Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

cơ khí động lực, Điều khiển cơ khí, Ly hợp điện từ, Mô men ma sát, Đĩa bị động, ĐIỀU KHIỂN LY HỢP,

Đồ án môn học Tính toán thiết kế ly hợp ôtô SVTH: Nguyễn Bão Quốc _ Lớp 07C4A Trang : 1 LỜI NÓI ĐẦU Với nền công nghiệp phát triển ngày càng hiện đại, các nhu cầu trong lao động và cuộc sống của con người càng được nâng cao. Vấn đề vận chuyển hàng hóa, đi lại của con người là một trong những nhu cầu rất cần thiết. Ô tô là một loại phương tiện rất phát triển và phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay để đáp ứng cho nhu cầu đó. 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 là rất thiết thực và bổ ích. Trong khuôn khổ giới hạn của một đồ án môn học, em được giao nhiệm vụ thiết kế và tính toán ly hợp xe tải. Công việc này đã giúp cho em bước đầu làm quen với công việc thiết kế mà em đã được học ở trường để ứng dụng cho thực tế, đồng thời nó còn giúp cho em cũng cố lại kiến thức sau khi đã học các môn lý thuyết trước đó. Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Việt Hải và sự nổ lực của bản thân, sau một khoảng thời gian cho phép em đã hoàn thành được đồ án của mình. Vì bước đầu 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 (cô) thông cảm và chỉ bảo thêm để em được hoàn thiện hơn trong quá trình học tập của mình. Đà Nẵng, ngày tháng năm 2011 Sinh viên thực hiện NGUYỄN BÃO QUỐC SVTH: Nguyễn Bão Quốc _ Lớp 07C4A Trang : 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 MỤC LỤC 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ LY HỢP .3 1.CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA LY HỢP .3 1.1. Công dụng .3 1.2. Yêu cầu đối với ly hợp 4 1.3. Phân loại ly hợp .5 1.4. Điều khiển dẫn động ly hợp .9 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM LY HỢP 14 2.1 Mô men ma sát của ly hợp 14 2.2 Xác đinh các thông số và kích thước cơ bản của ly hợp .15 2.7. ĐĨA ÉP VÀ ĐĨA ÉP TRUNG GIAN : 32 2.7.1. Công dụng : 32 2.7.2. Yêu cầu : .32 2.7.4. Vật liệu chế tạo đĩa ép : .33 3.1.Xác định hành trình của bàn đạp Sbd [mm]: .34 3.2. Xác định lực tác dụng lên bàn đạp Fbd [N]: 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ LY HỢP 1.CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA LY HỢP 1.1. Công dụng -Ly hợp là khớp nối giữa trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực. -Ly hợp dùng để ngắt - nối truyền động từ trục khuỷu 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. SVTH: Nguyễn Bão Quốc _ Lớp 07C4A Trang : 3 1.2. Yêu cầu đối với ly hợp - Ly hợp phải truyền được mô men quay lớn nhất của động cơ trong bất kỳ điều kiện làm việc nào. Hay nói cách khác, mô men ma sát của ly hợp phải luôn luôn lớn hơn mô men cực đại của động cơ. - Việc mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng. Nghĩa là khi mở ly hợp, phần bị động phải tách hoàn toàn khỏi phần chủ động. Như vậy momen quán tính quy dẫn của trục khuỷu và momen xoắn của động cơ bị triệt tiêu khỏi hệ trục của ly hợp khi gài số, nếu không sẽ gây khó khăn cho việc gài số. - Khi đóng ly hợp, yêu cầu phải êm dịu. Tức là, mô men ma sát hình thành ở ly hợp phải tăng từ từ khi đóng ly hợp; có vậy mới tránh được hiện tượng giật xe và gây dập răng của các bánh răng trong