Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô Chơng : Thiết kế ly hợp ôtô Mục đích việc thiết kế môn học phần ly hợp ôtô nhằm xác định thông số ly hợp ôtô Đó tính toán xác định số lợng kích thớc bề mặt ma sát, cấu ép cấu điều khiển ly hợp nhằm bảo đảm yêu cầu ly hợp điều kiện làm việc ôtô Tính toán đĩa bị động đĩa ép: 1.1 Mô men ma sát ly hợp : Ly hợp phải có khả truyền hết mô-men xoắn lớn động Memax Để bảo đảm yêu cầu truyền hết mô-men xoắn lớn động điều kiện làm việc, ta phải có : Mms = Memax. (1-1) Trong : Mms : Mô-men ma sát cần thiết ly hợp, [N.m] Mmax : Mô-men xoắn lớn động cơ, [N.m] (Lấy theo số liệu đề cho, máy kéo mô-men lấy mô men định mức Mn động cơ) : Hệ số dự trữ ly hợp Hệ số dự trữ ly hợp phải đủ lớn (>1) để bảo đảm cho ly hợp truyền hết mô-men xoắn động điều kiện làm việc (khi bề mặt ma sát bị dầu mở rơi vào, lò xo ép bị giảm tính đàn hồi, ma sát bị mòn.v.v ) Mặc khác hệ số không đợc lớn quá, nh ly hợp không làm tốt chức bảo vệ an toàn cho hệ thống truyền lực tải Hệ số thờng đợc xác định thực nghiệm; có tính đến yếu tố nh nêu đặc biệt ý xét đến điều kiện làm việc nặng nhọc xe, đặc tính động lực học xe thiết kế Giá trị tham khảo theo số liệu bảng B1-1 nh sau : Bảng B1-1 : Bảng chọn hệ số dự trữ ly hợp Loại xe Xe du lịch Xe tải, khách, máy kéo vận tải (không kéo mooc) Ô tô tải có mooc (hoặc tính thông qua cao) Máy kéo nông nghiệp kiểu ly hợp thờng đóng Trị số 1,35 ữ 1,75 1,60 ữ 2,25 1,80 ữ 3,00 2,00 ữ 2,50 Chú ý : Giá trị giới hạn đợc chọn cho xe làm việc điều kiện nặng nhọc (nh tải trọng lớn, xe hoạt động nhiều loại đờng, kiểu ly hợp không điều chỉnh đợc) GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô Ngợc lại xe làm việc điều kiện không nhọc, có đặc tính động lực học tốt chọn phía giới hạn nhỏ Vậy, vào chủng loại xe điều kiện làm việc thờng xuyên mà ta chọn hệ số thích hợp; từ xác định đợc mô-men ma sát cần thiết ly hợp theo công thức (1-1) nhằm truyền hết mô-men xoắn động điều kiện hoạt động 1.2 Bán kính hình vành khăn bề mặt ma sát đĩa bị động : Nếu gọi lực ép tổng cộng cấu ép tạo F [N], đặt bán kính trung bình Rtb [m] đĩa bị động, mô-men ma sát ly hợp Mms [N.m] cấu ép tạo : Mms = à.F.Rtb.zms (1-1b) Trong : zms : Hệ số ma sát trợt đôi bề mặt ma sát (tấm ma sát với đĩa ép ma sát với bánh đà) : Số đôi bề mặt ma sát; phụ thuộc vào số đĩa bị động ly hợp: + Ly hợp đĩa bị động : zms = + Ly hợp hai đĩa bị động : zms = Gọi p [N/m2] áp suất pháp tuyến sinh đôi bề mặt ma sát dới tác dụng lực ép F, với giả thiết áp suất p phân bố toàn bề mặt ma sát (p = const) Với R1, R2 bán kính hình vành khăn mô-men ma sát đĩa bị động ly hợp Mms cấu ép tạo đợc viết lại dạng triển khai theo kích thớc ma sát: M ms = àpR 32 (1 K 3R )z ms (1-1c) Trong : p : áp suất pháp tuyến bề mặt ma sát, [N/m2] KR : Hệ số tỷ lệ bán kính bề mặt ma sát, KR = R1 R2 Suy bán kính R2 [m] bề mặt ma sát đĩa bị động ly hợp đợc xác định theo áp suất làm việc bề mặt ma sát R2 = 3..M e max 2.z ms à..p K 3R ( ) (1-2) Giá trị áp suất làm việc bề mặt p thông số quan trọng định đến lợng mòn bề mặt ma sát ly hợp trợt trình đóng ly hợp sau gài số Trong vành ma sát thờng làm vật liệu có hệ số ma sát cao GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô nhng mềm thép gang Vì tính toán thiết kế phải chọn giá trị áp suất làm việc p nhỏ giá trị cho phép [p] = 1,4.105 ữ 2,5.105 [N/m2] nhằm bảo đảm tuổi thọ cần thiết cho chúng hai lần sữa chữa thay Giá trị giới hạn đợc áp dụng cho ôtô có động nhiều xy lanh (lớn 4), đặc tính động lực xe tốt làm việc điều kiện đờng sá tốt (ít phải sang số) ngợc lại ôtô có động xy lanh, đặc tính động lực xe không tốt làm việc điều kiện đờng sá xấu Hệ số tỷ lệ KR chọn theo kinh nghiệm KR = 0,53 ữ 0,75 Giá trị nhỏ dùng cho xe có động tốc độ trung bình thấp đặc tính động lực xe tốt (ít phải sang số) Với động cao tốc, chọn hệ số KR bé (tức R1 R2 khác lớn) chênh lệch tốc độ trợt tiếp tuyến mép mép vành ma sát lớn, gây mòn không từ làm cho thời hạn phục vụ ma sát giảm Vì động cao tốc nên chọn hệ số tỷ lệ kR phía giới hạn Hệ số ma sát phụ thuộc vào nhiều yếu tố : vật liệu tình trạng đôi bề mặt ma sát, tốc độ trợt tơng đối, nhiệt độ áp suất bề mặt ma sát Đối với ly hợp ma sát khí ôtô máy kéo, hệ số ma sát phê-ra-đô đồng với gang (hoặc thép) hệ số ma sát đạt đến 0,35 Tuy vậy, ảnh hởng yếu tố nhiệt độ, tốc độ trợt v.v nên tính toán chọn khoảng = 0,22 ữ 0,30 Số đôi bề mặt ma sát zms thờng chọn (tức ly hợp đĩa bị động) Chỉ máy kéo ôtô tải lớn; có mô-men cực đại động lớn (từ 465 [N.m] trở lên), làm việc điều kiện nặng nhọc chọn zms = (ly hợp có hai đĩa bị động) Trong tính toán thiết kế, bán kính R2 có giá trị lớn vợt giới hạn đờng kính bề mặt ma sát bánh đà động (tham chiếu bảng B1-2) Lúc R2 phải đợc tính lặp lại với zms = Bảng B1-2: Giới hạn đờng kính vành ma sát D2 Mômen cực đại động Memax[Nm] không lớn Số vòng quay tơng ứng nN [v/ph] không nhỏ Đờng kính cho phép D2 [mm] không lớn 88 ữ 240 7000 ữ 10000 180 ữ 240 200 ữ 375 4500 ữ 5000 250 ữ 325 400 (465) ữ 685(1080)* 3000 ữ 4000 340 ữ 400 1080(1420)* 2500 ữ 3000 420 Chú thích * : Giá trị dấu ngoặc đơn tơng ứng với ly hợp đĩa bị động GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô Bán kính bề mặt ma sát R1 [m] đợc xác định thông qua hệ số tỷ lệ KR chọn tính toán bán kính R2 Tức là: R1 = KRR2 (1-2b) 1.3 Diện tích bán kín trung bình hình vành khăn ma sát : Diện tích hình vành khăn ma sát S [m2]: S = (R 22 R 12 ) (1-3) Bán kính trung bình hình vành khăn ma sat Rtb [m]: Rtb = R23 R13 R22 R12 (1-3b) 1.4 Lực ép cấu ép: Sau xác định đợc thông số kích thớc vành ma sát, ta dễ dàng xác định đợc lực ép cần thiết cấu ép phải tạo mà theo bảo đảm áp suất làm việc chọn thỏa mãn mô-men ma sát yêu cầu: F= .M e max à.R tb z ms (1-4) 1.5 Công trợt riêng ly hợp : Việc xác định kích thớc bề mặt ma sát theo điều kiện áp suất làm việc không vợt giá trị cho phép nh cha đủ để đánh giá khả chống mòn ly hợp Khi ly hợp khác có áp suất làm việc nhng với ôtô máy kéo có trọng lợng khác hao mòn ly hợp khác Quá trình đóng êm dịu ly hợp kèm theo trợt ly hợp đôi bề mặt ma sát Sự trợt ly hợp làm cho bề mặt ma sát mòn, đồng thời sinh nhiệt nung nóng chi tiết tiếp xúc với bề mặt trựơt Nếu cờng độ trợt mạnh làm mòn nhanh bề mặt ma sát nhiệt sinh lớn, làm cháy cục ma sát, làm nung nóng lò xo ép từ làm giảm khả ép chúng Vì vậy, việc xác định công trợt, công trợt riêng để hạn chế mòn, khống chế nhiệt độ cực đại nhằm bảo đảm tuổi thọ cho ly hợp cần thiết Để đánh giá tuổi thọ ly hợp theo điều kiện trợt, ngời ta dùng tiêu công trợt riêng; đợc xác định công trợt đơn vị diện tích làm việc bề mặt ma sát, kí hiệu lr [J/m2] : lr = L z ms ( R22 R12 ) (1-5) GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô Trong : L : Công trợt tổng cộng ly hợp, [Jun] : Số đôi bề mặt ma sát zms : Bán kính hình vành khăn bề mặt ma sát, [m] R2 : Bán kính hình vành khăn bề mặt ma sát, [m] R1 Sự trợt ly hợp diễn sau gài số thực đóng ly hợp Điều xẫy lúc xe chạy bắt đầu khởi hành xe; trờng hợp xe bắt đầu khởi hành có công trợt lớn lúc chênh lệch tốc độ bánh đà động tốc độ trục ly hợp (xe đứng yên) lớn Sự trợt ly hợp khởi hành xe có hai trờng hợp : trợt ly hợp đóng ly hợp đột ngột trợt ly hợp đóng ly hợp từ từ - Khi đóng ly hợp đột ngột (lái xe thả nhanh bàn đạp ly hợp) làm cho đĩa ép lao nhanh vào đĩa bị động, thời gian trợt ngắn nhng lực ép tăng lên nhanh làm cho xe bị giật mạnh, gây tải trọng động lớn hệ thống truyền lực (do quán tính lao vào đĩa ép, làm tăng thêm lực ép, mô men ma sát ly hợp tăng lên ly hợp cho phép truyền qua mô men quán tính lớn mô men ma sát tính toán theo 1-1) - Khi đóng ly hợp từ từ : Việc đóng ly hợp hợp từ từ tạo đợc êm dịu cần thiết cho ly hợp hệ thống truyền lực Đó yêu cầu quan trọng ly hợp nhằm bảo đảm tính êm dịu không sinh va đập cho hệ thống truyền lực Tuy nhiên đóng từ từ ly hợp làm cho thời gian trợt kéo dài công trợt tăng lên Qua khảo sát trình trợt ly hợp khí đóng êm diu, có trình tự bớc để tính công trợt L[Jun] ly hợp nh sau: 1.5.1 Mô men quán tính qui dẫn Ja [kg.m2]: Mô men quán tính khối lợng qui dẫn Ja đợc xác định từ điều kiện cân động ôtô chuyển động nh sau : G + Gm J a = a g rbx2 t (i h i p i o ) (1-5a) Trong : Ga : Trọng lợng toàn ôtô, [N] : Trọng lợng toàn rơ mooc đoàn xe kéo theo, [N] Gm g : Gia tốc trọng trờng, g = 9,81 [m/s2] : Bán kính làm việc bánh xe chủ động, [m] rbx ih,ip,io : Tỷ số truyền tơng ứng hộp số, hộp số phụ truyền lực : Hệ số tính đến khối lợng chuyển động quay hệ thống truyền t lực; tính toán lấy t = 1,05 ữ 1,06 GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô 1.5.2 Mô men cản chuyển động qui dẫn Ma [N.m]: Mô men cản chuyển động xe qui dẫn trục ly hợp đợc tính : M a = [(Ga + Gm ) + P ] rbx i t t (1-5b) Trong : : Hệ số cản tổng cộng đờng P : Lực cản không khí, [N] : Tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực (it = ih.ip.io) it : Hiệu suất thuận hệ thống truyền lực t Các thông số khác đợc thích 1.5.3 Tính thời gian trợt ly hợp giai đoạn (t1 t2): Chúng ta chọn hai cách tính sau: a) Tính theo thời gian trợt tổng cộng ly hợp t0 : Chọn thời gian đóng ly hợp êm dịu : t0 = 1,1 ữ 2,5 [s] (chọn thời gian lớn, trình đóng ly hợp êm dịu nhng công trợt tăng) Tính hệ số kết thúc trợt kđ (kđ >0) ly hợp từ phơng trình : t0 = k d M e max ( e a ).2.J a (k d M e max M a ) (1-5c) Tính thời gian trợt t1, t2 : (e a ).2.J a t = (k M d e max M a ) Ma t = t (k d M e max M a ) (1-5c) Trong kđ hệ số kết thúc trợt; xác định tỷ số mômen ma sát hình thành so với mômen cực đại động mà ly hợp bắt đầu hết trợt (kđ = Mms/Memax) Trong hệ ba phơng trình kđ ẩn số phụ hệ phơng trình b) Tính theo hệ số cờng độ tăng mômen K: Chọn hệ số K (đặc trng cho cờng độ tăng mômen K = Mms/t0): - Xe du lịch khách - Xe vận tải hàng hóa : K = 50 ữ 150 [N.m/s] : K = 150 ữ 750 [N.m/s] Tính thời gian trợt t1, t2 : GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô Ma t = K t = J a ( e a ) K (1-5d) Kiểm tra thời gian trợt tổng cộng : t1 + t2 = t0 (1,1 ữ 2,5 [s]) Nếu không thõa trình chọn K tính t1, t2 đợc lặp lại 1.5.4 Tính công trợt tổng cộng ly hợp L [J] t L = M a ( e a ). + t + J a (e a ) 2 (1-5e) Trong : : Thời gian trợt giai đoạn I, đợc xác định từ (1-5c 1-5d) t1 : Thời gian trợt giai đoạn II, đợc xác định từ (1-5c 1-5d) t2 Chú ý : c ) Khi đóng ly hợp êm dịu, công trợt L phụ thuộc lớn vào trọng lợng xe Khi tăng trọng lợng (hoặc kéo thêm đoàn xe) công trợt tăng nhanh (vì L tỷ lệ với Ma, Ja, t1, t2 mà tất thông số tăng theo tăng trọng lợng xe) d ) Khi tăng giá trị tỷ số truyền hệ thống truyền lực công trợt giảm (vì Ma, Ja, t1, t2 tỷ lệ nghịch với tỷ số truyền) Điều cho ta kết luận khởi hành xe, ta phải khởi hành với số truyền thấp hộp số (ih1) để giảm công trợt ly hợp e ) Khi khởi hành xe chỗ công trợt lớn (vì lúc a = nên hiệu số e - a lớn nhất) Động cao tốc, công trợt lớn Trong tính toán, lấy tốc độ góc động e tốc độ góc ứng với mô men cực đại (e = M) tính toán kiểm tra công trợt riêng ứng với chế độ khởi hành xe chỗ (a = ) Giá trị công trợt riêng tính theo công thức (1-5) phải nằm giới hạn cho phép (tính cho số truyền thấp ihI với hệ số cản tổng cộng đờng = 0,02) Xe : Xe khác tải khách : lr 1000 [KJ/m2] lr 800 [KJ/m2] f ) Để đơn giản tính toán, Giáo s A.I Gri-skê-vich đề nghị sử dụng công thức tính công trợt L (tính [J]) nh sau: L = Ja e2 M e max ( M e max M a ) (1-5) Trong : Memax : Mô men quay cực đại động cơ, [Nm] GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô Ma Ja e : Mô men cản chuyển động xe qui dẫn trục ly hợp, [Nm] : Mô men quán tính khối lợng xe qui dẫn trục ly hợp, [kgm2] : Tốc độ góc trục khuỷu động đóng ly hợp êm dịu, [rad/s] Tốc độ góc e đợc xác định theo chủng loại động : - Đối với động xăng - Đối với động diêzel : e = M /3 + 50 : e = 0,75N M, N tốc độ góc trục khuỷu động ứng với mô men cực đại công suất cực đại Công trợt riêng trờng hợp kiểm tra theo công thức (1-5) Kết tính công trợt, công trợt riêng số xe tham khảo bảng B1-3 Bảng B1-3: Công trợt, công trợt riêng số xe tham khảo ( = 0,02) L [KJ] ih1 lr [KJ/m2] ih1 ZAZ-968M 15,5 513 52,3 1732 BAZ-2101 16,8 538 46,4 1487 GAZ-24 27,0 611 66,4 1502 GAZ-53A 22,0 222 113,3 1142 ZIL-130-76 33,2 260 104,2 815 KAMAZ-53212 44,5 182 67,9 278 KAMAZ-5410 43,9 180 67,1 275 KAMAZ-5511 31,4 129 47,7 196 MAZ-500A-8926 36,3 107 125,8 371 MAZ-53352-886 13,7 404 51,2 151 MAZ-5336-8378 26,3 726 52,4 145 SCANIA LB-111 21,3 106 38,7 193 SCANIA LT-146S 42 13,4 475 24,3 86 BEDFORD TM 1500 39,5 260 139,2 918 BEDFORD TM 1900 43,9 161 74,9 274 Mác xe L [KJ] ih2 lr [KJ/m2] ih2 g ) Đối với máy kéo, kiểm tra công trợt riêng theo công thức (1-1), công trợt L [J] đợc tính theo công thức Giáo s Lơ-vốp : GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô L= n2 (1-5) 1 21 . + Je Ja Trong : n : Tốc độ góc định mức động cơ, [rad/s] : Hệ số dự trữ ly hợp Các thông số khác nh thích Đối với máy kéo, mô men quán tính khối lợng qui dẫn trục khuỷu động Je đợc xác định gần theo mô men quán tính bánh đà Jbd (Je = 1,2.Jbd ) Mô men quán tính khối luợng bánh đà Jbd [kg.m2] tính (hình H1-1): ( 3) Jbd = ( 2. b(i ) R24( i ) R14(i ) ) i = (1) Trong : b(i) : Chiều dày khối lợng thành phần thứ i (i=1ữ3), [m] R1(i) : Bánkính vành có khối lợng thành phần thứ i, [m] R2(i) : Bánkính vành có khối lợng thành phần thứ i, [m] : Khối lợng riêng vật liệu làm bánh đà, thép gang khối lợng riêng = 7800 [kg/m3] b(3) R2(3) b(2) R2(2)=R1(3) R1(1) R2(1)=R1(2) b(1) Hình H1-1 : Sơ đồ tính mô men quán tính bánh đà Mô men quán tính khối lợng qui dẫn liên hợp máy Ja [kg.m2] đợc tính biểu thức : G r2 J a = bx2 t g i (1-5) Trong : G : Trọng lợng toàn liên hợp máy, [N] GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô g : Gia tốc trọng trờng, g = 9,81 [m/s2] : Bán kính làm việc bánh xe chủ động, [m] rbx i : Tỷ số truyền hệ thống truyền lực : Hệ số tính đến khối lợng chuyển động quay hệ thống truyền t lực; tính toán lấy t = 1,05 Công trợt riêng máy kéo tính kiểm tra với hệ số cản tổng cộng đờng = 0,16 số truyền thấp không vợt 300 [KJ/m2] 1.6 Nhiệt sinh trợt ly hợp : Ngoài việc tính toán kiểm tra công trợt riêng ly hợp, cần phải tính toán kiểm tra nhiệt độ nung nóng chi tiết ly hợp trình trợt ly hợp để bảo đảm làm việc bình thờng ly hợp, không ảnh hởng nhiều đến hệ số ma sát, không gây nên cháy ma sát ảnh hởng đến đàn hồi lò xo ép.v.v Để tính toán nhiệt sinh ly hợp trợt , với giả thiết thời gian trợt ly hợp ngắn (t0 = 1,1 ữ 2,5); nhiệt sinh không kịp truyền cho chi tiết môi trờng xung quanh mà truyền cho chi tiết trực tiếp xẫy trợt Thờng ma sát có độ dẫn nhiệt nên coi tất nhiệt phát sinh truyền cho đĩa ép, đĩa ép trung gian (ly hợp hai đĩa bị động) bánh đà động Với giả thiết công trợt bề mặt ma sát nh nên nhiệt sinh đôi bề mặt ma sát nhau, ta có lợng nhiệt mà đĩa ép bánh đà nhận đợc là: .L = m.c.T (1-6) Trong : L : Công trợt toàn ly hợp, [J] : Hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng bánh đà đĩa ép - Với ly hợp đĩa bị động : = 0,50 - Với ly hợp hai đĩa bị động : = 0,25 cho đĩa ép : = 0,50 cho đĩa ép trung gian c : Nhiệt dung riêng chi tiết bị nung nóng, với vật liệu thép gang lấy c = 481,5 [J/kg0K] m : Khối lợng chi tiết bị nung nóng, [kg] T : Độ tăng nhiệt độ chi tiết bị nung nóng, [0K] Độ tăng nhiệt độ cho phép chi tiết tính toán lần khởi hành ôtô (ứng với hệ số cản = 0,02) không đợc vợt 100K (khi có kéo mooc không đợc vợt 200K) Còn máy kéo, phải nhỏ 50K (ứng với hệ số cản = 0,16) Bề dày tối thiểu đĩa ép (theo chế độ nhiệt) : Bề dày tối thiểu đĩa ép theo chế độ nhiệt [m] đợc xác định theo khối lợng tính toán chế độ nhiệt (m) đợc xác định theo công thức : GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 10 Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô m (R R 12 ) 2 (1-6b) Trong đó: : Khối lợng riêng đĩa ép Với vật liệu làm gang 7800 [kg/m3] 1.7 Xác định thông số cấu ép: Ly hợp ma sát khí ôtô thờng sử dụng loại lò xo dây xoắn hình trụ, lò xo dây xoắn hình côn lò xo đĩa để tạo lực ép cho ly hợp Loại lò xo dây xoắn trụ bố trí xung quanh đợc sử dụng rộng rãi nhờ kết cấu chung ly hợp đơn giản, độ tin cậy cao cho phép điều chỉnh thuận lợi Lò xo đĩa kiểu nón cụt đợc sử dụng nhiều xe du lịch, xe tải khách cỡ nhỏ có đặc tính phi tuyến phù hợp với điều kiện làm việc ly hợp (hình H1-3) Hơn nữa, có kết cấu gọn với nhiều u điểm bậc hẳn kiểu lò xo dây xoắn 1.7.1 Tính toán lò xo dây xoắn (hình trụ hình côn) : Lò xo ly hợp thờng đợc chế tạo thép silic 60C, 60C2A thép mănggan 65 hay bon 85 có ứng suất cho phép [] = 650 ữ 850 [MN/m2] Lò xo đợc tính toán nhằm bảo đảm lực ép F cần thiết cho ly hợp 1.7.1.1 Lực ép cần thiết lò xo Flx [N] làm việc : Flx = k 0F z lx (1-7) Trong : F : Lực ép cần thiết ly hợp, [N]; xác định theo (1-4) : Hệ số tính đến giãn, nới lỏng lò xo; k0 = 1,05 ữ 1,08 k0 : Số lợng lò xo sử dụng để tạo lực ép; có từ 12 đến 28 lò xo tuỳ zlx theo loại xe Đối với xe du lịch, tải khách cở nhỏ: zlx = 12 ữ 18 Đối với xe vận tải khách cở lớn : zlx = 16 ữ 28 1.7.1.2 Độ cứng lò xo ép Clx [N/m]: Độ cứng lò xo clx đợc xác định theo điều kiện tối thiểu hệ số dự trữ ly hợp ma sát mòn đến giới hạn phải thay Nghĩa ta phải có : Clx = Flx lm (1-7) Trong : : Hệ số dự trữ tính toán ly hợp : Hệ số dự trữ ly hợp ma sát mòn đến giới hạn phải thay GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 11 Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô lm Theo kinh nghiệm = (0,8ữ0,85) : Lợng mòn tổng cộng cho phép ma sát, tính [m]: + lm = 0,25.ms.zms ma sát gắn vào đĩa bị động đinh tán + lm = 0,5.ms.zms ma sát gắn vào đĩa phơng pháp dán Với ms độ dày ma sát, có giá trị nằm khoảng sau : - Xe du lịch : ms = 2,5 ữ 4,5 (giá trị nhỏ dùng phơng pháp dán) - Xe vận tải : ms = 3,5 ữ 6,0 (giá trị lớn dùng đinh tán) 1.7.1.3 Lực lớn tác dụng lên lò xo ép Flxmax [N]: Lực nén lớn tác dụng lên lò xo Flxmax [N] đợc xác định : Flxmax = Flx + Clxm (1-7) Trong : Clx : Độ cứng lò xo, [N/m] m : Độ biến dạng thêm lò xo mở ly hợp, [m] Độ biến dạng thêm m độ dịch chuyển đĩa ép mở ly hợp : m = mzms + dh (1-7) Trong : m : Khe hở hoàn toàn đôi bề mặt ma sát, [m] : Số đôi bề mặt ma sát zms dh : Độ dịch chuyển thêm cần thiết đĩa ép độ đàn hồi đĩa bị động Khi tính toán lấy : dh = 0,25 ữ 1,0 [mm] + Đối với ly hợp đĩa : zms = 2; m = 0,75 ữ 1,0 [mm] m = 0,60 ữ 0,7 [mm] + Đối với ly hợp hai đĩa : zms = 4; 1.7.1.4 Kích thớc hình học lò xo: Đờng kính dây lò xo d[m] đờng kính trung bình D[m] đợc xác định từ công thức tính ứng suất [N/m2]; số vòng làm việc nlx tính theo Clx từ bảng B1-2: Bảng B1-2 : Các công thức tính toán lò xo d Kiểu lò xo ứng suất [N/m2] Độ cứng [N/m] D D1 d D1 D2 8kD Flx (*) d Gd Clx = 8D nlx = 8D Flx d Gd C lx = 2(D1 + D )(D12 + D 22 )n lx = C lx = a D2 b = D (**) Flx 2ab 4Gd (* * *) (D1 + D )(D12 + D 22 )n lx GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 12 Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô Các hệ số k , bảng B1-2 đợc xác định theo tỷ số (*) D/d k (**) a/b (***) 1,58 1,0 0,208 5,57 1,40 1,5 0,231 2,67 1,31 2,0 0,246 1,713 1,25 2,5 0,258 1,256 1,21 3,0 0,267 0,995 1,18 4,0 0,282 0,698 D a : d b 1,16 - 10 1,14 - Trong d : Đờng kính dây lò xo, [m] D, D1,2 : Các đờng kính trung bình lò xo, [m] a, b : Kích thớc dây lò xo dạng chữ nhật, [m] : ứng suất lò xo, [N/m2] k, : Hệ số tăng ứng suất : Hệ số biến đổi độ cứng : Số vòng làm việc lò xo nlx G : Mô-duyn đàn hồi trợt vật liệu làm lò xo, G=0,81.1011 [N/m2] a) Đờng kính dây lò xo d[m] đờng kính trung bình D[m] đợc xác định từ công thức tính ứng suất [N/m2] = 8kD Flx max [] d (1-7a) 8k D Flx max [] d (1-7a) Suy ra: d Trong [] k : ứng suất tiếp cho phép lò xo [] = [N/m2] : Hệ số tăng ứng suất , đợc chọn theo tỷ số D/d từ bảng B1-2 Suy đờng kính trung bình lò xo : D = Kd.d (Với Kd = D/d) b) Số vòng làm việc lò xo: Số vòng làm việc nlx lò xo đợc tính theo Clx [N/m] từ bảng B1-2 nh sau: Clx = Gd 8D nlx (1-7b) Trong nlx G : Số vòng làm việc lò xo : Mô-duyn đàn hồi trợt vật liệu làm lò xo, G=0,81.1011 [N/m2] GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 13 Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô Từ (1-7b) suy : nlx Gd = 8D 3C lx (1-7b) c) Chiều dài tối thiểu lò xo Lmin [mm] đợc xác định lò xo chịu tải lớn Flxmax với khe hở tối thiểu vòng [mm] Lmin = (nlx-1).(d + 1) + (1,5ữ2).d + (1-7c) Trong : (nlx-1) : Số bớc lò xo d : Đờng kính dây lò xo xoắn, tính [mm] (1,5ữ2): Số vòng không làm việc; đợc tính thêm cho việc tỳ lò xo vào đế : Khe hở vòng tỳ với vòng làm việc d) Chiều dài tự lò xo Lmax [mm] đợc xác định không chịu tải Lmax = Lmin + max (1-7d) Trong đó: max : Độ biến dạng lớn lò xo chịu lực lớn Flxmax max = Flx max C lx (1-7d) e) Chiều dài làm việc lò xo Llv [mm] đợc xác định chịu lực ép Flx Llv = Lmax - lv (1-7e) Trong đó: lv : Độ biến dạng lò xo chịu lực ép Flx lv = Flx C lx (1-7e) 1.7.2 Tính toán kích thớc lò xo đĩa nón cụt: Lực ép yêu cầu lò xo : Flx = k0.F (1-8) Trong đó: F k0 : Lực ép cần thiết ly hợp, [N]; xác định theo (1-4) : Hệ số tính đến giãn, nới lỏng lò xo; k0 = 1,05 ữ 1,08 Sơ đồ để tính toán lò xo đĩa nón cụt có xẻ rãnh hớng tâm thể hình H1-2 GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 14 Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô h Flx B De Da Fm Da Di Hình H1-2 : Sơ đồ tính lò xo đĩa nón cụt Lực nén lò xo nón cụt tạo Flx để ép lên đĩa ép nhằm tạo mô-men ma sát cho ly hợp đợc xác định theo thông số lò xo nh sau : Flx = (1 k ) E d ln(1 / k ) (1 k ) . h + h 2 d (1 p ) D e (1 k ) (1 k ) (1 k ) (1-8b) Trong : De E àp d h k1, k2 : Đờng kính lớn nón cụt ứng với vị trí tỳ lên đĩa ép, [m] : Độ dịch chuyển (biến dạng) cuả lò xo, [m] : Mô-duyn đàn hồi kéo nén, E = 2,1.1011 [N/m2] : Hệ số poat-xông, thép lò xo : àp = 0,26 : Độ dày lò xo đĩa, [m]; (thờng d = 2ữ3,5 mm) : Hình chiếu phần không xẻ rãnh lên trục nón cụt, [m] : Các tỷ số kích thớc đĩa nón cụt; đợc xác định theo công thức : k1 = Với : Da Da ; De k2 = (D e + D a ) 2D e (1-8') : Đờng kính qua mép xe rãnh, [m] (xem hình H1-2) Tơng quan thông số kích thớc lò xo đĩa thờng có giá trị nằm khoảng sau : De (0,94 ữ 0,97).2R2 (với R2 bán kính ma sát) De = 1,2 ữ 1,5 ; Da De h = 75 ữ 100 ; = 1,5 ữ d d GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 15 Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô Các thông số phải đợc xác định cho lò xo nón cụt đợc ép phẳng vào ly hợp ( = h/2) lực ép lò xo tạo Flx phải đạt lực ép yêu cầu Flx = k0.F xác định từ (1-4) Kích thớc đỉnh nón cụt Di (xem hình H1-2) định kích thớc lò xo làm nhiệm vụ đòn mở Kích thớc đặc trng cho đòn mở Di kích thớc nêu phải thoã mãn điều kiện bền mở ly hợp ( = h) : 2Fm D a 0,5E 0,5(D D a ) + d = + Da d2 (D i + D a ) 2p (D e D a ) D = D Ln e Da 2h = Arc tan D D e a (1-8c) Trong : : ứng suất lớn điểm nguy hiểm (điểm B hình H1-2), [N/m2] : Đờng kính đỉnh đĩa nón cụt, [m] Di Trong tính toán chọn : De/Di 1,5 : Lực tác dụng lên đỉnh nón mở ly hợp, [N], xác định : Fm (D e D c ) Fm = Flx (D D ) c i + ( D D ) D = e a c (1-8c) Các thông số khác đợc thích Với độ dịch chuyển đĩa ép mở ly hợp hoàn toàn (ly hợp đĩa bị động) nằm khoảng 1,5 ữ 2,5 [mm] chiều cao nón cụt (phần không xẻ rãnh) thờng vào khoảng h ữ [mm] Lúc độ dày đĩa d phải đợc xác định đồng thời với Da h theo (1-8b) cho Flx = f(, d, Da, h) đạt giá trị cực đại (Flxmax) quanh giá trị = h/2 lực Flx tạo biến dạng = h/2 phải lực ép yêu càu lò xo (Flx = k0.F xác định từ 1-8) Đặc tính biến thiên Flx = f() lò xo đĩa nón cụt xác định theo (1-8b) có dạng nh đồ thị biểu diễn hình H1-3 GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 16 Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô Đặc tính lò xo đĩa nón cụt xẻ rảnh Flx [N] 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 [m] 0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 0.0030 0.0035 0.0040 Hình H1-3: Đặc tính phi tuyến lò xo đĩa cụt 1.8 Tính toán lò xo giảm chấn: Các lò xo giảm chấn đợc đặt theo hớng tiếp tuyến lỗ đợc khoét may-ơ đĩa bị động Bán kính trung bình tiếp tuyến với tâm lò xo vào khoảng từ Rtbg=80ữ120 mm Số lợng lò xo thờng ữ12 có đờng kính dây d = 3ữ4 mm, đờng kính trung bình lò xo D = 14ữ19 mm số vòng từ 3ữ4 vòng Độ cứng tối thiểu lò xo giảm chấn bị giới hạn mô men lớn truyền qua ly hợp Mmax = Memax. (khi vòng lò xo vừa tỳ sát vào nhau) Nghiã ta có lực lớn tác dụng lên lò xo giảm chấn Fmaxgc [N] xác định : Fmax gc = (M max M msgc ) z g R tbgc (1-9) Trong : Rtbgc : Bán kính trung bình vị trí đặt lò xo giảm chấn, [m] : Số lợng lò xo giảm chấn zg Mmsgc : Mô men ma sát giảm chấn, Mmsgc = (0,06ữ0,17).Memax với Memax mô men cực đại động Độ cứng cgc [N/m] ứng suất [N/m2] lò xo giảm chấn đợc tính theo công thức bảng B1-2 Lò xo giảm chấn phải đợc kiểm tra góc xoay tơng đối đĩa bị động so với may-ơ mô men nén ban đầu ly hợp M0gc = (0,08ữ0,15)Memax Góc quay tơng đối nằm khỏng g = 20 30' ữ 30 40' GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 17 Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô Tính toán điều khiển ly hợp : Đối với ly hợp thờng đóng (dùng lò xo ép), muốn mở ly hợp ngời ta phải dùng hệ thống điều khiển để truyền lực đạp 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 điều khiển khí, điều khiển thủy lực Điều khiển ly hợp có trợ lực (dẫn động khí dầu) đợc áp dụng rộng rãi nhằm giảm lực điều khiển cho lái xe; xe tải khách có tải trọng lớn Việc trợ lực cho ly hợp khí nén, trợ lực chân không lò xo 2.1 Xác định thông số điều khiển ly hợp trợ lực: Để mở ly hợp (ôtô kiểu thờng đóng) lái xe phải tác dụng lực vào bàn đạp ly hợp, thông qua hệ thống điều khiển, lực đợc khuếch đại truyền đến đĩa ép lực ngợc chiều với lực ép lò xo có giá trị lực nén lò xo ly hợp trạng thái mở Tỷ số khuếch đại (tỷ số truyền idk) hệ thống điều khiển lớn, lực điều khiển từ bàn đạp nhỏ giảm nhẹ đợc điều kiện làm việc cho lái xe Tuy vậy, tỷ số truyền bị giới hạn hành trình dịch chuyển bàn đạp tầm với chân lái xe có hạn 2.1.1 Xác định hành trình bàn đạp Sbd [mm]*: (*Các dịch chuyển hệ thống điều khiển ly hợp thởng nhỏ nhiều so với đơn vị đo mét nên phần thống dùng thứ nguyên dịch chuyển mm) Khi mở ly hợp, đĩa ép tách khỏi đĩa bị động với khe hở tối thiểu đôi bề mặt ma sát m nhằm bảo đảm cho đĩa ma sát bị động ly hợp tách hoàn toàn khỏi đĩa ép nh bánh đà động Sơ đồ tính toán hệ thống điều khiển ly hợp trợ lực tham khảo thêm giáo trình Thực tế, trớc tách đĩa ép khỏi đĩa ma sát bị động, bàn đạp có khoảng chạy không tải để khắc phục tất khe hở có hệ thống điều khiển (khoảng chạy không gọi hành trình tự do) Quan hệ khe hở với độ dịch chuyển bàn đạp Sbd [mm] (còn gọi hành trình bàn đạp) ly hợp mở đợc xác định theo tỷ số truyền hệ thống điều khiển đợc xác định nh sau : Sbd = ( m z ms + dh )i dk + ace a + ( 01 + 02 ) bdf b (1-10) Trong : m : Khe hở đôi bề mặt ma sát mở ly hợp, [mm] : Số đôi bề mặt ma sát zms dh : Độ dịch chuyển đĩa ép tính đến độ đàn hồi đĩa bị động GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 18 Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô 01 02 a b c d e f idk : Khe hở tự cần thiết đòn mở bạc mở, [mm] : Khe hở tự cần thiết bàn đạp hệ thống dẫn động, [mm] : Khe hở tự có hệ thống dẫn động, [mm] : Tỷ số truyền bàn đạp, ký hiệu ibd : Tỷ số truyền dẫn động trung gian, ký hiệu itg : Tỷ số truyền đẩy bạc mở , ký hiệu icm : Tỷ số truyền chung toàn hệ thống điều khiển Tỷ số truyền hệ thống điều khiển idk tích tỷ số truyền thành phần tham gia hệ thống điều khiển: idk = a c e g b d f h (1-10a) Trong : g h : Tỷ số truyền đòn mở, ký hiệu idm Tỷ số truyền dẫn động trung gian itg điều khiển khí loại đòn đợc xác định theo cánh tay đòn c/d đòn trung gian Với loại dây kéo itg = Còn tỷ số truyền dẫn động thủy lực itg xác định : itg = l xlc d 22 = l xlct d12 (1-10b) Trong : lxlc, d1 : Tơng ứng hành trình, đờng kính xy lanh chính, [mm] lxlct, d2 : Tơng ứng hành trình, đờng kính xy lanh công tác, [mm] Trong tính toán chọn khe hở tự tỷ số truyền thành phần theo kinh nghiệm nh sau : + Khe hở : - Đối với xe du lịch, tải khách cở: ữ3 [mm] - Đối với xe tải khách cở trung trở lên: ữ4 [mm] (Giá trị lớn đợc chọn cho xe làm việc điều kiện nặng nhọc hơn) + Khe hở 01 0,5 ữ 1,0 [mm] + Khe hở 02: - Đối với dẫn động khí: khe hở khớp quay 02 0,5 ữ1 [mm] - Với dẫn động thủy lực: khe hở lỗ bù dầu xilanh 02 1,5 ữ2 [mm] GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 19 Hớng dẫn thiết kế ôtô: (Phần truyền lực ôtô) - Ngành Cơ khí Ôtô + Tỷ số truyền thành phần: - Tỷ số truyền trung gian: itg 0,9 ữ1,1 - Tỷ số truyền mở: icm 1,4 ữ 2,2 - Tỷ số truyền đòn mở: idm 3,8 ữ 5,5 (*) (*) Đối với lò xo đĩa nón cụt, idm xác định theo kích thớc đĩa từ (1-8c): idm = D + Da ( Dc Di ) ; Dc = e ( De Dc ) (1-10c) Giá trị tỷ số truyền bàn đạp ibd với tỷ số truyền thành phần nêu phải đợc xác định đủ lớn nhằm bảo đảm cho lực điều khiển từ bàn đạp nhỏ; đồng thời phải thỏa mãn hành trình tổng cộng bàn đạp ly hợp Sbd không vợt giới hạn tầm với chân ngời lái xe; tức Sbd [Sbd] + Đối với xe du lịch, tải khách cở: + Đối với xe tải khách cở trung trở lên: [Sbd] 150 ữ 180 [mm] [Sbd] 170 ữ 200 [mm] 2.1.2 Xác định lực tác dụng lên bàn đạp Fbd [N]: Lực cần thiết phải tạo bàn đạp mở ly hợp, ký hiệu Fbd [N], đợc xác định : Fbd Fm max i dk dk (1-10d) Trong : Fmmax : Lực nén lớn lò xo ép tác dụng lên đĩa ép mở ly hợp, [N] : Tỷ số truyền hệ thống điều khiển idk dk : Hiệu suất hệ thống điều khiển Trong tính toán chọn hiệu suất dk 0,85 ữ 0,90 Lực Fmmax đợc xác định : + Đối với lò xo dây xoắn: Fm max = (Flx + C lx m )z lx (1-10d) + Đối với lò xo đĩa nón cụt (**): Fm max Flx (1-10d") Trong : Flx Clx m zlx : Lực ép cần thiết lò xo đóng ly hợp,[N] : Độ cứng lò xo dây xoắn, theo (1-7a) [N/m] : Độ biến dạng thêm lò xo mở ly hợp, theo (1-7c) [m] : Số lợng lò xo dây xoắn (**) Do đặc tính lò xo đĩa nón cụt phi tuyến (xem hình H1-3), lực mở ly hợp Fmmax thờng không đổi tăng lên không đáng kể Có thể tính xác GVC Ths Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Trờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 20 ... sát ly hợp tăng lên ly hợp cho phép truyền qua mô men quán tính lớn mô men ma sát tính toán theo 1-1) - Khi đóng ly hợp từ từ : Việc đóng ly hợp hợp từ từ tạo đợc êm dịu cần thiết cho ly hợp. .. trờng hợp xe bắt đầu khởi hành có công trợt lớn lúc chênh lệch tốc độ bánh đà động tốc độ trục ly hợp (xe đứng yên) lớn Sự trợt ly hợp khởi hành xe có hai trờng hợp : trợt ly hợp đóng ly hợp đột... sinh trợt ly hợp : Ngoài việc tính toán kiểm tra công trợt riêng ly hợp, cần phải tính toán kiểm tra nhiệt độ nung nóng chi tiết ly hợp trình trợt ly hợp để bảo đảm làm việc bình thờng ly hợp, không