Thiết kế ly hợp đĩa ma sát khô của hệ thống truyền lực ôtô ( kèm bản vẽ)

Bộ môn cơ khí ôtôThiết kế môn học “kết cấu tính toán ôtô” Sinh viên thực hiện : Hoàng Tiến Đức Lớp : CKÔTÔ A-K38 Giáo viên hớng dẫn : TS Nguyễn Đức Toàn Đề số : 8 Nhiệm vụ : Thiết kế ly

Bộ môn cơ khí ôtô

Thiết kế môn học “kết cấu tính toán ôtô”

Sinh viên thực hiện : Hoàng Tiến Đức Lớp : CKÔTÔ A-K38

Giáo viên hớng dẫn : TS Nguyễn Đức Toàn

Đề số : 8

Nhiệm vụ : Thiết kế ly hợp đĩa ma sát khô của hệ thống truyền lực ôtô với các số liệu ban đầu nh sau :

ph.án Loại

ôtô (KG)Ga (KGm)Memax (v/p)nemax Bánh xe ih1 io độngDẫn

*Yêu cầu:

-Thuyết minh từ 1520 trang soạn thảo trên máy vi tính

-Bản vẽ :01 bản vẽ A o gồm các hình chiếu chính và phụ để rõ kết cấu của truyền

lực chính

Thiết kế môn học

Xác định mô men ma sát

Mô men xoắn lớn nhất có thể truyền qua bộ ly hợp

Ml =  *Mđ

Trong đó : Ml : mô men ma sát của ly hợp

Mđ : mô men xoắn của động cơ

Đối với ô tô Mđ = Memax =65 * 9,81 = 637,65 (N.m)

chọn  = 2 : hệ số dự trữ ly hợp

Ml = 2*637,65 = 1275.3 (N.m)

Chọn  = 2 vì phải chọn hệ số  > 1 để đảm bảo truyền hết mô men của động cơ trong mọi trờng hợp Tuy nhiên  không đợc lớn quá để tránh tăng kích thớc đĩa bị động và tránh cho hệ thống truyền lực bị quá tải

Hệ số  đợc chọn theo thực nghiệm

II) Xác định kích thớc cơ bản của li hợp

Ml =  * Mđ =  * P  * Rtb * i

Trong đó :

Ml, Mđ,  :mô men của ly hợp, động cơ và hệ số dự trữ

 : Hệ số ma sát Chọn  = 0,3

Hệ số ma sát  phụ thuộc vào tính chất vật liệu, tình trạng bề mặt, tốc độ trợt và nhiệt độ của vòng ma sát Trong tính toán, để đơn giản, có thể

thừa nhận hệ số ma sát chỉ phụ thuộc vào tính chất vật liệu (tra bảng)

P : Tổng lực ép lên các đĩa ma sát tính theo KG hoặc N

i : Số đôi bề mặt ma sát tính theo công thức;

i = m + n + 1

m: Số lợng đĩa chủ động

n: Số lợng đĩa bị động

Rtb: Bán kính ma sát trung bình ( bán kính của điểm đặt lực ép tổng hợp tính theo cm hoặc mm Đợc xác định theo công thức:

R2 + R1

Rtb =

2

R2: Bán kính ngoài của đĩa ma sát

R1: Bán kính trong của đĩa ma sát

Đĩa bị động

a, Thiết kế sơ bộ

-Chọn đờng kính ngoài D2 : đờng kính ngoài của đĩa bị động bị giới hạn bởi

đờng kính của bánh đà động cơ, thờng chọn sơ bộ theo công thức kinh

nghiệm

R2

R1

R

dR

Sơ đồ tính toán Rtb

C = 3,6 hệ số kinh nghiệm (ôtô tải trong đk sử dụng bình thờng)

Memax : Mô men xoắn cực đại của động cơ [N.m]

3,16 637,65

R2 =

2 3,6

R2 = 21,027 cm

Mặt khác D2 còn bị giới hạn bởi đờng kính ngoàicủa bánh đà động cơ khi thiết kế gặp trờng hợp D2 lớn hơn đờng kính bánh đà thì phải chọn lại bằng cách giảm D2 và tăng số đôi bề mặt ma sát ( số đĩa bị động )