hộp số cũng như các cơ cấu truyền động khác trong hệ thống truyền lực. - Do ly hợp còn là cơ cấu an toàn nên yêu cầu phải tự trượt khi quá tải. Nếu khômg làm nhiệm vụ an toàn, khi phanh xe đột ngột xe sẽ chuyển động chậm dần với gia tốc tịnh tiến chậm dần là j p = dt d υ (υ là tốc độ tịnh tiến của xe trong quá trình phanh), và các chi tiết quay trong hệ thống truyền lực cũng quay chậm dần tương ứng. Nếu ly hợp đang đóng thì trục khuỷu động cơ cũng quay chậm dần với gia tốc góc là : dt d r ii dt d ii dt d bx oh b oh e e υωω ε 1 === Trong đó : i p : Tỷ số truyền của hộp số; i o : Tỷ số truyền của truyền lực chính; r bx : Bán kính lăn bánh xe chủ động; ω e : Tốc độ góc trục khuỷu động cơ; ω b : Tốc độ góc trục bánh xe; Vì vậy xuất hiện mô men lực quán tính của bánh đà bằng theo [2]: M j = J bd ε e = J bd . dt d r ii bx oh υ 1 Mô men này sẽ truyền qua ly hợp để tác dụng lên hệ thống truyền lực .Do khi phanh xe đột ngột vận tốc v giảm nhanh làm cho dt d υ tăng đột ngột, điều này khiến cho M j truyền xuống hệ thống truyền lực tăng. Cũng theo lý thuyết ôtô, giá trị lớn nhất của M j đạt được khi gia tốc phanh j p đạt giá trị cực đại J max . SVTH: Nguyễn Bão Quốc _ Lớp 07C4A Trang : 4 δ ϕυ g dt d J . max max =       = Trong đó : φ : Hệ số bám giữa lốp với mặt đường khi phanh; δ : Hệ số xét đến ảnh hưởng của các khối lượng quay trong hệ thống truyền lực; có thể tính gần đúng bằng : δ = 1+(0,04÷0,06). 2 h i ; với i h là tỷ số truyền của hộp số. g : Gia tốc trọng trường; Khi đó mô men lực quán tính cực đại có thể truyền qua ly hợp theo [2]: M jmax = δ ϕ g r iiJ bx ohbd .1 Thực nghiệm chứng tỏ rằng M jmax có giá trị lớn hơn mô men xoắn cực đại của động cơ rất nhiều lần và có thể làm cho hệ thống truyền lực phía dưới bị quá tải. Do đó để tránh hiện tượng trên ly hợp phải tự trượt . Điều đó có nghĩa là ly hợp còn có tác dụng như một cơ cấu an toàn, bảo vệ cho hệ thống truyền lực không bị quá tải khi phanh đột ngột mà không kịp mở ly hợp. Ngoài ra, ly hợp phải có kết cấu gọn nhẹ, momen quán tính của các chi tiết phần bị động ly hợp phải nhỏ đến mức thấp nhất có thể nhằm giảm các lực va đạp lên bánh răng gài số (trường hợp không có bộ đồng tốc), giảm nhẹ điều kiện làm việc của bộ đồng tốc cũng như tăng nhanh thời gian gài số. Điều khiển dễ dàng và nhẹ nhàng, tuổi thọ cao. 1.3. Phân loại ly hợp Với yêu cầu nêu trên, hiện nay trên ôtô máy kéo sử dụng nhiều loại ly hợp. Dựa theo tính chất truyền mô men, người ta phân ra các loại ly hợp sau : 1.3.1. Ly hợp ma sát cơ khí Đó là loại ly hợp mà mô men ma sát hình thành ở ly hợp nhờ sự ma sát của các bề mặt ma sát cơ khí. Loại này được sử dụng phổ biến trên hầu hết các ôtô nhờ kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sữa chữa thay thế. - Theo hình dạng của bộ phận ma sát, có thể chia ra : Ly hợp ma sát đĩa (phẳng), ly hợp ma sát đĩa côn (đĩa bị động có dạng hình côn), ly hợp ma sát hình trống (kiểu tang trống và guốc ma sát ép vào tang trống). SVTH: Nguyễn Bão Quốc _ Lớp 07C4A Trang : 5 + Kiểu hình côn và hình trống ngày nay không dùng nữa vì mô men quán tính của phần bị động khá lớn, ảnh hưởng không tốt đến việc gài số. Kiểu ma sát đĩa dùng phổ biến và tuỳ theo cấu tạo có thể có kiểu một đĩa, kiểu hai đĩa hoặc