3.3.1.1. Công dụng của ly hợp
Ly hợp là một cụm quan trọng của HTTL, thực hiện nhiệm vụ:
- Nối mô men truyền từ bánh đà động cơ tới HTTL. Khi gài số hoặc chuyển số, ly hợp ngắt tạm thời dòng truyền, sau đó nối lại để ô tô khởi hành và chuyển động êm dịu.
- Là cơ cấu an toàn, bảo vệ toàn bộ HTTL trước tác động của sự thay đổi tải trọng (tải trọng động) xuất hiện ở các chế độ quá độ, khi chuyển động trên các loại đường phức tạp, hoặc khi phanh đột ngột mà ly hợp đang được nối.
3.3.1.2. Yêu cầu
Ly hợp đòi hỏi thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Đảm bảo truyền hết mô men từ động cơ đến HTTL ở mọi điều kiện sử dụng, - Khi khởi hành xe, hoặc chuyển số, quá trình đóng ly hợp phải êm dịu, để giảm tải trọng va đập sinh ra trong HTTL.
- Khi mở ly hợp, cần phải ngắt dòng truyền nhanh chóng, dứt khoát.
- Khối lượng các chi tiết, mô men quán tính của phần bị động ly hợp phải nhỏ, để dễ dàng thực hiện chuyển số.
- Ly hợp ma sát cần thoát nhiệt tốt, hạn chế tối đa ảnh hưởng của nhiệt độ tới hệ số ma sát, độ bền của các chi tiết đàn hồi.
SVTH: Nguyễn Minh Tân 20
- Kết cấu đơn giản, dễ dàng điều khiển, thuận tiện trong bảo dưỡng và tháo lắp, Ngoài các yêu cầu trên, ly hợp cũng như các chi tiết máy khác, cần đảm bảo độ bền cao, làm việc tin cậy, giá thành hạ.
3.3.1.3. Phân loại
Kết cấu của ly hợp có thể được phân loại như sau:
- Theo phương pháp truyền mô men từ trục khuỷu động cơ tới HTTL chia ra: + Ma sát: mô men truyền qua ly hợp nhờ ma sát giữa các bề mặt ma sát. Ly hợp ma sát có kết cấu đơn giản, hiện nay được sử dụng phổ biến trên ô tô với các dạng sử dụng ma sát khô và ma sát trong dầu (ma sát ướt).
+ Thủy lực: mô men truyền qua ly hợp nhờ chất lỏng. Do khả năng truyền êm mô men và giảm tải trọng động, các bộ truyền thủy lực được dùng trên các HTTL thủy cơ với kết cấu ly hợp thủy lực và biến mô men thủy lực.
+ Điện từ: mô men truyền qua ly hợp nhờ các lực điện từ. + Liên hợp các dạng kể trên.
- Theo số lượng đĩa bị động của ly hợp ma sát.
Dựa vào đặc điểm liên kết giữa phần chủ động và phần bị động, ly hợp ma sát được chia ra một đĩa, hai đĩa và nhiều đĩa:
Ly hợp một đĩa đơn giản trong chế tạo, thuận lợi trong bảo dưỡng, đặc biệt có khả năng mở dứt khoát, thoát nhiệt tốt, khối lượng nhỏ nên thường gặp trên ô tô hiện nay. Tuy nhiên, do bị giới hạn bởi giá trị mô men truyền lớn nhất, nên trên ô tô có công suất động cơ lớn sử dụng ly hợp hai đĩa. Ly hợp nhiều đĩa được sử dụng trong hộp số tự động chuyển số của HTTL thủy cơ.
- Theo trạng thái thường xuyên làm việc của ly hợp ma sát được chia thành:
+ Ly hợp thường đóng dùng trên ô tô. Ly hợp chỉ mở khi có tác động điều khiển.
+ Ly hợp thường mở: được dùng trên các xe máy công trình, máy kéo. Ly hợp chỉ được đóng khi có tác động điều khiển.
- Theo phương pháp tạo lực ép, đảm bảo tạo nên mô men ma sát được chia thành:
+ Lò xo trụ, lò xo côn, lò xo dạng đĩa... với các dạng bố trí: xung quanh chu vi hoặc trung tâm của ly hợp.
+ Loại ly tâm: sử dụng lực ly tâm để tạo lực ép cho ly hợp ma sát. Loại này được sử dụng trên các ô tô rất nhỏ.
Chương III: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của HTTL
SVTH: Nguyễn Minh Tân 21
- Theo phương pháp dẫn động điểu khiển ly hợp thường sử dụng các dạng sau: + Dẫn động cơ khí: là dẫn động điều khiển từ bàn đạp tới cụm ly hợp thông qua các khâu khớp, đòn nối. Loại này được dùng trên ô tô con, với yêu cầu lực ép nhỏ.
