Trong lĩnh vực công nghệ kỹ thuật ô tô hiện đang là xu thế và trọng tâm của sự phát triển của ngành kỹ thuật trong xã hội hiện đại ngày nay. Vậy để tạo ra một chiếc xe ô tô hoàn chỉnh cần chế tạo rất nhiều các chi tiết máy khác nhau với rất nhiều các chức năng cụ thể riêng biệt kết hợp lại để tạo thành. Đặc biệt, khi đã nhắc đến xe ô tô thì chắc chắn rằng chúng ta không thể nào không nhắc đến một hệ thống đóng vai trò quan trọng của một chiếc xe ô tô, giúp xe ô tô có thể chuyển số một cách dễ dàng và êm ái, đó chính là hệ thống Ly hợp. 01012022
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong ngành công nghệ kỹ thuật ô tô hiện đại, việc chế tạo một chiếc xe hoàn chỉnh đòi hỏi sự kết hợp của nhiều chi tiết máy với các chức năng riêng biệt Một trong những hệ thống quan trọng không thể thiếu trong ô tô là hệ thống Ly hợp, giúp xe chuyển số một cách dễ dàng và êm ái Hệ thống này đóng vai trò thiết yếu trong việc nâng cao hiệu suất và trải nghiệm lái xe.
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Nắm vững kiến thức về cấu tạo, phân loại, phương pháp tính toán thiết kế, cũng như quy trình vận hành, tháo lắp và bảo dưỡng là rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong công việc.
Hệ thống Ly hợp bao gồm nhiều chi tiết yêu cầu độ chính xác cao Nhóm chúng em tìm hiểu cấu trúc và thiết kế của hệ thống này, đồng thời thực hiện tính toán để mô phỏng qua phần mềm thiết kế 2D và 3D Solidworks.
NỘI DUNG
Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống Ly hợp
So sánh hệ thống Ly hợp trên loại 3 xe ô tô: Toyota Innova 2016, Toyota Vios E 1.5 MT, KIA Serato 1.6 MT
Tính toán thiết kế hệ thống Ly hợp xe dựa trên thông số xe Toyota Innova 2016
Ứng dụng phần mềm Solidworks để vẽ 2D, 3D hệ thống Ly hợp từ kết quả tính toán được.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tìm hiểu các tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách hướng dẫn môn học và tài liệu nâng cao
Tìm kiếm, nghiên cứu thông tin từ các nguồn trên Internet có thể chọn lọc từ trong nước hoặc các địa chỉ uy tín nước ngoài
KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN
Chương 1: Giới thiệu đề tài
Chương 2: So sánh Ly hợp các dòng xe
Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống Ly hợp xe Toyota Innova 2016
Chương 4: Thiết kế mô phỏng hệ thống Ly hợp
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển
SO SÁNH LY HỢP CÁC DÒNG XE
Nhiệm vụ của hệ thống Ly hợp trên xe
Ly hợp là bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền lực của ô tô, nằm giữa động cơ và hộp số Chức năng chính của ly hợp là truyền và ngắt mô men xoắn từ động cơ đến hộp số, giúp quá trình sang số diễn ra một cách dễ dàng và mượt mà trong khi xe đang hoạt động.
Ly hợp có các nhiệm vụ:
Truyền và cắt mạch truyền lực từ động cơ đến trục sơ cấp của hộp số khi sang số mà động cơ vẫn hoạt động
Duy trì mạch truyền lực khi động xe hoạt động
Là cơ cấu an toàn cho động cơ và cả hệ thống truyền lực khi bị quá tải
Việc so sánh hệ thống ly hợp của ba dòng xe Toyota Innova, Toyota Vios và Kia Cerato 1.6 MT giúp làm rõ cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của từng bộ ly hợp.
2.1.1 Cấu tạo chung Đối với 3 dòng xe: Toyota Innova, Toyota Vios, Kia Cerator 1.6 MT đều sử dụng:
- Đĩa Ly hợp khô, đơn, có màng ngăn
- Nắp Ly hợp kiểu lò xo màng
- Dẫn động bằng thủy lực
Hình 2.1 Cấu tạo chung của bộ Ly hợp
*Lưu ý: hình 2.1 chỉ mang tính chất tham khảo chung, vì mỗi hệ thống Ly hợp của từng xe điều khác nhau về mặt cấu thành chung
Bảng 2.1 Tên các chi tiết cấu tạo hình 2.1
Các bộ ly hợp trên ba dòng xe có nhiều điểm tương đồng, nhưng sự khác biệt về thiết kế và công nghệ chế tạo của từng hãng xe tạo ra sự đa dạng trong cấu tạo của bộ ly hợp.
