Thiết kế ly hợp ô tô MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Công dụng yêu cầu ly hợp ô tô …………………… ………… 1.1.1 1.1.2 Công dụng…………………………………………………………… Yêu cầu…………………………………………………………… 1.2 Phân loại ly hợp ô tô………………………………………… 1.2.1 Ly hợp ma sát khí 1.2.2 Ly hợp thủy lực 1.2.3 Ly hợp điện từ 1.3 Hệ thống điều khiển ly hợp 1.3.1 Điều khiển khí .6 1.3.2 Điều khiển thủy lực .7 1.3.3 Điều khiển ly hợp có trợ lực .8 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 2.1 Tính toán momen ma sát yêu cầu ly hợp 12 2.2 Chọn loại/kiểu sơ đồ dẫn động ly hợp 13 2.2.1 Chọn loại/kiểu ly hợp .13 2.2.2 Chọn sơ đồ dẫn động ly hợp .13 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN 3.1 Tính toán xác định thông số ly hợp 15 3.1.1 Xác định bán kính hình vành khan bề mặt ma sát đĩa bị động 15 3.1.2 Lực ép cấu ép 16 3.1.3 Công trượt riêng ly hợp .17 3.1.4 Nhiệt sinh trượt ly hợp 22 3.1.5 Bề dày tối thiểu đĩa ép (theo chế độ nhiệt) .23 3.1.6 Xác định thông số cấu ép 23 3.2 Tính toán điều khiển ly hợp 28 3.2.1 Xác định hành trình bàn đạp .28 3.2.2 Xác định lực tác dụng lên bàn đạp 31 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .33 Thiết kế ly hợp ô tô CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Công dụng yêu cầu ly hợp ô tô: 1.1.1 Công dụng: - Ly hợp ô tô khớp nối trục khuỷu động với hệ thống truyền lực, dùng để ngắt, nối truyền động từ động đến hệ thống truyền lực - Ngoài ra, ly hợp dùng cấu an toàn cho hệ thống truyền lực tải + Nếu khớp nối ly hợp không ngắt truyền động từ trục khuỷu động đến hệ thống truyền lực gài số việc gài số khó khan gây dập răng, chí, gây vỡ hộp số + Hơn nữa, ly hợp không tự động ngắt phanh đột ngột gây tải cho hệ thống truyền lực 1.1.2 Yêu cầu: Từ công dụng tác dụng ly hợp nêu trên, ly hợp ô tô yêu cầu chung sức bền tuổi thọ, phải đảm bảo yêu cầu sau: - Ly hợp phải truyền momen quay lớn động điều kiện làm việc Hay nói cách khác, momen ma sát ly hợp phải lớn momen cực đại động Tuy nhiên, momen ma sát ly hợp không lớn quá, nhằm đảm bảo nhiệm vụ làm cấu an toàn cho hệ thống truyền lực - Việc mở ly hợp phải dứt khoát nhanh chóng Nghĩa là, mở ly hợp, phần bị động phải tách hoàn toàn khỏi phần chủ động thời gian ngắn nhất, ngược lại, gây khó khan cho việc gài số - Khi đóng ly hợp, yêu cầu phải êm dịu Tức là, momen ma sát hình thành ly hợp phải tăng từ từ đóng ly hợp, có tránh tượng giật xe gây dập bánh hộp số, cấu truyền động khác hệ thống truyền lực - Momen quán tính chi tiết phần bị động ly hợp phải nhỏ đến mức thấp có thể, nhằm giảm lực va đập tác dụng lên bánh gài số (trường hợp không Trang Thiết kế ly hợp ô tô có đồng tốc), giảm nhẹ điều kiện làm việc đồng tốc, tăng nhanh thời gian gài số - Kết cấu phải gọn nhẹ, điều khiển phải dễ dàng nhẹ nhàng 1.2 Phân loại ly hợp ô tô: Với yêu cầu nói trên, nay, ô tô thường sử dụng nhiều loại ly hợp Tùy theo tính chất truyền momen, người ta phân loại: ly hợp ma sát khí, ly hợp thủy lực, ly hợp điện từ Trong loại ly hợp ma sát khí: - Dựa theo hình dạng phận ma sát khí, chia ra: Ly hợp ma