Đồ án môn học Ly hợp Loại xe: tải Công thức bánh xe: 4x2 Khối lượng xe đầy tải (kg): 6000 Khối lượng xe đầy tải phân bố lên cầu chủ động (kg): 3900; Cỡ lốp trướcsau: 7.00167.0016. Vị trí lắp động cơ (cầu trướcsau): cầu trước; Loại hộp số: cơ khí; Số cấp: 5 Tỷ số truyền hộp số (Số I=5,315;II=3,053;III=1,655;IV=1,000;V=0,721; số lùi =5,068) Tỷ số truyền cầu chủ động: i0 = 5,125 Loại động cơ: diesel; Công suất cực đại (Nemax) vòng quay (nN): 912600 kWvph Mô men xoắn cực đại (Memax) ở vòng quay (nM): 3541500 Nmvph 2. Tham khảo: Các ô tô cùng cỡ loại 3. Nội dung thuyết minh: Tính toán thiết kế ly hợp Tính toán thiết kế dẫn động điều khiển ly hợp
CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU CỦA LY HỢP
Trong hệ thống truyền lực của ôtô, ly hợp là một trong những cụm chính, nó có công dụng là :
- Nối động cơ với hệ thống truyền lực khi ôtô di chuyển.
- Ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong trường hợp ôtô khởi hành hoặc chuyển số.
Để đảm bảo an toàn cho hệ thống truyền lực, cần tránh tình trạng quá tải, đặc biệt trong trường hợp phanh đột ngột hoặc không nhả ly hợp Hệ thống truyền lực cơ khí với hộp số có cấp sử dụng ly hợp để tách động cơ khỏi hệ thống, giúp giảm va đập giữa các đầu răng và khớp gài, từ đó làm cho quá trình đổi số trở nên dễ dàng hơn Khi kết nối êm dịu giữa động cơ và hệ thống truyền lực, ly hợp sẽ trượt, giúp mômen ở các bánh xe chủ động tăng lên từ từ, mang lại cảm giác khởi hành và tăng tốc êm ái cho xe.
Khi phanh xe và tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực cùng một lúc, động cơ sẽ tiếp tục hoạt động mà không bị chết máy, giúp tránh tình trạng phải khởi động động cơ nhiều lần.
Ly hợp trên ôtô thường được phân loại theo 4 cách :
+ Phân loại theo phương pháp truyền mômen.
+ Phân loại theo trạng thái làm việc của ly hợp.
+ Phân loại theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép.
+ Phân loại theo phương pháp dẫn động ly hợp.
1.2.1 Phân loại theo phương pháp truyền mômen:
Theo phương pháp truyền mômen từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thống truyền lực thì người ta chia ly hợp ra thành 4 loại sau :
Loại 1 : Ly hợp ma sát : là ly hợp truyền mômen xoắn bằng các bề mặt ma sát, nó gồm các loại sau :
- Theo hình dáng bề mặt ma sát gồm có :
+ Ly hợp ma sát loại đĩa (một đĩa, hai đĩa hoặc nhiều đĩa).
+ Ly hợp ma sát loại hình nón.
+ Ly hợp ma sát loại hình trống.
Hiện nay, ly hợp ma sát loại đĩa được ưa chuộng nhờ vào kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và khối lượng phần bị động nhỏ Ngược lại, ly hợp ma sát loại hình nón và hình trống ít phổ biến hơn, do phần bị động nặng gây ra tải trọng động lớn lên các cụm và chi tiết trong hệ thống truyền lực.
- Theo vật liệu chế tạo bề mặt ma sát gồm có :
+ Thép với phêrađô hoặc phêrađô đồng.
+ Thép với phêrađô cao su.
- Theo đặc điểm của môi trường ma sát gồm có :
+ Ma sát ướt (các bề mặt ma sát được ngâm trong dầu).
Ly hợp một đĩa ma sát Ly hợp hai đĩa ma sát Ưu điểm của ly hợp ma sát là : kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
Nhược điểm chính của ly hợp ma sát là sự mòn nhanh chóng của các bề mặt ma sát do hiện tượng trượt tương đối trong quá trình đóng ly hợp Điều này dẫn đến việc các chi tiết trong ly hợp bị nung nóng do nhiệt độ sinh ra từ một phần công ma sát.
Tuy nhiên ly hợp ma sát vẫn được sử dụng phổ biến ở các ôtô hiện nay do những ưu điểm của nó.
Loại 2 : Ly hợp thủy lực : là ly hợp truyền mômen xoắn bằng năng lượng của chất lỏng (thường là dầu). Ưu điểm của ly hợp thủy lực là : làm việc bền lâu, giảm được tải trọng động tác dụng lên hệ thống truyền lực và dễ tự động hóa quá trình điều khiển xe.
Nhược điểm của ly hợp thủy lực là : chế tạo khó, giá thành cao, hiệu suất truyền lực nhỏ do hiện tượng trượt.
Ly hợp thủy lực là một loại thiết bị ít phổ biến trên ôtô, hiện nay chủ yếu được áp dụng cho một số mẫu xe du lịch, xe tải hạng nặng và một số loại ôtô quân sự.
Loại 3 : Ly hợp điện từ : là ly hợp truyền mômen xoắn nhờ tác dụng của từ trường nam châm điện Loại này ít được sử dụng trên xe ôtô.
Loại 4 : Ly hợp liên hợp : là ly hợp truyền mômen xoắn bằng cách kết hợp hai trong các loại kể trên (ví dụ như ly hợp thủy cơ) Loại này ít được sử dụng trên xe ôtô.
1.2.2 Phân loại theo trạng thái làm việc của ly hợp
Theo trạng thái làm việc của ly hợp thì người ta chia ly hợp ra thành 2 loại sau:
Ly hợp thường đóng : loại này được sử dụng hầu hết trên các ôtô hiện nay.
Ly hợp thường mở : loại này được sử dụng ở một số máy kéo bánh hơi như C -
1.2.3 Phân loại theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép
Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép ngoài thì người ta chia ra các loại ly hợp sau :
Loại 1 : Ly hợp lò xo : là ly hợp dùng lực lò xo tạo lực nén lên đĩa ép, nó gồm các loại sau :
- Lò xo đặt xung quanh : các lò xo được bố trí đều trên một vòng tròn và có thể đặt một hoặc hai hàng.
- Lò xo trung tâm (dùng lò xo côn).
Theo đặc điểm kết cấu của lò xo có thể dùng lò xo trụ, lò xo đĩa, lò xo côn.
Ly hợp sử dụng lò xo trụ xung quanh là loại phổ biến trên ôtô hiện nay nhờ vào ưu điểm về kết cấu gọn nhẹ, khả năng tạo lực ép lớn và độ tin cậy cao trong quá trình hoạt động.
Loại 2 : Ly hợp điện từ : lực ép là lực điện từ.
Loại 3 : Ly hợp ly tâm : là loại ly hợp sử dụng lực ly tâm để tạo lực ép đóng và mở ly hợp Loại này ít được sử dụng trên các ôtô quân sự.
Loại 4 : Ly hợp nửa ly tâm : là loại ly hợp dùng lực ép sinh ra ngoài lực ép của lò xo còn có lực ly tâm của trọng khối phụ ép thêm vào Loại này có kết cấu phức tạp nên chỉ sử dụng ở một số ôtô du lịch như ZIN-110, POBEDA
1.2.4 Phân loại theo phương pháp dẫn động ly hợp
Theo phương pháp dẫn động ly hợp thì người ta chia ly hợp ra thành 2 loại sau : Loại 1 : Ly hợp điều khiển tự động.
Loại 2 : Ly hợp điều khiển cưỡng bức. Để điều khiển ly hợp thì người lái phải tác động một lực cần thiết lên hệ thống dẫn động ly hợp Loại này được sử dụng hầu hết trên các ôtô dùng ly hợp loại đĩa ma sát ở trạng thái luôn đóng.
Theo đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn động ly hợp thì người ta lại chia ra thành 3 loại sau :
- Dẫn động bằng cơ khí.
- Dẫn động bằng thủy lực và cơ khí kết hợp.
Dẫn động bằng trợ lực giúp người lái điều khiển ly hợp một cách dễ dàng và nhẹ nhàng hơn Các phương pháp trợ lực bao gồm trợ lực cơ khí (sử dụng lò xo), trợ lực khí nén và trợ lực thủy lực Nhờ vào các hệ thống trợ lực này, việc điều khiển ly hợp trở nên thuận tiện và hiệu quả hơn.
Ly hợp là một trong những hệ thống chủ yếu của ôtô, khi làm việc ly hợp phải đảm bảo được các yêu cầu sau :
Để truyền tải toàn bộ mômen của động cơ mà không gặp tình trạng trượt trong mọi điều kiện sử dụng, mômen ma sát của ly hợp cần phải lớn hơn mômen cực đại của động cơ Điều này có nghĩa là hệ số dự trữ mômen β của ly hợp phải lớn hơn 1.
Đóng ly hợp một cách êm dịu là rất quan trọng để giảm thiểu trọng lực va đập trong các răng số của hộp số Điều này không chỉ giúp khởi động ôtô một cách mượt mà mà còn hỗ trợ quá trình sang số khi xe đang di chuyển, từ đó nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của hộp số.
Mở ly hợp cần phải dứt khoát và nhanh chóng để tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian ngắn, tránh tình trạng khó gài số êm dịu do mở không dứt khoát.
Tính toán các thông số cơ bản của ô tô
1.1 Trọng lượng toàn bộ của ô tô:
Trọng lượng toàn bộ của ô tô được xác định theo công thức sau:
1.2 Xác định mô men ma sát của ly hợp:
Ly hợp phải được thiết kế để truyền tải toàn bộ mô men của động cơ, 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 tính toán theo công thức cụ thể.
Trong đó: Memax – mô men xoắn cực đại của động cơ. β – hệ số dự trữ của ly hợp
Hệ số β cần lớn hơn 1 để đảm bảo truyền tải toàn bộ mômen từ động cơ trong mọi tình huống Tuy nhiên, không nên chọn hệ số β quá lớn để tránh làm tăng kích thước của đĩa bị động và ngăn ngừa tình trạng quá tải cho hệ số truyền lực Việc lựa chọn hệ số β thường dựa trên thực nghiệm.
⟹ Vậy mômen ma sát của ly hợp:
Xác định kích thước cơ bản của ly hợp
2.1 Xác định bán kính ma sát trung bình của đĩa bị động
Moomen ma sát của ly hợp được xác định theo công thức:
Mms = β Memax = μ P.Rtb i Trong đó: μ – hệ số ma sát.
P- tổng lực ép lên các đĩa ma sát (kG) i – số đôi bề mặt ma sát
Rtb – bán kính ma sát trung bình (cm)
2.2 Bán kính hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động :
Bán kính ngoài của tấm ma sát ly hợp được xác định :
Hệ số ma sát khô lớn nhất giữa bề mặt thép và phêrađô đồng trong ôtô máy kéo thường đạt 0,35 Tuy nhiên, các yếu tố như nhiệt độ và tốc độ trượt tương đối có thể làm giảm hệ số này Do đó, khi tính toán theo kinh nghiệm, hệ số ma sát thường được áp dụng trong khoảng 0,22 đến 0,3.
Zmz : Số đôi bề mặt ma sát ưu tiên chọn một đĩa bị động nên chọn Zmz =2
Áp suất pháp tuyến của các bề mặt ma sát là yếu tố quan trọng để đảm bảo tuổi thọ cho các tấm ma sát Giá trị áp suất cho phép nằm trong khoảng [p] = 1,4 x 10^5 đến 2,5 x 10^5 [N/m²] Do ly hợp hoạt động trong điều kiện nhẹ, áp suất có thể được điều chỉnh trong giới hạn trên với giá trị p = 2,2 x 10^5 [N/m²].
KR : Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát ,
Suy ra bán kính trong R1 của tấm ma sát là : R1 =R2.0,554.0,55.7 (mm)
Khi chọn số đôi bề mặt ma sát bằng 2 thì phải kiểm tra áp suất trên bề mặt ma sát bằng công thức sau : q = β M e max
Memax :Mômen cực đại của động cơ Memax54[N.m]
: Hệ số dự trữ của ly hợp =2
Rtb :Bán kính trung bình của tấm ma sát Rtb 3 3 3 3
=0.122 [m]; b : Bề rộng của hình vành khăn tấm ma sát.b4-84.7i.3[mm] à: hệ số ma sỏt Vật liệu tấm masỏt là pherado đồng cú à=0,25
[q]%0 KN/m 2 áp lực riêng cho phép trên tấm bề mặt ma sát i:Số đôi bề mặt ma sát.i=2 (Một đĩa bị động)
Thay vào công thức ta có: q = 2 π 0,122 2 0,0693 0.25 2.354 10 3 2 = 218.49[KN/m 2 ] q 5 tấn [Lo] = 400000 600000 J/m 2
Vậy công trượt riêng thỏa mãn điều kiện cho phép.
3.1.1 Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp :
Ngoài việc kiểm tra công trượt riêng, việc tính toán nhiệt độ nung nóng các chi tiết của ly hợp trong quá trình trượt cũng rất quan trọng Điều này giúp đảm bảo ly hợp hoạt động bình thường, không ảnh hưởng nhiều đến hệ số ma sát, và ngăn ngừa sự cố cháy tấm ma sát cũng như bảo vệ độ đàn hồi của lò xo ép.
Với ly hợp một đĩa nhiệt sinh ra làm nung nong đĩa ép được xác định theo công thức: v.L =m.c.ΔTT (1-11)
Công trượt toàn bộ của ly hợp được xác định trong khoảng (1-9), với hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng đĩa ép là v = 0,50 khi ly hợp môt dĩa bị động Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng, nếu làm bằng thép hoặc gang, có thể lấy c = 1,5 [J/kg·0 K] Khối lượng của chi tiết bị nung nóng được ký hiệu là m [kg] Độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng, ký hiệu là ΔTT, không được vượt quá 10 0 K cho mỗi lần khởi động ôtô, ứng với hệ số cản đường ψ = 0,02.
Từ đó suy ra khối lượng đĩa ép tối thiểu là : m ≥ c ∆ T v L = 0,5.1606 481,5.10 =0,16 [kg 2 m/J] =1,6[kg]
3.1.2 Chiều dày tối thiểu của đĩa ép (theo chế độ nhiệt):
Bề dày tối thiểu của đĩa ép [m] được xác định theo khối lượng tính toán chế độ nhiệt ở trên có thể được xác định theo công thức : δ≥ m π.( R 2 2−R 1 2 ) ρ (1-12)
:Khối lượng riêng của đĩa ép Với vật liệu làm bằng gang thì x00[kg/m 3 ]
Thay số các đại lượng đã biết vào (1-12) ta có: δ ≥ 1,6 π (0,154 2 −0,0847 2 ).7800 = 0.0039[m] = 3,9 [mm]
3.2 Tính toán sức bền một số chi tiết chủ yếu của ly hợp :
3.2.1 Tính toán sức bền của đĩa bị động
Để giảm kích thước của ly hợp trong điều kiện ma sát khô, cần chọn vật liệu có hệ số ma sát cao Đĩa bị động bao gồm các tấm ma sát và xương đĩa, trong đó xương đĩa được chế tạo từ thép carbon trung bình và cao (thép 50 và 85) Vật liệu của tấm ma sát là phêrado, phêrado đồng hoặc Atbet đồng.
-Tấm ma sát được gắn với xương đĩa bị động bằng đinh tán Vật liệu của đinh tán băng thép hoặc nhôm.
-Đường kính đinh tán được lấy trong khoảng (3÷)mm.Đối với xe tải có thể chọn đường kính đinh tán là 5mm.
-Chiều dày xương đĩa bị động được lấy trong khoảng (÷)mm.Chọn 1,5mm.
Đinh tán được sắp xếp thành hai dãy, với dãy ngoài có bán kính r2 = 25 mm và số lượng đinh tán là n2, trong khi dãy trong có bán kính r1 = 130 mm và số lượng đinh tán là n1 Tổng số đinh tán có thể chọn là n6.
- Bề rộng tấm ma sát b = R2 – R1 4-84,7= 69,3 (mm)
- Ta chọn các kích thước: r 1 = 84.7 + 87,3/4 = 106.5 chọn r 1 = 105 mm r 2 = 154 – 87,3/4 2.175 chọn r 2= 135 mm
Lực tác dung lên mỗi dãy đinh tán được xác định theo công thức :
2( r 1 2+r 2 2 ) [N] (1-13)Lần lượt thay số vào (1-13) ta có :
Đinh tán được kiểm tra theo ứng suất cắt và ứng suất dập
- Ứng suất cắt của đinh tán ở vòng trong là: τ c = F 1 n 1 π dυ 2
Thay số vào (1-14) ta có : τ c = 18 635,38 π 0,005 2
4 97757,6 [N/m 2 ].3 [kg/cm 2 ] -Ứng suất dập của đinh tán ở vòng trong là: σ dυ = F 1 n 1 l.dυ [N/m 2 ] (1-15) Trong đó : l là chiều dài khoảng chèn dập của đinh tán Chọn l=1[mm]
Thay số vào (1-15) ta có: σ dυ = 18.0,001.0,005 635,38 p59777 [N/m 2 ] q,98 [kg/cm 2 ] Ứng suất cho phép với vật liệu nêu trên là: [ τ c ] 0 [kg/cm 2 ]
Kiểm tra đinh tán ở vòng ngoài:
-Ứng suất cắt của đinh tán ở vòng ngoài là: τ c =
4 = 2311410 [N/m 2 ] #,57 [kg/cm 2 ] -Ứng suất dập của đinh tán ở vòng ngoài là: σ dυ = n F 2
2 l dυ = 18.0,001.0,005 816,92 = 9076888 [N/m 2 ] = 92,55 [kg/cm 2 ] Ứng suất cho phép với vật liệu nêu trên là: [ τ c ] 0 [kg/cm 2 ]
3.2.2 Tính toán Moay-ơ đĩa bị động :
Chiều dài moay-ơ được thiết kế lớn nhằm giảm độ đảo của đĩa bị động Moay-ơ được kết nối với xương đĩa bị động bằng đinh tán và gắn với trục qua then hoa Khi tính toán moay-ơ, cần xem xét ứng suất cắt và dập trên then hoa để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Trục ly hợp đóng vai trò là trục sơ cấp của hộp số, do đó, đường kính ngoài của trục ly hợp D được tính dựa trên trục sơ cấp hộp số Công thức tính sơ bộ cho đường kính này như sau:
Trong đó : k là hệ số kinh nghiệm k dυ =4,0÷4,6 chọn k dυ =4,6 h
Memax 54 [N.m]: mômen cực đại của động cơ.
Ta có : D = 4,6 354 1 3 = 32,54 [mm] Chọn D8 [mm].
Với D 8 [mm] ta tra bảng 9.3 sách thiết kế chi tiết máy tập 1 trang 176 ta có các thông số khác của then hoa như sau:
Sử dụng then hoa có răng hình chữ nhật chịu tải trọng trung bình.
- Chiều rộng của răng : b=6 [mm]
Chiều dài moay-ơ được xác định bằng công thức sau :L=1,4D=1,4.38S,2[mm].
Khi làm việc then hoa của moay-ỏ chịu ứng suất chèn dập và cắt và được kiểm nghiệm theo công thức sau:
-Ứng suất chèn dập : σ cdυ = 8 M e max
Memax :Mô men cực đại của động cơ Memax 54 [N.m].
Z1 :Số lượng moay-ơ riêng biệt ,với ly hợp một đĩa bị động thì Z1=1
Z2 :Số then hoa của moay-ơ Z2 =8
L : Chiều dài moay-ơ LS,2[mm]=0,0532[m]
D : Đường kính ngoài của then hoa D8[mm]=0,038[m].
d : Đường kính trong của then hoa d2[mm] = 0,032[m].
b : Chiều rộng then hoa b =6 [mm]=0,006[m]
Lần lượt thay số vào công thức (1-17) và (1-18) ta có:
= 161,555 [kg/cm 2 ] Vật liệu chế tạo moay-ơ thường là thép 40 ,40X Ứng suất cho phép là:
[ τ c ] 0 kg/cm 2 [ σ cdυ ] 0 kg/cm 2
So sánh kết quả tính được với ứng suất cho phép ta thấy ly hợp làm việc đảm bảo bền.
Đinh tán nối moay-ơ với xương đĩa bị động được chế tạo từ thép với đường kính từ 6 đến 10 mm, trong đó xe tải thường chọn đường kính 8 mm Để xác định đường kính mũ đinh tán, cần áp dụng công thức tính toán phù hợp.
Dmd =(1,6÷1,75).d ,chọn Dmd =1,6.d=1,6.8,8[mm]. Đinh tán được bố trí một dãy với đường kính là d [mm] ,số lượng đinh tán chọn n (đinh).
Lực tác dụng lên đinh tán được xác định theo công thức sau:
∅ 12,8 Đinh tán được kiểm tra theo ứng suất cắt và ứng suất dập :
-Ứng suất cắt của đinh tán : τ c = n π dυ F 2
-Ứng suất dập của đinh tán ở vòng ngoài là: σ dυ = n l dυ F = 10.0,003.0,008 2,2125.10 −3 = 9,219[MN/m 2 ] Trong đó:
F : Lực tác dụng lên đinh tán F=2,2125 10 −3 [MN/ m 2 ] n : Số đinh tán n [đinh ] d : Đường kính đinh tán d=8[mm] l : Chiều dài chèn dập của đinh tán chọn l=3[mm]
Trị số ứng suất cho phép :
Ta thấy : τ c
