TÍNH TOÁN THIẾT kế cụm LY hợp

là bài tập tính toán thiết kế ly hợp, giup các bạn sinh viên có tài liệu để tham khảo va làm bài tập. file chỉ mang tính chất tham khảo.. chúc các bạn hoàn thành bài tập thật tốt...................................................................................................

Dữ liệu đề bài

Ly hợp xe tải

Tổng trọng lượng 14852kg

Trọng lượng phân bố cầu sau 10000kg

Mmax 650/1500

Lốp 12.00-20

Tỉ số truyền hộp số 6.17 ; 3.4 ; 1.79 ; 1.0 ; 0.78

Số lùi 6.69

Tỉ số truyền cầu chủ động 7.73

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM LY HỢP

1 Mô men ma sát của ly hợp

được xác định :

Trong đó :

Memax : Mô-men xoắn lớn nhất của động cơ, [N.m]

Theo đề Memax = 650[Nm]

Căn cứ vào chủng loại xe và điều kiện làm việc thường xuyên của nó để chọn hệ

số dự trữ β

d R1

R2

Ta có xe tải có trọng lượng lớn, làm việc trong điều kiện bình thường, nên chọn hệ

số dự trữ β về phía giới hạn giữa nên chọn β = 2.25

2 Xác đinh các thông số và kích thước cơ bản của ly hợp

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

Hình 2.1 : Sơ đồ tính toán đĩa ma sát

Ta có bán kính ngoài của bề mặt ma sát ly hợp được xác định theo [1]:

3

max 1 2

3

R ms

e

K p z

M

− π µ

β

3 1 2

3

R ms

ms

K p z

M

− π µ

Trong đó :

đồng với gang)

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

tấm ma sát, giá trị cho phép [p] = (1,4.105÷ 2,5.105 )[N/m2]

Vì ly hợp có điều kiện làm việc tương đối cao nên có thể chọn áp suất theo giới hạn trên p = 2,2.105 [N/m2]

KR : Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát, KR = 2

1

R R

Có thể chọn KR theo giới hạn KR = 0,55.( KR = 0,53-0,75).

Thay số vào công thức trên ta tính được :

3

5 1 0,55 10

2 , 2 25 , 0 2 2

5 922 3

− π

= 0,169 [m] = 169 ( mm) Suy ra bán kính trong của tấm ma sát R1 :

R1 = R2.KR

= 169.0,55 = 92,95 (mm)

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

Diện tích hình vành khăn tấm ma sát S [m2] :

) R R

1

2

2 −

) 093 , 0 169 , 0 ( 2 − 2

= 0,063[m2] Bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát Rtb [m]

2 1

2 2

3 1

3 2 3

2

R R

R R

−

−

) 093 , 0 169 , 0 (

) 093 , 0 169 , 0 ( 3

2

2 2

3 3

−

−

2.3 Lực ép cần thiết F CT

Lực ép cần thiết lên đĩa để truyền được mômen ma sát Mms

ms tb

e ct

z R

M F

max

µ

β

=

[N]

Thay số vào ta có:

=

=

2 135 , 0 25 , 0

410 25 , 2

ct

F

13666,6 [N]

2.4 Xác định công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp

ω e M e

J e

M ms

M a ω a

J a

M ω

ω e

M a

ω e = ω a

ω a

t

β M emax

2.4.1 Mô men quán tính qui dẫn J a [kg.m 2 ]:

năng khi ôtô đang chuyển động theo [1]:

t 2 o p h

2 bx m

a a

) i i i (

r g

G G







=

Trong đó :

= 0,4826 m

ih : Tỷ số truyền của hộp số Tính công trượt cho số một, ih =7,44

ip : Tỷ số truyền số phụ Không có hộp số phụ, ip = 1

io : Tỷ số truyền của truyền lực chính io = 6,45

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

=>

05 , 1 ) 45 , 6 44 , 7 (

4826 , 0 81

, 9

95 , 83335

2

2













=

a

J

= 0,902 (kg.m2)

Mô men cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp được tính theo

t t

bx m

a a

i

r P G

G M

η

+

Trong đó :

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

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

ηt : Hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực Xe tải, chọn ηt = 0,85

Thay số ta được :

[83335 , 95 0 , 02]7,44.01,.48266,45.0,85

=

a

M

= 19,72[Nm]