sát đĩa (đĩa phẳng), ly hợp ma sát đĩa côn, (đĩa bị động có dạng hình côn), ly hợp ma sát hình trống (kiểu tang trống guốc ma sát ép vào tang trống) - Dựa theo đặc điểm làm việc ly hợp, chia ra: loại thường đóng loại không thường đóng 1.2.1 Ly hợp ma sát khí: Đây loại ly hợp mà momen ma sát hình thành ly hợp nhờ ma sát bề mặt ma sát khí Loại sử dụng phổ biến hầu hết loại ô tô nhờ kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng, sửa chữa thay a) Theo hình dạng đặc điểm kết cấu phận ma sát: - Ly hợp ma sát đĩa hình côn: dùng phổ biến xe du lịch xe tải nhỏ - Ly hợp ma sát hình trống: dùng loại ô tô - Ly hợp ma sát đĩa phẳng: dùng phổ biến loại ô tô tải ô tô chở khách Tùy theo cấu tạo, có kiểu đĩa, kiểu hai đĩa kiểu nhiều đĩa + Ly hợp ma sát đĩa bị động (Hình 1.1): sử dụng phổ biến hầu hết loại ô tô nhờ kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, việc mở ly hợp dễ dàng, dứt khoát momen quán tính phần bị động nhỏ, gây ảnh hưởng đến việc gài số Loại này, vành ma sát đĩa bị động gắn lên xương đĩa bị động phương pháp dán dùng đinh tán (Hình 1.2) Đĩa bị động nối với trục ly hợp thông qua may-ơ di trượt trục nhờ mối ghép then hoa May-ơ liên kết mềm với xương đĩa thông qua lò xo đàn hồi bố trí xung quanh may-ơ Trang Thiết kế ly hợp ô tô Hình 1.1: Ly hợp ma sát đĩa bị động Ghi chú: 1- Trục 5- Thân ly hợp 9- Lò xo hồi vị 13- Đĩa ép 2- Bánh đà 6- Lò xo ép 10- Ống dẫn hướng 14- May-ơ 3- Vấu bánh đà 7- Đòn mở ly hợp 11- Ống trượt 15- Đĩa ma sát 4- Gờ đĩa ép 8- Ổ bi tỳ 12- Trục ly hợp Hình a) Hình b) Hình 1.2: Các phương pháp gắn vành ma sát lên xương đĩa bị động a) Phương pháp dùng đinh tán b) Phương pháp dùng keo dán Ghi chú: 1- Xương đĩa bị động 2- Vành ma sát 3- Đinh tán Trang Thiết kế ly hợp ô tô + Kiểu ly hợp ma sát hai đĩa bị động: dùng cho xe tải lớn (vì cần truyền momen quay lớn) Nhược điểm kết cấu phức tạp, việc mở ly hợp khó dứt khoát (khó cách ly đĩa bị động khỏi phần tử chủ động) Tuy nhiên, việc đóng ly hợp lại êm dịu loại đĩa ma sát (nhờ tiếp xúc bề mặt ma sát tiến hành từ từ) b) Theo đặc điểm kết cấu lò xo ép: - Ly hợp ma sát khí kiểu nhiều lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh: kiểu đơn giản, gọn nhẹ, có độ tin cậy cao (nếu lò xo bị gãy ly hợp tiếp tục làm việc được) Nhược điểm áp lực sinh bề mặt ma sát dễ dẫn đến không Loại sử dụng phổ biến xe tải số xe du lịch - Ly hợp ma sát khí kiểu lò xo ép trung tâm: kiểu gồm lò xo hình côn (hoặc hình trụ) bố trí Nhờ vậy, áp suất sinh bề mặt ma sát đồng Tuy nhiên, độ tin cậy làm việc thấp (vì lò xo bị gãy ly hợp tác dụng), kêt cấu đòn mở phức tạp điều chỉnh khó khan nên dùng - Ly hợp ma sát khí kiểu lò xo ép đĩa côn: có lò xo ép kiểu đĩa nón cụt bố trí giữa, nên áp lực sinh phân bố lên bề mặt ma sát Ly hợp có nhiều ưu điểm bật, là: lò xo làm nhiệm vụ đòn mở nên kết cấu gọn nhẹ, đặc tính lò xo phi tuyến, nên lực để mở ly hợp không tang thêm loại lò xo hình trụ, vậy, điều khiển nhẹ nhàng Nhược điểm điều chỉnh khe hở đòn mở bạc mở ma sát bị mòn, nên ly hợp kiểu sử dụng phổ biến xe du lịch xe