-Xác định bán kính trong R1 của đĩa : Bán kính trong R1 và bán kính ngoài R2 không đợc khác nhau quá lớn, vì sự chênh lệch bán kính dẫn đến sự chênh lệch tốc độ trợt tiếp tuyến và gây ra hiện tợng mòn không đều của vòng ma sát kể từ trong ra ngoài, do đó chọn

R1 = 0,758.R2 = 15.93 ( cm )

 Rtb = 18.482 ( cm )

2) Chọn số lợng đĩa ( Số đôi bề mặt ma sát )

Số lợng đĩa bị động đợc chọn sơ bộ theo công thức :

Ml  * Mđ

i = =

 * P * Rtb 2* * Rtb * Rtb * b *  * [ q ]

Trong đó:

P = 2**Rtb*b*[q]

b: Bề rộng tấm ma sát gắn trên đĩa bị động đợc tính theo công thức:

b = (R2 - R1) = 21,027 – 15,93 = 5,097 ( cm )

R2, R1: Là bán kính ngoài và trong của đĩa ma sát

[ q ] : áp lực riêng cho phép trên bề mặt ma sát, tính theo KG / cm2 hoặc N /

mm2

C

Me R

D2  2 2  3 , 16 max

Chọn [ q ] = 200 KN/m2 = 0,2 KG / cm2

1275,3

i = = 1,943

2 * 3,14 * 18,482 * 18,482 * 5,097 * 0,3 * 0,2

Chọn i = 2

Kiểm tra lại:

* Mđ

q =

2* * Rtb * Rtb * b *  * i

1275,3

q =

2* 3,14 * 18,482 * 18,482 * 5,097 * 0,3 * 2

q = 0,194 Kg / cm2 < [q ]

III Xác định công trợt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp

Khi đóng ly hợp có thể xảy ra hai trờng hợp:

- Đóng ly hợp đột ngột tức là để động cơ làm việc ở số vòng quay cao rồi

đột ngột thả bàn đạp ly hợp Trờng hợp này không tốt nên phải tránh

- Đóng ly hợp một cách êm dịu: ngời lái thả từ từ bàn đạp ly hợp khi xe khởi động tại chỗ sẽ làm tăng thời gian đóng ly hợp và do đó sẽ làm tăng công trợt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp Trong sử dụng thờng sử dụng phơng pháp này nên ta tính công trợt sinh ra trong trờng hợp này

1) Công trợt đợc xác định theo công thức:

5,6 * G * Memax * ( no/100)2 * rbx2

L =

io * ih * if *[ 0,95 * Memax *it - G * rbx * ]

Trong đó:

G = 15305 KG là trọng lợng toàn bộ của ô tô

Memax = 65 KG.m là mô men xoắn cực đại của động cơ

no: Số vòng quay của động cơ khi khởi động ô tô tại chỗ

Chọn no = 0,75 * Nemax = 1950 [v/p]

rbx : bán kính làm việc của bánh xe (m)

io: Tỷ số truyền lực chính, io = 7,22

ih = ihl : Tỷ số truyền của hộp số chính, ih = 7,82

if: Tỷ số truyền của của hộp số phụ, if = 1

it = io * ih * if = 7,22 * 7,82 * 1 = 56,46

: Hệ số cản tổng cộng của đờng,  = 0,16

d + 2 * B

rbx =

2

Với: B = 260 mm

d = 508 mm

rbx = 514 mm = 0,514 m

Do đó:

L = 4449,675 KG.m

2) Xác định công trợt riêng

L

lo =

F * i

Trong đó:

lo: Công trợt riêng

L: Công trợt của ly hợp

F: diện tích bề mặt ma sát của đĩa bị động

F =  * ( R22 - R12 )

= 3,14 * ( 21,0272 – 15,932 ) = 591,481 ( cm2)

i: Số đôi bề mặt ma sát, i = 2

Do đó:

lo = 3,761[KG.m/cm2] < [ lo ]

[l0]= 1012 [KG.m/cm2] Vậy thoả mãn

IV) Kiểm tra theo nhiệt độ các chi tiết

Công trợt sinh nhiệt làm nung nóng các chi tiết nh đĩa ép , đĩa ép trung gian ở ly hợp 2 đĩa lò xo

Do đó phải kiểm tra nhiệt độ của các chi tiết , bằng cách xác định độ tăng nhiệt độ theo công thức:

 * L  * L

T = =

C * mt 427 * C * Gt

Trong đó:

L = 4449,675 KG.m Công trợt sinh ra khi ly hợp bị trợt

C: Tỷ số nhiệt của chi tiết bị nung nóng, C = 0,115 Kcal/ KG 0C

Gt =15 KG Trọng lợng của chi tiết bị nung nóng

 : Hệ số xác định phần công trợt dùng nung nóng chi tiết đang tính

1

2.n

  ( n- là số đĩa bị động, n = 1) Vậy  = 1

0,5

Do đó:

T = 3,020 < [ T ] = (810)0C Nh vậy các đĩa đảm bảo độ bền nhiệt

V) Tính toán hệ thống dẫn động ly hợp

Lực cần thiết của ngời lái tác dụng lên bàn đạp để mở ly hợp:

P'

Qbđ =

itc * t

Qbđ: Lực của ngời lái tác dụng lên bàn đạp

P': Tổng lực ép cực đại tác dụng lên đĩa ép khi mở ly hợp

P' = 1,2 * P = 1,2*2**Rtb*b*[q]

= 1,2 *2 * 3,14 *18,482 * 5,097 * 0,2

=141.982 ( KG )

t : Hiệu suất của hệ thống dẫn động,  = 0,9

1) Xác định tỷ số truyền chung của hệ thống

Tỷ số truyền chung đợc xác định theo công thức:

itc = a/b * c/d * e/f * d22/d21

Trong đó: a,b,c,d,e,f lần lợt là các kích thớc các đòn dẫn động và các đòn

mở tính theo mm

Với;

a =200 mm

b = 35 mm

c =50 mm

d = 55 mm

e = 125 mm

f = 81 mm

d1 = 21 mm

d2 = 22 mm

Do đó:

itc = 7,65

Vậy:

Qbđ = 141.982 / (0,9 * 7,65) = 20,62 KG

2) Xác định hành trình của bàn đạp:

St = l * itc + *a/b * c/d * d22/ d21

= Slv + So

Trong đó:

-Slv: hành trình làm việc của bàn đạpđể khắc phục những khe hở của bề mặt ma sát , Slv = l * itc = 1 * 7,65 = 7,65

- So: hành trình chạy của bàn đạp để khắc phục khe hở giữa đầu đòn mở và bạc mở, So =  * a/b * c/d * d22/ d21 =  * idd

Với:  khe hở đầu đòn mở và bạc mở (hay ở bi tỳ ) thờng chọn,

 = 4 mm

idd: Tỷ số truyền của các đòn dẫn động

Do đó:

So = 22,81

Vậy:

St = 22,81 + 7,65 = 30,46 mm

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

1) Tính sức bền đĩa bị động

Để giảm kích thớc 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 xơng đĩa thờng chế tạo bằng thép các bon trung bình và cao ( thép 50 và

85 ) chiều dày xơng đĩa thờng chọn ( 1,5 – 2 ) mm

Chiều dày tấm ma sát thòng chọn từ ( 3 – 5 ) mm Vật liệu của tấm ma sát thờng là loại phê ra đô ( phê ra đo đồng hoặc át pét đồng )

Tấm ma sát đợc gắn với xơng đĩa bị động bằng đinh tán Vật liệu đinh tán bằng đồng hoặc nhôm có đờng kính, d = ( 4-6 ) mm

Đinh tán có thể bố trí trên đĩa theo một dãy hoặc nhiều dãy (thờng là 2

Lực tác dụng lên mỗi đinh tán đợc xác định theo:

Memax * r1

F1 =

2 * (r2 + r1 )

Memax = 65 * 9,81 = 637,65( N.m )

Do đó:

F1 = 809,86 ( N ) = 82,6 (KG)

Memax * r2

F2 = = 928,96 ( N ) = 94,79 (KG)

2 * (r2 + r1 )

Đinh tán đợc kiểm tra theo ứng suất cắt và chèn dập Khi tính lực F1 , F2

lấy chế độ tải trọng là Memax vì trong thực tế Memax luôn nhỏ hơn M ( M là mô men tính theo bám từ đờng lên )

ứng suất cắt và chèn dập đối với đinh tán ở trong vòng trong:

F1

 c1 =

n1 * * d2/4

Trong đó:

c: ứng suất cắt của đinh tán ở trong vòng trong

n1: Số đinh tán bố trí ở vòng trong, n1 = 8

F1: Lực tác dụng lên dãy đinh tán vòng trong

d: Đờng kính đinh tán, d = 6 mm = 0,6 cm

c1 = 36,5 ( KG/cm2 ) < [c1 ]