+ Dẫn động thủy lực: là dẫn động thông qua các khâu khớp đòn nối và đưởng ống cùng với các cụm truyền chất lỏng.
+ Dẫn động có trợ lực: là tổ hợp của các phương pháp dẫn động cơ khí hoặc thủy lực với các bộ phận trợ lực bàn đạp: cơ khí, thủy lực áp suất lớn, chân không, khí nén... Trên ô tô ngày nay thường sử dụng trợ lực điều khiển ly hợp.
3.3.2. Ly hợp một đĩa ma sát 3.3.2.1. Cấu tạo
Ly hợp một đĩa ma sát khô được sử dụng phổ biến trên ô tô. Cấu tạo các bộ phận của ly hợp một đĩa có lò xo ép dạng đĩa được trình bày trên hình 3.4. Toàn bộ ly hợp nằm giữa động cơ, hộp số và được bảo vệ trong các te l.
Hình 3.4: Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý làm việc của ly hợp ma sát khô một đĩa có lò xo ép dạng đĩa
SVTH: Nguyễn Minh Tân 22
Cấu tạo chung của ly hợp được chia thành các phần cơ bản: chủ động, bị động và dẫn động điều khiển.
Phần chủ động gồm: vỏ ly hợp 2 được liên kết với bánh đà động cơ 7 bằng bu lông, đĩa ép 3 cùng các chi tiết gắn trên vỏ ly hợp (lò xo ép, đòn mở 11). Đĩa ép 3 nối với vỏ 2 bằng các thanh 16, đảm bảo truyền được mô men xoắn từ vỏ lên đĩa ép, và có khả năng đàn hồi. Lực ép từ lò xo dạng đĩa 11 truyền tới đĩa ép có tác dụng kẹp chặt đĩa bị động 4 với bánh đà 7.
Phần bị động gồm: đĩa bị động 4 (với các chi tiết: xương đĩa bị động, các tấm ma sát 8, moay ơ 5, bộ phận giảm chấn xoắn 10), và trục ly hợp 6.
Phần dẫn động gồm các chi tiết liên kết từ bàn đạp 14, đòn kéo 15 tới càng gạt 12, ổ bi tỳ 9, đòn mở 11 (là một phần của lò xo ép dạng đĩa). Càng gạt 12 có điểm tựa cố định trên các te chung của cụm 1, đòn mở có điểm tựa trên vỏ ly hợp 2.
3.3.2.2. Nguyên lý làm việc
Ly hợp trên ô tô đảm nhận truyền mô men xoắn khi ô tô hoạt động. Sự làm việc của ly hợp được chia thành hai trạng thái cơ bản: đóng và mở. Trong quá trình khởi hành, chuyển số và phanh, người lái tác dụng lực điều khiển trên bàn đạp ly hợp ở buồng lái, bàn đạp 14 dịch chuyển, dẫn động dịch chuyển đĩa ép 3 sang phải, thực hiện mở ly hợp, ngắt dòng truyền mô men từ động cơ tới HTTL.
Trạng thái đóng ly hợp. Bàn đạp ly hợp ở vị trí ban đầu, dưới tác dụng của các lò xo hồi vị bố trí trên ly hợp, đĩa bị động 4 được ép giữa bánh đà 7 và đĩa ép 3 bằng lực của lò xo đĩa 11, mô men ma sát được tạo nên giữa chúng. Mô men xoắn truyền từ phần chủ động tới phần bị động, qua bề mặt tiếp xúc giữa đĩa bị động 4 với bánh đà 7 và đĩa ép 3 tới trục bị động 6 của ly hợp, sang hộp số.
Mô men ma sát của ly hợp có thể tính toán gần đúng thông qua công thức: Mlh = N.R.i (Nm)
Trong đó: N - lực ma sát sinh ra tổng cộng N = Plx.µ,
R - bán kính điểm đặt của lực ma sát tổng cộng trên đĩa bị động, i - số bề mặt ma sát (ly hợp một đĩa có 2 bề mặt ma sát),
Plx - lực ép tổng cộng của lò xo đĩa,
µ - hệ số ma sát của đĩa bị động với đĩa ép và bánh đà.
Khi làm việc, do một nguyên nhân nào đó, mô men truyền trong HTTL lớn hơn giá trị mô men ma sát của ly hợp, ly hợp sẽ tự trượt và đóng vai trò là cơ cấu an toàn, tránh quá tải cho HTTL.
