bản đầy đủ, đồ án ly hợp ô tô

MỞ ĐẦU Đồ án môn học “ Thiết kế ly hợp ô tô” là thể hiện kết quả cuối cùng của cả quá trình học các môn chuyên ngành “ Lý thuyết ô tô” và “ Kết cấu tính toán ô tô”. Nhiệm vụ cơ bản của đồ án môn học này là có được kinh nghiệm, kỹ năng tính toán trong quá trình thiết kế hay cải tiến các cụm chi tiết, các hệ thống của ô tô. Với đề tài tìm hiểu tính toán các thông số về đặc tính kéo, bài báo cáo gồm 2 phần chính sau: • Phần 1 Tính toán và kiểm tra chất lượng kéo của ô tô • Phần 2 Tính toán và thiết kế ly hợp của ô tô Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy Ths. PHẠM VĂN THỨC trong thời gian qua đã giúp em hoàn thành đồ án môn học này. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU : Mẫu ô tô FORD FORCUS Kích thước hình học DxRxC mmxmmxmm 4525x1720x1415 Động cơ Nemax nN HPvp 785400 Memax nM Nm 172,262500 Khối lượng đầy đủ m kg 1655 A.Tính toán các thông số cơ bản của ô tô 1.1. Trọng lượng toàn bộ cùa ôtô Trọng lượng toàn bộ ô tô được xác đinh theo công thức sau: G = Ga+Gt = 1655.10 = 16550 (N) G1 = (0,45÷0,48).G = 7447,5 (N) G2 = (0,52÷0,55).G = 8606 (N)   Trong đó: G — Trọng lượng đầy đủ cùa ô tô, Ga Trọng lượng bàn thân ô tô Gt Trọng lượng chuyên chở, N. G1,G2 khối lượng đầy đủ tác dụng lên cầu trước và cầu sau của ô tô Tra bảng : Chọn bán kính bánh xe 22575 R16

 Phần 1- Tính toán và kiểm tra chất lượng kéo của ô tô

 Phần 2- Tính toán và thiết kế ly hợp của ô tô

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy Ths PHẠM VĂN THỨC

trong thời gian qua đã giúp em hoàn thành đồ án môn học này

CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :

A.Tính toán các thông số cơ bản của ô tô

1.1 Trọng lượng toàn bộ cùa ôtô

Trọng lượng toàn bộ ô tô được xác đinh theo công thức sau:

G — Trọng lượng đầy đủ cùa ô tô,

Ga - Trọng lượng bàn thân ô tô

G t - Trọng lượng chuyên chở, N.

G1,G2 khối lượng đầy đủ tác dụng lên cầu trước và cầu sau của ô tôTra bảng :

Chọn bán kính bánh xe 225/75 R16

PHẦN 1- TÍNH TOÁN KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG KÉO CỦA Ô TÔ

1 XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ

- Với loại động cơ đã cho ta hoàn toàn có thể xây dựng được đường đặc tính

ngoài của động cơ Đó là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của công suất hoạt động

công suất Ne và momen xoắn Me của động cơ vào tốc độ quay của trục khuỷu

1.1 Công suất hoạt động của động cơ

- Đường đặc tính ngoài của động cơ được xác định theo công thức Lây Đéc Man:

a n – số vòng quay trục khuỷu động cơ

b a, b, c – các hằng số phụ thuộc vào kết cấu động cơ

Với số vòng quay nn = 5400 v/p

Với động xăng: a=1 b=1 , c=1

1.2 Momen xoắn động cơ

Mômen xoắn của động cơ M e được xác định bằng công thức sau:

4

.10 ( ) 1.047.

e e

 Me – momen xoắn động cơ (N.m)

 Ne – công suất của động cơ ứng với số vòng quay trên

nemax = 5400 = 5400 v/p

 Ta có : Ne/neN= 78/5400 (kw/(v/p))

nemin = 700 v/p ( chọn trong khoảng 500-900 v/p)

2 Công suất hoạt động của động cơ

- đây, vi c xác đ nh h t s truy n c a h th ng truy n l c là: Xác đ nh t s truy n ỉ số truyền của hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền ố truyền của hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền ền của hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền ủa hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền ố truyền của hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền ền của hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền ực là: Xác định tỉ số truyền ỉ số truyền của hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền ố truyền của hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền ền của hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền

c a truy n l c chính vàt s truy n c a t ng tay s làm vi c ủa hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền ền của hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền ực là: Xác định tỉ số truyền ỉ số truyền của hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền ố truyền của hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền ền của hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền ủa hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền ừng tay số làm việc ố truyền của hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền

- Tỉ số truyền của truyền lực chính được xác định từ điều kiện đảm

bảo vận tốc chuyển động của ô tô đạt tối đa Vamax tại cấp truyền cao nhất

Theo lý thuyết của ô tô, vận tốc chuyển động của ô tô được tính bằng biểu thức sau:

- Nemax là công suất cực đại của động cơ

- ηtl hiệu suất hệ thống truyền lực

- G = m.g = 1655.10= 16550 (N) trọng lượng toàn tải ô tô

- f: hệ số cản lăn , chọn f =0.02

- v: vận tốc tối đa của ô tô trên đường bằng

- K là hệ số cản không khí , chọn K =0.3 (xe du lịch )

- F là diện tích cản chính diện của ô tô , F=1720.1415= 2,43 m2

- η=0.85 : hiệu suất truyền lực

Ta được: 78.1000.0,85 = 0,02.16550.Vmax + 2,43.0,3.Vmax3

Giải phương trình trên : Vmax = 41,6 ( m/s ) = 150 (km/h)

H- Chiều cao của lốp, mm

d - Đường kính của vành bánh xe, mm

λ - Hệ số tính toán sự biến dạng của lốp xe: chọn λ = 0,945

λ =0,945-0,95 với lốp có áp suất cao

Vmax ứng với tay số cuối là V4

4 0 4

2

60.

e k

0

2π.5400.0,35

4,7560.41,6

-Thỏa mãn điều kiện V min =( 3÷5 ) km/h Vậy chọn V min =30 km/h

-Khi i h4 = i hc = 1 tay số truyền thẳng.

-Vận tốc lớn nhất tại tay số 4 Khi ô tô chuyển động trên đường đường bằng, không dốc

tỉ số truyền của tay số cuối cùng (số truyền thẳng) của hộp số i4=1, vận tốc chuyển động của ô tô khi đó là tối đa

max min

150530

k

v d v

dk là khoảng động học ta được:

=> q =n−1

√d k=√35 = 1,71vậy ta tính được tỉ số truyền các tay số :

ih1 = 5 ih2 = 1,715 = 2,92 ih3 = 5

- Biết được các tỉ số truyền của hộp số, tỉ số truyền của truyền lực chính, ta

có thể dễ dàng xác định được tỉ số truyền của cả hệ thống truyền lực:

iTL = ihs i0

- vậy ta được tỉ số truyền lực chính của các tay số là: Vận tốc chuyển động của ô tô

tại cấp số truyền cho trước tương ứng với tốc độ quay của trục khuỷu động cơ n được tính từ công thức sau:

2

/60

e k a

nz – tốc độ quay làm việc của trục khuỷu động cơ tương ứng với cấp số truyền z, v/p;Vaz – vận tốc của ô tô ở cấp số truyền z tương ứng với tốc độ quay nz, m/s

iTLz- tỉ số truyền của hệ thống truyền lực tướng ứng với cấp số truyền z có tỉ số

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

ĐỒ THỊ ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ

PHẦN 2 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

- Động cơ ô tô sản xuất ra công suất Ne, công suất này được xác định bằng tích của mômen xoắn Ме ở trục khuỷu với tần số góc quay của nó е:

Ne = Ме ·е

- Sự tổn thất công suất do ma sát và sự lắc dầu bôi trơn vào hệ thống truyền lực

được tính bằng hiệu suất sử dụng của hệ thống truyền lực - т Sự tồn thất công suất do ma sát và cũng như ma sát tốc độ trong lốp xe được tính bằng hiệu suất sửdụng của lốp xe - к Có tính toán đến vấn đề đó nên công suất Nм, dùng cho chuyển động ô tô được tính bằng công thức sau:

Nм = Nк ηk = Ne ηкηт

- Động cơ ô tô sản xuất ra công suất Ne, công suất này được xác định bằng tích của

momen xoắn cực đại và tần số góc của động cơ

- Điều kiện để ô tô chuyển động được:

+ Lực kéo phải lớn hơn hoặc bằng lực cản chuyển động P k ≥ F c

+ Lực kéo phải nhỏ hơn hoặc bằng lực P k ≤ F

+ Thiết lập được phương trình cân bằng công suất thu gọn như sau:

e K

T

N N





Ne: là công suất của động cơ (lấy từ đường đặc tính ngoài)

ihi: tỷ số truyền của tay số thứ i

i0: tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

*Xây dựng đường cong lực cản tổng cộng N ψ và đường tổng Nω+NN ψ

Nψ= Nf+Ni Do ô tô chuyển động trên đườn bằng (α=0) nên ta có + Nψ =VfG

v (m/s) Nw (W) Nw + Nψ

Nk1 NK2 NK3 NK4 NW

PHẦN 3: THIẾT KẾ LY HỢP

3.1 XÁC ĐỊNH MÔMEN MA SÁT CẦN THIẾT CỦA LY HỢP

Ly hợp phải có khả năng truyền hết momen xoắn lớn nhất của động cơ Memax nhưsau:

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)

a) Bán kính ngoài của đĩa ma sát.

Bán kính ngoài của đĩa ma sát ly hợp được xác định theo công thức:

R2=0,5 3,16 √ Me max

Trong đó:

Memax : Mô men xoắn cực đại của động cơ [N.m], Memax =172,26 (N.m)

C: Là hệ số kinh nghiệm, với xe du lịch điều kiện sử dụng bình thường

Chọn số đôi đĩa ma sát i=2 ( ly hợp có 1 đĩa bị động )

- Nguyên liệu của các bề mặt ma sát ( thép với pherado cao su )

4 -Tính công trượt riêng và chế độ làm việc của ly hợp

Tính ih1 (tỉ số truyền của hộp số ở tay số 1) theo điều kiện bám

Tính ih1 (tỉ số truyền của hộp số ở tay số 1) theo điều kiện kéo

-Khả năng thắng sức cản lớn nhất trong điều kiện cho trước :

Ga : Khối lượng toàn bộ của ôtô Ga =1655 [KG]

Gm : Khối lượng toàn bộ của rơmóc Gm =0

g : Gia tốc trọng trường g=10 [m/s 2 ]

rbx :Bánh kính làm việc của bánh xe chủ động rbx =0,35 [m]

ih1 : Tỷ số truyền của hộp số ở tay số 1 ih1 =3

ip : Tỷ số truyền của hộp số phụ ip =1

io :Tỷ số truyền của truyền lực chính io =4,75

δ t : Hệ số tính đến khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền

lực trong tính toán thiết kế lấy δ t =1,05÷1,06

4.2 Mômen cản chuyển động quy dẫn

Mômen cản chuyển động của xe quy dẫn về trục ly hợp được tính theo công thức sau:

Ma = [ ( Ga+ Gm) .ψ +Pω] rbx

Trong đó : ψ : Hệ số cản tổng cộng của đường ψ =f+tg với f =0,02 là hệ

số cản lăn , =0 0 là góc dốc của mặt đường ψ =0,02+Ntg0 0 =0,02

Pω : Lực cản của không khí Khi khởi hành xe thì

- Thời gian đóng ly hợp được chia làm hai giai đoạn :

- Thời gian đóng ly hợp ở giai đoạn đầu được xác định theo công thức:

-k : Hệ số tỷ lệ kể đến nhịp độ tăng mômen khi đóng ly hợp và được xác định theo công thức kinh nghiệm :

Đối với xe ô tô con và du lịch k=5÷15[KG.m/s]

Chọn k=15 [KGm/s]

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

A= √ 2 Ja ( ωm− ωa)

