Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở Thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở
Tổng quan về ly hợp
Công dụng, yêu cầu
Ly hợp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống truyền lực của ôtô, là bộ phận kết nối giữa động cơ và hệ thống truyền lực Thường được đặt ngay sau động cơ và trước hộp số, ly hợp giúp điều chỉnh và truyền lực từ động cơ đến hộp số một cách hiệu quả.
- Nối động cơ với hệ thống truyền lực;
- Ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong trường hợp ô tô bắt đầu khởi động hoặc chuyển số;
Đảm bảo an toàn cho các chi tiết trong hệ thống truyền lực là rất quan trọng, đặc biệt khi gặp tình huống quá tải, chẳng hạn như khi phanh đột ngột mà không nhả ly hợp.
Ly hợp là một trong những cụm chính của hệ thống truyền lực trên ôtô, khi làm việc ly hợp phải đảm bảo được các yêu cầu sau :
Ly hợp cần phải truyền tải toàn bộ mô men quay của động cơ trong mọi điều kiện làm việc, nghĩa là mô men ma sát của ly hợp luôn phải lớn hơn mô men cực đại của động cơ Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn cho hệ thống truyền lực, mô men ma sát của ly hợp không được vượt quá mức cho phép.
Việc mở ly hợp cần thực hiện một cách dứt khoát và nhanh chóng, đảm bảo rằng phần bị động tách hoàn toàn khỏi phần chủ động trong thời gian ngắn nhất Nếu không, điều này sẽ gây khó khăn trong quá trình gài số.
Khi đóng ly hợp, cần thực hiện một cách êm dịu để mô men ma sát tăng dần, nhằm tránh hiện tượng va đập và bảo vệ các bánh răng trong hộp số cũng như các cơ cấu truyền động khác trong hệ thống truyền lực.
Mô men quán tính của các chi tiết trong phần bị động của ly hợp cần được tối ưu hóa ở mức thấp nhất để giảm thiểu lực va đập lên bánh răng gài số, đặc biệt trong trường hợp không có bộ đồng tốc Việc này không chỉ giúp giảm nhẹ điều kiện làm việc của bộ đồng tốc mà còn tăng tốc độ gài số một cách hiệu quả.
- Mô men ma sát ít thay đổi khi ly hợp ở trạng thái đóng, hay ít phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài môi trường như nhiệt độ, độ ẩm
- Điều khiển dễ dàng, lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ tránh gây mệt mỏi cho người lái xe;
- Các bề mặt ma sát phải thoát nhiệt tốt;
- Giá thành của bộ ly hợp rẻ, tuổi thọ cao, kết cấu đơn giản kích thước nhỏ gọn, dễ tháo lắp và sửa chữa bảo dưỡng.
Tất cả những yêu cầu trên, đều được đề cập đến trong phần tiếp theo.
1.3 Các biện pháp kết cấu để đóng ly hợp êm dịu a Kết cấu xương đĩa ma sát
1 Đĩa ma sát; 2 Tấm ép bên; 3 vòng chặn; 4 Xương vành ngoài; 5 Tấm đệm; 6 Đệm mát; 7 Chốt hãm; 8 Rãnh hãm vòng định vị; 10 Vòng định vị; 11 Xương moay ơ; 12.
Lò xo giảm chấn; 13 Đĩa đàn hồi.
Xương đĩa là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền động của hộp số, bao gồm hai phần: phần bị động là then hoa gắn với trục sơ cấp, và phần chủ động là các tấm bên có khả năng xoay để truyền mô men qua các tấm ma sát nhờ áp lực từ lò xo đĩa Các tấm bên được thiết kế với các tấm chữ 'T' để cân bằng nhiệt và hoạt động như lò xo, giúp mô men truyền tăng dần Ngoài ra, các tấm này có thể được chia thành nhiều phần để tối ưu hóa khả năng dẫn nhiệt và tự làm sạch.
Khi xe hoạt động, động cơ thường gặp tình trạng chuyển động không ổn định, dẫn đến dao động góc của trục khuỷu Trong vùng cộng hưởng, bánh đà có thể tạo ra mô men xung lớn, gây ra va đập cho các cặp bánh răng trong hộp số, dẫn đến quá tải và tiếng ồn Để giảm thiểu mô men xung do dao động góc của trục khuỷu trong quá trình đóng ly hợp, các lò xo giảm chấn đã được thiết kế trong đĩa ma sát.
Vật liệu chế tạo đĩa bị động có các yêu cầu sau:
- Hệ số ma sát cao trong điều kiện làm việc;
- Có thuộc tính làm việc ổn định trong chu kỳ làm việc;
- Có khả năng tản nhiệt nhanh;
- Có khả năng chịu nén cao;
- Có khả năng tự làm sạch do lực quán tính ly tâm khi sang số;
- Có khả năng chịu lực cắt dưới tác động của mô men xoắn động cơ;
- Có tuổi thọ cao mà trong quá trình làm việc các thuộc tính ma sát không xấu đi;
- Có khả năng tương thích với bề mặt của bánh đà và đĩa ép;
Ly hợp được thiết kế với khả năng tiếp xúc tốt ngay cả khi bề mặt bị bẩn, đảm bảo không ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc Đĩa ma sát được chế tạo bằng a-mi-ăng (asbestos) giúp tăng cường độ bền và hiệu quả trong quá trình vận hành.
Tấm ma sát chủ yếu được làm từ sợi a-mi-ăng với các phương pháp đan khác nhau Để tăng cường khả năng chịu lực và chịu nhiệt, a-mi-ăng được bao bọc bởi bột kẽm hoặc hợp kim đồng kẽm Lưới a-mi-ăng có thể được sản xuất thông qua hai phương pháp khác nhau.
Các sợi a-mi-ăng được xếp chồng lên nhau trong các đĩa có đường kính cụ thể, sau đó các đĩa này được sắp xếp theo độ dày mong muốn và được nhúng vào chất kết dính để liên kết các sợi a-mi-ăng lại với nhau.
Các sợi a-mi-ăng được sắp xếp trong khuôn hình đĩa theo không gian ba chiều với độ dày nhất định, sau đó được nhúng vào chất đính kết và ép chặt lại Khi đã cứng, sản phẩm sẽ được tiện lại để đạt kích thước chuẩn cho ly hợp.
Khi nhiệt độ dưới 260 C hệ số ma sát có thể đạt từ 0,32 đến 0,38 Cần lưu ý 0 rằng, sợi a-mi-ăng vào phổi có hại cho sức khoẻ.
Vật liệu thay thế asbestos
Hãng DuPont đã phát triển Kevlar, một loại vật liệu thay thế cho asbestos, được chế tạo từ poliamit thảo mộc thuộc dòng polymer nilon, với các thuộc tính vượt trội.
- Các thuộc tính đều cao hơn trong miền nhiệt độ và áp suất thông thường;
- Cùng trọng lượng, Kevlar có ứng suất lớn hơn 5 lần so với thép;
- Ổn định tính chất ma sát ở vùng nhiệt độ cao 450 0 C.
Kevlar có hai dạng chính: dạng sợi với đường kính 0,12 mm, có chiều dài gần như vô tận và được cắt thành các đoạn từ 6 đến 100 mm, và dạng bột với cấu trúc vô định Cả hai dạng này đều khó bị hít vào do hình dạng và kích thước của chúng.
Vật liệu ma sát kim loại bột ép, như đĩa ma sát, có thể được sản xuất từ bột sắt hoặc đồng, và cũng có thể kết hợp với các phi kim loại Hai loại vật liệu này mang lại hệ số ma sát cao hơn trong điều kiện nhiệt độ lớn và có tuổi thọ cao Tuy nhiên, nhược điểm của chúng là khối lượng lớn và giá thành cao.
Vật liệu ma sát gốm sứ
Hình 1.2 Đĩa bị động với mặt ma sát bằng gốm
1 Tấm gốm; 2 Tấm bên; 3 Chốt hãm; 4 Đĩa bị động; 11 Moay ơ; 12 Lò xo giảm chấn.
Thành phần của loại vật liệu này là đồng và gốm sứ.
Tổng quan về các loại ly hợp hiện có
Ly hợp ma sát khô là loại ly hợp dùng bề mặt ma sát giữa đĩa ép và đĩa bị động tiếp xúc với nhau để truyền mô men.
- Theo hình dạng của bộ phận ma sát, có thể chia ra:
Ly hợp ma sát được chia thành ba loại chính: ly hợp ma sát đĩa (phẳng), ly hợp ma sát đĩa côn (đĩa bị động hình côn) và ly hợp ma sát hình trống (kiểu tang trống với guốc ma sát ép vào tang trống) Tuy nhiên, kiểu đĩa côn và hình trống hiện nay không còn được sử dụng do mô men quán tính lớn của phần bị động, gây ảnh hưởng tiêu cực đến việc gài số Mặc dù vậy, thuật ngữ "ly hợp côn" vẫn được sử dụng phổ biến vì tính ngắn gọn và lịch sử sử dụng rộng rãi của nó Hiện nay, ly hợp ma sát đĩa là loại phổ biến nhất và có thể có cấu tạo một đĩa tùy theo thiết kế.
Ly hợp ma sát hai đĩa, hoặc nhiều đĩa, là lựa chọn phổ biến cho hầu hết các loại ô tô và máy kéo nhờ vào thiết kế đơn giản và gọn nhẹ Kiểu ly hợp này cho phép mở ly hợp dễ dàng và dứt khoát, đồng thời giảm thiểu mô men quán tính của phần bị động.
Ly hợp ma sát hai đĩa thường được sử dụng trên xe tải lớn do yêu cầu truyền mô men quay lớn Mặc dù kiểu ly hợp này có cấu trúc phức tạp và khó khăn trong việc tách biệt các đĩa bị động khỏi phần chủ động, nhưng việc đóng ly hợp lại diễn ra êm dịu hơn so với loại một đĩa nhờ vào sự tiếp xúc từ từ của các bề mặt ma sát.
- Theo đặc điểm kết cấu của lò xo ép, có thể chia ly hợp ma sát ra:
Ly hợp ma sát kiểu nhiều lò xo ép hình trụ có cấu trúc đơn giản, gọn nhẹ và độ tin cậy cao, cho phép hoạt động ngay cả khi một lò xo bị gãy Tuy nhiên, nhược điểm của loại này là áp lực trên các bề mặt ma sát có thể không đều Loại ly hợp này thường được sử dụng trên xe tải máy kéo và một số loại xe con.
Ly hợp ma sát kiểu lò xo ép trung tâm chỉ sử dụng một lò xo hình côn hoặc một đến hai lò xo trụ ở giữa, giúp tạo ra áp lực đồng đều trên các bề mặt ma sát Tuy nhiên, thiết kế này có độ tin cậy thấp vì nếu lò xo bị gãy, ly hợp sẽ không còn hoạt động Ngoài ra, kết cấu đòn mở phức tạp và việc điều chỉnh cũng gặp nhiều khó khăn, dẫn đến việc ít được sử dụng.
Ly hợp ma sát kiểu lò xo ép đĩa côn có thiết kế lò xo kiểu đĩa côn duy nhất ở giữa, giúp áp lực phân bố đều lên bề mặt ma sát Loại ly hợp này mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm cấu trúc gọn nhẹ nhờ lò xo đảm nhiệm cả nhiệm vụ đòn mở Đặc tính phi tuyến của lò xo giúp lực mở ly hợp không tăng thêm, mang lại cảm giác điều khiển nhẹ nhàng hơn so với lò xo hình trụ Tuy nhiên, nhược điểm chính là không thể điều chỉnh khe hở giữa đòn mở và bạc mở khi tấm ma sát bị mòn, do đó ly hợp này chỉ thích hợp cho xe tải nhỏ và xe khách cỡ nhỏ với đặc tính động lực tốt, phù hợp sử dụng trên những con 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 sử dụng lò xo ép để duy trì trạng thái đóng trong suốt quá trình hoạt động Nó chỉ được mở khi có lực tác động từ bàn đạp ly hợp thông qua hệ thống dẫn động.
Ly hợp không thường đóng là loại ly hợp không sử dụng lò xo ép, mà thay vào đó, đĩa chủ động và đĩa bị động được ép vào nhau nhờ một hệ thống đòn đặc biệt Việc đóng hoặc mở ly hợp phụ thuộc vào hệ thống đòn này và được điều khiển bởi lực tác động từ người lái.
- Theo phương pháp điều khiển dẫn động ly hợp:
Ly hợp cơ khí là hệ thống dẫn động điều khiển từ bàn đạp đến cụm ly hợp thông qua các khâu khớp đòn nối Loại ly hợp này thường được sử dụng trên ô-tô con, đáp ứng yêu cầu về lực ép nhỏ.
+ Ly hợp dẫn động thủy lực: Là dẫn động thông qua các khâu khớp đòn nối và đường ống cùng với các cụm truyền chất lỏng;
Ly hợp dẫn động có trợ lực là hệ thống kết hợp giữa các phương pháp dẫn động cơ khí hoặc thủy lực với các bộ phận trợ lực cho bàn đạp, bao gồm cơ khí, thủy lực áp suất lớn, chân không và khí nén Hiện nay, ô-tô thường sử dụng trợ lực điều khiển ly hợp để tăng cường hiệu suất và sự tiện lợi trong quá trình vận hành.
2.2 Các kết cấu ly hợp hiện có
2.2.1 Ly hợp ma sát khô một đĩa lò xo đĩa
Hình 1.3 Ly hợp lò xo đĩa
1 Vỏ ly hợp; 2 đĩa ép; 3 Lò xo đĩa; 4 Chiều mở ly hợp; 5 Bi tỳ; 6 Chốt định vị; 7. Moay ơ ly hợp; 8 Ổ bi; 9 Trục khuỷu; 10 Lò xo giảm chấn; 11 Bánh đà; 12 Vành răng khởi động; 13 Đĩa ma sát.
Vỏ ly hợp được gắn chặt với bánh đà bằng bu lông và các chi tiết khác như đĩa ép và lò xo ép, cho phép truyền mô men từ vỏ lên đĩa ép và thực hiện chuyển động dọc trục khi đóng ngắt ly hợp Lực ép từ lò xo ép tạo ra sự kẹp chặt giữa đĩa bị động và bánh đà Đặc biệt, việc sử dụng lò xo đĩa hình côn với góc côn lớn (khoảng 176 độ) giúp tối ưu hóa cấu trúc, cho phép đóng mở ly hợp mà không cần đòn mở riêng Mặt đáy của đĩa ép hình côn tiếp xúc trực tiếp với đĩa ép, trong khi phần giữa được kết nối với vỏ, và mặt đỉnh sẽ được sử dụng để mở ly hợp khi bạc mở ép tác động lên nó.
Phần bị động Đĩa ma sát (13) gồm cả chi tiết xương đĩa bị động, các tấm ma sát, moay ơ, lò xo giảm chấn (10) và trục ly hợp.
Nhìn vào hình vẽ và dựa trên cấu tạo ta có thế khái quát nguyên lý làm việc của ly hợp như sau:
Trạng thái đóng của ly hợp xảy ra khi phần giữa của đĩa ép tì vào thân ly hợp, khiến mặt đáy của nó ép chặt đĩa bị động với bánh đà Điều này làm cho phần chủ động và phần bị động của ly hợp kết hợp thành một khối cứng, từ đó mô men được truyền từ động cơ tới trục ly hợp.
Khi người lái cần mở ly hợp, họ tác dụng lực vào cơ cấu dẫn động ly hợp, khiến bi tì dịch chuyển sang trái và ép vào lò xo đĩa Do đĩa ép được kết nối với vỏ ly hợp, mặt đáy của đĩa ép sẽ dịch chuyển sang phải, tách đĩa ép khỏi đĩa bị động Kết quả là đĩa bị động không còn tiếp xúc với các đĩa chủ động, làm ngắt kết nối giữa động cơ và hệ thống truyền lực.
Trong quá trình sử dụng ly hợp lò xo đĩa có những ưu điểm nổi bật:
- Kết cấu đơn giản, nhỏ gọn;
Lò xo đĩa có đặc tính làm việc ổn định, với lực ép thay đổi không đáng kể theo biến dạng trong vùng làm việc Điều này giúp giảm yêu cầu lực ngắt ly hợp và đảm bảo rằng khi đĩa ma sát bị mòn, lực ép vẫn duy trì ở mức ổn định.
Bên cạnh đó cũng có nhứng nhược điểm:
- Việc chế tạo khó khăn;
- Chỉ tạo được lực ép nhỏ nên không phù hợp với các loại xe tải trọng lớn, chủ yếu dùng trên xe con.
2.2.2 Ly hợp ma sát khô hai đĩa lò xo trụ
Hình 1.4 Ly hợp hai đĩa
Thiết kế ly hợp
Xác định kích thước cơ bản của ly hợp
Các kích thước và thông số cơ bản của ly hợp bao gồm đường kính ngoài D và đường kính trong d của các tấm ma sát, số lượng đĩa bị động z, hệ số dự trữ ly hợp i β, lực ép tổng của các lò xo F Σ, hệ số ma sát tính toán μ, số lượng z và độ cứng clx của các lò xo ép, cùng với áp suất lên bề mặt các tấm ma sát.
1.1 Xác định mô men ma sát mà ly hợp cần truyền
Mục đích thiết kế ly hợp tự điều chỉnh khe hở, ta có thế phác thảo sơ đồ tính toán như sau:
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý ly hợp
1 Bánh đà; 2 Đĩa bị động; 3 Đĩa ép; 4 Lò xo ép
Ly hợp cần được thiết kế để truyền tải hoàn toàn mô men của động cơ và đồng thời bảo vệ hệ thống truyền lực khỏi tình trạng quá tải Để đáp ứng hai yêu cầu này, mô men ma sát của ly hợp được xác định thông qua một công thức cụ thể.
Memax - Mômen xoắn cực đại của động cơ;
- Hệ số dự trữ của ly hợp.
Hệ số dự trữ ly hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo ly hợp truyền tải mô men của động cơ trong suốt thời gian hoạt động Theo thời gian, lực ép của lò xo giảm do mỏi và đĩa ma sát bị mòn, dẫn đến giảm mô men ma sát và khả năng truyền mô men của ly hợp Nếu hệ số quá lớn, kích thước ly hợp sẽ tăng, gây khó khăn cho chức năng an toàn và có thể dẫn đến quá tải cho hệ thống truyền lực Để có hệ số lớn, cần tăng kích thước và số lượng đĩa ma sát hoặc tăng lực ép của lò xo Lực ép lò xo giảm chủ yếu do mỏi, chiếm khoảng 8 10%, và do độ mòn của đĩa ma sát, chiếm khoảng 15 20% Như vậy, hệ số có thể giảm tới 23 30% trong quá trình sử dụng.
= 1,8 3,0 đối với các ô tô có tính việt dã cao;
= 2,0 3,0 đối với ô tô có kéo rơ mooc.
(Theo tài liệu [1] trang III-3)
→ Với đề bài là ô tô con 7 chỗ nên ta chọn = 1,5
Vậy mô men ma sát của ly hợp cần truyền :
Mc = Memax = 1,5.226 = 339 (Nm) a Xác định các thông số và kích thước cơ bản
Kích thước của ly hợp được xác định dựa trên khả năng truyền tải mô men cực đại của động cơ Điều này cho phép chúng ta xác định kích thước các đĩa ma sát và lựa chọn số lượng đĩa bị động z i phù hợp.
Tính sơ bộ đường kính ngoài của đĩa ma sát theo công thức kinh nghiệm :
(Theo tài liệu 1 trang III-4)
Me max - Mômen cực đại của động cơ, tính theo Nm;
D - Đường kính ngoài của đĩa ma sát, tính theo cm;
C - Hệ số kinh nghiệm được xác định thông qua quá trình nghiên cứu và phát triển của ngành công nghiệp ô tô Với C = 4,7 với xe du lịch 7 chỗ.
Bán kính trong của đĩa ma sát được tính theo bán kính ngoài : r = (0,53 0,75)R = (0,53 0,75) 130= (68,9 97,5) mm
Khi đĩa ma sát quay với vận tốc góc ω, vận tốc tiếp tuyến tại một điểm bất kỳ được tính bằng công thức V x = ω.R x Điều này dẫn đến việc mép ngoài của đĩa có vận tốc trượt lớn hơn so với mép trong, gây ra tình trạng mòn nhanh hơn ở mép ngoài Sự khác biệt về tốc độ mài mòn càng lớn khi bán kính chênh lệch nhiều Do đó, đối với động cơ có số vòng quay cao, ta nên chọn r ≈ 0,75R, trong khi với động cơ có số vòng quay thấp, r sẽ được điều chỉnh tương ứng.
Với động cơ xe tham khảo là động cơ xăng với tốc độ vòng quay tối đa lớn, lên đến 5800 vòng/phút Vậy ta chọn r ≈ 0,75R mm.
Với xe du lịch 7 chỗ, bán kính ma sát trung bình được tính theo công thức :
Khi đó lực ép tổng cộng được tính như sau được tính từ mô men ma sát của ly hợp, mô men này được tính như sau:
M : Mô men ma sát của ly hợp, M =M c ;
F : Lực ma sát tổng hợp theo phương tiếp tuyến;
R : Bán kính ma sát tương đương cánh tay đòn F
Bán kính ma sát phụ thuộc vào quy luật phân bố tải và hệ số ma sát q Theo tài liệu 1 trang III-4, Nếu coi ,q= const ta có:
R 2 −r 2 Đối với xe du lich 7 chỗ ta lấy R = R tb 0 mm
Như vậy ta có mô men ma sát của ly hợp được tính như sau: μ = c = z N μ μ
Trong hệ thống truyền động, z là số đôi bề mặt ma sát, trong khi k z là hệ số điều chỉnh giảm lực ép lên các bề mặt làm việc do ma sát trong bộ phận dẫn hướng và then hoa trên đĩa ma sát Đối với ly hợp xe con 7 chỗ, k z có thể lấy là 1; hệ số ma sát phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của tấm ma sát, và chúng ta thường sử dụng loại vật liệu phổ biến với giá trị phù hợp.
Lực ép tổng lên các đĩa khi đó sẽ là:
0,3.110 10 −3 4%68(N). Áp suất tác dụng lên bề mặt ma sát q được tính như sau: q=F Σ
Áp suất tác động lên bề mặt ma sát q là yếu tố quan trọng để đánh giá hiệu suất và tuổi thọ của ly hợp Công thức tính áp suất là 4.2568 π(260 2 −180 2 ).10 −6 =0,90[MPa] Áp suất càng cao thì tốc độ mài mòn cũng tăng, do đó cần giới hạn áp suất trong khoảng cho phép, đặc biệt với ô tô con, giá trị q được xác định trong khoảng [q]=0,14÷0,21[MPa] để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Trong đó: μ : Hệ số ma sát của vật liệu có giá trị 0,25÷ 0,3. Đối với vật liệu hay sử dụng hiện nay ta chọn μ=0,3.
F Σ : Tổng lực ép lên các đĩa ma sát (N) z μ : Số đôi bề mặt ma sát.
R μ : Bán kính ma sát tương đương với cánh tay đòn đặt lực F μ (cm)
A : Diện tíchlàm việc của một bề mặt ma sát.
Lực ép tổng lên đĩa ép là F ∑ = 2568 N
Theo sơ đồ tính toán sơ bộ, với đường kính sơ bộ của đĩa ma sát, góc nghiêng giữa lò xo trụ và giá được chọn là α = 55 độ.
Lực ép theo phương nghiêng là:
Khi ngắt ly hợp, lò xo có xu hướng tạo lực hướng kính thay vì lực trục, dẫn đến lực hướng kính tăng khoảng 20% trong khi lực trục giảm Kết quả là lực ép lò xo khi ngắt ly hợp sẽ được điều chỉnh tương ứng.
Khi ngắt ly hợp, giá đỡ lò xo di chuyển sang bên phải, tạo ra góc nghiêng α = 68 độ Sự thay đổi này làm cho lực ép có xu hướng hướng kính thay vì hướng trục, dẫn đến lực mở ly hợp giảm đi.
Lực mở ly hợp là:
- Ta dùng lò xo ép là loại lò xo trụ đặt xung quanh;
- Vật liệu chế tạo lò xo ép là thép 60C , có ứng suất xoắn cho phép là :
- Số lượng lò xo ép được chọn theo đường kính ngoài của trục sơ cấp;
Ta chọn số lượng lò xo là z = 6.lx
Lực tác dụng lên một lò xo:
6 = 895 (N) Độ cứng của lò xo được xác định theo công thức: c = 0,1 F ' ' ∆ lx = G d
∆ là độ biến dạng của lò xo khi chuyển từ trạng thái đóng sang ngắt hay chính là hành trình của đĩa ép:
∆ = 1,5 ÷ 2,0 đối với ly hợp một đĩa;
∆ = 2,0 ÷ 3,0 đối với ly hợp hai đĩa;
G- mô đun đàn hồi G = 8.10 MN/m ; 4 2
D- đường kính trung bình của lò xo; d- đường kính dây lò xo; n0- số vòng làm việc của lò xo. c = 0,1 F ' ' lx
Số vòng làm việc của lò xo được xác định theo công thức : n 0 = G d ∆
1,6F ' ' lx D 3 Đường kính dây lò xo được xác định theo công thức : d = √ 0,4 F ' ' [ τ lx x ] D d = √ F ' ' 0,4 lx [ τ C x ] (cm)
D = 6,4 Vật liệu chế tạo lò xo thường là thép cacbon cao 85, thép 65 , thép 60C Ứng suất xoắn cho phép trong khoảng [ ] = 5.10 7.10 N/cm 4 4 2
Ta chọn [ ] = 5.10 4 N/cm 2 d = √ 0,4.5 895.6,4 10 8 = 0,54 (cm) chọn d = 6 cm Đường kính trung bình của vòng lò xo :D = C.d = 6,4.6 = 38,4 mm
Vậy số vòng làm việc của lò xo : n0 = 0,0024.8 10 10 (6.10 −3 ) 4
1,6.895.(38,4 10 −3 ) 3 = 3 vòng Để đảm bảo khoảng làm việc và chiều dài động học thì ta chọn số vòng làm việc của lò xo: n = 4 vòngo
Số vòng toàn bộ của lò xo: n = n + 2 = 4 + 2 = 6 vòngo
Chiều dài toàn bộ của lò xo ở trạng thái tự do :
Trong đó : - Khe hở cực tiểu giữa vòng lò xo khi mở ly hợp,1 thường chọn = (0,5 1) mm : Ta chọn = 1 mm1 1
Tính lò xo theo ứng suất cắt : = 8 F ' ' lx Dk π d 3
- ứng suất sinh ra khi lò xo làm việc (khi mở ly hợp).
[] - ứng suất xoắn cho phép [ ] = 5.10 8.10 N/m 8 8 2 k - hệ số tập trung ứng suất Với D/d = 6,4 k = 1,25
3,14 6.10( −3 ) 3 = 5,07.10 N/m < [ ] = 8 2 8.10 N/m 8 2 b Tính lò xo giảm chấn
Lò xo giảm chấn được lắp đặt ở đĩa bị động nhằm ngăn chặn hiện tượng cộng hưởng tần số cao do dao động xoắn gây ra bởi sự thay đổi của động cơ và hệ thống truyền lực Điều này giúp đảm bảo việc truyền mô-men một cách êm ái từ đĩa bị động đến moay-ơ trục ly hợp Mô-men cực đại có khả năng ép lò xo giảm chấn được xác định theo công thức cụ thể.
Trọng lượng bám của ô tô trên cầu chủ động được ký hiệu là G b với giá trị G b 00(N) Hệ số bám của đường được xác định là φ=0,8 Bán kính làm việc của bánh xe là r b =0,481(m) Tỉ số truyền của truyền lực chính được ghi là i 0=5,125, trong khi tỉ số truyền của hộp số ở tay số 1 là i 1 =4,124 Cuối cùng, tỉ số truyền của hộp số phụ được ký hiệu là i f 1=1.
Thay vào công thức trên ta có:
Mô-men quay truyền qua giảm chấn được tính bằng tổng mô-men quay của các lực lò xo giảm chấn và mô-men ma sát:
M g =M max =M lx +M ms =P lxg R lx z lx +P R ms ms z ms
M lx : Mô-men sinh ra do lực của các lò xo.
M ms : Mô-men ma sát.
P lxg : Lực ép của một lò xo giảm chấn.
R lx : Bán kính đặt lò xo giảm chấn Chọn R lx Pmm z lx : Số lượng lò xo giảm chấn Chọn z lx =6.2.
P ms : Lực tác dụng trên vòng ma sát.
R ms : Bán kính trung bình đặt các vòng ma sát.Chọn R ms 0mm z ms : Số lượng vòng ma sát.Chọn z ms =2.2=4.
Khi mô-men quay chưa được truyền hết, các đinh tán nối các đĩa sẽ tạo ra khe hở λ1 và λ2 tới các thành bên của moay-ơ Độ cứng tối thiểu của lò xo giảm chấn, hay mô-men quay tác dụng lên đĩa bị động để xoay đĩa một góc 1 độ so với moay-ơ, được tính bằng công thức S,4R lx 2 K z lx.
Trong đó: K : Độ cứng của một lò xo, K00(N/m).
Các cửa sổ lò xo của moay-ơ cần có chiều dài A nhỏ hơn chiều dài tự do của lò xo một chút, điều này giúp lò xo duy trì trạng thái căng ban đầu.
Khi mô-men quay được truyền từ động cơ và bánh xe qua bộ phận giảm chấn, chiều dài cửa sổ ở moay-ơ và đĩa bị động sẽ giống nhau Tuy nhiên, ở các bộ giảm chấn có độ cứng khác nhau, chiều dài cửa sổ moay-ơ cần phải ngắn hơn chiều dài cửa sổ ở đĩa một đoạn nhất định, được biểu diễn bằng công thức a = A1 - A.
Cạnh bên cửa sổ làm nghiêng 1 góc (1÷1,5 o ) Chọn 1,5 o Đường kính thanh tựa chọn d=(10 12÷ )mm đặt trong kích thước lỗ B. Chọn d(mm).
Kích thước lỗ B được xác định theo khe hở λ 1 , λ 2 Các trị số λ 1 , λ 2 chọn trong khoảng từ (2,5 4÷ )mm Chọn: λ 1=λ 2=3(mm).
Vậy kích thước đặt lỗ thanh tựa là:
Theo thực nghiệm thường lấy:
Ta có lực ép tác dụng lên một lò xo giảm chấn là:
Số vòng làm việc của lò xo giảm chấn: n 0= λG d 4
Tính kiểm tra điều kiện làm việc của ly hợp
2.1 Công trượt và công trượt riêng
2.1.1 Công trượt Để xác định công trượt của ly hợp khi khởi động tại chỗ ta sử dụng công thức tính theo kinh nghiệm của viện HAMH:
G : Trọng lượng toàn bộ xe, G230(N)
M emax : Mô-men cực đại của động cơ, M emax "6(Nm) n 0 : Số vòng quay của động cơ khi khởi động tại chỗ, với động cơ xăng n = o n N
3+50π n N : Số vòng quay của động cơ tại thời điểm đạt công suất cực đại, n N `00(vòng phút/ ).
Bán kính làm việc trung bình của bánh xe được xác định là 0,481 mét Tỉ số truyền của truyền lực chính là 5,125, trong khi tỉ số truyền của hộp số ở tay số 1 là 4,124 Tỉ số truyền của hộp số phụ là 1, do đó tỉ số truyền tổng của hệ thống truyền lực là 5,125 x 4,124 x 1 = 21,136 Hệ số cản tổng cộng của mặt đường đối với ô tô con là 0,02.
2.1.2 Tính công trượt riêng Để đánh giá độ hao mòn của đĩa ma sát ta cần tính công trượt riêng theo công thức: ω μ =W μ
A : Diện tích bề mặt ma sát. z μ : Số mặt ma sát.
D , d : Đường kính trong và ngoài đĩa ma sát.
2.2 Tính toán nhiệt trên đĩa ép
Việc tính toán nhiệt độ trên đĩa ép là cần thiết để kiểm tra mức gia tăng nhiệt độ trung bình sau khi đóng ly hợp khi khởi động ô tô tại chỗ Trong quá trình tính toán, giả thiết rằng toàn bộ nhiệt sinh ra từ việc trượt ly hợp sẽ chuyển thành nhiệt làm nóng đĩa ép, không tính đến lượng nhiệt truyền ra môi trường xung quanh Mức gia tăng nhiệt độ được xác định thông qua một công thức cụ thể.
Theo tài li u 1 - trang III-10 ệ
W μ : công trượt ly hợp c: tỉ nhiệt của chi tiết bị nung nóng cH1,5J/kg o C (đối với vật liệu gang và thép) m d
: khối lượng chi tiết bị nung nóng
- hệ số xác định phần công trượt dùng nung nóng chi tiết cần tính Với đĩa ép ngoài = 2n
1 Với đĩa ép trung gian ở ly hợp 2 đĩa = n
[t] : độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết,
Với ôtô du lịch 7 chỗ: [t] = 10 K o
+ Đối với đĩa ép trung gian khi bị trượt thì cả hai bề mặt đều tham gia;
Khi đĩa ép ngoài và bánh đà bị trượt, chỉ có một bề mặt tham gia vào quá trình này Đĩa ép trung gian và đĩa ép ngoài có khối lượng tương đương, trong khi bánh đà có khối lượng lớn hơn Tuy nhiên, khi xảy ra trượt, đĩa ép trung gian có độ tăng nhiệt độ gấp hai lần so với đĩa ép ngoài và bánh đà Do đó, để đảm bảo điều kiện cho phép, chỉ cần kiểm tra độ tăng nhiệt độ của đĩa ép trung gian với khối lượng là 5 kg.
mức gia tăng nhiệt đảm bảo điều kiện.
Tính bền các chi tiết của ly hợp
Để giảm kích thước ly hợp, cần chọn vật liệu có hệ số ma sát cao khi ly hợp hoạt động trong điều kiện ma sát khô Vật liệu thường dùng cho tấm ma sát là phêrađô, trong khi xương đĩa thường được chế tạo từ thép cacbon trung bình và cao, với lựa chọn phổ biến là thép 50.
+ Chiều dày xương đĩa thường chọn từ (1,5 2,0) mm Ta chọn = x
+ Chiều dày tấm ma sát thường chọn từ (3 5) mm Ta chọn = 5 mm;
Tấm ma sát được kết nối với xương đĩa ma sát thông qua các đinh tán bằng đồng có đường kính 4 mm Các đinh tán được sắp xếp trên đĩa theo hai dãy tương ứng với các bán kính khác nhau.
+ Lực tác dụng lên mỗi dãy đinh tán được xác định theo công thức :
Hình 2.3 Cấu tạo đĩa ma sát
+ Đinh tán được kiểm tra theo ứng suất cắt và ứng suất chèn dập;
c - ứng suất cắt của đinh tán ở từng dãy;
cd - ứng suất chèn dập của đinh tán ở từng dãy;
F - lực tác dụng lên đinh tán ở từng dãy; n - số lượng đinh tán ở mỗi dãy:
Hình 2.4 Sơ đồ phân bố lực trên đinh tán d - đường kính đinh tán, d = 5 mm; l - chiều dài bị chèn dập của đinh tán, chọn l = 2,5 (mm);
[c] - ứng suất cắt cho phép của đinh tán, [ ] = 981.10c 4 N/m 2 ;
[cd] - ứng suất chèn dập cho phép của đinh tán;
+ Ứng suất cắt và ứng suất chèn dập đối với đinh tán ở vòng trong :
Vậy các đinh tán đảm bảo độ bền cho phép.
+ Ứng suất cắt và ứng suất chèn dập đối với đinh tán ở vòng ngoài :
Vậy các đinh tán đảm bảo độ bền cho phép.
Moay-ơ thường được thiết kế với độ dài lớn để đảm bảo đĩa bị động không bị đảo Trong điều kiện làm việc bình thường, chiều dài của moay-ơ thường được chọn bằng đường kính then hoa trên trục ly hợp, tức là L=D.
Hình2.5 Moay-ơ đĩa bị động
Then hoa của moay-ơ được tính theo chèn dập và cắt: σ c = 4M emax z z 1 2 Lb(D+d)≤[ σ c ] ; σ cd = 8M emax z z 1 2 L(D 2 −d 2 ) ≤ [ σ cd ]
M emax : Mô-men lớn nhất của động cơ, M emax "6(Nm) z 1 : Số moay-ơ, với ly hợp ma sát hai đĩa, z 1=2 z 2 : Số then hoa của moay-ơ, z 2
L : Chiều dài của moay-ơ, L5(mm)
D : Đường kính ngoài của then hoa, D5(mm). d : Đường kính trong của then hoa, d((mm) b : Bề rộng một then hoa, b=4(mm).
Chọn vật liệu chế tạo moay-ơ là thép 40X có các ứng suaart giới hạn là: [ σ c ]= 80( MPa); [ σ cd ]= 150 (MPa )
Ta thấy: σ c