2.4.3 Tính thời gian trượt ly hợp trong các giai đoạn (t 1 và t 2 )

Chúng ta có thể chọn một trong hai cách tính sau:

Tính theo thời gian trượt tổng cộng của ly hợp t0 :

Chọn thời gian đóng ly hợp êm dịu : t0 = 1,1 ÷ 2,5 [s] (chọn thời gian càng lớn, quá trình đóng ly hợp càng êm dịu nhưng công trượt sẽ tăng)

momen cực đại ωe = ωM = nM.π/30 = 1800.π/30 = 188,5 [rad/s]

ωa :tốc độ góc trục ly hợp.Tính toán cho lúc khởi động xe nên ωa =0

Tính thời gian trượt t1, t2 :













−

=

−

ω

− ω

=

) M M

k (

M t

t

) M M

k (

J 2 )

( t

a max e d

a 2

1

a max e d

a a e 2

Sử dụng công cụ solver của Microsoft Excel, với điều kiện ràng buộc kd > 0 và kd ≤ 1,5ß ( kd ≤ 3)

Hệ số kết thúc trượt kd :

kd = 1,61 khi t0 = 2,5

Thay kd vào công thức tính thời gian trượt t1 , t2 ta có :

=

−

−

=

a e

d

a a

e

M M

k

j t

max

2

2 )

(ω ω

s

=

−

=

a e

d

a

M M

k

M

t

t

max

2

1

s

Kiểm tra hệ số đặc trưng cho cường độ tăng momen K ( Nm/s)

K = M a /t 1 = 19,72/ 0,031 = 636,13 ≈ 636 (Nm/s)

So sánh với giá trị kinh nghiệm , đối với xe tải : K = 150 -750 ( Nm/s)

Vậy : thỏa mãn

2.4.4 Tính công trượt tổng cộng của ly hợp

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

2 a e a 2

1 a e

2

1 t 3

2 2

t )

.(

M









 + ω

− ω

=

Trong đó :

t1, t2 : Thời gian trượt của ly hợp trong hai giai đoạn

Thay số các đại lượng đã biết vào ta tính được công trượt L [J]:

L =

2 ) 0 5 , 188 (

902 , 0 2

1 53 , 0 3

2 2

031 , 0 )

0 5 , 188 (

72 ,









− = 17396,1[J]

2.4.5 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 trượt riêng; được xác định bằng công trượt trên một đơn vị diện tích làm việc của các bề mặt ma sát ,kí hiệu lr [J/m2] ta có :

) R R ( z

L

1

2 2 ms

r = π −

Trong đó :

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

ma sát

Thay số vào ta có :

) 093 , 0 169 , 0 (

2

17396,1

2

2−

= π

r

l

= 139045,57 [J/m2] = 139 [KJ/m2]

Vậy, so với giá trị cho phép về công trượt riêng của xe tải (lr≤ 800 [KJ/m2]) thì ly hợp thiết kế đạt yêu cầu về tuổi thọ cho ly hợp

2.5.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 bảo đảm sự làm việc bình thường của ly hợp, không ảnh hưởng nhiều đến hệ số ma sát, không gây nên sự cháy các tấm ma sát hoặc ảnh hưởng đến sự đàn hồi của lò xo ép.v.v

Với ly hợp một đĩa, nhiệt sinh ra làm nung nóng đĩa ép được xác định từ :

ν.L = m.c.∆T Trong đó :

động thì ν = 0,50

c : Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng, với vật liệu bằng thép hoặc gang có thể lấy c = 481,5 [J/kg0K]

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

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 được vượt quá 100K

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

8 , 1 10 5 , 481

17396,1

5 ,

[kg]

2.6 Bề dày tối thiểu đĩa ép (theo chế độ nhiệt)

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

δ ≥ π(R −R )ρ

m 2 1

2 2

Trong đó:

Với vật liệu làm bằng gang ρ≈ 7800 [kg/m3]

Thế số các đại lượng đã biết, ta xác định được bề dày tối thiểu của đĩa ép theo chế

độ nhiệt do trượt:

δ ≥ (0,169 0,093 ).7800

8 , 1 2

2 − π

Chọn δ = 3,5 mm

2.7 Tính toán lò xo ép dây xoắn hình trụ

2.7.1 Lực ép cần thiết của một lò xo F lx [N] khi làm việc theo:

z

F ko Flx= .

