1. Tổng quan về các loại dẫn động ly hợp hiện có
Dẫn động ly hợp có nhiệm vụ truyền lực của người lái từ bàn đạp ly hợp tới đòn mở để thực hiện ngắt ly hợp. Dẫn động điều khiển cần phải đảm bảo kết cấu đơn giản, dễ sử dụng, điều khiển nhẹ nhàng bằng lực trên bàn đạp của chân người lái. Thực hiện yêu cầu này đòi hỏi dẫn động điều khiển ly hợp có: hiệu suất truyền lực cao, kết cấu hợp lý.
1.1. Phân loại dẫn động ly hợp
- Ly hợp 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 thường được dung trên ô-tô con với yêu cầu lực ép nhỏ;
- Ly hợp dẫn động thủy lực: Là dẫn động thơng qua các khâu khớp địn nối và đường ống cùng với các cụm truyền chất lỏng;
- Ly hợp dẫn động có trợ lực: Là tổ hợp các phương án dẫn động cơ khí hoặc thủy lực với các bộ phận trợ lực bàn đạp: cơ khí, thủy lực áp suất lớn, chân khơng, khí nén…Trên ơ-tơ ngày nay thường sử dụng trợ lực điều khiển ly hợp.
1.2. Các kết cấu dẫn động ly hợp hiện có
1.2.1. Dẫn động ly hợp bằng cơ khí
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của loại dẫn động này được thể hiện trên hình 3.11.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hình 3.1. Dẫn động ly hợp bằng cơ khí
1. Đĩa bị động; 2. Đĩa ép; 3. Lò xo ép; 4. Bi T; 5. Lò xo hồi vị bi T; 6. Càng mở; 7. Bàn đạp; 8. Lò xo hồi vị bàn đạp; 9. Đòn dẫn động.
Đây là hệ thống dẫn động điều khiển ly hợp bằng các đòn, khớp nối và được lắp theo nguyên lý đòn bẩy. Loại dẫn động điều khiển ly hợp đơn thuần này có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và có độ tin cậy làm việc cao. Hệ thống dẫn động này được sử dụng phổ biến ở các ôtô quân sự như xe ZIN-130, ZIN-131...
Nhược điểm cơ bản của hệ thống dẫn động này là : yêu cầu lực tác động của người lái nên bàn đạp ly hợp phải lớn, nhất là đối với loại xe ôtô hạng nặng.
Dựa vào cấu tạo kết hợp với hình vẽ ta có thế khái qt ngun lý làm việc : Khi người lái tác dụng một lực Q lên bàn đạp ly hợp (7) sẽ làm cho cần của trục bàn đạp ly hợp (9) quay quanh tâm O1 kéo thanh kéo của ly hợp dịch chuyển sang phải (theo chiều mũi tên). Làm cho cần ngắt ly hợp và càng mở ly hợp (6) quay quanh O2. Càng mở gạt bi T (4) sang trái (theo chiều mũi tên) tác động vào đầu đòn mở của ly hợp, kéo đĩa ép tách ra khỏi đĩa ma sát.
Khi người lái nhả bàn đạp 7 thì dưới tác dụng của lò xo hồi vị (8), bàn đạp trở về vị trí ban đầu duy trì khe hở giữa bạc mở với đầu địn mở. Nhờ có các lị xo ép để ép đĩa ép tiếp xúc với đĩa ma sát, ly hợp được đóng lại.
Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo; - Có độ tin cậy làm việc cao; - Dễ tháo lắp và sửa chữa.
Nhược điểm:
- Kết cấu phụ thuộc vào vị trí đặt ly hợp;
- Yêu cầu lực của người lái tác dụng lên bàn đạp lớn; - Hiệu suất truyền lực không cao.