Cả ba dòng xe đều hoạt động dựa trên phương pháp dẫn động bằng thủy lực, vì vậy sự khác biệt giữa chúng không rõ rệt Tất cả đều tuân theo nguyên lý hoạt động chung của hệ thống thủy lực.
Ly hợp để cắt và truyền mômen từ động cơ đến trục sơ cấp của hợp số
Hình 2.2 Dòng truyền công suất
3 Cơ cấu cắt Ly hợp
4 Thiết bị giảm rung bàn đạp
7 Xi lạnh cắt Ly hợp
Hệ thống Ly hợp Toyota Innova 2016
Ở dòng xe này hệ thống Ly hợp được sử dụng theo cơ chế Ly hợp ma sát đĩa với vỏ
Ly hợp kiểu bản giằng hướng trục và điều khiển dẫn động bằng thủy lực
Hình 2.3 Bộ Ly hợp xe Toyota Innova 2016 kiểu bảng giằng hướng trục
2.2.1 Cấu tạo Ly hợp Toyota Innova
Bộ phận thực hiện việc nối và ngắt truyền động từ động cơ tới hệ thống truyền lực bao gồm phần bị động và phần chủ động
Hình 2.4 Cấu tạo bộ Ly hợp Toyota Innova 2016
Bảng 2.2 Tên các chi tiết bộ Ly hợp hình 2.4
Tên Chi tiết Giải thích
Clutch Disc Đĩa Ly hợp
Clutch cover Vỏ Ly hợp
Release Bearing Vòng bi cắt Ly hợp
Release Fork Càng cắt Ly hợp
Release Fork Support Thanh đở càng cắt
Boot Nắp chụp cao su
Lực xiết của bu lông đai ốc đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và hiệu quả công việc.
Bảng 2.3 Tên các kí hiệu hình 2.4
Specified torque Lực xiết chỉ định
Non – reusable part Phần không thể tái sử dụng
Clutch spline grease Bôi mỡ trục Ly hợp
Release hub grease Bôi mỡ trung tâm
Một số tiêu chuẩn kỹ thuật của các chi tiết Ly hợp
Chiều sâu đầu đinh tán tối thiểu không nhỏ hơn: 0.3 mm (0.012 in)
Độ công vênh và nhấp nhô của mặt đĩa ma sát không vượt quá 0.8 mm (0.031 in), trong khi độ nhấp nhô của mặt bánh đánh đà không quá 0.1 mm (0.004 in) Độ sâu của lò xo màng và chiều rộng tối đa cũng cần được tuân thủ để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Căn chỉnh của đầu lò xo màng không tối thiểu: 0.5 mm (0.020 in)
2.2.2 Cơ cấu dẫn động Ly hợp
2.2.2.1 Cấu tạo xi lanh chính Ly hợp
Hình 2.5 Cấu tạo Xi lanh Chính
Xi lanh chính ly hợp là bộ phận chuyển đổi lực từ bàn đạp ly hợp thành áp suất thủy lực Áp suất này tác động vào xi lanh con ly hợp, đẩy thanh đẩy và cuối cùng tác động vào càng cắt ly hợp.
Bảng 2.4 Tên các chi tiết hình 2.5
Lock Nut Đai ốc khóa
Master cylinder Xi lanh chính
Clutch line Đường dầu Ly hợp
Slotted spring pin Chốt lò xo có rãnh
Inlet union Đường dầu vào
Reservoir hose Ống dẫn dầu
Specified torque Mômen xoắn chỉ định
Non-reusable part Phần không thể tái sử dụng
Lithium soap base glycol grease Phần tra mở
2.2.2.2 Cấu tạo Xi lanh công tác
Xi lanh công tác là thiết bị quan trọng dùng để ngắt mô men truyền động của ly hợp từ động cơ đến trục sơ cấp của hợp số Dưới đây là hình ảnh cấu tạo của cụm xi lanh công tác, minh họa rõ ràng chức năng và cấu trúc của nó.
Hình 2.6 Cấu tạo Xi lanh công tác
Bảng 2.5 Tên các chi tiết hình 2.6
Release cylinder Xi lạnh công tác
Clutch line clamp Kẹp ống dầu
Clutch line bracket Giá đỡ ống dầu
Bleeder plug Ốc xã gió
Specified torque Mômen xoắn chỉ định
Lithium soap base glycol grease Phần tra mỡ
Hình 2.7 Bàn đạp Ly hợp
Bảng 2.6 Tên các chi tiết hình 2.7
Push Rod Play and Free Play Adjust
Thanh đẩy và điểm điều chỉnh hành trình tự do bàn đạp
Pedal Height Adjust Point Điểm điều chỉnh chiều cao bàn đạp
Push Rod Play Hành trình thanh đẩy
Pedal Height Chiều cao bàn đạp
Pedal Free Play Khoảng tự do bàn đạp
Full Stroke End Position Vị trí kết thúc hành trình đạp
Release Point Điểm bắt Ly hợp
Để đảm bảo ly hợp hoạt động hiệu quả và không bị tác động bởi bàn đạp trong quá trình vận hành, cần tuân thủ một số tiêu chuẩn quan trọng cho bàn đạp trên xe Những tiêu chuẩn này giúp ngắt ly hợp hoàn toàn và tạo khoảng trống cần thiết, từ đó nâng cao sự thuận tiện trong việc điều khiển xe.
