a 1330 KG

II TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA LY HỢP

II.1 Tính toán đĩa bị động và đĩa ép :

II.1.1 Mômen ma sát yêu cầu của đĩa ly hợp :

Để đảm bảo truyền hết mômen động cơ xuống hệ thống truyền lực mà không bị trượt trong bất kỳ điều kiện sử dụng nào thì mômen ma sát của ly hợp sinh ra phải luôn luôn lớn hơn mômen cực đại của động cơ, tức là:

Mms = Memax ( N.m ) (3.1)

Trong đó : - Memax = 93 ( N.m )

- β là hệ số dự trữ Hệ số dự trữ ly hợp β phải đủ lớn ( β > 1) để

đảm bảo ly hợp truyền hết mômen xoắn động cơ trong mọi điều kiện làm việc của

nó (khi các bề mặt ma sát bị dầu mỡ rơi vào ,khi các lo xo ép bị giảm tính đàn hồi ,khi các tấm ma sát bị mòn ,…) Mặt khác hệ số β cũng không được lớn quá vì như thế ly hợp không làm tốt chức năng bảo vệ an toàn cho hệ thống truyền lực khiquá tải Theo kinh nghiệm đối với xe con và xe du lịch  = 1,3  1,75 Chọn β = 1,4

II.1.2 Bán kính trung bình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động :

Gọi lực ép tổng cộng do cơ cấu ép tạo ra là F (N), đặt tại bán kính trung bìnhcủa đĩa ma sát Khi đó Mms ly hợp tạo ra có giá trị :

tb ms

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

Lý do là vì kết cấu nhỏ gọn, bố trí dễ dàng, mở dứt khoát

Dưới tác dụng của lực F, tại bề mặt của tấm ma sát xuất hiện một áp suất p

(N/m2), hướng pháp tuyến Giả sử áp suất p phân bố đều trên bề mặt của đĩa.

2

2

3 1

3

2

2 1

2 2

3

2

) (

.

R R

R R

R

R R p

.

3

R ms

Áp suất làm việc p của các bề mặt ma sát quyết định đến lượng mòn của các

bề mặt này khi ly hợp trượt trong quá trình đóng ly hợp sau gài số, do đó p  p Ở

ô tô, bề mặt ma sát giữa Gang với Phe-ra-đô có  p  1 , 4 10 5  2 , 5 10 5( N/m2 ) Giới hạn trên dùng cho xe nhiều xilanh, có đặc tính động lực tốt, ít sang số Dưới hạn dưới dùng cho các ô tô có đặc tính động lực học kém, ô tô tải trọng lớn hoặc làm việc trong điều kiên nặng nhọc Với xe con, chọn [p]  2 10 5( N/m2 )

Suy ra :

3 3

II.1.3 Diện tích bán kính trung bình của hình vành khăn tấm ma sát :

- Diện tích hình vành khăn tấm ma sát S được xác định theo công thức sau :

M q

tb



2

.

2 max

Rtb :Bán kính trung bình của tấm masát Rtb = 90 (mm)

b : Bề rộng của hình vành khăn tấm masát.b = 102 – 76,5= 25,5(mm)

µ: hệ số masát Vật liệu tấm masát là pherado đồng có µ= 0,25

i: Số đôi bề mặt ma sát.i=2(Một đĩa bị động)

[q]=250 (KN/m2) Áp lực riêng cho phép trên tấm bề mặt ma sát

Thay vào công thức ta có:

1, 4.93 2.3,14.0,09 0,0255.0, 25.10 2

q<[q] nên với một đĩa ma sát thì ly hợp vẫn đảm bảo bền khi làm việc

II.1.4 Lực ép của cơ cấu ép :

Lực ép cần thiết của cơ cấu ép phải tạo ra mà theo đó đảm bảo được áp suất làm việc đã chọn và thoả mãn mômen ma sát yêu cầu được xác định từ công thức sau :

F =

ms tb

e Z R

M

.

II.2 Tính toán công trượt riêng và chế độ nhiệt làm việc cảu ly hợp :

Khi ly hợp được mở rồi đóng lại trong quá trình khởi hành hoặc chuyển số, khi đó đĩa chủ động đang quay với số vòng quay của trục khuỷu, còn đĩa bị động chưa quay hoặc quay với vận tốc khác Trước khi hai đĩa này được nối thành khối liền thì bao giờ cũng có sự trượt tương đối giữa chúng

Khi bắt đầu khởi hành, quá trình trượt mãnh liệt nhất Khi chuyển số thì quá trình trượt phụ thuộc nhiều vào trình độ chuyên môn và tay nghề của người lái

Khi ly hợp trượt thì sẽ sinh ra công ma sát Công này biến thành nhiệt năng đốt nóng các chi tiết của ly hợp làm giảm hệ số ma sát và tính đàn hồi của lò xo ép

Để nghiên cứu sự trượt của ly hợp, ta xét quá trình khởi hành ô tô biểu diễn trên Hình 3.1

Điểm A tương ứng với thời điểm ô tô bắt đầu dịch chuyển khi mômen ma sát tăng lên bằng mômen cản quy dẫn về trục ly hợp, tức là : Ml = Ma và được tính theo công thức :

Ma =  

t t

bx m

a

i

r P G

G





Ml Ma Kt

C B

Hình 3.1 Quá tình khởi hành ô tô Hình 3.2 Mômen tương đương:

Động cơ - Hệ thống truyền lực

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

-P : Lực cản của không khí Khi khởi hành xe thì P=0 (vì tốc

độ quá nhỏ)

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

- t: Hiệu suất của hệ thống truyền lực Đối với ôtô con t

=0,9÷0,93.Chọn t=0,9Phụ thuộc vào tỷ số giữa mômen động cơ Me và mômen ma sát của ly hợp