1.2.2. Dẫn động ly hợp bằng thủy lực
Dẫn động ly hợp bằng thủy lực là đảm bảo truyền lực từ bàn đạp tới càng gạt trong ly hợp thông qua chất lỏng. Cấu tạo, nguyên lý của hệ thống như hình 3.2.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Hình 3.2. Dẫn động ly hợp bằng thủy lực
1. Đĩa bị động; 2. Đĩa ép; 3. Lò xo ép; 4. Bi T; 5. Lò xo hồi vị bi T; 6. Xi lanh chính; 7. Lị xo hồi vị bàn đạp; 8. Bàn đạp; 9. Càng mở; 10. Xi lanh công tác;
11. Ống dẫn dầu.
Dựa vào cấu tạo kết hợp với hình vẽ ta có thế khái quát nguyên lý làm việc : Khi người lái tác dụng một lực Q lên bàn đạp ly hợp (8), nhờ thanh đẩy, đẩy piston của xilanh chính (6) sang trái, bịt lỗ bù dầu b, làm dầu trong khoang D bị nén lại. Khi áp lực dầu trong khoang D thắng lực ép của lò xo van một chiều (11) ở van một chiều 10 thì van một chiều mở ra. Lúc này dầu từ khoang D theo đường ống dẫn dầu vào xilanh công tác (10) đẩy piston sang phải, làm cho càng mở ly hợp (9) quay quanh O, đồng thời đẩy bi T (4) sang trái (theo chiều mũi tên). Bi T tác động nên đầu dưới của đòn mở ly hợp tách đĩa ép ra khỏi bề mặt ma sát. Ly hợp được mở.
Khi người thả bàn đạp ly hợp (8) thì dưới tác dụng của lị xo hồi vị (7) và lị xo ép làm các piston của xilanh chính và xilanh cơng tác từ từ trở về vị trí ban đầu. Lúc
này dầu từ xilanh công tác (10) theo đường ống dẫn dầu (11) qua van hồi dầu vào khoang D.
Khi người lái nhả nhanh bàn đạp ly hợp (8), thì do sức cản của đường ống và sức cản của van hồi dầu làm cho dầu từ xilanh công tác (10) khơng kịp về điền đầy vào khoang D. Vì thế tạo ra độ chân không ở khoang D, nên dầu từ khoang C qua lỗ cung cấp dầu a vào khoang E, rồi sau đó dầu qua lỗ nhỏ ở mặt đầu piston ép phớt cao su để lọt sang bổ sung dầu cho khoang D (tránh hiện tượng lọt khí vào khoang D, khi khoang D có độ chân khơng). Khi dầu đó khắc phục được sức cản của đường ống và van hồi dầu để trở về khoang D, thì lượng dầu dư từ khoang D theo lỗ bù dầu b trở về khoang C, đảm bảo cho ly hợp đúng hồn tồn.
Hình 3.3. Sơ đồ cấu tạo xilanh chính của dẫn động ly hợp bằng thủy lực
1. Xilanh 2. Bình chứa dầu 3. Nút đổ dầu vào 4. Tấm chắn dầu 5. Piston 6. Cần piston
7. Lá thép mỏng hình sao 8. Phớt làm kín 9. Lò xo hồi vị piston 10. Van một chiều 11. Lò xo van một chiều 12. Van hồi dầu
a. Lỗ cung cấp dầu b. Lỗ điều hịa
Lỗ bù dầu b cịn có tác dụng điều hịa dầu khi nhiệt độ cao. Lúc nhiệt độ cao dầu trong khoang D nở ra, làm áp suất dầu tăng lên, dầu qua lỗ bù dầu b về khoang C. Vì thế khắc phục được hiện tượng tự mở ly hợp.
Ưu điểm: Kết cấu gọn, việc bố trí hệ thống dẫn động thủy lực đơn giản và
thuận tiện. Có thể đảm bảo việc đóng ly hợp êm dịu hơn so với hệ thống dẫn động ly hợp bằng cơ khí. Ống dẫn dầu khơng có biến dạng lớn, nên hệ thống dẫn động thủy
lực có độ cứng cao. Đồng thời hệ thống dẫn động bằng thủy lực có thể dùng đóng mở hai ly hợp.
Nhược điểm: Loại hệ thống dẫn động bằng thủy lực không phù hợp với những
xe có máy nén khí. u cầu hệ thống dẫn động ly hợp bằng thủy lực cần có độ chính xác cao.