ứng suất chèn dập của đinh tán:

F1

cd1 =

n1 * l * d

Trong đó:

l: Chiều dài bị chèn của đinh tán, l = 0,2 cm

cd1 = 86,04 ( KG /cm2 )

Với vòng ngoài, đinh tán cũng đợc kiểm tra tơng tự:

F2

cd2 =

n2 *  * d2/4

F2

cd2 =

n2 * l * d

Trong đó:

F2 : Lực tác dụng lên đinh tán vòng ngoài

n2: Số lợng đinh tán bố trí trên vòng ngoài, n2 = 12

c2 = 27,95 ( KG/cm2 ) < [ ]

cd2 = 65,82 ( KG/cm2 ) < [ ]

2) Moay ơ đĩa bị động

Chiều dài của moay ơ đợc chọn tơng đối lớn để giảm độ đảo của đĩa bị động bằng đinh tán và lắp giáp với trục ly hợp bằng then hoa

Chiều dài moay ơ thờng đợc chọn bằng đờng kính ngoài của then hoa trục ly hợp Khi động cơ làm việc nặng nhọc thì chọn L = 1,4 * D ( D là đờng kính ngoài của then hoa trục ly hợp, D = 1,2 cm Do đó L = 1,68(cm )

Chú ý: ở những ly hợp có hai đĩa bị động trở lên thì chiều dài mỗi moay ơ riêng biệt phải giảm nhiều

Khi làm việc then hoa của moay ơ chịu ứng suất chèn dập và cắt đợc xác

định theo công thức:

4 Memax

c =

Z1 * Z2 * L * b * (D + d )

8 * Memax

cd =

Z1 * Z2 * L * (D2 – d2x )

trong đó:

Memax: Mô men cực đại của động cơ, Memax = 2900 KG.cm

Z1: Số lợng moay ơ riêng biệt, Z1 = 1

Z2: Số then hoa của một moay ơ,Z2 = 12

d: Đờng kính trong của then hoa, d = 0,8 cm

b: Bề rộng của một then hoa, b = 0,2 cm

Do đó:

c = 287,7 ( KG/cm2 ) < [  ]

cd = 1438,49 ( KG/cm2 ) < [  ]

3) Trục ly hợp

Đối với ô tô , trục ly hợp vừa là trục sơ cấp hộp số đầu , cuối trục có cặp bánh răng luôn ăn khớp thờng là bánh răng nghiêng Đầu trớc của trục lắp ổ

bi trong khoang của bánh đà , đầu sau lắp ổ bi trên thành hộp vỏ số

Theo sơ đồ lực tác dụng lên bánh răng gồm ba thành phần: lực vòng , lực h-ớng kính Pr1 , lực chiều trục Pa1 Ngoài ra còn chịu mô men xoắn của ly hợp ở khu vực lắp then hoa với đĩa bị động

M2u + M2x

th =

0,1 * d3

Trong đó:

d: Đờng kính trục tại tiết diện nguy hiểm, d = 4 cm

th: ứng suất tổng hợp tại tiết diện nguy hiểm

Mx: Mô men xoắn tác dụng lên trục, Mx = 2900 KG cm

Mu: Mô men uốn tác dụng lên trục, Mu = 2000 KG cm

 = 550,43 KG.cm < [ ]

4) Lò xo giảm chấn

Lò xo giảm chấn đợc đặt ở đĩa bị động để tránh sự cộng hởng ở tần số cao của dao động xoắn do sự thay đổi mô men của động cơ và của hệ thống truyền lực đảm bảo truyền mô men một cách êm dịu từ đĩa bị động đến moay

ơ trục ly hợp

Mô men cực đại có khả năng ép lò xo giảm chấn đợc xác định:

Gb *  * rb

Mmax =

io * ih1 * if1

Trong đó:

if1: Tỷ số truyền của hộp số phụ ở số truyền thấp, if1 =1

Gb: Trọng lợng bám của ô tô ( là phần trọng lợng tác dụng lên cầu chủ động tính theo KG, Gb = 100 KG )