có thể nhiều đĩa. Ly hợp một đĩa ma sát Ly hợp hai đĩa ma sát Hinh 1.1 : Ly hợp ma sát đĩa phẳng + Ly hợp ma sát một đĩa được dùng ở hầu hết trên tất cả các loại ôtô và máy kéo nhờ kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, việc mở ly hợp dễ dứt khoát và mô men quán tính của phần bị động nhỏ. + Kiểu ly hợp ma sát hai đĩa chỉ được dùng trên xe tải lớn to (vì cần truyền mô men quay lớn). Nhược điểm của kiểu này là kết cấu phức tạp, việc mở ly hợp khó dứt khoát (khó cách ly các đĩa bị động khỏi phần chủ động); tuy nhiên việc đóng ly hợp là êm dịu hơn loại một đĩa (nhờ sự tiếp xúc của các bề mặt ma sát được tiến hành từ từ hơn). - Theo đặc điểm kết cấu của lò xo ép, có thể chia ly hợp ma sát cơ khí ra : + Ly hợp ma sát cơ khí kiểu nhiều lò xo ép hình trụ SVTH: Nguyễn Bão Quốc _ Lớp 07C4A Trang : 6 1 2 3 4 7 6 5 8 I II Hình 1.2 : Ly hợp cơ khí lò xo trụ 1.Bánh đà; 2.Đĩa ma sát; 3.Đĩa ép; 4.Đòn mở; 5.Ổ bi tỳ; 6.Vít điều chỉnh; 7.Vỏ ly hợp; 8.Lò xo trụ Nguyên lý làm việc: • Ban đầu ly hợp ở trạng thái đóng nhờ lò xo trụ ép đĩa ép và đĩa ma sát vào bánh đà.Momen được truyền từ trục I đến trục II nhờ momen ma sát sinh ra trên bề mặt đĩa ma sát. • Mở ly hợp: lực từ bàn đàp thông qua cơ cấu dẫn động ( không thể hiện trên hình) đẩy ổ bi tỳ 5 dịch chuyển sang trái tác dụng lực vào đòn mở thông qua cơ cấu đòn bẩy ép lò xo lại, kéo đĩa ép qua phải tách hai bề mặt ma sát ngắt momen truyền từ I sang II. Ưu điểm: Kiểu này có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, có độ tin cậy cao (nếu một lò xo bị gẫy ly hợp vần làm việc được). Nhược điểm: là áp lực sinh ra ở các bề mặt ma sát dễ không đều. Phạm vi sử dụng: Loại này được sử dụng phổ biến trên xe tải máy kéo và một số xe con. + Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép trung tâm : chỉ gồm duy nhất một lò xo hình côn (hoặc có thể một hoặc hai lò xo trụ) bố trí ở giữa. Nhờ vậy áp suất sinh ra ở các bề mặt ma sát là đồng đều. Tuy nhiên độ tin cậy thấp (nếu lò xo gẫy thì ly hợp mất tác dụng), kết cấu đòn mở phức tạp và điều chỉnh rất khó khăn nên ít sử dụng. + Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép đĩa nón cụt : SVTH: Nguyễn Bão Quốc _ Lớp 07C4A Trang : 7 1 2 3 4 5 6 7 8 I II Hình 1.3 : Ly hợp cơ khí lò xo đĩa côn 1.Bánh đà; 2.Đĩa ma sát; 3.Đĩa ép; 4.Lò xo đĩa nón cụt; 5.Vòng thép; 6.Đinh tán; 7.Vỏ ly hợp; 8.Ổ bi tỳ Nguyên lý làm việc tương tự như ly hợp ma sát cơ khí lò xo trụ nhưng ở đây ổ bi tỳ 8 tác dụng trực tiếp lên lò xo đĩa nón cụt (không có đòn mở). Ưu điểm: Chỉ có một lò xo kiểu đĩa nón cụt bố trí ở giữa nên áp lực phân bố đều lên bề mặt ma sát. Lò xo làm luôn nhiệm vụ đòn mở nên kết cấu rất gọn nhẹ. Đặc tính của là xo là phi tuyến nên lực để mở ly hợp hầu như không tăng thêm như loại lò xo hình trụ; vì vậy điều khiển nhẹ nhàng hơn. Nhược điểm: không thể điều chỉnh khe hở giữa đòn mở và bạc mở khi tấm ma sát bị mòn nên ly hợp kiểu này chỉ sử dụng trên xe du lịch và khách cở nhỏ có đặc tính động lực tốt, sử dụng trong điều kiện đường tốt (ít phải sang số). 