1.2.3. Dẫn động thủy lực có trợ lực chân khơng
Xuất phát từ việc nâng cao tính tiện nghi khi sử dụng, ô tô con và xe tải nhỏ thường sử dụng bộ trợ lực chân không. Sơ đồ dẫn động thủy lực, trợ lực chân khơng được thể hiện trên hình 3.5 và sơ đồ cấu tạo của bộ trợ lực này được trình bày trên hình 3.4.
1 2 3 4 5 6 8 9 15 14 13 12 7 10 11
Hình 3.4. Sơ đồ dẫn động thủy lực có trợ lực chân không.
1.Ống dẫn dầu 2.Xy lanh công tác 3.Càng mở 4.Bi T 5.Đĩa ép 6.Đĩa bị động 7.Lò xo ép 8.Lò xo hồi vị bi T 9.Họng hút 10.Bàn đạp 11.Lò xo hồi vị bàn đạp 12.Van điều khiển 13.Van khí trời 14.Van chân không 15.Xy lanh chính
Dựa vào cấu tạo kết hợp với hình vẽ ta có thế khái quát nguyên lý làm việc : Khi mở ly hợp: Khi người lái đạp bàn đạp làm đẩy van khí (4) mở ra đồng thời van điều khiển (1) (bằng cao su) đóng van chân khơng (2) lại. Lúc này khoang B được nối với khoang khí trời C và khoang B khơng thơng với khoang chân không A, tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa hai khoang A và B, làm van chân không chuyển động sang trái đẩy pittơng của xy lanh chính (15) sang trái làm dầu trong xy lanh chính theo ống (1) sang xy lanh cơng tác (2) đẩy pittông của xy lanh công tác sang phải qua càng mở (3) đẩy bi T (4) ép vào đòn mở (5) làm mở ly hợp.
Khi đóng ly hợp: Khi người lái thơi tác dụng vào bàn đạp, nhờ các lị xo hồi vị làm van khí (4) trở về vị trí ban đầu, lúc này van khí (4) ép chặt làm mở van chân
không (2) ra. Kết quả là khoang A thông với khoang B và khoang B không thông với khoang C nữa. Hai khoang A và B khơng có sự chênh lệch áp suất nên khơng sinh ra trợ lực nữa và các chi tiết cũng trở về vị trí ban đầu.
Khi người lái dừng chân ở một vị trí nào đó thì van khí (4) dừng lại. Nhưng màng cao su (5) vẫn dịch chuyển một chút và kéo van chân không (2) đi theo nên đẩy van điều khiển (1) ép chặt vào van khí (4) làm đóng van khí. Lúc này cả van khí và van chân khơng đều được đóng lại và khơng khí trong khoang B khơng đổi, sự chênh lệch áp suất giữa hai khoang A và B là ổn định. Như vậy đĩa ép vẫn được giữ ở một vị trí nhất định, tức là ly hợp vẫn được mở ở một vị trí nhất định. 1 2 3 4 5 6 A B C
Hình 3.5. Sơ đồ bộ trợ lực chân không.
1. Van điều khiển; 2. Van chân không ; 3, 6. Lò xo hồi vị ; 4. Van khí; 5. Màng cao su
Ưu điểm:
- Lực bàn đạp nhỏ nên điều khiển dễ dàng;
- Không tốn công suất cũng như nhiên liệu cho bộ trợ lực; - Khi hệ thống trợ lực hỏng thì ly hợp vẫn làm việc được.
Nhược điểm:
- Kết cấu phức tạp nên khó chế tạo, bảo dưỡng và sữa chữa; - Cần độ kín khít cao để tránh rị rỉ dầu và khí;
- Do độ chân khơng khơng lớn nên muốn có lực trợ lực lớn thì phải tăng kích thước màng sinh lực dẫn đến kết cấu cồng kềnh.
