tính toán thiết kế ly hợp lò xo trụ

tổng quan về các loại ly hợp trên oto, thành phần cấu tạo, nhiệm vụ, chức năng của các loại ly hợp trên oto, tính toán thiết kế ly hợp (tính đường kính đĩa ma sát, công trượt riêng, lò xo trụ, bền trụ...), qua đó phát triển để thực hiện vẽ trên cad

Phần 1: TỔNG QUAN VỀ CỤM LY HỢP TRÊN XE ÔTÔ 1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 1.1.1 Công dụng: Ly hợp cụm hệ thống truyền lực ôtô Ly hợp ôtô phận liên kết động hệ thống truyền lực Do có nhiệm vụ tách nối hai phận với trường hợp cần thiết như: Khi xe bắt đầu chuyển bánh, chuyển số Ngồi ra, q trình ôtô hoạt động xuất mômen quán tính tác động lên hệ thống truyền lực nên ly hợp cịn đóng vai trị phận an tồn bảo vệ cho chi tiết hệ thống truyền lực khỏi bị tải 1.1.2 Phân loại: Có nhiều cách phân loại: - Theo cách truyền mômen: + Ly hợp ma sát: Truyền mô men thông qua bề mặt ma sát Fms = Plx MLH = Fms.Rtb Ly hợp ma sát có hai loại ly hợp ma sát khô ly hợp ma sát ướt: Ly hợp ma sát khơ: Khơng có dung mơi, đĩa ma sát thường làm từ Ferado đồng Ly hợp ma sát ướt: Được nhúng dầu + Ly hợp thuỷ lực: Truyền mômen thông qua chất lỏng + Ly hợp điện từ: Truyền mômen nhờ lực điện từ + Ly hợp liên hợp: Mô men truyền cách kết hợp phương pháp Thông thường ma sát cộng với thủy lực Hiện nay, ôtô dùng chủ yếu ly hợp ma sát ly hợp thủy lực - Theo trạng thái làm việc: + Loại ly hợp thường đóng: Khi khơng có lực điều khiển, ly hợp ln trạng thái đóng, đạp ly hợp bề mặt làm việc tách Đại đa số ly hợp ôtô dùng loại + Loại ly hợp thường mở: Khi khơng có lực điều khiển, ly hợp trạng thái mở - Theo dạng lò xo đĩa ép: + Ly hợp sử dụng lị xo trụ bố trí theo vịng trịn + Ly hợp sử dụng lị xo dạng xuắn + Ly hợp sử dụng lò xo dạng đĩa - Theo hệ thống dẫn động ly hợp: + Ly hợp dẫn động khí + Ly hợp dẫn động thuỷ lực - Theo trợ lực dẫn động: + Trợ lực khí + Trợ lực thủy lực + Trợ lực khí nén + Trợ lực chân khơng 1.1.3 u cầu: Ly hợp ôtô phải đảm bảo yêu cầu: - Phải truyền hết mômen động xuống hệ thống truyền lực mà không bi trượt - Phải ngắt dứt khốt, đóng êm dịu để giảm tải trọng động tác động lên hệ thống truyền lực - Mơmen qn tính phần bị động ly hợp phải nhỏ để giảm tải trọng động tác dụng lên bánh đồng tốc sang số - Mô men ma sát không đổi ly hợp trạng thái đóng - Có khả trượt bị q tải - Có khả nhiệt tốt để tránh làm nóng chi tiết ly hợp bị trượt trình làm việc - Điều khiển ly hợp nhẹ nhàng tránh gây mệt mỏi cho người lái xe - Giá thành ly hợp rẻ, tuổi thọ cao, kết cấu đơn giản kích thước nhỏ gọn, dễ tháo lắp sửa chữa bảo dưỡng 1.2 Kết cấu nguyên lý làm việc ly hợp oto: Hinh 1.1: Sơ đồ hệ thống ly hợp 1.2.1 Kết cấu Hình 1.2: Ly hợp ma sá khô đĩa Đĩa ma sát; Đĩa ép; Đòn mở; Bộ giảm chấn xoắn; Vỏ ly hợp; Ổ bi tì bạc mở ; Lò xo ép; Lò xo lá; Hình1.3: Ly hợp ma sát khơ đĩa Vỏ bao bánh đà Vỏ ly hợp Lị xo bên ngồi Bánh Đà Trục dẫn động hộp số Lò xo chống rung Đĩa bị dẫn Cần ngắt ly hợp Đĩa ép 10.