[N]

Trong đó :

- F : Lực ép cần thiết của ly hợp, [N]

- k0 : Hệ số tính đến sự giãn, sự nới lỏng của lò xo; k0 = 1,05 ÷

1,08

- chọn ko = 1,05

- zlx : Số lượng lò xo sử dụng để tạo ra lực ép Đối với xe tải zlx = 16 ÷

28 chọn

zlx = 16

Thay số vào ta được :

831 , 896 16

13666 05 , 1

=

=

Flx

[N]

2.7.2 Độ cứng của một lò xo ép C lx [N/m]

Độ cứng của một lò xo Clx được xác định theo điều kiện tối thiểu của hệ số dự trữ ly hợp β

[1] : =  − β 

βmin

1

m

lx lx

l

F C

[N/m]

Trong đó :

β

min : Hệ số dự trữ ly hợp khi tấm ma sát mòn đến giới hạn phải thay thế, theo kinh nghiệm

β

min = ( 0,8 ÷

0,85 )

β Ta chọn

β

min = 0,8

β

=1,6

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

lm = 0,5.δ

ms.Zms = 0,5.3,5.2 = 3,5 [mm] Chọn δ

ms = 3,5

Thay vào ta được :

(1 0 , 8) 51247 , 48 10

5 , 3

831 , 896

3 − =

lx

C

[N/m]

2.7.3 Lực nén lớn nhất tác dụng lên một lò xo P lxmax [N]

Lực nén lớn nhất tác dụng lên một lò xo được tính :

Flxmax = Flx + Clx.λm [N]

- λ m

chính bằng dịch chuyển của đĩa ép khi mở ly hợp được tính theo công thức:

λm = δm.Zms + δdh [mm]

Trong đó :

+ δm: Khe mở hoàn toàn giữa mỗi đôi bề mặt ma sát, [m] ; đối với ly hợp một đĩa ma sát : Zms = 2 ; δm = 0,75 ÷

1,0 [mm] [1], chọn δm = 0,75 [mm]

+ δdh : Độ dịch chuyển cần thiết của đĩa ép do độ đàn hồi của đĩa bị động, khi tính toán lấy

δdh = 1 [mm] , thay vào ta được :

=> λm = 0,75.2 + 1 = 2,5 [mm] = 0,0025 [m] , thay tất cả vào ta được :

Flxmax = 896,831+ 51247,48.0,0025 = 1025.04 [N]≈1025 [N]

2.7.4 Kích thước hình học của dây lò xo

2.7.5 Đường kính dây lò xo d, đường kính trung bình D

Quan hệ đường kính dây lò xo d và đường kính trung bình D được xác định theo công suất ứng suất tiếp tác dụng lên lò xo :

] [

8

max

π

d

D k

[N/m2] Trong đó:

-

]

[τ

là ứng suất tiếp cho phép của vật liệu làm là xo,

] [τ = 650 ÷

850 [MN/m2] chọn

]

[τ

= 650 [MN/m2]

- k là hệ số tăng ứng suất , chọn tỷ số D/d = 6 => k = 1,25

Từ đó ta xác định được đường kính dây lò xo theo công thức :

[ ] [ ] 3,14.650.10 0.0055

6 25 , 1 1025 8

8

8

6 max

max

d

D k F d

d

D k F

τ π τ

π

[m] = 5,5 [mm]

Chọn d = 6 [mm] => D = k.d = 6.6 = 36 [mm]

2.7.6 Số vòng làm việc của lò xo

Số vòng làm việc của lò xo được xác định từ công thức độ cứng Clx [N/m2] :

o lx

n D

d G C

8

3

4

=

[N/m]

=>

0,81.10 (6.10 )

5, 488

8 lx 8.(36.10 ) 51247, 48

G d n

D C

−

−

Chọn no = 6 [vòng]

Với : G là mô đuyn đàn hồi dịch chuyển, G =0,81.1011 [N/m2] ;

2.7.7 Chiều dài tối thiểu của lò xo Lmin [mm]

Chiều dài tối thiểu của lò xo Lmin được xác định khi lò xo chịu tải lớn

nhất Flxmax với khe hở tối thiểu giữa các vòng làm việc của lò xo là 1 [mm]

Lmin = (nlx-1).(d + 1) + (1,5÷

2).d + 2 [mm]

Trong đó :

- (nlx-1) : Số bước lò xo.

