đồ án thiết kế và tính toán ly hợp xe khách

Như vậy saukhi làm xong đồ án, sinh viên đã nắm được phương pháptính toán các cơ cấu của ly hợp và dẫn động ly hợp trên cơ sở xác định các thông số, các cách tính một cách hợplý dựa theo

Lời nói đầu

Ngày nay, với nền công nghiệp phát triển ngày cànghiện đại, các nhu cầu trong lao động và cuộc sống củacon người càng được nâng cao Vấn đề vận chuyển hànghóa, đi lại của con người là một trong những nhu cầu rấtcần thiết Ô tô là một loại phương tiện rất phát triển vàphổ biến trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay để đápứng cho nhu cầu đó Trong các loại ôtô, xe khách là phươngtiện chủ yếu dùng để chuyên chở người với khoảng cáchtương đối dài

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

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Lê Văn Tụy và sự nổ lực của bản thân, sau một khoảng thời giancho phép em đã hoàn thành được đồ án của mình Vì bướcđầu tính toán thiết kế còn rất bỡ ngỡ cho nên không tránh khỏi những sai sót, nhầm lẫn Do vậy, em rất mong các thầy thông cảm và chỉ bảo thêm để em được hoàn thiện hơn trong quá trình học tập của mình

Hòa Khánh, ngày 15 tháng10 năm 2002

Sinh viên thực hiện

Lê Minh Tiến

1 CÔNG DỤNG, YÊU CẦU VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHO TRƯỚC:

1.1 CÔNG DỤNG:

Đồ án môn học Tính toán và thiết kế Ôtô nhằm giúp

cho sinh viên hiểu rõ hơn về môn học Từ đó sinh viên từngbước xây dựng cho mình một phương pháp tính toán thiếtkế ôtô

Theo nhiệm vụ được giao trong đồ án này, sinh viênphải tính toán và thiết kế ly hợp xe khách Như vậy saukhi làm xong đồ án, sinh viên đã nắm được phương pháptính toán các cơ cấu của ly hợp và dẫn động ly hợp trên

cơ sở xác định các thông số, các cách tính một cách hợplý dựa theo các tài liệu đã học và các tài liệu khác cóliên quan Nhờ đó, sinh viên có được một phương pháp tínhtoán, lựa chọn và tham khảo riêng của mình để tính toánthiết kế các phần khác của ôtô

Vì thế, đồ án môn học là một phần không thể thiếutrong các môn học về ôtô đối với sinh viên ngành động

lực Ngoài ra nó còn là một tài liệu bổ ích đối với

những người làm công tác kỹ thuật về ngành ôtô

1.2 YÊU CẦU:

Khi làm đồ án môn học này, sinh viên cần phải nắmvững các kiến thức đã học của môn học Tính toán vàthiết kế Ôtô và các môn học khác có liên quan

Hình thức, nội dung thuyết minh và các bản vẽ phảituân thủ đúng theo quy định của bộ môn đề ra.

Sinh viên phải hoàn thành đồ án này đúng tiến độ vàđúng thời gian quy định Nếu không thực hiên đúng sinh viênsẽ không được bảo vệ

1.3 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHO TRƯỚC:

Theo nhiệm vụ của đồ án được giao, ta có các thôngsố kỹ thuật được cho theo bảng sau:

Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật xe khách

5 Số vòng quay ứng với công

Vòng/phút

7 Số vòng quay ứng với

Vòng/phút

2 PHÂN TÍCH CHỌN LOẠI LY HỢP VÀ DẪN ĐỘNG LY HỢP:

2.1 CHỌN LOẠI LY HỢP:

Ly hợp là bộ phận quan trọng dùng để nối, ngắttruyền động từ trục động cơ đến hệ thống truyền lực,ngoài ra còn là cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực.Từ hai nhiệm vụ đó, ta có các yêu cầu đối với ly hợp :

Đảm bảo truyền hết mômen quay của động cơtrong bất kỳ điều kiện sử dụng nào

Đóng êm dịu để tăng từ từ mômen quay lên trụccủa hệ thống truyền lực, không gây va đập và tảitrọng động lên các bánh răng của hộp số Do đó khiôtô khởi động hoặc tăng tốc không bị giật làm giảmđộ êm dịu chuyển động cho ôtô