khách cỡ nhỏ có đặc tính động lực tốt, sử dụng điều kiện đường tốt (ít phải sang số) c) Theo đặc điểm làm việc: - Ly hợp thường đóng loại ly hợp kiểu lò xo ép thường xuyên đóng trình làm việc (như loại nêu trên) Ly hợp mở thông qua hệ thống dẫn động tác dụng lực đạp bàn đạp ly hợp - Ly hợp không thường đóng loại ly hợp lò xo ép Đĩa bị động chủ động ép vào thông qua hệ thống đòn đặc biệt Việc đóng mở ly hợp Trang Thiết kế ly hợp ô tô phải thông qua hệ thống đòn tác dụng lực đạp bàn đạp ly hợp người điều khiển 1.2.2 Ly hợp thủy lực: Đây loại ly hợp mà momen ma sát hình thành ly hợp nhờ ma sát thủy lực Hình 1.3: Ly hợp thủy lực Ghi chú: 1- Trục 2- Bánh bơm 3- Bánh tua-bin 4- Trục hộp số - Ưu điểm bật ly hợp thủy lực ly hợp làm việc êm dịu (nhờ tính chất dễ trượt chất lỏng), vậy, giảm tải trọng động cho hệ thống truyền lực, cho động - Tuy vậy, ly hợp thủy lực lại mở không dứt khoát có momen dư (dù số vòng quay động thấp) làm ảnh hưởng đến việc gài số Vì vậy, ly hợp thủy lực thường dùng kết hợp với ly hợp ma sát khí phép ngắt hoàn toàn ly hợp gài số Ngoài ra, ly hợp thủy lực luôn có trượt (ít 2-3 %), vậy, gây tổn hao công suất động đó, tăng tiêu hao nhiên liệu xe Mặt khác, ly hợp thủy lức đòi hỏi xác cao độ kín khít lớn mối ghép, yêu cầu loại dầu đặc biệt… nên giá thành ly hợp nói riêng giá thành ô tô nói chung cáo Trang Thiết kế ly hợp ô tô ly hợp ma sát khí thông thường Do vậy, ly hợp thủy lực sử dụng hạn chế loại xe đặc biệt có công suất riêng lớn 1.2.3 Ly hợp điện từ: Đây loại ly hợp mà momen hình thành ly hợp nhờ momen điện từ Ly hợp điện từ truyền động êm dịu Tuy vậy, kết cấu cồng kềnh trọng lượng đơn vị công suất truyền lớn nên dùng ô tô mà thường sử dụng cho tàu hỏa máy công trình cỡ lớn 1.3 Hệ thống điều khiển ly hợp: Đối với ly hợp thường đóng (ly hợp 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 điều khiển khí, điều khiển thủy lực Điều khiển ly hợp có trợ lực áp dụng rộng rãi nhằm giảm lực điều khiển cho lái xe, xe tải xe khách có tải trọng lớn 1.3.1 Điều khiển khí (Hình 1.4): Điều khiển khí dùng loại đòn thanh, kết hợp với dây kéo - Ưu điểm: Loại có kết cấu đơn giản, chắn có độ tin cậy cao - Nhược điểm: Sau thời gian làm việc, khâu, khớp dễ xuất khe hở mòn (nhất loại đòn), dẫn đến làm tăng hành trình tự ly hợp Ngày sử dụng loại điều khiển thủy lực Hình 1.4: Sơ đồ dẫn động ly hợp điều khiển khí Ghi chú: Trang Thiết kế ly hợp ô tô 1- Trục ly hợp 2- Ống dẫn hướng 5- Ổ bi tỳ 6- Càng mở 9- Thanh kéo 10- Bàn đạp ly hợp Nguyên lý hoạt động: 3- Lò xo hồi vị 7- Thanh đẩy 4- Bạc trượt 8- Đòn trung gian Lực bàn đạp tác dụng lên bàn đạp (10), kéo kéo (9) lên Thông qua đòn trung gian (8), đẩy (7) dịch sang phải, tác dụng lực lên mở (6) Càng mở (6) đẩy bạc trượt (4) sang trái, mang theo ổ bi tỳ (5) Ổ bi tỳ tỳ lên vòng đỉnh lò xo ép đĩa côn (hoặc đòn mở loại ly hợp lò xo trụ), mở ly hợp Khi tác dụng lực lên bàn đạp, lò xo hồi vị lò xo côn ép lên ổ bi tỳ, bạc trượt trở vị trí ban đầu, ly hợp đóng 1.3.2 Điều khiển thủy lực (Hình 1.5): Điều khiển thủy lực có kết cấu