- (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

=> Lmin = ( 6 – 1).( 6 + 1) + 2.6 + 2 = 44 [mm]

2.7.8 Chiều dài tự do của lò xo Lmax [mm] :

Chiều dài tự do của lò xo Lmax được xác định khi không chịu tải

Lmax = Lmin + λmax [mm]

Trong đó:

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

λmax =

max 1025

51247, 4 8 0,02

lx

lx

F

[m] =20 [mm]

=> Lmax = 44 + 20 = 64 [mm]

2.7.9 Chiều dài làm việc của lò xo L lv [mm]

Được xác định khi chịu lực ép Flx

Llv = Lmax - λlv [mm]

Trong đó:

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

0175 , 0 48 , 51247

83 ,

896 =

=

=

lx

lx

lv

C

F

λ

[m] = 17,5 [mm]

=> Llv = 64 – 17,5 = (mm) ≈46,5 (mm)

3 Bộ phận giảm chấn xoắn

Giảm chấn xoắn được dùng trong ly hợp, về nguyên tắc giảm chấn xoắn bao gồm

2 bộ phận : Bộ phận đàn hồi và bộ phận tiêu tán năng lượng dao động

- Bộ phận đàn hồi : Có thể là lò xo, thanh xoắn hay cao su, dùng để giảm độ cứng xoắn của hệ thống truyền lực Nhờ đó giảm được tần số dao động riêng của hệ thống truyền lực tránh được sự cộng hưởng ở tần số cao Do độ cứng tối thiểu bị giới hạn bởi điều kiện kết cấu của ly hợp, nên hệ thống truyền lực không thể tránh khỏi cộng hưởng ở tần số thấp

- Bộ phận tiêu tán năng lượng : Dập tắt dao động cộng hưởng ở tần số thấp, làm việc theo nguyên lý ma sát, ma sát giữa các bề mặt có dịch chuyển tương đối, ma sát của bản thân vật liệu khi biến dạng

Đối với ly hợp thiết kế ta sử dụng bộ phận đàn hồi là các lò xo trụ, được đặt trong

lỗ khoét trên vành moay ơ và trên phần xương của đĩa bị động Còn các phần tử ma sát là các vành nhỏ bằng thép đặt giữa moay ơ và xương đia, có bề dày δv

= 2,5 [mm]

Nhược điểm của các lò xo xoắn là không thể thay đổi giá trị mô men xoắn Để điều chỉnh momen của giảm chấn, chọn các kích thước các lỗ trên xương đĩa và moay ơ thích hợp, với kết cấu như vậy số lượng lò xo tham gia làm việc sẽ thay đổi theo giá trị momen xoắn

Kích thước hình học của lò xo giảm chấn:

- dlx [mm]: Đường kính dây lò xo, d = (3 ÷

4) [mm] , chọn d = 3 [mm]

- Dtbgc [mm] : Đường kính trung bình của lò xo Dtblx = (14 ÷

20) [mm]

chọn Dtblx = 15 [mm]

- nlx [vòng] : Số vòng của lò xo, nlx = (3 ÷

4) vòng, chọn nlx = 4 vòng

- δ

= (3 ÷

4) [mm], chọn δ

= 4 [mm]

- Llo [mm] : Lỗ để đặt các lò xo, Llo = ( 25 ÷

27 ) [mm], chọn Llo = 25 [mm]

- Zlx : Số lượng lò xo giảm chấn, Zgc = (6÷

12) chọn Zgc = 6,

- Rtbgc [mm] : Bán kính trung bình đặt đặt các lò xo Rtbgc = (80÷

120) [mm]

chọn Rtbgc = 80 [mm]

Tính toán các thông số cơ bản của giảm chấn

như thế nào để giảm chấn không bị khóa cứng trong những điều kiện đường sá khác nhau, theo [3], gía trị Mkgc được tính theo công thức :

Mkgc

≥

Memax + ∆

MJ = (1,2 ÷

1,4) Memax [N.m]

Chọn Mkgc = 1,3.Memax = 1,3.410 = 533 [N.m]

Trong đó : ∆

MJ = (0,2 ÷

vùng cộng hưởng nguy hiểm nhất

biên độ các dao động cộng hưởng xuất hiện là nhỏ nhất, theo [3] Mms được tính theo công thức : Mmsgc = (0,06÷

0,17) Memax = 0,1 Memax = 0,1.410 = 41[N.m]