Chương III: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của HTTL
SVTH: Nguyễn Minh Tân 23
Trạng thái mở ly hợp. Khi tác dụng lực điều khiển lên bàn đạp 14, bàn đạp dịch chuyển, đầu trong càng gạt 12 và ổ bi tỳ 9 dịch chuyển sang trái, khắc phục khe hở . ép lò xo ép 11, kéo đĩa ép dịch chuyển sang phải, tách các bề mặt ma sát của đĩa bị động ra khỏi bánh đà và đĩa ép. Mô men ma sát giảm và triệt tiêu, ly hợp được mở, thực hiện ngắt mô men truyền từ động cơ tới hộp số. Ở trạng thái mở ly hợp, lực điều khiển cần thắng lực ép của lò xo ép để dịch chuyển đĩa ép sang phải.
Khi ô tô khởi hành, ban đầu người lái mở ly hợp, ngắt mô men của động cơ khỏi HTTL, gài số trong hộp số, sau đó từ từ nhả bàn đạp 14, bánh đà và đĩa ép được nối với đĩa bị động và truyền mô men tới HTTL làm bánh xe quay. Khi chuyển số, quá trình mở, đóng ly hợp xảy ra trong thời gian ngắn: ngắt tạm thời mô men truyền, thực hiện giảm xung lực va đập chuyển số và sau đó đóng ly hợp thực hiện truyền mô men ở chế độ mô men truyền khác. Khi phanh ô tô, ly hợp có thể được mở, ngắt tạm thời mô men truyền, đảm bảo động cơ không bị giảm tốc độ quay và dẫn tới chết máy.
Sự đóng mở ly hợp trong các quá trình quá độ trên thường xuyên xảy ra. Trong các giai đoạn này, giá trị lực ép và mô men ma sát thay đổi và tạo nên sự trượt của đĩa bị động trên bề mặt tiếp xúc của bánh đà và đĩa ép, sinh nhiệt, làm nóng các chi tiết của ly hợp. Mặt khác, khi nhả bàn đạp quá nhanh có thể làm gia tăng đột ngột mô men truyền và tải trọng động xuất hiện trong HTTL sẽ lớn, ảnh hưởng tới tuổi thọ của các chi tiết và sự chuyển động ổn định của ô tô. Quá trình trượt của ly hợp thường dẫn tới mài mòn tấm ma sát của đĩa bị động 4, giảm dần chiều dày, giảm lực ép của lò xo ép 11. thu hẹp khe hở . Do vậy, trong phần dẫn động bố trí khe hở ban đầu giữa ổ bi và đòn mở đủ lớn, tránh hiện tượng tự mở ly hợp khi tấm sát của đĩa bị động bị mòn.
Khe hở ban đầu trên ly hợp thường nằm trong giá trị (1 ÷ 3 mm) phụ thuộc vào kết cấu, vật liệu tấm ma sát. Khi mở ly hợp, bàn đạp cần di chuyển một hành trình để khắc phục khe hở này. Hành trình này là hành trình tự do của bàn đạp ly hợp. Hành trình tự do trên ô tô thường bằng (10 ÷ 30 mm). Để thực hiện mở hoàn toàn ly hợp, hành trình dịch chuyển của đĩa ép có giá trị: (1,2 ÷ 2 mm), tương ứng với hành trình của bàn đạp ly hợp là (60 ÷ 130 mm) (được gọi là hành trình làm việc của bàn đạp ly hợp).
Hành trình toàn bộ của bàn đạp ly hợp là tổng của hành trình tự do, hành trình làm việc (70 ÷ 160 mm). Hành trình toàn bộ của bàn đạp ly hợp phụ thuộc vào không gian bố trí bàn đạp ly hợp 14 trong buồng lái.
Ly hợp một đĩa ma sát khô phù hợp với ô tô có công suất động cơ nhỏ hơn 200kw.
Với các loại ô tô có công suất và mô men lớn, do bị giới hạn bởi kích thước bánh đà, nên ly hợp một đĩa không đảm bảo đủ khả năng truyền mô men xoắn lớn.
SVTH: Nguyễn Minh Tân 24
3.3.3. Các bộ phận cơ bản trong ly hợp ma sát 3.3.3.1. Lò xo ép
Lò xo ép trong ly hợp ma sát là chi tiết quan trọng, có tác dụng tạo nên lực ép của ly hợp ma sát. Lò xo ép làm việc trong trạng thái luôn luôn bị nén để tạo lực ép, truyền lên đĩa ép. Khi mở ly hợp các lò xo ép có thể làm việc ở trạng thái tăng tải (lò xo trụ, côn) hoặc được giảm tải (lò xo đĩa).
Lò xo ép được chế tạo từ các loại thép đàn hồi có độ cứng cao, và được nhiệt luyện, nhằm ổn định lâu dài độ cứng trong môi trưởng nhiệt độ cao. Kết cấu, kích thước và đặc tính của ly hợp được xác định theo loại lò xo ép.
- Các loại lò xo ép và đặc tính làm việc
Trong ly hợp ô tô thường sử dụng lò xo trụ, lò xo côn, và lò xo đĩa. Kết cấu ở trạng thái tự do, đặc tính biến dạng (quan hệ lực ép P, biến dạng δ) của các loại lò xo được thể hiện trên hình 3.5.