phức tạp điều khiển khí, yêu cầu chế tạo chi tiết dẫn động thủy lực xylanh chính, xylanh công tác cao Tuy vậy, dẫn động ly hợp điều khiển thủy lực có nhiều ưu điểm hẳn điều khiển khí, nên sử dụng phổ biến hầu hết loại ô tô Các ưu điểm là: - Thuận lợi điều khiển phối hợp để gài số bán tự động - Khắc phục tượng mòn rơ khâu khớp khí - Thuận lợi bố trí dẫn động, đặc biệt cụm ly hợp cách xa vị trí lái xe - Điều khiển thủy lực truyền động êm dịu có tính khuếch đại cao Trang Thiết kế ly hợp ô tô Hình 1.5: Sơ đồ dẫn động ly hợp điều khiển thủy lực Ghi chú:1- Xylanh công tác 2- Đường dẫn dầu 3- Xylanh 4- Thùng dầu Nguyên lý làm việc: Khi tác dụng lực lên bàn đạp ly hợp, dầu thủy lực xylanh (3) bị ép nên theo đường dầu (2) vào xylanh công tác (1) Tại đây, dầu bị ép đâye piston xylanh công tác sang phải, tác dụng lực lên mở Thông qua mở, bạc trượt ổ bi tỳ, tác dụng lực lên lò xo ép, mở ly hợp Khi tác dụng lực lên bàn đạp, lư hợp đóng Thùng dầu (4) có nhiệm vụ đảm bảo dầu điền đầy hai xylanh đường ống, đảm bảo ly hợp làm việc tin cậy 1.3.3 Điều khiển ly hợp có trợ lực: Điều khiển ly hợp có trợ lực, cho phép giảm nhẹ lực điều khiển lái xe trình mở ly hợp Do đó, sử dụng phổ biến hầu hết loại ô tô, đặc biệt ô tô tải khách tải trọng trung bình lớn 1.3.3.1 Trợ lực lò xo (Hình 1.6): Trang Thiết kế ly hợp ô tô Điều khiển ly hợp có trợ lực lò xo trợ lực chân khả trợ lực không lớn nên hạn chế sử dụng số loại xe du lịch xe tải nhẹ Hình 1.6: Sơ đồ trợ lực lò xo Nguyên lý làm việc: Khi không mở ly hợp, lò xo có tác dụng lò xo hồi vị để kéo bàn đạp vị trí ban đầu Khi mở ly hợp, vị trí bàn đạp quay quanh tâm cố định, làm cho đầu di động lò xo di chuyển theo vậy, phương lực kéo lò xo chuyển dần phía bên tâm quay bàn đạp Tại vị trí lúc mở ly hợp hoàn toàn, lực lò xo có tác dụng hỗ trợ cho lực bàn đạp người lái, cho phép giảm lực tác dụng người lái trình mở ly hợp 1.3.3.2 Điều khiển ly hợp kiểu trợ lực khí nén: a) Dẫn động khí trợ lực khí nén (Hình 1.7): Điều khiển ly hợp kiểu trợ lực khí nén có hiệu trợ lực cao mà kết cấu bố trí gọn nên sử dụng phổ biến xe tải khách có tải trung bình lớn Hình 1.7: Sơ đồ dẫn động ly hợp kiểu khí có trợ lực khí nén Trang 10 Thiết kế ly hợp ô tô Trong đó: Pω : Lực cản không khí [N] Do tính toán tay số 1, nên tốc độ xe bé, đó, lực cản không khí bỏ qua it : Tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực: it = io ih1 ip ψ : Hệ số cản tổng cộng đường Tính cho điều kiện làm việc bình thường xe đường không dốc, đường nhựa tốt, theo [2], chọn : ψ = 0,015 … 0,018 Chọn: ψ = 0,016 =>M a = 16039,35.0, 016 0,366 = 4, 089[ N m] 4, 6.5,37.0,93 c) Xác định thông số lại: Việc tính toán công trượt L theo công thức (*) kết việc phân tích trình trượt ly hợp thành giai đoạn, sau đó, sử dụng giả thiết giáo sư N A Bukharin cho trình đóng ly hợp êm dịu để đơn giản hóa việc tính L Theo đó, thời gian trượt t1 giai đoạn I xác định theo [1] sau: t1 = Ma K Trong đó: Giai đoạn I: giai đoạn tính từ lúc bề mặt ma sát chạm vào lúc tốc độ góc trục ly hợp bắt đầu tăng, tức momen ma sát ly hợp nhỏ momen cản quy dẫn Ma K : Hệ số tỷ lệ, đặc trưng cho cường độ tăng momen ly hợp Theo [1], xe du lịch chọn: K= 50 … 150 t1 = Chọn K = 100 => M a 4,089 = = 0, 041[ s] K 100 Giai đoạn II: giai đoạn kể từ tốc độ góc trục ly hợp bắt đầu tăng tốc độ góc trục khuỷu động trượt kết thúc Giai đoạn đặc trưng thời gian t2 Theo [1], t2 xác định theo công thức: Trang 24 Thiết kế ly hợp ô tô t2 = 2.J a (ωe − ωa ) K Trong đó: ωa tính cho trường hợp đóng ly hợp xe đứng yên, lúc này, công trượt lớn nhất, đó: ωa = ωe lấy tốc độ động ứng với momen cực đại: ωe = ωM => ωe = => t2 = 2π nM = 140π [rad / s ] 60 2.0,377 ( 140π − ) = 1, 487[ s] 100 Vậy, công trượt tính theo (*) là: t  L = M a (ωe − ωa )  + t2 ÷+ J a (ωe − ωa )2 2   0, 041  => L = 4, 089.140π  + 1, 487 ÷+ 0,377.(140π )2 = 38272, 04[ J ]   3.1.3.2 Công trượt riêng ly hợp lr : Công trượt riêng ly hợp tiêu quan trọng để đánh giá tuổi thọ ly hợp theo điều kiện trượt: tính công trượt đơn vị diện tích làm việc bề mặt ma sát lr = L Z ms π ( R2 − R12 ) => lr = 38272, 04 = 928916, 08[ J / m ] = 928,92  kJ / m  2 2.π ( 0,1134 − 0,0794 ) Vậy, so với giá trị cho phép công trượt riêng xe du lịch ( lr ≤ 1000  kJ / m2  ) ly hợp thiết kế đạt yêu cầu tuổi thọ cho ly hợp 3.1.4 Nhiệt sinh trượt ly hợp: Trang 25 Thiết kế ly hợp ô tô Ngoài việc kiểm tra công trượt riêng ly hợp, cần kiểm tra nhiệt độ nung nóng chi tiết ly hợp trình trượt ly hợp, để đảm bảo làm việc bình thường ly hợp, không ảnh hưởng nhiều đến hệ số ma sát, không gây cháy ma sát hay ảnh hưởng đến độ đàn hồi lò xo… Theo [1], ta có nhiệt lượng mà đĩa ép bánh đà nhận là: ν.L=m.c ΔT Trong đó: ν : Hệ số xác định phần công trượt để nung nóng bánh đà đĩa ép Với ly hợp đĩa bị động, chọn theo [1]: ν = 0,5 c: Nhiệt dung riêng chi tiết bị nung nóng Với vật liệu thép gang thì: c = 481,5 [J/(kg.K)] m : Khối lượng chi tiết bị nung nóng [kg] ΔT : Độ tăng nhiệt độ chi tiết bị nung nóng [K] ( ÷ 10) K Theo [1], độ tăng nhiệt độ xe khởi hành không Chọn: ∆T = 10 K => Khối lượng tối thiểu đĩa ép là: ∆T = Vậy: ν L ≤ 10 m.c => m ≥ ν L 0,5.38272, 04 = = 3,97[kg ] 10.c 10.481,5 m ≥ 3,97[kg ] 3.1.5 Bề dày tối thiểu đĩa ép (theo chế độ nhiệt): Theo [3], ta có bề dày tối thiểu đĩa ép δ[m] xác định theo khối lượng m tính chế độ nhiệt Ta có: δ≥ m π ( R2 − R12 ) ρ Trong đó: ρ : khối lượng riêng đĩa ép Với đĩa ép làm gang, thì: ρ=7800 [kg/m 3] Trang 26 Thiết kế ly hợp ô tô => δ ≥ 3,97 = 0, 0247[m] π ( 0,1134 − 0, 0794 ) 7800 Hay: δ ≥ 24,7[mm] 3.1.6 Xác định thông số cấu ép: Cơ cấu ép dùng để tạo lực ép cho đĩa ép ly hợp thường đóng Với xe du lịch cho, lựa chọn lò xo ép kiểu nón cụt Lò xo ly hợp chế tạo thép Silic 60C thép Mangan 65C, theo [3], lò xo có ứng suất cho phép: [ τ ] = 650 ÷ 850  MN / m2  Và [ σ ] = 1000  MN / m2  Lò xo tính toán nhằm xác định thông số hình học nhằm thỏa mãn lực ép F cần thiết ly hợp Ngoài ra, kích thước lò xo đĩa nón cụt phải đảm bảo điều kiện bền với chức làm đòn mở 3.1.6.1 Lực ép cần thiết lò xo đĩa nón cụt: Theo [3], lực ép cần thiết lò xo đĩa nón cụt xác định theo công thức: Flx = ko F Trong đó: F : lực ép cần thiết ly hợp Theo tính toán đầu chương : F = 4532,1 [N] ko : Hệ số tính đến giãn nới lỏng lò xo Theo [1], chọn: ko = 1,05 … 1,08 Chọn: ko = 1,05 (vì giản nở nới lỏng lò xo đĩa côn ít) => Flx = 1,05 4532,1 = 4758,7 [N] 3.1.6.2 Kích thước lò xo đĩa nón cụt: Sơ đồ tính toán lò xo đĩa nón cụt xẻ rãnh thể Hình 3.2 Trang 27 Thiết kế ly hợp ô tô Hình 3.2: Sơ đồ tính toán lò xo đĩa nón cụt Theo [1], ta có công thức xác định lực ép lò xo đĩa nón cụt tạo để ép lên đĩa ép, tạo momen ma sát theo thông số lò xo sau: 1 ln  ÷ π E δ λ  k1  δ +  h − λ − k1   h − λ − k1   Flx =   ÷ ÷ ( − µ p ) De ( − k2 )  − k2   − k2    Trong đó: De : Đường kính lớn lò xo đĩa nón cụt, ứng với vị trí tỳ lên đĩa ép [m] Theo [3], đường kính De nằm khoảng: De = (0,94 … 0,97) 2R2 Chọn: De = 0,95 2R2 = 0,95 0,1134 = 0,2154 [m] Da : Đường kính qua mép xẻ rãnh [m] Theo [3], ta có tỷ số: De = 1, ÷ 1,5 Da => Da = Chọn sơ bộ: De = 1, Da De 0, 2154 = = 0,1561 1, 1, [m] δ : Chiều dày đĩa lò xo [m] Trang 28 Thiết kế ly hợp ô tô Theo [3], thì: De ∈ [ 70 ÷ 100 ] δ δ= Chọn sơ bộ: De 0, 2154 = = 0, 0024[ m] 90 90 h : Hình chiếu phần không xẻ rãnh lên trục đĩa nón cụt Theo [3]: h = 1,5 ÷ δ h = 1,8 δ Chọn sơ bộ: => h = 1,8.δ = 1,8.0,0024 = 0, 0043[m] λ : Độ dịch chuyển lò xo [m] E : Mô đun đàn hồi vật liệu E=2,1.1011 [N/m2] μp : Hệ số poát-xông, thép lò xo, theo [1] ta có: μp = 0,26 k1 , k2 : Các tỷ số kích thước đĩa nón cụt Cụ thể: k1 = Da = = 0, 7143 De 1, k2 = Và De + Da 0, 2154 + 0,1561 = = 0,8622 De 2.0, 2154 Để thuận lợi cho tính toán, ta đặt: A= πE = 7, 076.1011 ( 1− µp ) ; 1 ln  ÷ k δ B =  2 = 0,914 De ( − k2 ) C= ; ( − k1 ) ( − k2 ) =2 ; Khi đó, biểu thức xác định Flx trở thành:  C   Flx = A.B.λ δ + ( h − C λ )  h − λ ÷    Sử dụng công cụ Solver Excel, ta tính xác thông số D a , δ h, cho lò xo nón cụt ép phẳng vào ly hợp h  λ = ÷ 2  lực ép lò xo Flx đạt lực ép yêu cầu tính toán mục 3.1.6.1 là: Flx = ko F = 4758,7 [N] Các thông số kích thước sau tính toán là: Trang 29 Thiết kế ly hợp ô tô Da = 0,1554 [m] ; δ = 0,0024 [m] ; h = 0,0043 [m] Sử dụng excel, ta lập Bảng đường đặc tính phi tuyến lò xo nón cụt Hình 3.3 sau: Bảng 3: Flx=f(λ) λ [m] 0.00025 0.00050 0.00075 0.00100 0.00125 0.00150 0.00175 0.00200 0.00215 0.00225 0.00250 0.00275 0.00300 0.00325 0.00350 0.00375 0.00400 0.00425 0.00450 Flx [N] 2164.6 3724.7 4762.5 5359.7 5598.6 5561.1 5329.3 4985.0 4758.7 4610.5 4287.6 4098.5 4125.1 4449.4 5153.5 6319.3 8029.0 10364.4 13407.8 Hình 3.3: Đặc tính phi tuyến lò xo đĩa nón cụt 3.1.6.3 Kích thước đòn mở lò xo ép đĩa nón cụt xẻ rãnh: Kích thước đặc trưng cho đòn mở lò xo đĩa nón cụt D i thông số xác định theo yêu cầu đặc tính làm việc nêu phải thỏa mãn điều kiện bền mở ly hợp Theo [3], ta có: Trang 30 Thiết kế ly hợp ô tô σ= 2.Fm Da 0,5.E 0,5 ( D − Da ) α + δ α + δ ( Di + Da ) − µ p Da Trong đó: D= De − Da 0, 2154 − 0,1554 = = 0,1838[m]  De   0, 2154  ln  ln  ÷ ÷ D  0,1554   a  2h  2.0, 0043   α = arctan  ÷ = arctan  ÷ = 0,1424[ rad ] D − D 0, 2154 − 0,1554   a   e => α ≈ 