Mở dứt khoát để làm cho quá trình đồng đềutốc độ của đồng tốc được nhanh chóng Do đó viêcgài số được nhanh chóng

Mômen quán tính các chi tiết phần bị động của lyhợp phải nhỏ để giảm va đập giữa các bánh răng khisang số và giảm mài mòn các bề mặt masát củađồng tốc

Phải làm được nhiệm vụ của cơ cấu an toàn đểtránh cho hệ thống truyền lực bị quá tải Mômenmasát không được lớn quá để tránh xảy ra hiệntượng gãy trục các đăng

Ngoài ra còn có các yều cầu khác:

Điều khiển nhẹ nhàng, lực tác dụng lên bànđạp vừa phải.

Hệ số masát cao và ổn định

Thoát nhiệt tốt, bền vững

Làm việc tin cậy, hiệu suất cao

Kích thước nhỏ gọn, kết cấu, sửa chữa, bảodưỡng đơn giản

Giá thành không cao lắm

Với yêu cầu như vậy, tùy theo cánh truyền mômenquay từ trục động cơ đến hệ thống truyền lực mà cócác loại ly hợp sau:

Masát: Truyền mômen quay bằng các bề mặtmasát

Thủy lực: Truyền mômen quay bằng chất lỏng.Nam châm điện: Truyền mômen quay nhờ tácdụng của trường nam châm điện

Liên hợp: Truyền mômen quay bằng cách kếthợp các loại kể trên

Các loại ly hợp này, tùy theo từng loại mà nó cónhững ưu nhược điểm khác nhau Ta dựa vào các điềukiện này mà chọn cho hợp lý

Ly hợp masát: có hai loại:

Loại một đĩa: Ly hợp masát một đĩa bị động

với tính đơn giản trong kết cấu cũng như đơn giảntrong bộ phận dẫn động, thoát nhiệt tốt, mở dứtkhoát, mômen của các chi tiết thụ động bé, giá thànhrẻ Tuy nhiên khi làm việc dễ bị trượt do bị mòn các

bề mặt masát và việc điều chỉnh khe hở giữa cácbề mặt masát khó khăn, thời gian phục vụ không cao.Khi làm việc cũng có trường hợp xảy ra là không cắtdứt khoát đường truyền công suất do độ đảo của cácđĩa masát Tăng hành trình của bàn đạp (hay hành trìnhđiều khiển) Kích thước của các chi tiết tăng lên nhưtrục bị động của ly hợp (trục sơ cấp của hộp số).

Loại hai đĩa: Như loại một đĩa, ngoài ra do có

nhiều đĩa cùng làm việc nên khi đóng ly hợp các bềmặt masát làm việc một cách từ từ, do đó đóngđược êm dịu nhưng khi cắt ly hợp không được dứtkhoát Viêc định vị các đĩa masát khi cắt ly hợp khókhăn (đặc biệt là đĩa trung gian)

Ly hợp thủy lực:

Ưu điểm của loại ly hợp này làm việc rất êm,không cần bàn đạp ly hợp Thời hạn phục vụ cao,động cơ vẫn ổn định khi sức cản của đường quá lớn.Nhược điểm chính trong việc áp dụng thực tế là lyhợp cắt không hoàn toàn, trong quá trình làm việc luônluôn bị trượt, kết cấu phức tạp, khó bảo dưỡng, giáthành sản xuất cao

Ly hợp điện từ:

Ưu điểm của loại ly hợp này là rất êm, cắt dứtkhoát, độ tin cậy cao, tuổi thọ rất cao Tuy nhiên kếtcấu rất cồng kềnh, giá thành sản xuất cao

Đối với xe khách, ta thấy rằng nó không yêu cầu caovề độ êm dịu, tính tiện nghi, thời hạn phục vụ còn giá

thành thì phải rẻ vì nó chủ yếu phục vụ cho người dân laođộng bình thường, có mức thu nhập không cao Do đó, quaphân tích trên ta chọn loại ly hợp masát có một đĩa bịđộng cho xe khách là hợp lý.