Lò xo trụ (a) có đưởng đặc tính tuyến tính. Lò xo côn (b) có dạng parabol. Nhìn chung, tại điểm ly hợp đóng, lực ép đảm bảo đủ lớn truyền mô men xoắn qua ly hợp, khi mở ly hợp lực ép đòi hỏi tăng cao. Như vậy, khi mở ly hợp lực điều khiển đòi hỏi lớn, điều này không có lợi. Khi ly hợp bị mòn, lực ép bị giảm đáng kể, thường dẫn tới trượt nhiều các bề mặt ma sát và mòn nhanh tấm ma sát.
Để khắc phục các nhược điểm trên ngày nay phổ biến sử dụng lò xo đĩa. Đặc tính của lò xo đĩa tạo nên lực ép thay đổi không đáng kể trong vùng làm việc, kể cả khi đĩa ma sát bị mòn. Khi mở ly hợp có khả năng giảm nhỏ lực điều khiển.
Chương III: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của HTTL
SVTH: Nguyễn Minh Tân 25
- Các phương pháp bố trí lò xo ép (hình 3.6)
Lò xo ép được bố trí phân bố đều lực ép trên chu vi của đĩa ép, đảm bảo khi mở ly hợp đĩa ép dịch chuyển song phẳng theo hướng trục tạo điều kiện mở dứt khoát.
Các lò xo trụ được bố trí theo chu vi (hình 3.6a) đảm bảo ép đều lên bề mặt ma sát nhờ có sự bố trí đối xứng các lò xo và đòn mở. Lò xo ép được bố trí trên một hoặc hai đưởng chu vi của đĩa ép, hoặc bố trí lồng nhau. Lò xo ép được định tâm chắc chắn trên đĩa ép và trên vỏ ly hợp nhờ vấu hay cốc dẫn hướng. Để tránh ảnh hưởng của nhiệt độ truyền từ đĩa ép tới lò xo ép, kết cấu bố trí các tấm đệm cách nhiệt 2. Nhiệt độ tối đa ở lò xo ép cần nhỏ hơn 250°c.
Trên hình 3.6b mô tả các dạng bố trí lò xo đĩa. Lò xo đĩa đảm nhận chức năng tạo lực ép. Lò xo đĩa được bố trí theo hai dạng:
- Bố trí điểm tựa của lò xo đĩa trên vỏ ly hợp ở giữa: lực ép sinh ra của lò xo đĩa tác động lên đĩa ép bằng mép ngoài. Đĩa ép dịch chuyển ngược chiều lực điều khiển tác dụng vào đòn mở. Kết cấu giữa đòn mở và ổ bi tỳ đảm nhận theo hướng ép. Phương pháp này được dùng rộng rãi trên ô tô hiện nay.
- Bố trí điểm tựa của lò xo đĩa trên vỏ ly hợp ở mép ngoài: lực ép sinh ra của lò xo đĩa tác động lên đĩa ép ở điểm giữa. Đĩa ép dịch chuyển cùng chiều lực điều khiển tác dụng vào đòn mở. Kết cấu đặt lò xo đĩa đơn giản, giảm lực mở ly hợp và ứng suất trong đĩa. Trong trưởng hợp này, để mở ly hợp đầu đòn mở bị kéo ra cùng với ổ bi tỳ, liên kết giữa đòn mở và ổ bi tỳ đảm nhận theo hướng kéo, dẫn đến kết cấu phức tạp hơn.
SVTH: Nguyễn Minh Tân 26
Khi sử dụng lò xo đĩa kết cấu ly hợp đơn giản, giảm kích thước, giảm số lượng chi tiết, đảm bảo đóng êm dịu, tải trọng phân bố đều trên bề mặt đĩa ép, ít thay đổi lực ép khi mòn tấm ma sát.
3.3.3.2. Đĩa ép
Đĩa ép đảm nhận nhiệm vụ tạo mặt phẳng ép với đĩa bị động, truyền lực ép từ lò xo ép tới ép chặt cụm ly hợp. Để đảm bảo chức năng đó, đĩa ép cần quay cùng tốc độ và truyền mô men xoắn của động cơ tới các đĩa bị động. Kết cấu truyền mô men này thực hiện bằng các vấu, chốt, thanh nối đàn hồi... Sự liên kết truyền mô men của các đĩa được mô tả trên hình 3.7. Đồng thời, trong điều kiện luôn chịu nhiệt sinh ra ở các bề mặt ma sát, đĩa ép còn đảm bảo việc hấp thụ và truyền nhiệt ra môi trưởng. Với các đĩa có khối lượng lớn thường được khoan lỗ để cân bằng tĩnh và động trước khi lắp