Ml trong quá trình đóng, tốc độ góc trục ωe ban đầu tăng đến điểm B (do tăng ga), sau đó giảm xuống điểm C (tương ứng với điểm kết thúc trượt ly hợp)

Khoảng thời gian từ O đến C là thời gian đóng ly hợp tđ Trong thời gian tđ, mômen ma sát của ly hợp tăng gần như tỷ lệ thuận với thời gian, tức có thể viết Ml

= K.t, trong đó K là hệ số đặc trưng cường độ đóng ly hợp Để xác định công trượt của ly hợp, ta khảo sát mô hình tương đương : động cơ – hệ thống truyền lực như hình 3.2

Ở đây :

t p

h

bx m a

a

i i i g

r G

G

) (

1 ).

(

2 0

Ga : Trọng lượng toàn bộ của ôtô Ga= 1330 (KG)

Gm : Trọng lượng toàn bộ của rơmóc Gm =0

Phương pháp tính công trượt này tính trong quá trình diễn biến thực tế khi đóng

ly hợp gồm hai giai đoạn :

- Tăng mô men quay của ly hợp Ml từ giá trị 0 đến Ma khi bắt đầu đóng ly hợp, lúc đó ô tô bắt đầu khởi hành tại chỗ

-Tăng mô men quay của ly hợp Ml đến giá trị mà trượt của ly hợp không còn nữa

Công trượt của động cơ ở giai đoạn đầu của thời gian t1 sẽ tiêu hao cho sự trượt

và nung nóng ly hợp Công trượt ở giai đoạn đầu L1 được xác định như sau:

1 1

Công trượt của động cơ ở giai đoạn thứ 2 của thời gian t2 tiêu tốn cho việc tăng tốc trục bị động của ly hợp và sẽ thắng các sức cản chuyển động của ô tô.

Công trượt ở giai đoạn thứ 2 được xác định theo công thức như sau :

2

3

2 2

1

t M

2

1 3

2

a e

Đối với xe du lịch và xe con k = 5 ÷ 15 (KG.m/s).Chọn k =14 (KG.m/s)

A : Là biểu thức rút gọn được tính theo công thức :

 m a

a

J

A 2   

Rõ ràng ta thấy công trượt tăng lên theo hiệu số e  a tăng và đạt giá trị

cực đại khi a  0(xe khởi động tại chỗ) Tốc độ góc trục khuỷu động cơ khi đóng

ly hợp có thể thừa nhận không đổi và đạt giá trị ứng với mô men cực đại của động

a

M t k

a e a J

A

t

k k

giá trị tuyệt đối của công trượt L chưa phản ánh được khả năng chống mài mòn và điều kiện làm việc của ly hợp Các ly hợp có kích thước khác nhau, dù có cùng L sẽ có điều kiện làm việc khác nhau và bị mài mòn khác nhau Vì vậy, để đánh giá ly hợp về những phương diện trên, người ta dùng một đại lượng tương đốigọi là công trượt riêng :

1 2 2

L :Công trượt tổng cộng của ly hợp được xác định ở trên

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

R2 ,R1 : Bán kính tương ứng vòng ngoài ,vòng trong của hình vành khăn bề mặt ma sát [cm]

Thay số vào công thức (3.11) ta có:

c) Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp :

Công trượt của ly hợp biến thành nhiệt năng làm nung nóng các chi tiết của

nó, do đó khi tính toán thiết kế ly hợp phải tiến hành kiểm tra nhiệt độ làm việc xem có vượt quá nhiệt độ cho phép không

Thực tế cho thấy, chi tiết bị đốt nóng mạnh nhất là đĩa bị động vì chúng trực tiếp thu nhận nhiệt Bánh đà có kích thước và khối lượng lớn nên ít bị nung nóng hơn so với đĩa ép, vì vậy ta tính toán nhiệt đối với đĩa ép

Để xác định mức tăng nhiệt độ của đĩa ép, ta giả thiết nhiệt do ly hợp sinh rakhông truyền vào môi trường xung quanh, khi đó ta có phương trình cân bằng nhiệt như sau:

Trong đó :

- L : Công trượt toàn bộ của ly hợp

- γ : Hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng đĩa ép ,với ly hợp môt dĩa

bị động thì γ = 0,50

- c : Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng ,với vật liệu làm bằng thép hoặc gang có thể lấy c=481,5 (J/kg.0K)

- m : Khối lượng chi tiết bị nung nóng (kg)

- ΔTT: Độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng (0K) Đối với xe con sau một lần đóng không quá 10 0K

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

0,38

v L m

c T

d) Chiều dày tối thiểu của đĩa ép (theo chế độ nhiệt ):

Bề dày tối thiểu của đĩa ép  (m) được xác định theo khối lượng tính toán chế độ nhiệt ở trên có thể được xác định theo công thức :

1 max 1

2

r r

r M

2 max 2

2

r r

r M

Đinh tán được kiểm tra theo ứng suất cắt và ứng suất dập

- Ứng suất cắt của đinh tán ở vòng trong là:

4

.

2 1

1

d n

F

d

.

[d] =250 [kg/cm2 ].

Kiểm tra đinh tán ở vòng ngoài:

- Ứng suất cắt của đinh tán ở vòng ngoài là:

III.2 Moay ơ đĩa bị động :

Moay ơ đĩa bị động được nối với xương đĩa bị động bằng đinh tán và ghép với trục bằng then hoa

Mối ghép then hoa hư hỏng chủ yếu do chèn dập, bong tróc bề mặt làm việc hoặc do ứng suất cắt khi 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 4.2