Nhận xét: Qua việc tham khảo sơ bộ các phương án, ta thấy phương án dẫn
động thuỷ lực dùng trợ lực chân khơng là phương án có nhiều ưu điểm nổi bật, đảm bảo tính hài hồ, phù hợp với phương án dẫn động và trợ lực của loại xe thiết kế. Do đó ta chọn phương án dẫn động là dẫn động thuỷ lực có trợ lực chân khơng.
1.2.4. Dẫn động dầu cường hóa lị xo tích năng
Hình 3.6. Cơ cấu mở ly hợp cường hố lị xo
1. Bàn đạp ly hợp; 2. Lò xo thế năng; 3. Xi lanh chính; 4. Xi lanh lực; 5. Đòn mở; 6. bi tỳ; 8. Trục thứ cấp; 9. Chốt quay; 10 Vỏ
Cấu tạo của loại dẫn động này gồm bàn đạp ly hợp (1) liên kết gián tiếp với đầu tự do của lị xo tích năng (2) mà đầu cịn lại của nó gắn chặt trên khung. Bàn đạp cịn gắn với piston của xy lanh chính (3). Khi đạp bàn đạp (1) tạo ra sau xy lanh chính một áp suất dầu cho xy lanh lực (4) đẩy đòn mở (5) làm cho bi tì (6) chuyển sang trái mở ly hợp. Đó là cơ cấu mở ly hợp dẫn động dầu khơng cường hố. Phần cường hố được thực hiện nhờ lị xo (2). Ở vị trí nhả bàn đạp, các lị xo hồi vị trong xy lanh chính và xy lanh lực gây ra lực nén cho lị xo tích năng (2), năng lượng này sẽ được giải phóng khi bàn đạp đưa điểm A vượt qua điểm B, khi đó năng lượng được giải phóng trợ lực cho lái xe.
Ưu điểm
- Lực bàn đạp nhỏ nên dễ điều khiển
- Cơ cấu đơn giản, dễ chế tạo, bảo dưỡng và sửa chữa Nhược điểm
Hình 3.7. Dẫn động ly hợp cường hố thuỷ khí.
Để giảm lực đạp ly hợp, có thể dung hệ thống dẫn động thuỷ khí như hình 3.7. Thực chất của hệ này là dẫn động dầu cường hố khí nén. Phần dẫn động dầu gồm bàn đạp (4), xy lanh (3), piston sinh lực (6) đẩy chốt (17) qua đòn mở (5) làm cho bi tì (16) chuyển sang trái. Lực cường hố được sinh ra từ máy nén khí (10), tạo ra áp suất qua van đẳng áp (11), vào bình chứa (12) dẫn đến van điều khiển. Tại van điều khiển, khi cửa vào (15) mở, khí nén sẽ vào xy lanh khí (1) đẩy piston (6). Tín hiệu điều khiển là
áp suất dầu làm cho con trượt di chuyển đóng mở các cửa vào (15) và cửa ra (20). Hình 2.19a là trạng thái nhả ly hợp; hình 2.19b là trạng thái đạp ly hợp; trạng thái 2.19c là trạng thái giữ. Ở trạng thái này, do bàn đạp đứng yên, áp suất dầu không tăng, trong khi áp suất khí vẫn tăng làm (16) di chuyển nhẹ sang trái, đóng van xả (14) khơng cho khí vào xy lanh khi (1).
Nguyên lý làm việc:
Khi người đạp đạp vào bàn đạp (4) đẩy cần của piston (5) sang trái. Dầu từ xi lanh (5) được piston nén lại và theo đường dẫn dầu vào xi lanh (8). Áp lực dầu tác dụng vào mặt piston đẩy cần (9) dịch chuyển sang phải. làm cho càng mở ly hợp (2) quay quanh (10) và đẩy bạc mở ly hợp sang trái. Ly hợp được mở.
Đồng thời dầu có áp suất theo đường dẫn ống dẫn dầu tác dụng lên piston xilanh mở van (11) thì đẩy piston (11) sang phải đóng van xả lại. Khí nén từ máy nén khí (16) theo đường ống dẫn khí nén vào xi lanh (7) đẩy piston (7) sang phải. Kết hợp với lực đẩy của áp lực dầu, đẩy piston xi lanh (8) sang phải làm cho càng mở ly hợp quay quanh (10) và đẩy bạc mở ly hợp sang trái. Ly hợp được mở.