- Độ cứng tối thiểu của lò xo giảm chấn bị giới hạn bởi mô men lớn nhất truyền qua ly hợp Memax (khi các vòng lò xo tỳ sát vào nhau) Nghiã là ta có lực lớn nhất tác dụng lên mỗi lò xo giảm chấn Fmaxgc [N] , theo [1] Fmaxgc xác định bằng công thức :

tbgc lx

msgc e

gc

R Z

M M

F

max max

−

=

[N]

75 , 768 10

80 6

41 410

max

tbgc lx

msgc e

gc

R Z

M M

F

[N]

Độ cứng, ứng suất của lò xo được tính theo công thức :

60750 4

) 10 15 (

) 10 3 (

10 81 , 0

8

3 3

4 3 11

3

4

=

=

lx tbgc

lx gc

lx

n D

d G C

[N/m2]

TÍNH TOÁN ĐIỀU KHIỂN LY HỢP

3.1.Xác định hành trình của bàn đạp S bd [mm]:

Các dịch chuyển trong hệ thống điều khiển ly hợp thường nhỏ hơn rất nhiều so với đơn vị đo một mét nên phần này có thể thống nhất dùng thứ nguyên của dịch chuyển

là mm

P bd

b

f e

1 2

3

4

5

10 11 12

d1

d2 a

Hình 3.1 : Sơ đồ tính toán dẫn động

1.Bàn đạp; 2.Càng đẩy piston; 3.Piston chính; 4.Xilanh chính; 5.Đường ống thủy lực; 6.Piston công tác; 7.Xylanh công tác; 8.Càng đẩy; 9.Càng mở (ngoài) ; 10.Khớp quay; 11.Càng mở (trong); 12.Ổ bi tỳ

Để mở ly hợp (ly hợp ôtô là kiểu thường đóng bởi lực ép lò xo) lái xe phải tác dụng lực vào bàn đạp ly hợp, thông qua hệ thống điều khiển (ngày nay thường dùng truyền động bằng thủy lực), 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 khuếch đại (tỷ số truyền idk) của hệ thống điều khiển càng lớn, lực điều khiển

từ bàn đạp càng nhỏ và giảm nhẹ được điều kiện làm việc cho lái xe Tuy vậy, tỷ số truyền bị giới hạn bởi hành trình dịch chuyển của bàn đạp do tầm với chân lái xe có hạn.Khi mở ly hợp, đĩa ép sẽ tách khỏi đĩa bị động với khe hở tối thiểu giữa các đôi bề

cũng như bánh đà động cơ

Thực tế, trước khi tách đĩa ép khỏi đĩa ma sát bị động, bàn đạp có khoảng chạy không tải để khắc phục tất cả các khe hở có thể có trong hệ thống điều khiển (khoảng chạy không này gọi là hành trình tự do)

Quan hệ giữa các khe hở với độ dịch chuyển của bàn đạp Sbd [mm] (còn gọi là hành trình bàn đạp) khi ly hợp mở được xác định theo các tỷ số truyền của hệ thống điều khiển được xác định như sau :

b

a ) (

f

e d

c b

a i

) z

(

Sbd = δm ms +δdh dk+δ0 + δ01+δ02

Trong đó :

zms = 2 và δm = 0,75 [mm]

δdh : Độ dịch chuyển cần thiết của đĩa ép do độ đàn hồi của đĩa bị động

δdh = 1 [mm]

Đối với xe tải: δ0≈ 3 ÷4 [mm] Chọn δ0 = 3 [mm]

Chọn δ01≈ 0,5 [mm] (thường δ01≈ 0,5 ÷1 [mm])

Chọn δ02≈ 1,5 [mm] (thường δ02≈ 1,5 ÷2 [mm])

b

a

: Tỷ số truyền của bàn đạp, ký hiệu ibd

d

c

: Tỷ số truyền của dẫn động trung gian, ký hiệu itg Chọn itg = 1 (thường itg ≈ 0,9 ÷1,1)

f

e

: Tỷ số truyền của càng đẩy bạc mở , ký hiệu ic Chọn icm = 2 (thường icm ≈ 1,4 ÷2,2)

truyền thành phần tham gia trong hệ thống điều khiển

dm cm tg bd

dk i i i i

Với idm là tỷ số truyền của đòn mở thường chọn idm=3,8