Với : m tốc độ góc ứng với mômen cực đại của động cơ

m =2500.3,14/30=261,8 [rad/s]

a =0 tốc độ góc của trục ly hợp tính toán cho lúc khởi hành xe

Thay số vào công thức (1-10) ta có:

2 .a m a

=√2.0,1(261,8−0) = 7,23Thay số vào công thức (1-8) và (1-9) ta có:

Công trượt của động cơ ở giai đoạn thứ 2 cuat thời gian t2 tiêu tốn cho việc tăng tốc trục

bị động của ly hợp và sẽ thắng các sức cản chuyển động ô tô

Công trượt của giai đoạn thứ 2 được tính theo công thức

Để đánh giá tuổi thọ của ly hợp theo điều kiện trượt ,người ta dùng chỉ tiêu công trượt riêng ;được xác định bằng công trượt trên một đơn vị diện tích làm việc của các bề mặt ma sát được xác định theo công thức sau:

zms π ( R22− R12)

Trong đó :

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

zms :Số đôi bề mặt ma sát Ly hợp 1 đĩa bị động nên zms =2

R2 ,R1 : Bán kính tương ứng vòng ngoài ,vòng trong của hình vành khăn bề mặt ma sát R1 = 0,058m = 5,8 cm R2= 0,096 m =9,6 cm

Thay số vào công thức ta có:

L r= 3725,96

4.3,14 (9,62 −5,8 2

)= 5,06 [KG.m/cm2 ]Công trựơt cho phép đối với xe du lịch là :Lr =10÷12 [KG.m/cm2 ]

So sánh kết quả tính được giữa công trượt riêng và công trượt riêng cho phép ta thấy Lr < [Lr ] vì vậy ly hợp làm việc đảm bảo được tuổi thọ

4.6 Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp :

Ngoài việc tính toán kiểm tra công trượt riêng ,ly hợp còn cần phải tính toán kiểm tra nhiệt độ nung nóng các chi tiết của ly hợp trong quá trình trượt ly hợp để đảm bảo sự làm việc bình thường của ly hợp ,không ảnh hưỡng nhiều đến hệ số ma sát , không gây nên sự cố cháy tấm ma sát hoặc ảnh hưỡng đến sự đàn hồi của lo xo ép ,…

Với ly hợp một đĩa nhiệt sinh ra làm nung nong đĩa ép được xác định theo công thức:

γ.L =m.c.ΔTTrong 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=0,5

c : Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng ,với vật liệu làm bằng thép c=500 [J/kg 0 K]

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

ΔT: Độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng ,[0K]

Độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết tính toán đố với mỗi lần khởi hành của

ôtô(ứng với hệ số cản của đường ψ=0,02) không được vượt quá 8-10 0 K.

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

m≥ γ L

c ΔTT=

0,5.3725,96 500.10 = 0,37 [kg2.m/J] = 3,7 [kg]

4.7 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 :

π (R22−R12) ρ

Trong đó :

 :Khối lượng riêng của đĩa ép

Với vật liệu làm bằng gang thì =7850[kg/m 3 ]

Thay số vào ta có:

π(0,096 2 −0,058 2).7850 = 0,025 m = 25 [mm]

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

5.1 Tính toán sức bền của đĩa bị động

1- Đinh tán tấm đệm ma sát; 2- Tấm đệm ma sát; 3- Tấm lò xo; 4- chốt tựa; 5- moay ơ đĩa bị động; 6- lò xo giảm chấn; 7- Tấm giả chấn

-Để giảm kích thước của ly hợp ,khi ly hợp làm việc trong điều kiện ma sát khô, chọn vật liệu có hệ số ma sát cao đĩa bị động gồm các tấm ma sát và xương đĩa Xương đĩa được chế tạo bằng thép các bon trung bình và cao (thép 50 và 85) Vật liệu của tấm

ma sát là loại phêrado phêrado đồng hoặc Atbet đồng chọn chiều dày xương đĩa là

-Bề rộng tấm ma sát

b= R2-R1 = 0,096-0,058 = 0,038 m

Ta chọn các kích thước :

r1 = R1 + b/4 = 0,058+0,038/4 = 0.0675 (m) = 67,5 mm r2 = R2 - b/4 = 0,096 – 0,038/4 = 0,0865 (m) = 86,5 mm

- Tuy nhiên đối với xe du lịch có thể chọn dãy ngoài có bán kính là r2 (mm), số lượng đinh tán là n 2 =12 Dãy trong có bán r1 (mm), số lượng đinh tán n 1 = 8

- Lực tác dung lên mỗi dãy đinh tán được xác định theo công thức :

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

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

l là chiều dài khoảng chèn dập của đinh tán

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

=> σ d =85,95 [kg/cm2 ] ¿ [ σ d ] =250 [kg/cm2 ]

5.2 Tính toán Moay-ơ đĩa bị động :

- Chiều dài moay-ơ được chọn tương đối lớn để giảm độ đảo của đĩa bị động, moay-ơ được lắp với xương đĩa bị động bằng đinh tán và ghép với trục bằng then

hoa Tính toán moay-ơ ta tính toán theo ứng suất cắt và dập trên then hoa

- 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 được tính sơ bộ bằng công thức sau:

D=k d.(M e max.)

1 3

Với D =26 [mm] ta tra bảng Then hoa dạng răng chữ nhật cỡ nhẹ

(TCVN 1803 – 76) [sách tính toán hệ dẫn động cơ khí – Trịnh Chất ] trang 176

ta có các thông số khác của then hoa như sau:

o Sử dụng then hoa có răng hình chữ nhật chịu tải trọng trung bình

Memax :Mô men cực đại của động cơ Memax =172,26 [N.m].

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

Z2 :Số then hoa của moay-ơ Z2 =6

L : Chiều dài moay-ơ L=36,4 [mm]= 0,0364 [m]

D : Đường kính ngoài của then hoa D= 26 [mm] = 0,026 [m].

d : Đường kính trong của then hoa d=23 [mm] = 0,023 [m].

b : Chiều rộng then hoa b =6 [mm]=0,006 [m]

Lần lượt thay số vào công thức ta có

τ c = 1.6.0,0364 0,006(0,026+0,023)4.172,26 = 10731105,63 [N/m2 ] = 107,311 [kg/cm2 ]

σ cd= 8.172,26

1.6.0,0364 (0,0262 −0,023 2

) = 42924422,52 [N/m2 ] = 429,244 [kg/cm2 ]Vật liệu chế tạo moay-ơ thường là thép 40 ,40X Ứng suất cho phép là:

- Đinh tán được bố trí một dãy với đường kính là D=120 [mm] ,số lượng đinh tán

chọn n=8 (đỉnh) (giá trị D ở đây e chọn lớn dần sao cho đảm bảo điều kiện bền)Lực tác dụng lên đinh tán được xác định theo công thức sau:

F = 2 M emax

D =

2.172,26 0,12 = 2871 [N]

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

-Ứng suất cắt của đinh tán :

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

- Lò xo ép dùng trong ly hợp thường đóng thường sử dụng lò xo ép dạng trụ và được xung quanh đĩa ép số lượng của lò xo được chọn theo đường kính ngoài của đĩa bị động

Lực tác dụng lên mỗi lò xo cho phép trong giới hạn sau:

Đối với xe du lịch : F lx ≤(60÷70)kg =(600÷700)N

5.3.1.1 Lực ép cần thiết của một lò xo:

- Lực ép cần thiết tính cho một lò xo được xác định theo công thức sau:

- Độ cứng của một lò xo được xác định theo hai điều kiện :Tạo ra lực ép cần thiết

để hình thành mômen ma sát yêu cầu với hệ số dự trữ  và điều kiện tối thiểu của hệ số

dự trữ ly hợp min khi tấm ma sát đã mòn đến giới hạn phải thay thế :

-min:Hệ số dự trữ của ly hợp khi tấm ma sát bị mòn phải thay thế

Theo kinh nghiệm min =(0,8÷0,85). Chọn  min =0,8.=0,8.1,5=1,2

-lm: Lượng mòn tổng cộng cho phép của tấm ma sát

l m =0,5. ms z ms

Với: