ly hợp ô tô trường đại học giao thông vận tải tphcm

[r]

Ly hợp Ô Tô

Chương 2

Ly hợp ôtô

1 Công dụng - yêu cầu - phân loại :

1.1 Công dụng :

Ly hợp ôtô là khớp nối giữa trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực Ly hợp dùng để ngắt, nối truyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực Ngoài ra, ly hợp còn

được dùng như một cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực khi quá tải

Nếu khớp nối ly hợp không ngắt được truyền động từ trục khuỷu động cơ đến hệ thống truyền lực khi gài số thì việc gài số sẽ rất khó khăn và có thể gây ra sự dập răng; thậm chí có thể gây vỡ răng hộp số Hơn thế nữa, nếu ly hợp không tự động ngắt khi phanh đột ngột thì có thể gây quá tải cho cả hệ thống truyền lực

Để thấy rõ hơn ảnh hưởng và tác dụng của ly hợp đến việc gài số cũng như ảnh hưởng của nó đến hệ thống truyền lực khi phanh ôtô đột ngột, ta hãy xét các quá trình gài

số, quá trình phanh ôtô mà không mở ly hợp

a) Đối với quá trình gài số : Có thể mô tả quá trình gài số bằng mô hình như sau:

Hình H2-1 : Sơ đồ mô hình hoá quá trình gài số

Chú thích :

ωe : Tốc độ góc trục khuỷu động cơ, [rad/s];

1

3 2

4

ωb : Tốc độ góc trục ly hợp, [rad/s];

ωa : Tốc độ góc trục thứ cấp hộp số, [rad/s];

trong động cơ (cả phần chủ động của ly hợp gắn trên bánh đà) qui dẫn về trục bánh đà,

thứ nguyên tính bằng [kg.m2];

quay trong hộp số (có liên quan động học với trục ly hợp) qui dẫn về trục ly hợp, [kg.m2];

chuyển động quay trong hệ thống truyền lực (tính từ bánh răng số (4) đến bánh xe chủ

động) và khối lượng chuyển động tịnh tiến của xe qui dẫn về trục thứ cấp hộp số [kg.m2];

Mô men quán tính tương đương Ja có thể được xác định từ phương trình cân bằng

động năng như sau :

δ υ ω

2 2

2 2

g G

Suy ra :

2

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

=

o p bx a

i i r g G

Trong đó :

G : Trọng lượng toàn bộ xe, [N];

g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 [m/s2];

υ : Vận tốc chuyển động tịnh tiến của xe, [m/s];

rbx : Bán kính lăn của bánh xe, [m];

ip, io : Tỷ số truyền tương ứng của hộp số phụ, truyền lực chính;

lực; tính từ bánh răng số (4) đến bánh xe chủ động

Giả thiết việc gài số là trực tiếp (không có đồng tốc) và không ngắt ly hợp : bánh

răng (4) vào ăn khớp với bánh răng (3), bỏ qua mô men xoắn động cơ và mô men cản

chuyển động của đường (vì mô men xung kích trong trường hợp này là rất lớn so với

chúng) áp dụng phương trình mô men xung lượng trong thời gian t[s] đối với chuyển

động của hệ trục về phía bánh răng (4) :

Trong đó :

P4 : Lực tác dụng lên răng bánh răng (4) trong thời gian gài số t, [N];

r4 : Bán kính vòng lăn của bánh răng (4), [m];

ωa : Tốc độ góc của trục thứ cấp hộp số trước khi gài số, [rad/s];

ωa' : Tốc độ góc của trục thứ cấp hộp số sau khi gài số, [rad/s];

Tương tự, ta có phương trình mô men xung lượng trong thời gian t[s] đối với chuyển động của hệ trục về phía bánh răng (3) :

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

ư

12 2

12 ).

i i J

Trong đó :

P3 : Lực tác dụng lên răng bánh răng (3) trong thời gian gài số t, [N];

r3 : Bán kính vòng lăn của bánh răng (3), [m];

ωb : Tốc độ góc của trục ly hợp trước khi gài số, [rad/s];

i12 : Tỷ số truyền của cặp bánh răng (1) và (2) : i12 = r2/r1;

i34 : Tỷ số truyền của cặp bánh răng (3) và (4) : i34 = r4/r3;

Vì P3 = P4, nên từ hai phương trình (2-4) và (2-5) ta rút ra được tốc độ góc của trục thứ cấp sau khi gài số ωa' Thế trở lại vào phương trình (2-4) ta có mô men xung lương tác dụng lên bánh răng (4) trong thời gian t là :

a h lh e

h a b h lh e a

J i J J

i i

J J J t r P

+ +

ư +

4 4

).