Đĩa chống rung có phận hắt dầu 11.Khớp ngắt ly hợp * Ly hợp trạng thái đóng: Hình1 4: Ly hợp trạng thái đóng 1: Bánh đà; 2: Đĩa ly hợp (đĩa ma sát); 3: Đĩa ép; 4: Lò xo ép; 5: Nắp ly hợp; 6: Càng cắt ly hợp; 7: Bình chứa dầu ly hợp; 8: Bàn đạp ly hợp; 9: Xy lanh ly hợp; 10: Xy lanh cắt ly hợp Khi chưa có tác động vào bàn đạp ly hợp, tác dụng lò xo ép,ép đĩa ép chặt đĩa ma sát vào mặt làm việc bánh đà, ly hợp trạngthái truyền lực.khi bánh đà, đĩa ma sát, đĩa ép,lò xo đĩa ép, vỏ ly hợp ép thành khối.Mô men xoắn truyền từ động đến bề mặt ma sát,đến moay đĩa bị động ,đến trục bị động ly hợp ( trục sơ cấp hộp số) Thực chức truyền mô men xoắn xuống HTTL phía sau * Ly hợp trạng thái mở: Khi tác động vào bàn đạp ly hợp, lực truyền đến piston cảu xy lanh làm tăng áp suất dầu, áp lực tác dụng vào piston mở ly hợp(xy lanh phụ), truyền chuyển động đến cắt ly hợp Theo nguyên tắc đòn gánh , vòng bi cắt ly hợp bị cắt ly hợp ép vào lị xo đĩa kéo đĩa ép phía sau, đĩa ma sát dịch chuyển trục ly hợp để tách khỏi bề mặt làm việc bánh đà Ly hợp trạng thái mở ngắt dịng mơ men Hình1 5: Ly hợp trạng thái mở 1: Đĩa ly hợp tách khỏi bánh đà ngắt công suất từ động đến hộp số 2: Đĩa ép ly hợp khơng ép vào đĩa ly hợp 3: Vịng bi cắt ly hợp ép vào lò xo ép - Khi nhả bàn đạp ly hợp lò xo lại ép đĩa ép,đĩa ma sát vào bánh đà tạo thành khối cứng Đồng thời lò xo hồi vị bàn đạp kéo bàn đạp ly hợp vị trí ban đầu.Ly hợp lại thực chức nang truyền dịng mơ men - Giữa q trình đóng mở ly hợp có trượt tương đối bề mặt ma sát, đốt nóng chi tết ly hợp làm hỏng chi tiết 1.2.1.b Kết cấu phận hình 6: cấu tạo ly hợp Bánh đà ; Bi đầu trục ; 3.đĩa ma sát ; Bulong ; vỏ ly hợp ; bi mở ; đòn mở * Đĩa ma sát ( đĩa bị động li hợp): Hình 1.7 : Đĩa ma sát Hình 1.8: Cấu tạ đĩa ma sát Xương đĩa đươc tán chặt với cánh lò xocác cánh bẻ vênh phía tán với ma sát ma sát được cố định vào cánh lò xo theo phương pháp tán độc lập ma sát bên trái với cánh chữ T bên trái ma sát bên phải tán với cánh chữ T bên phải , mở ly hợp xương đĩa miếng thép đàn hồi trang thái tự , đóng ly hợp miếng ép ép phẳng nhờ lực ép bề mặt ma sát tăng dần , bề mặt ma sát có rãnh thơng gió để hạt mài , đĩa ma sát có phận giảm chấn xoắn bao gồm lò xo cánh lò xo * Moay đĩa bị động Là phần truyền lực đĩa ma sát trục chủ động hộp số, có điều kiện cơng nghệ mà thường chế tạo riêng sau lắp ghép với xương đĩa đinh tán, moay lắp then hoa với trục chủ động hộp số, then hoa có dạng hình vuông thân khai, người ta thường dùng loại thân khai có độ bền tốt có độ đồng tâm tốt Thân moay có khoét lỗ để lắp giảm chấn xoắn Được nối với trục bị động bắng rãnh then hoa Các then hoa chế tạo dạng thân khai, làm tăng độ bền, độ đồng tâm, độ tiếp xúc trình di trượt moay trục bị động Trên moay có gia cơng lỗ hình trụ chữ nhật để lắp lị xo xoắn giảm chấn, moay chế tạo thép * Bộ giảm chấn 10 M1: mô men quay lực lò xo giảm chấn dùng để dập tắt cộng hưởng tần số cao M2: mô men ma sát dùng để dập tắt cộng hưởng tần số thấp P1:lực ép lò xo giảm chấn R1: bán kính đặt lị xo giảm chấn, chọn R1 = 50 mm R2 : bán kính trung bình đặt vịng ma sát Z1: số lượng lò xo giảm chấn đặt moay ơ, chọn Z1 = P2: lực tác dụng lên vòng ma sát Z2: số lượng vòng ma sát ( số đôi cặp ma sát), chọn Z2 = Thường chọn: M2 = 25%Mmax = 0,25 181,6= 45,4 (N.m) M1 = Mmax - M2 = 181,6 - 45,4 = 136,2 (N.m) Do : P1 = = = 681 ( N) -Xác định số vòng làm việc chiều dài lò xo tự nhiên Số vòng làm việc lị xo xác định theo cơng thức : .Gd n0  1,6D3 P1 Trong : G : modun đàn hồi dịch chuyển, G = 8.1010 (N/m2)  : độ biến dạng lò xo giảm chấn từ vị trí làm viếc đén vị trí chưa làm việc  = (mm) = 0,003(m) d: đường kính dây làm giảm chấn, d = (mm) = 0,004 (m) D: đường kính trung bình lị xo giảm chấn, D = 18 (mm) = 0,018 (m) Vậy : n0 = = 9,7 (vòng) Chọn n0 = 10 (vòng) Chiều dài tự lo xò : 35 L = (n0 + 1) d +  = ( 10 + ) 0,004 + 0,003 = 0,047 (m) - kiểm tra dộ bền lò xo giảm chấn ứng suất xoắn lò xo xác định theo công thức: 8.P1D k  = d đó: D: đường kính trung bình vịng lò xo D = 0,018 (m) = 18 (mm) d: đường kính dây lị xo, chọn d= 0,004 (m) = (mm) k : hệ số tập trung ứng suất 4C  0,615  ; 4C  C K= C = = = 4,5  k = 1,3 P1: lực ép lò xo giảm chấn  = = 6,3.108 (N/m2) ứng suất cho phép vật liệu chế tạo lò xo 60 : [] = 9.108 (N/m2) Vậy lị xo đủ bền 2.4.5 Tính bền đòn dẫn động ly hợp: Đòn mở ly hợp: Vật liệu chế tạo đòn mở thép 35, xianua hố bề mặt, có ứng suất cho phép: [] = 0,6.109 (N/m2) Xác định lực cần thiết tác dụng lên đòn mở mở ly hợp: Pd  P f Zd e Trong đó: 36 P: lực cực đại tất lò xo ép mở ly hợp, P’ = 5306 (N) Zđ : số lượng địn mở, Zđ = Khi đó: Pd = = 442,2 (N) Biểu đồ mô men uốn ứng suất tiết diện nguy hiểm: Đòn mở ly hợp biểu đồ mơmen Tiết diện vị trí lắp nối (tại O) tiết diện nguy hiểm Ta có: Mu = Pd.e = 442,2 60 = 26532 (N.mm) ứng suất uốn: u = Pd.e/Wu  [u] N/m2) 37 mặt cắt tiết diện nguy hiểm hình chữ nhật có kích thước là: 1013 có khoan lỗ 8 Do mơ men chống uốn tính: Wu = bh2/6 =5.102/6 = 83,3 (mm3) Với b = 13 - =5 (mm)  u = 26532/83,3 = 318,5 (N/mm2 ) u = 318,5.106(N/m2 ) = 3,185 (N/m^2) < [u] Vậy, đòn mở đảm bảo độ bền cho phép 2.4.6.Tính bền trục ly hợp Tính khoảng cách trục A trục hộp số Ta tính theo cơng thức sau : A = a Trong : a : hệ số kinh nghiệm chọn : hộp số xe du lịch : a = 14,5 16 hộp số ôtô tải sử dụng động xăng : a = 17 19,5 hộp số ôtô tải sử dụng động diesel : a = 20,5 21,5 hộp số phụ hộp số phân phối : a = 17 21,5 ( theo sách thiết kế tính tốn ơtơ - máy kéo TS Nguyễn Hữu Hưởng NXB ĐHQG.HCM) Ta chọn : a = 15 Ta có : Memax = 199 (N.m) Thay số : A = 15 = 87,6 (mm) Với khoang cách tinh A = 87,6 (mm) thỏa mãn