Khi người lái thơi tác dụng vào bàn đạp ly hợp (4) thì khí ở máy nén khí theo đường dẫn vào khoang (13) đẩy piston xi lanh sang trái đóng của nạp đồng thời mở cửa xả (12) đẩy dầu về xi lanh (5) đẩy piston (5) sang phải kéo bàn đạp (4) về vị trí ban đầu. Khí từ xi lanh (7) cũng theo đường dẫn về xi lanh (14) kéo cần piston (9) về. Ly hợp đóng hồn tồn.
Ưu điểm:
Hệ thống dẫn động làm việc tin cậy, khi cường hóa khí nén hỏng thì hệ thống dẫn động bằng thủy lực vẫn hoạt động bình thường. Lực của người lái tác dụng vào bàn đạp ly hợp nhỏ. Hành trình tồn bộ của bàn đạp khơng lớn. Loại hệ thống dẫn động này thì đảm bảo được u cầu đóng ly hợp êm dịu, mở dứt khốt và dùng phù hợp với những xe có máy nén khí.
Nhược điểm:
Kết cấu phức tạp, bảo dưỡng, điều chỉnh sửa chữa khó khăn và u cầu độ chính xác của hệ thống dẫn động cao;
Nhận xét: Qua việc tham khảo sơ bộ các phương án trên, ta thấy phương án dẫn động thủy lực dùng trợ lực chân không là phương án có nhiều ưu điểm nổi bật, đảm bảo tính hài hịa, phù hợp với phương án dẫn động và trợ lực của loại xe thiết kế.
2. Thiết kế dẫn động ly hợp2.1. Xác định lực và hành trình bàn đạp 2.1. Xác định lực và hành trình bàn đạp a2 a1 b2 b1 d2 d1 Fn Hình 3.8. Sơ đồ tính tốn hệ thống dẫn động ly hợp.
Ta có tỉ số truyền của dẫn động tính từ bàn đạp ly hợp tới đầu đĩa ép:
Lực bàn đạp khi chưa có cường hóa:
Trong đó:
: Lực cần thiết ngắt ly hợp, .
: Hiệu suất dẫn động, ta chọn .
Với lực bàn đạp này không nằm trong giới hạn cho phép của lực bàn đạp ly hợp xe con có trợ lực. Do đó ta cần thiết kế tính tốn thêm bộ trợ lực chân khơng.
Hành trình bàn đạp được xác định theo cơng thức: . Trong đó:
: Là khe hởi giữa đầu đòn mở và bi T, nằm trong khoảng . Chọn .
: Hành trình làm việc của đẩu nhỏ đĩa ép. . Vậy hành trình của bàn đạp là:
Với hành trình của bàn đạp cho phép .
Hành trình bàn đạp nằm trong giơi hạn cho phép.
2.2. Thiết kế dẫn động thủy lực
2.2.1. Thiết kế tính tốn xy lanh cơng tác
Chọn chiều dày thành xy-lanh:. Đường kính ngồi:
Kiểm bền cho xy lanh cơng tác
Bán kính trung bình của xy-lanh cơng tác:
Ứng suất trên xy-lanh:
Trong đó:
: Áp suất trong ống
: Khoảng cách từ một điểm trên xy-lanh đến tâm xy-lanh. : Bán kính trong, .
: Bán kính ngồi, .
Biểu đồ mơ-men cho thấy điểm nguy hiểm nhất: điểm nằm ở mép trong xy lanh. Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất:
Vật liệu chế tạo xy-lanh là gang Gx 15 - 32 có . Ta thấy , vậy xy-lanh cơng tác đủ bền.
Đường kính ngồi:
Kiểm tra bền xy-lanh chính:
Tính kiểm nghiệm bền cho xy-lanh chính cũng tương tự như xy-lanh công tác.