1.3.2. Ly hợp ma sát thuỷ lực Đó là loại ly hợp mà mô men ma sát hình thành ở ly hợp nhờ ma sát chất lỏng. ưu điểm nổi bậc của ly hợp thủy lực là rất êm dịu (nhờ tính chất dễ trượt của chất lỏng) nhờ vậy giảm được tải trọng động cho động cơ và hệ thống truyền lực. Tuy vậy ly hợp thủy lực lại mở không dứt khoát vì luôn có mô men dư (dù số vòng quay của động cơ rất thấp) gây khó khăn cho việc gài số. Vì vậy ly hợp thủy lực thường được dùng kết hợp với một ly hợp ma sát cơ khí để ngắt hoàn toàn ly hợp khi gài số. Ngoài ra ly hợp thuỷ lực luôn luôn có sự trượt (ít nhất 2÷3%) do vậy gây thêm tổn hao công suất động cơ và do đó tăng tiêu hao nhiên liệu của xe. Mặc khác ly hợp thủy lực đòi hỏi cao về độ chính xác và kín khít cũng như dầu đặc biệt (có độ nhờn và nhiệt độ SVTH: Nguyễn Bão Quốc _ Lớp 07C4A Trang : 8 đông đặc thấp, không sủi bọt .v.v. ) nên giá thành ly hợp nói riêng và ôtô nói chung rất cao. Vì vậy ly hợp loại này chỉ sử dụng hạn chế trên các loại xe đặc biệt có công suất riêng lớn. 1.3.3. Ly hợp điện từ Đó là loại ly hợp mà mô men hình thành ở ly hợp nhờ mo men điện từ. Ly hợp điện từ truyền động êm dịu. Tuy vậy kết cấu kồng kềnh nên ít dùng trên ôtô mà thường được sử dụng trên tàu hoả, máy công trình . 1.4. Điều khiển dẫn động ly hợp Đối với ly hợp thường đóng (dùng lò xo ép), muốn mở ly hợp người ta phải dùng hệ thống điều khiển để truyền lực từ bàn đạp ly hợp đến đĩa ép nhằm thắng lực ép lò xo, tách đĩa ép khỏi đĩa ma sát bị động.Điều khiển ly hợp có thển là điều khiển cơ khí, điều khiển thủy lực.Điều khiển ly hợp có trợ lực được áp dụng rộng rãi nhằm giảm lực điều khiển cho người lái xe nhất là xe tải và xe khách có tải trọng lớn.Việc trợ lực cho ly hợp có thể là khí nén, trợ lực chân không hoặc lò xo. 1.4.1.Điều khiển cơ khí: • 1.Bàn đạp; 2.Thanh kéo; 3.Đòn trung gian; 4.Thanh đẩy; 5.Càng mở (bên ngoài); 6.Càng mở(bên trong); 7.Lò xo hồi vị; 8.Ổ bi tỳ; 9. Giá tùy động; 10. Nạng mở; 11.Đĩa ép; 12.Bánh đà; 13.Tấm ma sát. Nguyên lý làm việc: Lực tác dụng từ bàn đạp 1 sẽ thông qua đòn bẩy để kéo thanh kéo 2,đẩy thanh 4 qua phải làm quay càng mở 5-6 để ép vào ổ bi tỳ 8, tác dụng lực để mở ly hợp. Ưu điểm: Đơn giản, rẻ tiền, làm việc tin cậy. Nhược điểm: • Mòn các khớp sau thời gian làm việc, tăng hành trình tự do của bàn đạp dẫn đến mở không hết ly hợp. SVTH: Nguyễn Bão Quốc _ Lớp 07C4A Trang : 9 2 4 3 6 5 1 78 9 10 11 12 13 Hình 1.5 : Sơ đồ ly hợp dẫn động kiểu cơ khí • Bố trí phức tạp, khó khăn nhất là khi ly hợp ở xa vị trí người lái xe (động cỏ bố trí sau). • Hiệu suất thấp khi mòn và cũ. 1.4.2.Điều khiển thủy lực 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 và ổ bi tỳ; 7: Bàn đạp; 8: Xilanh chính. 9: Xi lanh công tác: 10: Nạng mở. 11: Ống trượt. 12: Đĩa ép. Nguyên lý làm việc:Dưới tác dụng của lái xe từ bàn đạp, dầu trong xilanh chính 8 sẽ theo đường ống để đến xylanh công tác 9.Dầu cao áp sẽ đẩy piston và do đó đẩy cần piston quay càng mở 10 tiến hành mở ly hợp. Ưu điểm: • Khắc phục được hiện tượng mòn rơ các khớp. • Có tính khuyếch đại cao. • Hiệu suất cao, độ cứng vững cao. • Giảm tải trọng động , có khả năng hạn chế tốc độ dịch chuyển của đĩa ép khi đóng ly hợp. • Dể lắp đặt. Nhược điểm: • Kết cấu phức tạp,yêu cầu độ kín khít cao. • Làm việc kém tin cậy khi có rò rỉ. • Giá thành cao. • Bảo dưỡng sửa chữa phức tạp. SVTH: Nguyễn Bão Quốc _ Lớp 07C4A Trang : 10 12 11 10 1 2 4 3 9 65 7 8 Hình 1.6 : Sơ đồ ly hợp dẫn động kiểu thuỷ lực