điều kiện cho phép Chọn môđun pháp tuyến cho bánh ăn khớp 38 Việc chọn môđun cần thống với bánh hộp số để đơn giản công nghệ chế tạo sửa chữa Để giảm trọng lượng hộp số co khoảng cách trục nên tăng môđun giảm chiều rộng vành Mơđun pháp tuyến chọn theo tiêu chuẩn theo bang sau: ( theo sách thiết kế tính tốn ơtơ - máy kéo TS Nguyễn Hữu Hưởng NXB ĐHQG.HCM) Mômen xoắn lớn dộng Môđun pháp tuyến bánh Memax hộp số mn (mm) N.m 50 100 100 200 200 400 400 800 800 1000 2,25 2,5 2,75 3,00 3,003,75 3,75 4,50 4,50 6,00 Dựa vào bảng ta chọn sơ moodun bánh dựa vào mômen xoắn lớn động : Memax = 199 (N.m) ta chọn mn = 2,75 Hoặc chọn theo công thức sau : = => ia = - Trong : 39 ia : tỷ số truyền cặp bánh luôn ăn khớp, hộp số ôtô thường co giá trị ia = 1,6 2,5 : góc nghiêng cặp bánh luôn ăn khớp Để đảm bảo hệ số trùng khớp cặp bánh này, góc õ chọn trung bình : ôtô du lịch β = 30 45o ôtô vận tảI β = 20 30o Za : số bánh chủ động i : tỷ số truyền cặp bánh tinh toán β: góc nghiêng Số Za’ bánh bị động của cặp bánh ăn khớp theo xác định theo : z’a = za.ia chọn : β = 30o Za = 18 mn = 2,75 ia = - = 2,1 ia thỏa mãn điều kiện cho phép Số Za = Za.ia = 18 2,1 = 37,8 (răng) Chọn Za’ = 38 ( ) Tính xác trục A : A = = = 88,9 (mm) Trục ly hợp trục sơ cấp hộp số Đầu trước trục gối lên ổ bi bánh đà, đầu sau lắp ổ bi thành vỏ hộp số Đầu cuối trục co lắp bánh nghiêng lờn trục ăn khớp với bánh trung gian hộp số 40 sơ đồ tác động lên trục ly hợp Trong : Trục I: Là trục ly hợp, đồng thời trục sơ cấp hộp số cuối trục có lắp liện bánh nghiêng khoét rộng lỗ tâm để lắp bi kim đỡ đầu trục số III Trục II: Là trục trung gian hộp số, đầu trục đỡ hai ổ bi trụ lắp vỏ hộp số Trục III: Là trục thứ cấp hộp số, đầu tỳ lên ổ bi kim trục sơ cấp, đầu tỳ lên ổ bi lắp thân hộp số Để kiểm nghiệm trục ta chọn chế độ mômen lớn hộp số để tay sô Trục I : MI = Memax = 199 (N.m) Trục II : MII = MI.ia = 199 2,1 = 417,9 (N.m) Trục III : MIII = MII.ih1 = 417,9 4,15 = 1734,3 (N.m) Các bước tính : Bước I : tính tốn lực bánh trục số I trục số III 41 Bước II : xác định phản lực lên trục, gối đỡ trục I trục số III Bươc III : Kiểm tra bền trục số I Bước I Tính tốn lực bánh trục số I số III Trục số I A B I Pa PV Bánh trục số I bánh nghiêng có : Mơđun mặt đầu : ms = = = 3,2 Đường kính vịng chia : da = ms.Za = 3,2 18 = 57,6 (mm) = 0,0576 (m) d’a = ms.Za’ = 3,2 38 = 121,6 (mm) = 0,1216 (m) góc nghiêng : = 30o góc ăn khớp : = 20o Mô đun pháp tuyến : mn = 2,75 Số : Z = 18 Khi : Lực vịng : Pv1 = = = 6909,7 ( N) 42 Pr Lực hướng tâm : Pr1 = = = 2903,99 (N) : Pa1 = Pv1.tg = 6909,7 tg30o = 3989,32 (N) Lực dọc trục Trục số III : III D C Pr PV Bánh trục số III bánh thẳng có đường kính vịng lăn 2,98 góc ăn khớp = 20o Khi lực vịng : Pv4 = = = 29098,99 (N) Lực hướng tâm : Pr4 = PV4.tg = 29098,99 tg20o = 10591,17 (N) Bước II Xác định phản lực lên trục gối đỡ trục I trục III Trục III 43 RCY RCX III D C Pr PV 160 40 Ta lấy MDY =  Rcx.