8,160 Di : Đường kính đỉnh đĩa nón cụt [m] Theo [1], ta có: De ≥ 1,5 Di Chọn: De = 2, 75 Di => Di = De 0, 2154 = = 0, 0783[m] 2, 75 2, 75 Fm : Lực tác dụng lên đỉnh nón mở ly hợp [N], theo [1], F m xác định theo công thức: De − Dc   Fm = Flx D − D c i   D = De + Da  c => Dc = 0, 2154 + 0,1554 = 0,1854[m] =>Fm = 4758, 0, 2154 − 0,1854 = 1333,3[ N ] 0,1854 − 0, 0783 Do đó, ứng suất pháp: 2.1333,3.0,1554 0,5.2,1.1011 0,5 ( 0,1838 − 0,1554 ) 0,1424 + 0, 0024.0,1424 σ= + 0, 00242 ( 0, 0783 + 0,1554 ) − 0, 262 0,1554 => σ = 764, 2.106 [N / m ] σ = 764, 2[ MN / m ] Hay Trang 31 Thiết kế ly hợp ô tô So sánh với ứng suất cho phép vật liệu làm lò xo [ σ ] = 1000  MN / m2  , ta thấy, với kích thước chọn, lò xo đĩa nón cụt hoàn toàn thỏa mãn điều kiện bền 3.2 Tính toán điều khiển ly hợp: Đối với ly hợp thường đóng, 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 Như tính chọn chương 2, với đề đồ án này, ta sử dụng ly hợp ma sát lò xo ép đĩa côn, dẫn động thủy lực * Xác định thông số điều khiển ly hợp trợ lực: Để mở ly hợp, lái xe phải tác dụng lực vào bàn đạp ly hợp, thông qua hệ thống điều khiển, lực khuếch đại truyền đến đĩa ép, lực ngược 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 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 3.2.1 Xác định hành trình bàn đạp Sbd [mm]: Khi mở ly hợp, đĩa ép tách khỏi đĩa bị động với khe hở tối thiểu đôi bề mặt ma sát δm nhằm đảm bảo đĩa bị động ly hợp tách hoàn toàn khỏi đĩa ép bánh đà động Thực tế, trước 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, khảng gọi hành trình tự bàn đạp Quan hệ khe hở với độ dịch chuyển bàn đạp S bd ly hợp mở xác định theo tỷ số truyền hệ thống điều khiển sau: a c e a Sbd = ( δ m Z ms + δ dh ) idk + δ o + ( δ o1 + δ o ) b d f b Trang 32 Thiết kế ly hợp ô tô δm : Khe hở đôi bề mặt ma sát mở ly hợp [mm] Zms : Số đôi bề mặt ma sát δdh : Độ dịch chuyển đĩa ép tính đến độ đàn hồi đĩa bị động [mm] δo : Khe hở tự cần thiết đầu đòn mở bạc mở [mm] δo1: Khe hở tự cần thiết bàn đạp hệ thống dẫn động [mm] a b c d : Tỷ số truyền bàn đạp, ký hiệu ibd : Tỷ số truyền dẫn động trung gian, ký hiệu itg e f : Tỷ số truyền mở, ký hiệu icm idk : Tỷ số truyền chung toàn hệ thống điều khiển Các kích thước a, b, c, d, e, f thể Hình 3.4 Hình 3.4: Quan hệ tỷ số truyền dẫn động ly hợp Trang 33 Thiết kế ly hợp ô tô Tỷ số truyền chung hệ thống điều khiển i dk tích tỷ số truyền thành phần tham gia hệ thống điều khiển: a c e g idk = b d f h Trong đó: g h : Tỷ số truyền đòn mở, ký hiệu idm => idk = ibd itg icm idm * Đối với dẫn động thủy lực, tỷ số truyền dẫn động trung gian xác định sau: itg = l xlc d 2 = lxlct d12 Trong đó: lxlc , d1 : tương ứng hành trình đường kính xylanh lxlct , d2 : tương ứng hành trình đường kính xylanh công tác Khi tính toán, chọn khe hở tự tỷ số truyền thành phần theo kinh nghiệm sau: + Khe hở δo , với xe du lịch, δo = … [mm], giá trị lớn chọn cho xe làm việc điều kiện nặng nhọc, điều kiện nặng nhọc đĩa ma sát phải làm việc nhiều, chịu tải trọng lớn nên nhanh mòn, dẫn đến khe hở δ o nhanh chóng bị thu hẹp trình làm việc, phải chọn lớn để đảm bảo giãn nở chi tiết hệ thống Với đề đồ án này, xe du lịch tải trọng nhỏ, điều kiện làm việc nặng nhọc, nên chọn δo nhỏ Chọn: δo = [mm] + Khe hở δo1 = 0,5 … [mm] Chọn δo1 = 0,75 [mm] + Khe hở δo2 tương ứng với khe hở lỗ bù dầu xylanh chính: δ o2 = 1,5 … [mm] Vì xe du lịch tải trọng nhẹ, ta chọn δo2 nhỏ: δo2 = 1,5 [mm] +Tỷ số truyền thành phần: Trang 34 Thiết kế ly hợp ô tô - Tỷ số truyền trung gian: itg = 0,9 … 1,1 Chọn itg = 1,1 - Tỷ số truyền mở: icm = 1,4 … 2,2 Chọn icm = (Vì chọn khe hở tự nhỏ nên cho phép chọn tỷ số truyền lớn để đảm bảo lực bàn đạp nhẹ) - Tỷ số truyền đòn mở, với loại lò xo đĩa côn, idm tính toán sau: idm = Dc − Di De − Dc Trong đó: Dc = De + Da 0, 2154 + 0,1554 = = 0,1854 2 => idm = [m] 0,1854 − 0,0783 = 3,57 0, 2154 − 0,1854 + Với ly hợp đĩa: Zms = 2; δm = 0,75 … [mm] Vì xe du lịch nên chọn δm nhỏ để hạn chế hành trình bàn đạp Chọn : δ m = 0,75 [mm] + Độ dịch chuyển thêm cần thiết đĩa ép độ đàn hồi đĩa bị động, theo [1], ta chọn: δdh = [mm] + Với xe du lịch, xe tải xe khách cỡ nhỏ, hành trình bàn đạp nằm khoảng: [Sbd] = 150 … 180 [mm], ta chọn: Sbd = 150 [mm] Từ công thức tính hành trình bàn đạp, ta xác định tỷ số truyền bàn đạp ly hợp: ibd = Sbd ( δ m Z ms + δ dh ) itg icm idm + δ o itg icm + ( δ o1 + δ o ) => ibd = 150 = 5, 71 ( 0, 75.2 + 1) 1,1.2.3,57 + 2.1,1.2 + ( 0, 75 + 1,5 ) Do đó, ta có tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực: idk = ibd itg icm idm = 5, 71.1,1.2.3,57 = 44,82 3.2.2 Xác định lực tác dụng lên bàn đạp Fbd [N]: Trang 35 Thiết kế ly hợp ô tô Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp F bd [N] để mở ly hợp xác định theo công thức: Fbd ≥ Fm ( max) idk *.η dk Trong đó: Fm(max) : Lực nén lớn lò xo ép mở ly hợp [N] idk* : Tỷ số truyền hệ thống tuyền lực, tính từ bàn đạp ly hợp đến điểm đặt lực mở ηdk : Hiệu suất hệ thống điều khiển, chọn theo [1] : ηdk = 0,85 … 0,9 + Chọn: ηdk = 0,9 hiệu suất truyền lực dẫn động thủy lực cao khí + idk* = ibd itg icm = 5,71 1,1 = 12,56 + Lực Fm(max) lò xo đĩa côn xác định lực F m , lò xo đĩa côn có đặc tính phi tuyến, lực mở ly hợp F m(max) thường không đổi tăng lên không đáng kể => Fm ( max) = Fm = 1333,3[ N ] Do đó, ta có lực bàn đạp: Fbd ≥ 1333,3 = 117,98[ N ] 12,56.0,9 Ta có lực bàn đạp cho phép: [Fbd] = 150 [N] => Fbd < [Fbd] Vậy, không cần dùng trợ lực cho hệ thống dẫn động ly hợp Trang 36 Thiết kế ly hợp ô tô Trang 37 Thiết kế ly hợp ô tô DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] LÊ VĂN TỤY (2007), Kết cấu tính toán ô tô (Phần truyền lực ô tô), Giáo trình nội khoa Cơ khí Giao thông – Trường Đại học Bách khoa, Đà Nẵng [2] NGUYỄN HỮU CẦN, DƯ QUỐC THỊNH (1996), Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3] LÊ VĂN TỤY (….), Hướng dẫn đồ án ô tô, Giáo trình nội khoa Cơ khí Giao thông – Trường Đại học Bách khoa, Đà Nẵng [4] NGUYỄN HOÀNG VIỆT (2015), Kết cấu tính toán thiết kế ô tô (Phần hệ thống truyền lực), Giáo trình nội khoa Cơ khí Giao thông – Trường Đại học Bách khoa, Đà Nẵng Trang 38