(

) (

).

.(

.

(2-6)

Trong đó ih chính là tỷ số truyền của hộp số (ih = i12.i34)

Cũng bằng lý luận tương tự, ta xác định được mô men xung lượng tác dụng lên bánh răng (4) trong thời gian t khi ngắt ly hợp Lúc này mô men quán tính Je không còn tham gia trong các biểu thức (2-5) và (2-6); nghĩa là :

a h lh

h a b h lh a

J i J

i i

J J t r P

+

ư

4 ' 4

.

) (

.

(2-7)

So sánh (2-7) với (2-6), ta có :

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ + +

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

+

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ +

=

e lh a

h lh

e a h e lh lh

J J J

i J

J J i J J J

P P

1

1

2

2

4 ' 4

(2-8)

Nếu Jlh << Je thì (2-8) có thể viết gần đúng lại như sau :

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ +

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ +

=

lh a h e a h

J J i J J i

P P

2 2

4 ' 4

(2-9)

Vì Jlh << Je, nên ⎜⎜⎝⎛ + ⎟⎟⎠⎞<<⎜⎜⎝⎛ + ⎟⎟⎠⎞

lh a h e

a h

J J i J

J

cách khác, lực tác dụng lên răng của bánh răng gài số sẽ giảm đi rất nhiều lần khi ngắt ly hợp trong quá trình gài số Nhờ vậy mà tránh được sự va đập lớn gây dập hoặc gãy vở răng hộp số khi gài số; cho phép nâng cao tuổi thọ của các bánh răng gài số

Chẳng hạn, với số liệu : tỷ số truyền của hộp số ih = 1,84; Je = 1,5 [kg.m2]; Ja =

10[kg.m2]; Jlh = 0,02 [kg.m2] thì 0,02

4 '

4 =

P P

; nghĩa là lực tác dụng lên răng của bánh răng

khi gài số có ngắt ly hợp giảm được 50 lần

Từ phương trình (2-7) ta cũng thấy rằng : dù có ngắt ly hợp khi gài số, vẫn tồn tại xung lực do sự chênh lệch tốc độ góc giữa hai số truyền (ωb - ωa.ih) Xung lực này vẫn phụ thuộc vào mô men quán tính của ly hợp (Jlh) Vì vậy để tránh sự va đạp các răng khi gài số, trước hết cần phải làm đồng đều tốc độ góc trước khi gài số Muốn thế, trong hộp

số cần phải đặt bộ đồng tốc Tuy nhiên việc làm đồng đều tốc độ khi có bộ đồng tốc vẫn phải phụ thuộc vào mô men quán tính Jlh và sự mở ly hợp có dứt khoát hay không Hay nói cách khác, để làm đồng đều nhanh chóng tốc độ góc giữa các số truyền khi gài số, yêu cầu ly hợp phải bảo đảm hai yêu tố sau :

- Tỷ số truyền đòn mở : idm = 3,8 ữ5,5 (*);

(*) Đối với lò xo đĩa nón cụt, idm xác định theo kích thước của đĩa như sau :

2

; ) (

)

c c

e i c dm

D D D D

D D D

=

ư

ư

Các thông số đã được chú thích ở (2-33')

Giá trị tỷ số truyền của bàn đạp ibd cùng với các tỷ số truyền thành phần nêu trên phải được xác định đủ lớn để bảo đảm sao cho hành trình lớn nhất của bàn đạp ly hợp

Sbdmax phải nằm trong khoảng dịch chuyển hợp lý của chân lái xe; tức là Sbdmax ∈ [Sbd]

Lực cần thiết phải tạo ra ở bàn đạp khi mở ly hợp, ký hiệu Pbd [N], được xác định :

dk dk m bd

i P P

η

Trong đó :

Pm : Lực lớn nhất của các lò xo ép khi mở ly hợp, [N];

ηdk : Hiệu suất của hệ thống điều khiển, trong tính toán có thể chọn ηdk ≈ 0,85; Lực Pm được xác định bằng :

+ Đối với lò xo bố trí xung quanh : P m = P+c lxλm z lx (2-40')

+ Đối với lò xo đĩa nón cụt (**) :

) (

) (

i c c e m

D D D D P P

ư

ư

Trong đó :

P : Lực ép cần thiết của đĩa ép, [N];

clx : Độ cứng của mỗi lò xo, [N/m];

λm : Độ biến dạng thêm của lò xo khi mở ly hợp, [m];

zlx : Số lượng lò xo;

(**) Lực mở ly hợp Pm xác định ở đầu đòn mở (đỉnh nón cụt), nên tỷ số

truyền idk ở (2-40) chỉ tính từ bàn đạp đến bạc mở : idk = initgibd

Lực tác dụng lên bàn đạp Pbd không thể vượt quá khả năng tạo lực bình thường của lái xe Nghĩa là, lực lớn nhất tác dụng lên bàn đạp (không có trợ lực) yêu cầu không được lớn hơn lực cho phép mà người lái xe bình thường có thể tạo ra; tức là Pbdmax ≤ [Pbd] Hơn nữa, để giảm nhẹ điều kiện làm việc cho lái xe, lực cho phép [Pbd] có thể thừa nhận bằng:

+ Đối với xe du lịch : [Pbd] = 150 [N];

+ Đối với xe tải, khách : [Pbd] = 250 [N];

Trường hợp lực tác dụng lên bàn đạp Pbd xác định theo công thức (2-40) mà vượt quá giá trị cho phép nêu trên thì phải dùng thêm trợ lực cho điều khiển ly hợp

3.2.2 Hệ thống điều khiển ly hợp có trợ lực:

Ngày nay, để giảm nhẹ cường độ làm việc cho lái xe, người ta thường dùng điều khiển ly hợp có trợ lực Tuy vậy, lực tác dụng của lái xe lên bàn đạp lúc này cũng không

được nhỏ quá nhằm bảo đảm cho lái xe cảm nhận được việc điều khiển mở ly hợp

Để giảm nhẹ điều kiện làm việc cho lái xe, giá trị lực cần tác dụng lên bàn đạp khi

có trợ lực *

bd

P có thể chọn trong khoảng sau :

bd

P = 70 ữ 100 [N];

+ Đối với xe tải, khách : *

bd

P = 100 ữ 150 [N];

Khi đó, lực do bộ phận trợ lực tạo ra phải thoã mãn phương trình :

m tl tl tl dk dk

Suy ra lực trợ lực Ptl [N] cần thiết phải có là :

tl tl dk dk bd m tl

i i P P P

η

Trong đó :

itl : Tỷ số truyền tính từ xy lanh trợ lực đến điểm đặt lực Pm;

ηtl : Hiệu suất truyền động, tính từ xy lanh trợ lực đến đĩa ép;

Các thông số khác đã chú thích

Với xe du lịch hoặc khách và tải cỡ nhỏ, thường lực đạp điều khiển mở ly hợp không lớn, có thể dùng trợ lực bằng lò xo Với các xe khách và tải cỡ lớn, thường dùng trợ lực khí nén; khí nén được trích từ bình chứa khí nén của hệ thống phanh

Từ biểu thức (2-42), ta có thể xác định đường kính của xy lanh trợ lực Dtl [m] với kiểu trợ lực bằng khí nén như sau :

ω

π p P

tl

2

Trong đó :

pω : áp suất khí nén trong xy lanh trợ lực, pω=(2,5ữ5,0).105 [N/m2];

Các thông số khác đã chú thích

Cũng cần chú ý thêm rằng khi có trợ lực thì hành trình bàn đạp sẽ tăng lên so với khi không trợ lực xác định theo biểu thức ở (2-39) vì phải mất thêm hành trình để

điều khiển mở van cấp khí trợ lực Nghĩa là ta có :

bd tg bd n

tg bd dk

dh ms m

S = (δ +δ ) +δ0 + (δ1 +δ2) +δ0' ' (2-44)

Trong đó :

δ0' : Khe hở cần thiết của cụm van cấp khí trợ lực, [mm];

itg' : Tỷ số truyền phụ dùng để mở van cấp khí; tính từ bàn đạp đến van

- Đối với dẫn động thuỷ lực (Hình H2-17) : itg' =

2

1 3

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

d d

;

- Đối với dẫn động cơ khí (Hình H2-15a) : itg' = itg;

Với d3 là đường kính xy lanh dầu điều khiển van cấp khí

Khi tính toán, có thể chọn các khe hở và tỷ số truyền phụ như sau :

lực

Tỷ số truyền itg'