: Hệ số bám của đờng, với đờng tốt  = 0,8

rb: Bán kính làm việc của bánh xe, rb = 43,6 cm

io: Tỷ số truyền của truyền lực chính, io = 6,83

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

G * max * rđ

ih1 =

Memax * io * if1 *t

if1 = 5,25

Memax = 0,9725 KG.m

Mô men quay mà giảm chấn có thể truyền đợc bằng tổng mô men quay của các lực lò xo giảm chấn và mô men ma sát:

Memax = M1 + M2 = P1 * R1 * Z1 + P2 * Z2 * R2

Trong đó:

M1: Mô men quay của lực lò xo giảm chấn dùng để dập tắt cộng hởng ở tần

số cao

M2: Mô men ma sát dùng để dập tắt cộng hởng ở tần số thấp

P1: Lực ép của một lò xo giảm chấn,P1 = 50 Kg

R1: Bán kính đặt lò xo thờng chọn theo đờng kính ngoài của mặt bình moay

ơ,R1 = 5 cm

Z1: Số lợng moay ơ giảm chấn đặt trên moay ơ,Z1 = 6

P2: Lực tác dụng lên vòng lò xo, P2 = 40 KG

Z2: số lợngvòng ma sát, Z2 = 2

: Hệ số ma sát giữa đĩa ma sát và đĩa bị động, = 0,3

Memax = 1900 Kg.cm

R2: Bán kính trung bình đặt các lò xo , R2 = 5 cm

Độ cứng tối thiểu của lò xo giảm chấn ( là mô men quay tác dụng lên đĩa bị

động để xoay đĩa đi một góc đối với moay ơ ), độ cứng đợc xác định theo công thức

S = 17,4 * R21 * k * Z1 ( KG cm)

Trong đó:

R1: Bán kính đặt lò xo, R1 = 4 cm

k: Độ cứng của lò xo, k = 100 ( KG/cm )

Do đó S = 1670,4 ( KG.m )

ứng suất xoắn của lò xo đợc xác định theo công thức:

8 * P1 * D *k

 =

 * d3

Trong đó:

P1: Lực cực đại tác dụng lên lò xo giảm chấn, P1 = 50 KG

D: Đờng kính trung bình của lò xo giảm chấn, D = 15 mm

d: Đờng kính dây lò xo, d = 3 mm

k: Hệ số tập chung ứng suất;

4*c - 1 0,615

k = +

4 * c - 4 c

Với c = D/d = 15/3 = 5

Do đó:

k = 1,311

Vậy:

 = 9278 ( KG/cm2 )

Số vòng làm việc của lò xo:

 * G * d4

no =

1,6 * P1 * D3

Trong đó:

G: Mô đun đàn hồi dịch chuyển, G = 8 * 105

: Độ biến dạng của lò xo giảm chấn từ vị trí cha làm việc đến vị trí làm việc

Do đó:

no = 9,6 ( vòng )

Chiều dài làm việc của vòng lò xo đợc tính theo công thức ( ứng với khe hở giã các vòng lò xo bằng không )

l1 = no * d = 9,6 * 3 = 28,8 ( mm )

Chiều dài của lò xo ở trạng thái tự do:

l2 = l1 +  + 0,5 * d = 34,4 ( mm )

5) Tính chi tiết truyền lực tới đĩa chủ động

áp suất tác dụng lên bề mặt truyền lực đợc tính theo công thức:

Mđ

P =

F * R * m

Trong đó:

Mđ: Mô men động cơ, Mđ = 2900 ( KG.cm )

R: Khoảng cách từ tâm trục đến tiết diện, R = 20 ( mm )

F: Diện tích truyền lực, F = 1 ( cm2 )

Do đó:

P = 145 ( KG/cm2 )

Ngoài ra tay đòn còn chịu uốn ,nhng tay đòn chịu uốn nhỏ nên bỏ qua

6) Tính sức bền các đòn dẫn động

a) Đòn mở ly hợp

Lực cần thiết tác dụng lên đầu dới của đòn mở:

P' e

Pđ = *

Zđ f

Trong đó:

P': Lực cực đại của tất cả các lò xo ép khi mở ly hợp, P' = 347 ( Kg ) Zđ = m = 10

e = 125 mm

f = 81 mm

Do đó:

Pđ = 53,55 (KG )

b) Các đòn trung gian

Khi các đòn chịu kéo thì kiểm tra theo k hoặc n , đồng thời kiểm tra theo uốn dọc ( mất ổn định ) do lực dọc gây ra

Công thức kiểm tra theo uốn dọc: