Mục lục LỜI NÓI ĐẦU………………………….………………………………………… 3 1 Tổng quan về ly hợp trên ô tô………………………………………………… 4 1.1 Công dụng của ly hợp…………………………………………………… …….4 1.2 Các yêu cầu đối với ly hợp…………………………………………… 4 1.3 Phân loại ly hợp…………………………………………………………………5 2 Tính toán thiết kế cụm ly hợp………………………………………………….9 2.1 Mô men ma sát của ly hợp:………………………………………………… 9 2.2 Lựa chọn phương án thiết kế……………………………………………… 10 2.2.1 Chọn ly hợp………………………………………………………………… 10 2.2.2 Chọn sơ đồ dẫn động ly hợp…………………………………………… 10 2.3 Xác đinh các thông số và kích thước cơ bản của ly hợp…………… … 13 2.3.1 Bán kính hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động …… 13 2.3.2 Diện tích và bán kính trung bình của hình vành khăn tấm ma sát ………………………………………………………… 14 2.3.3 Lực ép cần thiết F………………………………………………… 15 2.3.4 Xác định công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp…… 15 2.3.4.1 Momen quán tính quy dẫn Ja (kg.m2)………………….15 2.3.4.2 Mô men cản chuyển động qui dẫn Ma [N.m]………….17 2.3.4.3 Tính thời gian trượt ly hợp trong các giai đoạn (t1 và t2)………………………………………………………….….17 2.3.5 Tính công trượt tổng cộng của ly hợp………………… ….…….18 2.3.6 Tính công trượt riêng cho ly hợp…………….…………… … 18 2.4 Kiểm tra theo nhiệt độ các chi tiết……………………… ….………… 19 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô 2.4.1 Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp ………………………… ……… 19 2.4.2 Bề dày tối thiểu đĩa ép (theo chế độ nhiệt)………… ………….20 2.5 Tính toán sức bền một số chi tiết chủ yếu của ly hợp…………… …… 20 2.5.1 Lực ép cần thiết của lò xo đĩa côn…………………………….….21 2.5.2 Kích thước cơ bản của lò xo đĩa côn xẻ rãnh………….……… 21 2.5.3 Đặc tính của lò xo ép đĩa côn xẻ rảnh………………… ……… 24 2.5.4 Kích thước đòn mở của lò xo ép đĩa côn xẻ rảnh……….…… 25 3.Tính toán thiết kế hệ dẫn động cho ly hợp……………………………………26 3.1.Xác định các thông số cơ bản của điều khiển thủy lực không có trợ lực……………………………………………………………………………… 27 3.2.Xác định hành trình của bàn đạp Sbd [mm]……………………… ……… 27 3.3 Xác định lực tác dụng lên bàn đạp Fbd [N]……………………………… 29 3.4 Đường kính xi lanh thủy lực………………………………… …………….30 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………… ………………… …………31 Trang 2 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm trở lại đây ngành công nghiệp Ô tô nước ta có nhiều sự phát triển vượt bậc, Ô tô đã không còn là quá xa lạ với mỗi chúng ta Để đáp ứng nhu cầu của xã hội trong thời kì hội nhập, việc đào tạo ra các bậc kỹ sư, các thợ máy có trình độ tay nghề, có kiến thức vững chắc về Ô tô là một nhiệm vụ quan trọng Trong trường Kỹ thuật, các Đồ án giúp các sinh viên tổng hợp lại các kiến thức đã học, đi sâu hơn vào việc thiết kế, tính toán và với sinh viên ngành Cơ khí Động Lực thì Đồ án Ô tô là một trong những Đồ án quan trọng nhất Là một sinh viên ngành động lực, việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính toán và thiết kế các bộ phận, cụm máy, chi tiết 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 Trong quá trình hoàn thành Đồ án, đã giúp em hiểu rõ hơn về Ly hợp, đồng thời rèn luyện kỹ năng thiết kế, tính toán, tổng hợp kiến thức đã học Dưới sự hướng dẫn của ThS Nguyễn Việt Hải và sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành được Đồ án này Trong quá trình tính toán thiết kế không tránh khỏi những sai sót, em mong các Thầy tận tình chỉ bảo, giúp đỡ để Đồ án tốt hơn Em xin chân thành cảm ơn! Trang 3 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô Đà Nẵng, ngày 21/5/2012 Sinh viên CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE CHO TRƯỚC STT Tên thông số kỹ thuật 1 Loại xe Ký hiệu Xe tải 2 3 4 5 6 7 8 9 Ga Vmax Xăng Nemax nN Memax nM R Trọng lượng toàn bộ Vận tốc cực đại Loại động cơ Công suất Nemax Số vòng quay nN Mômen xoắn Memax Số vòng quay nM Bán kính làm việc bánh xe Giá trị Đơn vị 5700 120 KG Km/h 80 4800 197 4800 0,35 Kw Vg/ph N.m Vg/ph m 1 Tổng quan về ly hợp trên ô tô 1.1 Công dụng của ly hợp Ly hợp là khớp nối giữa trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực Nó được 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 Nếu khớp nối ly hợp không ngắt được truyền động từ trục khuỷu động cơ đến hệ thống truyền lực khi gài số thì việc gài số sẽ rất khó khăn và có thể gây ra sự dập răng; thậm chí có thể gây vỡ răng hộp số Hơn thế nữa, nếu ly hợp không tự động ngắt khi phanh đột ngột thì có thể gây quá tải cho cả hệ thống truyền lực Trang 4 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô 1.2 Các yêu cầu đối với ly hợp Từ các công dụng ở trên, ly hợp ô tô máy kéo ngoài các yêu cầu chung về sức bền, tuổi thọ; còn phải bảo đảm các yêu cầu chính sau: - 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 Tuy nhiên, mô men ma sát của ly hợp không được lớn quá nhằm bảo đảm được nhiệm vụ làm cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực - Đóng êm dịu để tăng từ từ momen quay lên trục của hệ thống truyền lực, không gây ra va đập ở các bánh răng Ngoài ra khi ly hợp đóng êm dịu thì ôtô khởi hành hoặc tăng tốc từ từ không giật,làm cho người lái và hành khách đỡ mệt - 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 trong thời gian ngắn nhất; ngược lại sẽ gây khó khăn cho việc gài số - Mômen quán tính của các chi tiết phần bị động của ly hợp phải nhỏ để giảm các lực va đập lên bánh răng khi sang số ,dễ gài số và giảm mài mòn các bề mặt ma sát của đồng tốc - Phải làm được nhiệm vụ của bộ phận an toàn để tránh tác dụng lên hệ thống truyền lực những mômen quá lớn khi gặp quá tải.Vì vậy mômen ma sát phải không được lớn quá Ngoài ra còn các yêu cầu khác như: + Kết cấu phải gọn nhẹ, điều khiển dễ dàng và nhẹ nhàng + Điều khiển dễ dàng,lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ + Hệ số ma sát cao và ổn định + Thoát nhiệt tốt + Làm việc bền vững tin cậy + Hiệu suất cao + Giá thành rẻ, kết cấu ,sửa chữa, bảo dưỡng đơn giản + Kích thước nhỏ gọn Trang 5 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô 1.3 Phân loại ly hợp Với yêu cầu nêu trên, hiện nay trên ôtô máy kéo sử dụng nhiều loại ly hợp Và tuỳ theo tính chất truyền mô men, đặc điểm kết cấu v.v có thể có các cách phân loại sau Dựa theo tính chất truyền mô men, người ta phân ra các loại ly hợp sau : 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 Tuỳ theo hình dạng và đặc điểm kết cấu, có thể chia chúng ra làm các kiểu sau: - 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) 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 ngày nay người ta vẫn quen gọi ly hợp là côn vì cách gọi này ngắn gọn và thông dụng do ly hợp dạng côn từng được sử dụng rộng rãi trong quá khứ 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 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 1 2 3 4 phần bị động nhỏ 5 Hình 1.1: Ly hợp một đĩa ma sát 6 1: bánh đà 7 8 2: đĩa ma sát 3: đĩa ép 4: lò xo đia côn Trang 6 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô 5: vòng thép 6: đinh tán 7: vỏ ly hợp 8: ổ bi tỳ Kiểu ly hợp ma sát hai đĩa chỉ được dùng trên xe tải lớn (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 bố trí xung quanh: 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 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 côn chỉ có một lò xo kiểu đĩa côn bố trí ở giữa nên áp lực phân bố đều lên bề mặt ma sát Ly hợp với lò xo kiểu này có nhiều ưu điểm nổi bật: 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 cơ bản là không thể điều chỉnh khe hở giữa đòn mở và bạc mở khi tấm ma sát bị mòn nên ly hợp Trang 7 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô kiểu này chỉ sử dụng trên xe tải nhỏ và khách cở nhỏ có đặc tính động lực tốt, sử dụng trong điều kiện đường tốt (ít phải sang số) -Theo đặc điểm làm việc, có thể chia ra : Loại ly hợp thường đóng và ly hợp không thường đóng + Ly hợp thường đóng là loại ly hợp kiểu lò xo ép thường xuyên đóng trong quá trình làm việc như các loại đã nêu ra ở trên Ly hợp chỉ được mở thông qua hệ thống dẫn động dưới tác dụng của lực đạp ở bàn đạp ly hợp + Ly hợp không thường đóng là loại ly hợp không có lò xo ép Đĩa bi động và chủ động được ép vào nhau để đóng ly hợp thông qua một hệ thống đòn đặc biệt Việc đóng hoặc mở ly hợp đều phải thông qua hệ thông đòn này dưới tác động lực điều khiển của người lái Đối với máy kéo xích trong nông nghiệp hoặc các máy kéo xích chuyên dùng trong ngành xây dựng, chúng thường có hệ thống điều khiển riêng biệt nhờ các ly hợp chuyển hướng và phanh Mặc khác, trong quá trình làm việc, chúng không những làm việc nhiều với các số tiến mà cả với số lùi tậm chí cả số “M o” như khi điều khiển các liên hợp máy đào hố xúc đất hay những công việc trồng cây chăm bón cây trong nông nghiệp Loại ly hợp không thường đóng có mô men quán tính của phần bị động ly hợp khá lớn nên thường phải có phanh con riêng để hãm trục ly hợp trước khi gài số nhằm tránh sự va đập răng của các bánh răng gài số 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 bật 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 Trang 8 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô 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 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 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 2 Tính toán thiết kế cụm ly hợp 2.1 Mô men ma sát của ly hợp: Để đảm bảo yêu cầu truyền hết mô men quay của động cơ trong mọi điều kiện làm việc, thì ly hợp phải có khả năng truyền được mô men quay lớn hơn mô men xoắn lớn nhất của động cơ Memax như sau: Mms = Memax.β (2-1) Trong đó : Mms : Mô-men ma sát yêu cầu của ly hợp, [N.m] Memax : Mô-men xoắn lớn nhất của động cơ, [N.m] Theo đề Memax = 197 [Nm] β : Hệ số dự trữ của ly hợp Hệ số dự trữ β tính đến các yếu tố làm giảm lực ép hoặc làm giảm momen ma sát trong quá trình sử dụng như: - Mòn vùng ma sát làm giảm lực ép 15% ÷20% - Giảm độ đàn hồi của lò xo ép làm giảm 8% ÷ 20% - Bẩn, rơi dầu mở vào bề mặt ma sát Như vậy tổng lực ép do các yếu tố trên sẽ bị giảm khoảng 23% ÷30% Hệ số β phải chọn không được nhỏ quá tuy vậy cũng không được lớn quá Nếu β lớn thì phải tăng lực ép do đó cần tăng lực điều khiển ly hợp nên gây mệt mỏi cho người lái Cùng với đó thì kích thước của ly hợp tăng và mất vai trò của cơ cấu an toàn Trang 9 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô Trị số β 1,6 ÷ 2,25 Loại xe Xe tải không có rmooc Chọn : β = 2 Thế số ta có : Mms = 197.2 = 394 [Nm] 2.2 Lựa chọn phương án thiết kế 2.2.1 Chọn ly hợp Với yêu cầu của bài toán đưa ra là thiết kế ly hợp dành cho xe tải hạng nhỏ, momen ma sát yêu cầu của ly hợp nhỏ Ta có thể chọn ly hợp dùng lò xo trụ hoặc lò xo đĩa côn Với khả năng phân bố lực ép đều trên bề mặt tấm ma sát và kết cấu gọn nhẹ, đơn giản và thêm các chức năng hơn hẳn lò xo trụ nên ta chọn ly hợp dùng cho ôtô thiết kế là loại ly hợp ma sát khô, một đĩa ma sát, kiểu lò xo ép đĩa côn Các phân tích tính ưu việt của loại ly hợp này đã được tình bày ở mục trên 2.2.2 Chọn sơ đồ dẫn động ly hợp Trên ô tô máy kéo hiện nay thường dùng hai loại dẫn động là : Dẫn động cơ khí và dẫn động thủy lực Ngoài ra để đảm bảo sự điều khiển nhẹ nhàng, giảm cường độ lao động cho người lái và tăng tính tiện nghi người ta còn dùng trợ lực khí nén hoặc trợ lực chân không a Phương án dẫn động cơ khí: + Đặc điểm của dẫn động cơ khí : - Ưu điểm : Đơn giản, rẻ tiền, làm việc tin cậy - Nhược điểm : hiệu suất thấp nhất là khi dẫn động dài do động cơ đặt xa người lái ( do có nhiều khâu khớp).Độ cứng của dẫn động thấp hơn so 7 11 với dẫn động thủy lực do nhiều khe hở trong các10 9 8 Khó lắp đặt khâu khớp 1 nhất là khi ca bin kiểu lật 2 12 13 3 6 5 4 Trang 10 Hình 1.2: Sơ đồ ly hợp dẫn động kiểu cơ khí Đồ án môn học: Thiết kế ôtô ip : Tỷ số truyền số phụ Không có hộp số phụ, ip = 1 io : Tỷ số truyền của truyền lực chính io = 4,154 δt : Hệ số tính đến các khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực; trong tính toán có thể lấy bằng δt = 1,05 ÷ 1,06 Chọn δ = 1,06 0,352 J a = 3000 1,06 = 1,84 (kg.m2) 2 (3,5.1.4,156) 2.3.4.2 Mô men cản chuyển động qui dẫn Ma [N.m]: Mô men cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp được tính M a = [ (Ga + Gm )ψ + Pω ] rbx it η t (2-8) Trong đó : Hệ số cản tổng cộng của đường Tính cho đường có ψ = 0,02 Pω : Lực cản của không khí Khi khởi hành xe thì P ω = 0 (vì tốc độ quá nhỏ) it : Tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực (it = ih1.ip.io) ηt : Hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực Xe tải, chọn ηt = 0,9 Thế số ta đựoc : M a = [ (29430 + 0).0,02 + 0] 0,35 = 15,736 (N.m) 3,5.1.4,156 2.3.4.3 Tính thời gian trượt ly hợp trong các giai đoạn (t1 và t2): Tính theo hệ số cường độ tăng momen K Chọn hệ số K (Đặc trưng cho cường độ tăng moomen K = Mms/to) Đối với xe tải K = 150 – 750 [N.m/s] Ở đây ta chọn K = 150 [N.m/s] Tính thời gian trượt t1, t2: M a 15,736  t1 = K = 150 = 0,104( s )   2 Ja.(ω e − ω a ) 21,84.230,38  = == 2,377( s ) t 2 = K 150  Trang 17 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô Kiểm tra thời gian trượt tổng cộng t1 + t2 = 0,104 + 2,377 = 2,477 (s) thuộc khoảng (1,1 – 2,5 [s]) Nên thỏa mãn 2.3.5 Tính công trượt tổng cộng của ly hợp: Công trượt tổng cộng của ly hợp L [J] dược xác định theo 2  1 t L = M a (ω e − ω a ). 1 + t 2  + J a (ω e − ω a ) 2 2 3  2 (2-11) Trong đó : t1, t2 : Thời gian trượt của ly hợp trong hai giai đoạn Thế số các đại lượng đã biết vào ta tính được công trượt L [J]:  0,104 2  1 + 2,377  + 1,84.( 230,38 − 0) 2 3  2  2 L = 15,736.(230,38 − 0). = 54755 [J] 2.3.6 Tính công trượt riêng cho ly hợp Để đánh giá tuổi thọ của ly hợp theo điều kiện trượt, người ta dùng chỉ tiêu công trượt riêng; được xác định bằng công trượt trên một đơn vị diện tích làm việc của các bề mặt ma sát, kí hiệu lr [J/m2] : lr = L 2 z ms π(R 2 − R 1 ) 2 (2-12) Trong đó : L : Công trượt tổng cộng của ly hợp zms : Số đôi bề mặt ma sát, ly hợp một đĩa bị động nên zms = 2 R2, R1 : Bán kính tương ứng vòng ngoài, vòng trong của hình vành khăn bề mặt ma sát, Thế số ta có : lr = 54755 2.3,1416.(0,14 2 − 0,084 2 ) = 769902,7[J/m2] = 769,9027 [KJ/m2] Trang 18 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô Vậy, so với giá trị cho phép về công trượt riêng của xe tải (l r ≤ 800 [KJ/m2]) thi ly hợp thiết kế đạt yêu cầu về tuổi thọ cho ly hợp 2.4 Kiểm tra theo nhiệt độ các chi tiết: 2.4.1 Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp : Ngoài việc tính toán kiểm tra công trượt riêng, ly hợp còn cần phải tính toán kiểm tra nhiệt độ nung nóng các chi tiết của ly hợp trong quá trình trượt ly hợp để bảo đảm sự làm việc bình thường của ly hợp, không ảnh hưởng nhiều đến hệ số ma sát, không gây nên sự cháy các tấm ma sát hoặc ảnh hưởng đến sự đàn hồi của lò xo ép.v.v Với ly hợp một đĩa, nhiệt sinh ra làm nung nóng đĩa ép được xác định theo (1-6): ν.L = m.c.∆T (2-13) Trong đó : L : Công trượt của toàn bộ ly hợp, đã xác định [J] ν : Hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng đĩa ép Với ly hợp một đĩa bị động thì ν = 0,50 c : Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng, với vật liệu bằng thép hoặc gang có thể lấy c = 481,5 [J/kg0K] m : Khối lượng chi tiết bị nung nóng, [kg] ∆T = 10oK : Độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng, [0C] Độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết tính toán đối với mỗi lần khởi hành của ôtô (ứng với hệ số cản của đường ψ = 0,02) nằm trong khoảng (10÷15)0C Từ đó suy ra khối lượng đĩa ép tối thiểu phải là : m ≥ 0,5.54755 481,5.10 ≥ 5,686 [kg] Trang 19 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô 2.4.2 Bề dày tối thiểu đĩa ép (theo chế độ nhiệt): Bề dày tối thiểu đĩa ép δ[m] được xác định theo khối lượng tính toán chế độ nhiệt (m) ở trên có thể được xác định theo công thức : δ m ≥ π(R 2 − R 2 )ρ 2 1 Trong đó: ρ : Khối lượng riêng của đĩa ép Với vật liệu làm bằng gang ρ ≈ 7800 [kg/m3] Thế số các đại lượng đã biết, ta xác định được bề dày tối thiểu của đĩa ép theo chế độ nhiệt do trượt: 5,686 π (0,14 − 0,084 2 ).7800 δ ≥ δ ≥ 0,02368 [m] 2 Chọn δ = 0,025 [m] 2.5 Tính toán sức bền một số chi tiết chủ yếu của ly hợp: Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu ép: Cơ cấu ép được dùng để tạo lực ép cho đĩa ép của “ly hợp thường đóng” xe tải là lò xo đĩa kiểu đĩa côn nhờ nó có nhiều ưu điểm nổi bật hơn hẳn kiểu lò xo dây xoắn Lò xo ly hợp được chế tạo bằng thép Silic 60C, 60C2A hoặc thép măng-gan 65 có ứng suất tiếp cho phép [τ] = 650 ÷ 850 [MN/m2] và [σ] =1000 [MN/m2] Lò xo được tính toán nhằm xác định các thông số hình học cơ bản nhằm thỏa mãn lực ép F cần thiết cho ly hợp Kích thước của lò xo đĩa côn còn phải bảo đảm điều kiện bền với chức năng là đòn mở 2.5.1 Lực ép cần thiết của lò xo đĩa côn: Lực ép cần thiết của lò xo ép đĩa côn được xác định theo công thức: Flx = k0.F Trang 20 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô Trong đó : F : Lực ép cần thiết của ly hợp, [N] F = 7834,76 [N] k0 : Hệ số tính đến sự giãn, sự nới lỏng lò xo Chọn k 0 = 1,05 (1,05 ÷1,08) Thế số ta có: Flx = 1,05 7834,76 = 8226,5 [N] 2.5.2 Kích thước cơ bản của lò xo đĩa côn xẻ rãnh: Sơ đồ để tính toán lò xo đĩa côn có xẻ rãnh hướng tâm thể hiện trên hình Lực nén do lò xo đĩa côn tạo ra F lx để ép lên đĩa ép nhằm tạo ra mô-men ma sát cho ly hợp được xác định theo các thông số của lò xo như sau: h Flx B De α Da Fm Da Di Hình 2.2.: Sơ đồ tính lò xo đĩa côn Flx = 2 πE δd λ Ln(1 / k1 )  2  (1 − k1 )   λ (1 − k1 )  . h −  δ + h − λ 2 2 2  d   3 (1 − µ p ) De (1 − k2 )  (1 − k2 )   2 (1 − k2 )    (2-14) Trong đó : De : Đường kính lớn của lò xo đĩa côn ứng với vị trí tỳ lên đĩa ép, [m] Chọn De De =(0,94÷ 0,97).(2R2) Thế số : = 0,95.2.0,14 Trang 21 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô ≈ 0,266 [m] Sơ bộ chọn đường kính qua mép xẻ rảnh Da = De / 1,3 (De / Da = 1,2 ÷ 1,5) ≈ 0,2046[m] λ : Độ dịch chuyển (biến dạng) cuả lò xo, [m] E : Mô-duyn đàn hồi kéo nén E µp : Hệ số poat-xông, đối với thép lò xo : µp δd = 2,1.1011 [N/m2] = 0,26 : Độ dày của lò xo đĩa, [m] Sơ bộ chọn: δd (De / δd = 75 ÷ 100) = De / 100 ≈ 0,00266 [m] h : Độ cao phần không xẻ rãnh của đĩa côn ở trạng thái tự do, [m] Sơ bộ chọn h = 1,5.δd = 1,5.0,00266 = 0.004 ( h / δd = 1,5 ÷ 2,0) ≈ 4 [mm] k1, k2 : Các tỷ số kích thước của đĩa côn, được xác định bằng : Da  k1 = D  e   k = ( De + D a )  2 2 De  (2-15) 0,2046  k1 = 0,266 = 0,769   k = (0,266 + 0,2046) = 0,8846  2 2.0,266  Các kích thước Da, δd, h sẽ được xác định chính xác sao cho khi lò xo đĩa côn được ép phẳng vào ly hợp (λ = h/2) thì lực ép của lò xo F lx đạt bằng lực ép yêu cầu k0.F là : Flx = 7834,76 [N] Để thuận lợi cho tính toán, nên viết lại như sau: Trang 22 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô   2 2 C    Flx = A.B.λ.δ d + ( h − C.λ ). h − λ  3 2      πE A = 2 (1 − µ p )    B = δ d Ln(1 / k1 )  De2 (1 − k 2 ) 2  (1 − k1 )  C = (1 − k ) 2  Tính toán trước các hằng số đặc trưng cho vật liệu và kết cấu A, B, C:   2 2 C   Flx = A.B.λ.δd +( h −C.λ ).h − λ  3 2      πE 3, 1416.2 , 11 110 = = 7 ,076 11 10 A = 2 2 (1 − μ p ) ( 1 −0 ,26 )   B = δd Ln( 1/k1 ) = 0 ,00266 Ln( 1/ 0 ,769 ) = 0,765 2  De ( 1 −k 2 )2 0 ,2052 ( 1 −0 ,8846 )2  ( 1 −k1 ) ( 1 −0 ,769 )  C= = = 2 ,033  ( 1 −k 2 ) ( 1 −0 ,8846 )  Nhờ công cụ Solver, ta tính được De = 0,95.2R2 = 0,271 [m] δd = 0.0028 [m] k1= 0,769 h= 0.004 [m] k2= 0,8864 Da= 0,204 [m] λ = 0,00202 2.5.3 Đặc tính của lò xo ép đĩa côn xẻ rảnh Cũng nhờ công cụ Solver, ta có diễn biến F lx = f(λ) và đặc tính phi tuyến lò xo đĩa côn được thể hiện trên hình với kích thước cơ bản: Da ≈ 204[mm]; δd = 2,8 [mm]; Trang 23 h = 4 [mm] Đồ án môn học: Thiết kế ôtô Đặc tính của lò xo đĩa côn xẻ rãnh theo λ được biểu diễn theo hàm sau: Flx =  2 λ   7,076.1011.0,765.λ 0,0028 2 + ( 4 − λ.2,033). 4 − 2,033  3 2    Ta có bảng đặc tính lò xo đĩa côn xẻ rãnh Flx  0.00025 2787.15 0.0005 4868.793 0.00075 6346.469 0.001 7321.715 0.00125 7896.07 0.0015 8171.073 0.00175 8248.263 0.002 8229.178 0.00202 8226.498 0.0025 8308.34 0.00275 8609.664 0.003 9220.868 0.00325 10243.49 0.0035 11779.07 0.00375 13929.15 Trang 24 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô Đồ Thị: Hình 2.3: Đặc tính phi tuyến lò xo đĩa côn 2.5.4 Kích thước đòn mở của lò xo ép đĩa côn xẻ rảnh: Kích thước đặc trưng cho đòn mở của lò xo đĩa côn D i cùng các thông số cơ bản xác định được theo yêu cầu đặc tính làm việc nêu trên phải thỏa mãn điều kiện bền bền khi mở ly hợp như sau :   2F D 0,5 E 0,5( D − Da )α 2 + δd α  σ= 2 m a + 2  δd ( Di + Da ) 1 − µ p Da   ( De − Da ) D = D   Ln e  D    a    2h  α = Arc tan D −D   a   e  Trong đó : σ : Ứng suất lớn nhất tại điểm nguy hiểm [N/m2] Di : Đường kính đỉnh của đĩa côn [m] Chọn Di = De / 3 = 0.09 [m] (De/Di ≥ 1,5) Fm : Lực tác dụng lên đỉnh nón khi mở ly hợp, xác định bằng : Trang 25 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô ( D − Dc )  Fm = Flx e  ( Dc − Di )    D = ( De + Da )  c 2  Thế số theo trình tự ngược ta có :  ( De + Da ) (0,271 + 0,204) = = 0,238 [m] Dc = 2 2   ( Dc − Di ) (0,238 − 0,09) = = 4,405 idm = ( De − Dc ) (0,271 − 0,238)   1 8226,498 = =1867,53[N] Fm = Flx idm 4,405    2h   2.0,004  α = Arc tan  D − D  = Arc tan 0,271 − 0,204  = 0,12 [rad]     a   e  ( De − Da ) (0,271 − 0,204)  = = 0,2365 [m] D =  De   0,271   Ln  Ln D    0,204    a  σ = 774779659 [N/m 2 ] = 774,78[ MN / m 2 ]  So với ứng suất cho phép của vật liệu làm lò xo [σ] =1000 [MN/m2] thì lò xo đĩa côn đã thiết kế hoàn toàn thỏa mãn điều kiện bền 3.Tính toán thiết kế hệ dẫn động cho 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 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 có thể là điều khiển cơ khí, điều khiển thủy lực Điều khiển ly hợp có trợ lực (dẫn động cơ khí hoặc dầu) được áp dụng rộng rãi nhằm giảm lực điều khiển cho lái xe; nhất là xe tải và khách có tải trọng lớn Việc trợ lực cho ly hợp có thể là khí nén, trợ lực chân không hoặc lò xo Trang 26 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô 3.1.Xác định các thông số cơ bản của điều khiển thủy lực không có trợ lực: Hình 3.1: Sơ đồ tính toán ly hợp dẫn động thủy không có lực trợ lực Để mở ly hợp (ly hợp ôtô là kiểu thường đóng bởi lực ép lò xo) lái xe phải tác dụng lực vào bàn đạp ly hợp, thông qua hệ thống điều khiển (ngày nay thường dùng truyền động bằng thủy lực), lực sẽ được khuếch đại và truyền đến đĩa ép một lực ngược chiều với lực ép lò xo và có giá trị bằng lực nén lò xo khi mở ly hợp Tỷ số khuếch đại (tỷ số truyền idk) của hệ thống điều khiển càng lớn, lực điều khiển từ bàn đạp càng nhỏ và giảm nhẹ được điều kiện làm việc cho lái xe Tuy vậy, tỷ số truyền bị giới hạn bởi hành trình dịch chuyển của bàn đạp do tầm với chân lái xe có hạn 3.2.Xác định hành trình của bàn đạp Sbd [mm]: (Các dịch chuyển trong hệ thống điều khiển ly hợp thường nhỏ hơn rất nhiều so với đơn vị đo một mét nên phần này có thể thống nhất dùng thứ nguyên của dịch chuyển là mm) Khi mở ly hợp, đĩa ép sẽ tách khỏi đĩa bị động với khe hở tối thiểu giữa các đôi bề mặt ma sát δm nhằm bảo đảm cho đĩa ma sát bị động ly hợp tách hoàn toàn khỏi đĩa ép cũng như bánh đà động cơ Trang 27 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô Sơ đồ tính toán hệ thống điều khiển ly hợp (thường dùng truyền động thủy lực) không có trợ lực có thể tham khảo thêm giáo trình Thực tế, trước khi tách đĩa ép khỏi đĩa ma sát bị động, bàn đạp có khoảng chạy không tải để khắc phục tất cả các khe hở có thể có trong hệ thống điều khiển (khoảng chạy không này gọi là hành trình tự do) Quan hệ giữa các khe hở với độ dịch chuyển của bàn đạp S bd [mm] (còn gọi là hành trình bàn đạp) khi ly hợp mở được xác định theo các tỷ số truyền của hệ thống điều khiển được xác định như sau : S bd = (δ m z ms + δ dh ).idk + δ 0 a c e a + (δ 01 + δ 02 ) b d f b (3-1) Trong đó : δm : Khe hở giữa mỗi đôi bề mặt ma sát khi mở ly hợp [mm] zms = 2 và δm = 0,75 [mm] δdh : Độ dịch chuyển cần thiết của đĩa ép do độ đàn hồi của đĩa bị động δdh = 1 [mm] δ0 : Khe hở tự do cần thiết giữa đòn mở và bạc mở, [mm] Đối với xe tải nhỏ: δ0 ≈ 2 ÷3 [mm] Chọn δ0 = 2[mm] δ01 : Khe hở tự do cần thiết giữa bàn đạp và hệ thống dẫn động, [mm] Chọn δ01 ≈ 0,5 [mm] (0,5 ÷1) δ02 : Khoảng cách mở lỗ thông bù dầu trong xylanh chính, [mm] Chọn δ02 ≈ 1,5 [mm] (thường δ02 ≈ 1,5 ÷2 [mm]) a b : Tỷ số truyền của bàn đạp, ký hiệu ibd c d : Tỷ số truyền của dẫn động trung gian, ký hiệu itg Chọn itg = 1 (thường itg ≈ 0,9 ÷1,1) e f : Tỷ số truyền của càng đẩy bạc mở , ký hiệu ic Chọn icm = 2 (thường icm ≈ 1,4 ÷2,2) Trang 28 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô idk : Tỷ số truyền chung của toàn bộ hệ thống điều khiển; bằng tích các tỷ số truyền thành phần tham gia trong hệ thống điều khiển i dk = i bd i tg i cm i dm Với idm là tỷ số truyền của đòn mở Với ly hợp kiểu lò xo một đĩa nón cụt thường idm được xác định từ kích thước của đĩa ép, từ trên ta có: idm= 4,405 Ta suy ra: [ ] S bd = (δ m z ms + δ dh ).i tg i cm i dm + δ 0 i tg i c + (δ 01 + δ 02 ) i bd Hành trình tính toán được phải nằm trong giới hạn tầm với (tầm duỗi chân) của người lái xe, với xe tải cở nhỏ: [Sbd] ≈ 150 ÷ 180 [mm], chọn [Sbd] = 180 [mm] Thế số, ta tính được tỷ số truyền của bàn đạp để Sbd ∈ [Sbd] như sau: ibd = i bd = [(δ z m ms [ S bd ] + δ dh ).itg icm idm + δ 0 itg icm + (δ 01 + δ 02 ) ] 180 [ (0,75.2 + 1).1.2.4,405 + 2.1.2 + (0,5 + 1,5)] = 6,423 3.3 Xác định lực tác dụng lên bàn đạp Fbd [N]: Lực cần thiết phải tạo ra ở bàn đạp khi mở ly hợp, ký hiệu F bd [N], được xác định : Fbd ≥ Fm max(*) i dk (*) ηdk (2-17) Trong đó : Fmmax(*): Lực lớn nhất tác dụng lên đỉnh lò xo ép đĩa nón khi mở ly hợp Fmmax(*)= Fm = 1867,53 [N] idk(*) : Tỷ số truyền của hệ thống điều khiển, chỉ tính đến đỉnh nón idk(*) idk(*) ηdk = ibd.itg.icm = 6,423.1.2 = 12,846 : Hiệu suất của hệ thống điều khiển Trang 29 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô Chọn ηdk ≈ 0,90 (ηdk ≈ 0,85 ÷ 0,90) Thế số ta có : Fbd ≥ 1867,53 12,846.0,9 ≈161,5 [N] Lực này nhỏ hơn lực [Fbđ]=250N của xe tải cỡ trung, vì vậy ta không dùng trợ lực 3.4 Đường kính xi lanh thủy lực: Ở đây: pmax - Áp suất cực đại cho phép của chất lỏng trong dòng dẫn động, áp suất này càng cao thì kết cấu dẫn động càng gọn, nhưng yêu cầu đối với các ống dẫn và vấn đề làm kín lại khắt khe hơn, nhất là các đoạn ống mềm bằng cao su và các chỗ nối ghép Thường chọn pmax = 8÷12 MPa (MN/m2) Chọn đường kính xi lanh thủy lực ddk = 25 [mm] Trang 30 Đồ án môn học: Thiết kế ôtô TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] LÝ THUYẾT Ô TÔ MÁY KÉO (NGUYỄN HỮU CẨN (Chủ biên), NXB KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI 1998) [2] KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN Ô TÔ (TS LÊ VĂN TỤY, ĐH BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG 2008) [3] HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ Ô TÔ (TS LÊ VĂN TỤY, ĐH BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG) [4] http: www.oto-hui.com và các nguồn tham khảo khác trên Internet Trang 31 ... môn học: Thiết kế ? ?tô 5: vòng thép 6: đinh tán 7: vỏ ly hợp 8: ổ bi tỳ Kiểu ly hợp ma sát hai đĩa dùng xe tải lớn (vì cần truyền mô men quay lớn) Nhược điểm kiểu kết cấu phức tạp, việc mở ly hợp. .. rẻ, kết cấu ,sửa chữa, bảo dưỡng đơn giản + Kích thước nhỏ gọn Trang Đồ án môn học: Thiết kế ? ?tô 1.3 Phân loại ly hợp Với yêu cầu nêu trên, ? ?tô máy kéo sử dụng nhiều loại ly hợp Và tuỳ theo tính. .. [KJ/m2] Trang 18 Đồ án môn học: Thiết kế ? ?tô Vậy, so với giá trị cho phép công trượt riêng xe tải (l r ≤ 800 [KJ/m2]) thi ly hợp thiết kế đạt yêu cầu tuổi thọ cho ly hợp 2.4 Kiểm tra theo nhiệt