(160 + 40 ) = Pv4.40  RCX = = 5819,8 ( N) Ta lấy MDx =  RCY (160 + 40) = Pr4.40  RCY = = 2118,23 (N) Trục số I RBY RAY RCX RBX RAX I A B C RCY 30.0 150.0 Pa1 Pv1 25.0 Ta lấy:   =  RAx 150 = (RCX + PV1).25 Þ RAx = = 2121,58 (N)   =  RAY.150 - Pa1 + (RCY + Pr1).25 =  -RAY = = 305,13 (N)  RAY = -305,13 (N) 44 Pv1 (RAY < nên chiều RAY có chiều ngược lại chiều hình vẽ) RY =  -RAY + Pr1 + RCY = RBY  RBy = 305,13 + 2903,99 + 2118,23 = 5327,35 (N) RX =  RAX + RCX + PV1 = RBX  RBX = 2121,58 + 5819,8 + 6909,7 = 14851,08 (N) Nhắc lại cac lực tác dụng lên trục I : PV1 = 6909,7 (N) RAX = 2121,58 (N) Pr1 = 2903,99 (N) RAy = -305,13 (N) Pa1 = 3989,32 (N) RBx = 14851,08 (N) RCX = 5819,8 (N) RBy = 5327,35 (N) RCY = 2118,23 (N) Bước III : kiểm tra bền trục số I Xác định moomen uốn Mux : - Tại B : +Xét từ trái sang phải : M x B1 = -150.RAY = -150.(-305,13) = 45769 (Nmm) x � M B1 = 27958 (Nmm) +Xét từ phải sang trái : M Bx = 25(Pr1 + RCY) - Pa1.dw1/2 = 25.(2903,99 + 2118,23) – 3989,32 40/2 = 45709 (Nmm) x x � M B =45709 (Nmm) Ta thấy M B1 = M Bx giá trị -Tại C : +Xét từ phải sang trái : M Cx = -Pa1.dw1/2 = -3989,32 40/2 = -79786,4 (Nmm) 45 x � M C = -79786,4 (Nmm) *Xác định mômen uốn Muy : - Tại B : +Xét từ trái sang phải : M By1 = -RAX 150 = -150.2121,58 = -318237(Nmm) y � M B1 = -318237 (Nmm) +Xét từ phải sang trái : M By = -(RCX + PV1).25 = -25.(5819,8 + 6909,7) = -318237(Nmm) y y y � M B = -318237 (Nmm) Ta thấy M B1 = M B giá trị *Xác định mômen xoắn Mx : Mx = -Pv1.dw1/2 = - 6909,7.40/2 = -138194(Nmm) � Mx = -138194 (Nmm) Biểu đồ mômen lực tác dụng lên trục I 46 47 Từ biểu đồ mômen người ta xác định trục bền thoả mãn M 2uxi  M uyi  0,75M 2xi Di  0,1[ th ] (Theo thuyến bền ứng suất tiếp lớn nhất) Song ta có sẵn trục với tiết diện cho thay đổi hợp lý (bền đều) Nên ta kiểm nghiệm bền mặt cắt nguy hiểm Trị số ứng suất cho phép   thép chế tạo trục chọn theo bảng (7-2) sách Thiết kế chi thiết máy – Nguyễn Trọng Hiệp – Nguyễn Văn Lẫm Với thép 40X ta chọn   = 70 N/mm2 Tại B = 318237 (N.mm) = 45769 (N.mm) = 138194 (N.mm) d - đường kính trục tiết diện nguy hiểm Lấy: d = 40 (mm) = 0,04 (m) = = = 54,7 (N/mm2) Ta có : <   Vậy, trục ly hợp đủ bền 48 ... với cần cắt ly hợp. Càng thường quay đầu bạc đạn gudơng.Một lị xo hồi kéo cắt ly hợp khỏi ép * Trục ly hợp: Trục ly hợp có nhiệm vụ truyền mơ men quay từ ly hợp tới hộp số Trục ly hợp trục sơ cấp... ngắt ly hợp * Ly hợp trạng thái đóng: Hình1 4: Ly hợp trạng thái đóng 1: Bánh đà; 2: Đĩa ly hợp (đĩa ma sát); 3: Đĩa ép; 4: Lò xo ép; 5: Nắp ly hợp; 6: Càng cắt ly hợp; 7: Bình chứa dầu ly hợp; ... khiển, ly hợp ln trạng thái mở - Theo dạng lò xo đĩa ép: + Ly hợp sử dụng lò xo trụ bố trí theo vịng trịn + Ly hợp sử dụng lị xo dạng xuắn + Ly hợp sử dụng lị xo dạng đĩa - Theo hệ thống dẫn động ly