2.2 CHỌN LOẠI DẪN ĐỘNG:

Trên ôtô máy kéo hiện nay đã sử dụng chủ yếu haidạng dẫn động ly hợp sau:

Dẫn động cơ khí

Dẫn động thuỷ lực

Việc dùng dẫn động cơ khí có nhiều ưu điểm như :đơn giản, rẻ tiền, làm việc tin cậy Tuy nhiên hiệu suấttruyền lực thấp, làm việc trong một thời gian dài do cómài mòn các khớp dẫn động dẫn đến tăng trị số hànhtrình bàn đạp tự do (phải điều chỉnh lại bằng tay), độcứng của dẫn động thấp hơn so với dẫn động thuỷ lực

do nhiều khe hở trong các khâu khớp Khó lắp đặt, nhất làloại xe đầu ngắn

Với ly hợp thuỷ lực có các nhược điểm như : kếtcấu phức tạp, giá thành cao, sử dụng và sửa chữa phứctạp hơn Bên cạnh đó dẫn động thủy lực cũng có mộtsố ưu điểm như: hiệu suất cao, độ cứng cao, dể lắpđặt (nhờ có thể sử dụng đường ống và các khớp nốimềm), truyền động xa Có khả năng hạn chế tốc độ dịchchuyển của đĩa ép khi đóng ly hợp đột ngột, giảm tảitrọng động

Ngoài ra để đảm bảo sự điều khiển nhẹ nhàng,giảm cường độ lao động cho người lái và tăng tính tiện

nghi, người ta còn dùng trợ lực khí nén, trợ lực chânkhông hoặc trợ lực thủy lực.

H.2.1 Sơ đồ ly hợp và dẫn động ly hợp (có trợ lực khí

nén)

1: Bánh đà 2: Đĩa bị động 3: Đòn mở 4: Giá tùy động.5: Bạc mở và ổ bi tỳ 6: Lò xo hồi vị ổ bi tỳ 7: Xi lanh côngtác 8: Xi lanh trợ lực 9: Cơ cấu phân phối 10: Đườngthông khí trời 11: Buồng tỷ lệ 12: Màng tỷ lệ 13: Xilanhdẫn động cơ cấu trợ lực 14: Bình khí nén 15: Bàn đạp.16: Xilanh chính 17: Tiết lưu 18: Nạng mở 19: Ống trượt.20: Đĩa ép

Như vậy, đối với ly hợp cần thiết kế, ta chọn dẫnđộng là dẫn động thủy lực Do tải trọng của xe lớn (G a =10000KG) nên hệ thống dẫn động có thể có trợ lực tùytheo ta tính toán

3 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LY HỢP:

3.1 XÁC ĐỊNH BÁN KÍNH VÒNG NGOÀI ĐĨA MASÁT R2:

Hình 3.1 Các kích thức của đĩa masát

Việc xác định bán kính ngoài phải dựa theo ba điềukiện sau:

Đảm bảo cho ly hợp truyền hết mômen quay củađộng cơ

Đảm bảo tuổi thọ cần thiết

Phải lắp ghép được với vành bánh đà

Để đảm bảo cho ly hợp truyền hết mômen quay của động cơ thì ly hợp phải sinh ra được một mômen masát

luôn luôn lớn hơn hoặc bằng mômen quay cực đại của

động cơ trong suốt quá trình sử dụng Để đảm bảo điều kiện này, mômen masát Mms yêu cầu của ly hợp được xác định theo công thức:

max e

ms M

Trong đó:

Mòn vòng masát làm giảm lực ép: (1520)

Giảm độ đàn hồi của lò xo ép: (810)%

Như vậy tổng lực ép do các yếu tố trên sẽ bị giảmkhoảng (2330)%,  được chọn không được nhỏ quá, tuyvậy cũng không được lớn quá Nếu  lớn thì phải tăng lựcép cho nên phải tăng lực điều khiển ly hợp sẽ làm cho kíchthước ly hợp tăng và mất vai trò của cơ cấu an toàn

Đối với xe khách giá trị   ( 1 , 5  2 , 2 ) (theo [3] trang 145)

Ta chọn chọn   2

Mômen masát sinh ra trong ly hợp được xác định theocông thức:

ms tb

P: lực ép cần thiết lên các đĩa masát; [N]

Rtb: bán kính masát trung bình (bán kính củađiểm đặt lực masát tổng hợp); [m]

Bán kính trung bình vòng masát được xác định theocông thức:

Rtb = 2

1

2 2

3 1

3 2RR

RR3

R2: bán kính vòng ngoài của đĩa masát, [m]

R1: bán kính vòng trong của đĩa masát, [m].Thường ở ôtô máy kéo hay dùng các bề mặt masátthép với phêrađô đồng có hệ số masát khô lớn nhất là 0,35nhưng tính đến những điều kiện nhiệt độ, tốc độ trượttương đối làm giảm hệ số đó đi, cho nên hệ số masát khitính toán theo kinh nghiêm là:

 = 0,22  0,3

Ta lấy   0 , 27.Áp suất trên bề mặt masát được xác định bởi côngthức sau:

)RR(

PF

P

2 1

2 2

p: áp suất trên bề mặt masát, [kN/m2]

[q]: áp suất cho phép lên bề mặt masát

Đối với bề mặt masát là thép và phêrađôthì [q]=100250[kN/m2] (theo [1] trang 50).Chọn [q]=130[kN/m2]

F: diện tích bề mặt tấm masát, [m2]

Từ (3.1) và (3.2) ta suy ra công thức:

ms tb max

e P R Z M

Từ (3.4) ta suy ra:

) R R (

].

q [

Vậy, từ (3.3), (3.5) và (3.6) ta suy ra:

ms 2 1

2 2

3 1

3 2 2

1

2 2 max

RR

RR3

2)

RR.(

]

q.[

3 2 max

3

2 ).

R R (

].

q [

ms

3 r

3 2 max

3

2 ).

K 1 ( R ].

q [

max e 2

Z)K1.(

q 2

.M3R

R K

).

6 , 0 1 (

10 130 27 , 0 14 , 3 2

460 2 3

3.2 BÁN KÍNH VÒNG TRONG CỦA ĐĨA MASÁT R1:

Bán kính vòng trong của đĩa masát được xác định từ

Kr:

R1 = Kr.R2 [m]

Thay số ta có:

R1=0,6.0,2 = 0,12 [m]

Vậy R1=120[mm]

3.3 BÁN KÍNH TRUNG BÌNH CỦA ĐĨA MASÁT RTB:

Theo công thức (3.3), thay số vào và ta tính được:

1

3 2

3 1

3 2RR

RR3

12 , 0 2 , 0 3

2

2 2

3 3

max e ms

tb

ms

M Z

R

M P

1633 , 0 27 , 0

460 2

Vậy Pct=10430,8[N]

3.5 CHIỀU DÀY ĐĨA MASÁT MS:

Theo [3], đối với xe tải và xe khách chiều dày đĩa

masát ms xác định trong khoảng 4  5 [mm]

Vậy ta chọn ms = 5 [mm]

3.6 CHIỀU RỘNG ĐĨA MASÁT B:

Chiều rộng đĩa masát được tính theo công thức:

b = R2 - R1 [m]

Thay số vào, ta tính được:

b = 0,2 - 0,12 = 0,08 [m]

Vậy b=80 [mm]

3.7 DIỆN TÍCH BỀ MẶT ĐĨA MASÁT FMS:

Diện tích bề mặt đĩa masát : Fms

Fms = (R22 - R1 ) [m2]Thay số, ta có:

Fms = 3,14(0,22 - 0,122) = 0.080425 [m2] Vậy Fms=80425[mm2]

4 TÍNH CÔNG TRƯỢT RIÊNG VÀ KÍCH THƯỚC ĐĨA ÉP:

4.1 TÍNH CÔNG TRƯỢT SINH RA TRONG QUÁ TRÌNH ĐÓNG LYHỢP :

H.4.1 Mô hình động cơ - truyền lực và đồ thị tốc độ góc

Khi đóng ly hợp có hiện tượng trượt ở thời gian đầucho đến khi nào đĩa chủ động và đĩa bị động quay nhưmột hệ thống động học liền Khi các đĩa bị trượt sẽ sinh

ra công masát làm nung nóng các chi tiết của ly hợp lên quánhiệt độ làm việc bình thường, làm hao mòn các tấmmasát và nguy hiểm nhất là các lò xo ép bị ram ở nhiệtđộ như vậy, mất khả năng ép Vì thế việc xác định côngmasát trong thời gian đóng ly hợp là một điều cần thiết

Trong quá trình gài số ôtô tuỳ theo sự đổi số từthấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp mà quá trình gài cóthể tiến hành khác nhau

Khi đổi từ số thấp lên số cao, tốc độ góc của trụckhuỷu động cơ trong khi đóng ly hợp cao hơn tốc độ góc

của trục sơ cấp hộp số, vì vậy mômen quay của động cơ

Me không nên lớn để tránh tăng công trượt

Khi đổi từ số cao xuống số thấp tốc độ góc củatrục khuỷu động cơ có thể thấp hơn tốc độ góc trục sơcấp trong trường hợp này khi đóng ly hợp cần phải cómômen Me nào đó của động cơ để làm đồng đều các tốcđộ góc nói trên

Nhưng ở hai trường hợp nói trên tuỳ theo kỹ thuật củangười lái tốc độ góc của trục khuỷu và trục sơ cấp củahộp số có thể đồng đều, nghĩa là e  iha động cơ đócông trượt sẽ giảm đến tối thiểu

Khi ôtô bắt đầu chuyển động, sự đồng đều nói trênkhông thể thực hiện được, vì e> 0 và a = 0 trong trườnghợp này công trượt sẽ cực đại Ta sẽ tính công trượttrong trường hợp này

Diễn biến quá trình đóng ly hợp hợp gồm 2 giaiđoạn :

Giai đoạn đầu với thời gian t 1: lúc này mômen quaycủa ly hợp hợp tăng từ giá trị 0 đến giá trị Ma ,thời điểm này ôtô bắt đầu khởi động tại chổ

Giai đoạn tiếp theo với thời gian t 2: là giai đoạnmômen quay của ly hợp Ml bắt đầu tăng lên đếnkhi không còn sự trượt xảy ra (tức là lúc  e   a)

4.1.1 Tính mômen quán tính của bánh đà và của các chi tiết của ôtô quy dẫn về trục ly hợp J a :

Từ công thức quan hệ vận tốc tịnh tiến ôtô và vậntốc góc của bánh xe như sau:

v = bx.rbx= bx

0 1

a ri

 : vận tốc góc của bánh xe, [rad/s]

v: vận tốc chuyển động tịnh tiến của xe,[m/s]

a

 : vận tốc góc tại trục của ly hợp, [rad/s]

Ta suy ra công thức tính vận tốc góc tại trục ly hợp:

2 a a

G 2

2 a

2 a bx a a

ii

r.g

Gi

i

.r.g

Ga = trọng lượng toàn bộ của ôtô, [N].

9

81 9 000

bx

i.

i

r

 [N.m] (theo [1] trang 44) (4.2)Trong đó:

Ga: Trọng lượng toàn bộ của xe, [N]

K: hệ số cản khí động, [N.s2/m4]

F: diện tích cản chính diện của xe, [m2]

tl: hiệu suất truyền lực, tl  0 , 89 (theo [2]trang 15)

: hệ số cản tổng cộng của đường Ta xétkhi xe bắt đầu chyển động trên đường nằmngang (v 0, 0), hệ số cản tổng cộngcủa mặt đường chính bằng hệ số cản lăn.Theo [2], chọn  = 0,02

L1 = Ma

1 a

2 a m

3

2 ) (

J 2

1 a m

2

1t3

22

t)(

) 750 150 (

k   [N.m/s] (theo [1] trang 46), ta chọnk= 200[N.m/s]

A được xác định theo công thức sau:

) (

J 2

A  a e a (theo [1] trang 46)Tốc độ góc của trục động cơ khi đóng ly hợp có thểthừa nhận không đổi và bằng tốc độ góc ứng với tốcđộ góc cực đại của trục động cơ Rõ ràng ta thấy côngtrượt tăng khi hiệu số (e - a) tăng Giá trị lớn nhất củahiệu số này xảy ra khi a = 0 Tốc độ góc của trụcđộng cơ:

e = 366 , 5 [rad/s]

60

3500

14 , 3 2 60

n 2

5 , 24

Thời gian t2:

334 , 1 490

) 0 5 , 366 (

19 , 1 2

t2   [s]

Thay số ta có:

[Nm]

2 , 87964 )

0 5 , 366 ( 19 , 1 2

1 334 , 1 3

2 2

05 , 0 ) 0 5 , 366 (