Chiều cao bàn đạp lúc tự do
- Bàn đạp tiêu chuẩn: 135,6 - 145,6 mm (5,339 - 5,732 in.)
- Bàn đạp thể thao: 136,9 - 146,9 mm (5.390 - 5.783 in.)
Khoảng cách tự do bàn đạp (khoảng Ly hợp chưa bắt): 1,0 - 5,0 mm (0,039 - 0,197 in.) Khoảng cách từ vị trí tự do đến hết hành trình bàn đạp là: 25 mm (0.98 in)
Hệ thống Ly hợp Toyota Vios 2018
Tương tự như xe Innova ở dòng xe này hệ thống Ly hợp được sử dụng theo cơ chế
Ly hợp ma sát đĩa với vỏ Ly hợp kiểu bản giằng hướng trục và điều khiển dẫn động bằng thủy lực
Về mặt cấu tạo Toyota Vios sử dụng:
- Đĩa ly hợp khô, đơn, có màng ngăn
- Nắp ly hợp kiểu lò xo màng
- Dẫn động bằng thủy lực
Hình 2.8 Cấu tạo Ly hợp Toyota Vios 2018
Bảng 2.7 Tên các chi tiết Ly hợp hình 2.8
1 Xi lanh cắt Ly hợp 5 Càng đẩy cắt ly hợp
2 Hộp số 6 Vỏ Ly hợp
3 Nắp chụp cao su 7 Đĩa Ly hợp
4 Vòng bi cắt Ly hợp 8 Bánh đà
Bảng 2.8 Tên các kí hiệu hình 2.8
Dầu bôi trơn Keo khóa bulong Hướng hộp số và hướng động cơ
Các yêu cầu tiêu chuẩn cho chi tiết Ly hợp bao gồm: độ mòn của lò xo màng phải đạt tối thiểu 0.6 mm (0.024 in), độ phẳng của đĩa ép không vượt quá 0.5 mm (0.020 in), độ lệch của các thanh lò xo màng không quá 0.6 mm (0.024 in), và độ dày lớp lót ở đầu đinh tán phải tối thiểu 0.3 mm (0.012 in).
2.3.2.1 Cấu tạo xi lanh chính Ly hợp
Hình 2.9 Cấu tạo xi lanh chính Bảng 2.9 Tên chi tiết cấu tạo xi lanh chính hình 2.9
9 Lò xo 10 Thân xi lanh chính Độ công vênh, nhấp nhô không quá:
0.7 mm (0.028 in) Độ công vênh mặt bánh đà tối thiểu: 0.1 mm (0.004 in
2.3.2.2 Cấu tạo xi lanh công tác Ly hợp
Hình 2.10 Cấu tạo xi lanh công tác
Xilanh cắt ly hợp nhận áp suất dầu thủy lực từ xilanh chính, giúp điều khiển piston di chuyển Quá trình này tác động lên càng cắt ly hợp thông qua một thanh đẩy, đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả.
Bảng 2.10 Tên các chi tiết xi lanh công tác hình 2.10
7 Thân xi lanh công tác
2.3.2.3 Cấu tạo bàn đạp ngắt Ly hợp
Hình 2.11 Cấu tạo bàn đạp ngắt Ly hợp
Bàn đạp ly hợp tạo ra áp suất thủy lực trong xi lanh ly hợp chính thông qua lực ấn vào bàn đạp Áp suất thủy lực này sau đó tác động lên xi lanh con ly hợp, dẫn đến việc đóng và ngắt ly hợp.
Bảng 2.11 Tên các chi tiết cấu tạo hình 2.11
1,4,8 Bulong 2 Đầu nối chuyển đổi
11 Tấm lót bàn đạp 12 Tấm lót bàn đạp
Một số tiêu chuẩn của bàn đạp:
- Chiều cao bàn đạp từ mặt trên của bàn đạp xuống thảm: 210-216 mm (8.27 – 8.50 in)
- Khoảng tự do bàn đạp: 1.0 – 3.0 (0.04 – 0.11 in)
- Hành trình ngắt Ly hợp tối thiểu: 20 mm (0.79 in)
Hệ thống Ly hợp Kia Cerato 1.6 MT
Xe Cerato sử dụng ly hợp ma sát với hệ thống dẫn động ly hợp thủy lực, trong đó nắp ly hợp được thiết kế theo kiểu dây đeo lò xo màng.
Hình 2.12 Ly hợp xe Kia Cerato 1.6 MT
Hình 2.13 Cấu tạo Ly hợp Kia Cerato 2019 Bảng 2.12 Tên các chi tiết Ly hợp hình 2.13
1 Hộp số 4 Cụm đĩa ma sát
2 Càng cắt Ly hợp 5 Vòng bi cắt Ly hợp
Một số yêu cầu tiêu chuẩn của Ly hợp:
Chiều sâu từ bề mặt lót Ly hợp đến đinh tán, giá trị tiêu chuẩn: Độ dày đĩa ly hợp (A) : 8,3 ± 0,3 mm (0,3268 ± 0,0118 in.)
Chiều sâu đinh tán đĩa Ly hợp (B): 1,1 mm (0,0433 in.)
*Transaxle side: mặt hướng hợp số Độ công vênh của đĩa ma sát không quá: 0.8 mm (0.031 in)
Mặt phẳng bánh đà không nhấp nhô quá: 0.1 mm (0.004 in)
2.4.2.1 Cấu tạo xi lanh chính
Hình 2.14 Cấu tạo xi lanh Ly hợp
Bảng 2.13 Tên các chi tiết Ly hợp hình 2.14
Clutch reservoir tube ống dầu dự trữ
Clutch master cylinder to flexible hose tube Đầu nối từ xi lanh chính đến ông nhựa Clutch master cylinder assembly Lắp xi lanh chính
Clutch master cylinder push rod clevis Đẩu đẩy thanh đẩy
2.4.2.2 Cấu tạo xi lanh công tác
Hình 2.15 Cấu tạo xi lanh công tác Ly hợp
Khi đạp chân vào bàn đạp, lực tác động lên bàn đạp khiến cần dịch chuyển sang trái, dẫn đến dầu trong xi lanh chính chảy theo hai hướng: một đến xi lanh cắt ly hợp và một vào bình chứa Khi thanh nối tách khỏi bộ phận hãm lò xo và di chuyển sang trái, nó đóng đường dầu vào bình chứa, làm tăng áp suất dầu trong xi lanh chính Áp suất này sau đó được truyền đến pít-tông trong xi lanh con ly hợp.
Bảng 2.14 Tên các chi tiết Ly hợp hình 2.15
Bleeder plug cap Nắp chụp ốc xả xi lanh chính
Release cylinder bleeder plug Ốc xả xi lanh chính
Clutch release cylinder to flexible hose tube Ống nối dầu xi lanh cắt Ly hợp
Piston Xi lanh công tác
2.4.2.3 Cấu tạo bàn đạp ngắt Ly hợp
Hình 2.16 Cấu tạo bàn đạp Ly hợp Kia Cerato 2019 Bảng 2.15 Tên các chi tiết Ly hợp hình 2.16
Một số tiêu chuẩn của bàn đạp Ly hợp:
- Chiều cao bàn đạp từ bảng điều khiển: 133 – 143 mm (5.236 – 5.630 in)
- Khoảng cách tự do của bàn đạp: 5 – 15 mm ( 0.197 – 0.591 in )
- Khoảng cách hành trình bàn đạp: 25 mm (0.98 in)
Clutch start switch assembly Công tắc khởi động Ly hợp
Clutch pedal support sub assembly Cụm hỗ trợ bàn đạp Ly hợp
Clutch pedal stopper bolt Bulong hãm bàn đạp Ly hợp
Clutch pedal spring Lò xo hồi vị
Clutch pedal sub assembly Giá lắp bàn đạp
Clutch pedal bush Ống lót
Clutch pedal collar Trục bàn đạp Ly hợp
Clutch pedal no1 cushion Đệm bàn đạp số 1 Ly hợp
Clutch pedal pad Đệm bàn đạp Ly hợp
TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA LY HỢP TRÊN XE TOYOTA
Các thông số kỹ thuật trên xe Toyota Innova
Dựa vào các thông số kỹ thuật của xe Toyota Innova từ tài liệu kỹ thuật, chúng ta có thể tính toán và kiểm tra các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống ly hợp cho xe.
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật xe Toyota Innova 2016 Động cơ
Kiểu 4 xi lanh thẳng hàng, 16 van, cam kép với WT-i
Hệ thống phun nhiên liệu EFI
Tiêu chuẩn khí xả Euro Step 2
Dung tích công tác CC 1998
Công suất tối đa HP/rpm 134/5600
Mô men xoắn tối đa Nm/rpm 186/4000
Kích thước tổng thể: D x R xC Mm.mm.mm 4555 x 1770 x 1745
Chiều dài cơ sở Mm 2750
Khoảng sáng gầm xe Mm 176
Trọng lượng không tải Kg 1530
Trọng lượng toàn tải Kg 2170
Trước Độc lập với lò xo cuộn, đòn kép và thanh cân bằng
Sau 4 điểm liên kết, lò xo cuộn và tay đòn bên
Bán kính quay vòng tối thiểu M 5.4
Dung tích bình xăng Lít 55
Hệ thống phanh Ðĩa thông gió/ Tang trống
Vỏ và mâm xe 195/70R14 Mâm thép, chụp kín
Hệ thống lái Trục vít thanh răng
Bảng 3.2 Thông số Ly hợp xe Toyota Innova 2016
Phương pháp dẫn động Dẫn động thủy lực
Nắp ly hợp Kiểu Lò xo màng Đĩa ly hợp
Kiểu Khô, đơn có màng ngăn Đường kính mặt Trong- ngoài ỉ220 ì ỉ140 mm Độ dày 8 mm
Lỗ đinh tán Tối thiểu 4 mm
Then hoa Đường kính trong ngoài ỉ35 ì ỉ28 mm
Lò xo màng Đường kính trong ngoài ỉ260 ì ỉ60 mm
Xác định kích thước cơ bản của Ly hợp
3.2.1 Xác định mômen ma sát của Ly hợp
Ly hợp cần được thiết kế để truyền mômen xoắn lớn hơn một chút so với mômen cực đại của động cơ, đồng thời bảo vệ hệ thống truyền lực khỏi tình trạng quá tải Để đáp ứng yêu cầu này, mômen ma sát của ly hợp phải tương đương với mômen xoắn lớn nhất cần truyền qua, và được tính toán theo công thức cụ thể.
Trong đó : M c - moomen ma sát Ly hợp (Nm)
Mômen xoắn cực đại của động cơ (M e max) được đo bằng đơn vị Nm, trong khi hệ số dự trữ của ly hợp được ký hiệu là β Hệ số ma sát của ly hợp được ký hiệu là μ, và số lượng đôi bề mặt ma sát được tính bằng công thức p = m + n − 1, trong đó m là số lượng đĩa chủ động và n là số lượng đĩa bị động.
P - Lực ép lên các đĩa ma sát
R tb - bán kính ma sát trung bình (bán kính đặt lực ma sát tổng hợp)
Hệ số cần lớn hơn 1 để đảm bảo truyền tải mômen từ động cơ một cách hiệu quả trong mọi tình huống Tuy nhiên, hệ số này không nên quá cao để tránh làm tăng kích thước của đĩa bị động và ngăn ngừa tình trạng quá tải cho hệ thống truyền lực Việc lựa chọn hệ số thường được thực hiện dựa trên các thử nghiệm thực tế.
Bảng 3.3 Hệ số dữ trữ ly hợp
Xe ô tô con Xe tải không có moóc Xe tải có moóc β = 1,3 ÷ 1,75 β = 1,6 ÷ 2,25 β = 2 ÷ 3
Theo giáo trình “Tính toán thiết kế ô tô – Ts Nguyễn Phụ Thượng Lưu | trang 46”
Ta xác định hệ số dự trữ của Ly hợp đối với xe Toyota Innova: = 1,3 1,75
Vậy mômen ma sát của ly hợp cần truyền là:
3.2.2 Xác định bán kính ma sát trung bình của đĩa bị động Đường kính ngoài D 2 của vòng ma sát bị khống chế bởi đường kính ngoài của bánh đà động cơ Có thể chọn đường kính ngoài của tấm ma sát theo công thức kinh nghiệm sau:
𝐶 Trong đó : M e max – mômen cực đại của động cơ (Nm)
D 2 - đường kính ngoài của đĩa ma sát (Cm)
Bảng 3.4 Hệ số kinh nghiệm
Xe du lịch, ô tô con Xe tải sử dụng trong điều kiện bình thường
Xe tải đổ hàng sử dụng trong điều kiện nặng nhọc
Theo giáo trình “Tính toán thiết kế ô tô – Ts Nguyễn Phụ Thượng Lưu | trang 48”
Ta chọn đối với ô tô con: C = 4,7
So sánh đường kính ngoài của đĩa ma sát với đường kính ngoài của bánh đà động cơ lấy theo xe tham khảo: D bđ = 365 mm (đường kính trong lòng)
Thì ta thấy rằng: D 2 = 200 mm < D bđ = 365 mm
Bán kính ngoài của đĩa ma sát : R 2 = 110 mm
Bán kính trong R1 của tấm ma sát có thể chọn sơ bộ như sau:
Giới hạn dưới (0,53 R 2 ) dùng cho động cơ có số vòng quay thấp Còn giới hạn trên (0,75R 2 ) dùng cho các động cơ có số vòng quay cao
Khi đĩa ma sát quay với vận tốc góc ω, vận tốc tiếp tuyến tại một điểm bất kỳ được tính bằng công thức Vx = ω.Rx Điều này có nghĩa là vận tốc trượt ở mép ngoài của đĩa sẽ lớn hơn ở mép trong, dẫn đến việc mép ngoài của đĩa mòn nhanh hơn Sự chênh lệch về tốc độ mài mòn sẽ càng lớn khi các bán kính R1 và R2 khác nhau nhiều hơn.
Bán kính ma sát trung bình được tính theo công thức:
Số đôi bề mặt ma sát i:
𝑖 = 𝛽 𝑀 𝑒𝑚𝑎𝑥 2𝜋 𝜇 𝑞 (𝑅 2 − 𝑅 1 ) 𝑅 𝑡𝑏 2 μ - Hệ số ma sát của ly hợp
- Hệ số dự trữ của ly hợp = 1,5
Bảng 3.5 Vật liệu chế tạo tấm ma sát của Ly hợp
Nguyên liệu của bề mặt ma sát
Hệ số ma sát μ Áp suất cho phép
Thép với Phêrađô cao su 0.4 – 0.5 0.07 – 0.15 100 - 250
Theo giáo trình “Tính toán thiết kế ô tô – Ts Nguyễn Phụ Thượng Lưu | trang 49”
Hệ số ma sát μ chịu ảnh hưởng bởi tính chất vật liệu, tình trạng bề mặt, tốc độ trượt và nhiệt độ của tấm ma sát Tuy nhiên, trong quá trình tính toán, có thể giả định rằng hệ số ma sát chủ yếu phụ thuộc vào tính chất vật liệu.
Với nguyên liệu làm các bề mặt là thép với phêrađô:
ta chọn hệ số ma sát : = 0,3
Do số đôi là số chẵn nên ta chọn i = 2
Lực ép tổng lên các đĩa là:
0,3 0,091 2= 5036 𝑁 Áp suất tác dụng lên bề mặt ma sát:
𝜋(0,22 2 − 0,14 2 ) = 222,640 𝑘𝑁/𝑚 2 Tra bảng ta xác định được áp suất riêng cho phép: [q] = (100 250).10 3 N/m 2
q ≤ [q] nên thõa mãn độ bền cho phép
3.2.3 Tính toán đĩa bị động Để giảm kích thước của Ly hợp , khi Ly hợp làm việc trong điều kiện ma sát khô thì chon vật liệu có hệ số ma sát cao vật liệu của tấm ma sát thường chọn là phêrađô đĩa bị động gồm các tấm ma sát và xương đĩa Xương đĩa thường chế tạo bằng thép cacbon trung bình cao
Chiều dày xương đĩa thường chọn là (1,5 2,0) mm Ta chọn x = 2 mm
Chiều dày tấm ma sát Ta chọn = 8 mm
Hình 3.1 Đĩa ma sát Ly hợp
Tấm ma sát được kết nối với xương đĩa bị động thông qua các đinh tán, thường được làm từ đồng với đường kính 4 mm Các đinh tán này được sắp xếp trên đĩa theo hai dãy tương ứng với các bán kính khác nhau.
r 1 = 85 mm = 0,085 m (bán kính vòng trong phân bố đinh tán)
r 2 = 100 mm = 0,1 m (bán kính vòng ngoài phân bố đinh tán)
Lực tác dụng lên mỗi dãy đinh tán được xác định theo công thức :
2 (10 2 + 8,5 2 )= 540 𝑁 Đinh tán được kiểm tra theo ứng suất cắt và ứng suất chèn dập
Trong đó: τ 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
29 n - số lượng đinh tán ở mỗi dãy
Số lượng đinh tán vòng trong: n 1 = 12 đinh
Số lượng đinh tán vòng ngoài: n 2 = 12 đinh d - đường kính đinh tán, d = 4 mm
I - chiều dài bị chèn dập của đinh tán
- chiều dày của tấm ma sát = 8 mm
[c] - ứng suất cắt cho phép của đinh tán c = 10 7 N/m 2
[cd] - ứng suất chèn dập cho phép của đinh tán cd = 25.10 6 N/m 2 Ứng suất cắt và ứng suất chèn dập đối với đinh tán vòng trong :
Vậy đinh tán đủ bền cho phép Ứng suất cắt và ứng suất chèn dập đối với đinh tán vòng ngoài :
Vậy đinh tán đủ bền cho phép
Hình 3.2 Sơ đồ phân bố đinh tán
3.2.4 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 từ dao động xoắn, do sự biến đổi mômen của động cơ và hệ thống truyền lực Điều này giúp đảm bảo quá trình truyền mômen từ đĩa bị động đến moay ơ trục Ly hợp diễn ra một cách êm ái và hiệu quả.
Mômen cực đại có khả năng ép lò xo giảm chấn được xác định theo công thức:
G b - trọng lượng bám của ô tô trên cầu chủ động
𝜑 - hệ số bám của đường r b - bán kính làm việc của bánh xe i 0 - tỉ số truyền lực chính i 1 - tỉ số truyền ở tay số 1 i f1 - tỉ số truyền ở hộp số phụ
Xe Toyota Innova sử dụng lốp 195/70R14 nên bán kính làm việc trung bình r b :
Tỉ số truyền lực chính i 0 :
𝜃 - là hệ số quay của động cơ 𝜃 = 30 ÷ 40
Mômen cực đại có khả năng ép lò xo giảm chấn được xác định theo công thức:
Mômen quay truyền qua lo xo giảm chấn được tính bằng tổng mômen quay của các lực lò xo giảm chấn và momen ma sát:
M lx -mômen sinh ra do lực của các lò xo
P lxg - lực ép của một lò xo giảm chấn
R lx - bán kính đặt lò xo giảm chấn Chọn R lx = 45 mm = 0,045 m
𝜆 - hệ số kể đến sự biến dạng của lốp h t - chiều cao lốp
Z lx - số lượng lò xo giảm chấn
P ms - lực tác dụng lên vòng ma sát
R ms - bán kính trung bình đặt tấm ma sát
Z ms - số lượng tấm ma sát
Chọn R ms = 25 mm = 0,025 m Chọn Z ms = 2
P lx - là lực ép tác dụng lên lò xo giảm chấn:
Vậy lực ép tác dụng lên lò xo giảm chấn là :
Hình 3.3 Thông số lo xo
Số vòng làm việc của lò xo giảm chấn:
D – Đường kính vòng lò xo (mm), D = 16 (mm) thông số được lấy từ xe d – Đường kính dây lò xo (mm), d = 3 (mm) thông số được lấy từ xe
G – mô-đun đàn hồi dịch chuyển G = 8.10 10 (N/m 2 ) λ - độ biến dạng của lò xo giảm chấn từ vị trí chưa làm việc đến vị trí làm việc λ = (24) mm, chọn λ = 3 mm = 0,003 m
Chiều dài làm việc của lò xo được tính theo công thức:
Chiều dài của lò xo ở trạng thái tự do:
3.2.5 Tính toán moay-ơ đĩa bị động
Chiều dài moay-ơ đĩa bị động thường được chọn lớn để giảm độ đảo của đĩa Moay-ơ được kết nối với xương đĩa bị động thông qua đinh tán và được lắp vào trục.
Ly hợp bằng then hoa
Chiều dài moay-ơ được xác định dựa trên đường kính ngoài của then hoa trục Ly hợp Trong trường hợp làm việc nặng nhọc, chiều dài moay-ơ nên được chọn là L = 1,4D, trong đó D là đường kính ngoài của then hoa trục Ly hợp.
Hình 3.4 Các thông số moay-ơ đĩa bị động
Khi làm việc then hoa của moay - ơ chịu ứng suất chèn dập và ứng suất cắt được xác định theo công thức
M e max – mômen cực đại của động cơ
D - đường kính ngoài của then hoa d - đường kính trong của then hoa b - bề rộng của then hoa
D = 35 mm d = 28 mm b = 2 mm (Các thông số trên được chọn theo xe Toyota Innova)
Với vật liệu chế tạo moay - ơ là thép 40X thì ứng suất cho phép của moayơ là:
Vậy moay - ơ đảm bảo độ bền cho phép
3.2.6 Tính toán lò xo màng
Cơ cấu ép của ly hợp thường đóng xe con sử dụng lò xo đĩa kiểu nón cụt, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với lò xo trụ truyền thống.
Hình 3.5 Thông số lò xo màng
Lực ép cần sinh ra để ép đĩa ép khi đóng Ly hợp :
0,3.0,091.2= 5036 𝑁 Dựa trên cơ sở xe tham khảo và các yêu cầu trong việc lựa chọn, thiết kế lò xo màng ta chọn các kích thươc cơ bản sau:
D c - Đường kính trung bình giữa D e và D a , D c = 𝐷𝑒 + 𝐷𝑎
D a - Đường kính qua mép xẻ rãnh
D e - Đường kính ngoài lò xo màng, D e = 260 mm
D i - Đường kính trong, D i = 60 mm δ - Chiều dày lò xo màng, δ = 2,5 mm
Z - Số thanh phân bố đều lên màng, Z = 18
Lực tổng hợp F được thể hiện thông qua số kết cấu như sau:
1 − 𝐾 2 ))] Trong đó : K 1 , K 2 - Tỉ số kích thước của của nón cụt, được xác định:
E – mô-đun đàn hồi kéo, E = 2.10 5 ( N/mm 2 ) à P - hệ số Poisson, đối với thộp lũ xo à P = 0,26 h - Độ cao phần không xẻ rãnh của nón cụt ở trạng thái tự d:
Hệ số 2,2 đảm bảo rằng vùng lực ép không đổi rộng và không lật lò xo, với chiều cao h = δ.2,2 = 2,5.2,2 = 5,5 mm Dịch chuyển của đĩa tại điểm đặt lực ép là l1 = 2,75 mm Đường kính mép xẻ rãnh được xác định là D a.
Thay các thông số vào 𝐹 Σ :
𝐹 Σ < P thõa mãn lực ép yêu cầu
Lực cần tác dụng lên đĩa để ép Ly hợp là:
Kiểm tra các điều kiện làm việc của Ly hợp
Chế độ tải của ly hợp được thể hiện qua công trượt riêng ω d, được xác định khi ô tô khởi động tại chỗ Mức gai tăng nhiệt độ Δ t của đĩa chủ động sau một lần đóng cũng là một thông số quan trọng trong quá trình này.
3.3.1 Tính công trượt và công trượt riêng
Giả sử vận tốc của động cơ và các mômen M d , M c , M ψ không đổi trong quá trình trượt
Ly hợp, ta được công thức:
Mômen quán tính tương đương với khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô, bao gồm các chi tiết trong hệ thống truyền lực và bánh xe, được quy về trục thứ cấp của hộp số.
G - trọng lượng toàn bộ của xe
G - gia tốc trọng trường r b - bán kính làm việc trung bình của bánh xe i 0 - tỉ số truyền lực chính i 1 - tỉ số truyền ở tay số 1 i f - tỉ số truyền ở hộp số phụ
G = 21700 N g = 9,81 m/s 2 r b = 0,29 m (đã tính ở lò xo giảm chấn) i 0 = 4,377 (đã tính ở lò xo giảm chấn) i 1 = 3,928 i f = 1
Vận tốc góc ban đầu, với động cơ xăng chọn:
3 + 50𝜋 ω m - là vận tốc góc của động cơ tại thời điểm mômen cực đại:
Mômen cản chuyển động ô tô quy về trục Ly hợp:
𝑖 0 𝑖 1 𝜂 𝑡𝑙 Trong đó: Ψ - hệ số cản tổng cộng của mặt đường
Do khởi động tạo chỗ nên v = 0
𝑊 𝜇 - công trượt của Ly hợp
A - diện tích bề mặt ma sát i = 𝑧 𝜇 - số đôi bề mặt ma sát
D,d - đường kính trong và ngoài đĩa ma sát
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LY HỢP
Thiết kế các chi tiết trong bộ Ly hợp
Tấm ma sát, hay đĩa ma sát, bao gồm một moay-ơ có rãnh then hoa và tấm kim loại làm xương đĩa được phủ vật liệu ma sát Chúng được chế tạo từ pherado chịu nhiệt với hệ số ma sát cao, đi kèm với các lò xo trên đĩa nhằm chống rung và giảm chấn hiệu quả.
Dựa vào các phần tính toán được trình bày trong chương 3 về "tính toán các thông số của Ly hợp Toyota Innova", chúng tôi đã xác định được các thông số quan trọng của đĩa ma sát.
- Đường kính ngoài của tấm ma sát D 2 = 220 mm
- Đường kính trong của tấm ma sát D 1 = 140 mm
- Đinh tán được bố trí trên đĩa theo hai dãy tương ứng với các bán kính như sau:
Vòng trong: r 1 = 85 mm = 0,085 m Vòng ngoài: r 2 = 100 mm = 0,1 m
- Độ dày của tấm ma sát = 8 mm
Hình 4.1: Bản vẽ 2D tấm ma sát
Hình 4.2 Mô phỏng 3D tấm ma sát
Dựa trên các phần tính toán được trình bày trong chương 3 về "tính toán các thông số của Ly hợp Toyota Innova," chúng ta đã xác định được các thông số quan trọng của lò xo giảm chấn.
- Số vòng làm việc của lò xo: n 0 = 6
- Chiều dài làm việc của lò xo: l 1 = 15 mm
- Chiều dài của lò xo ở trạng thái tự do: l 2 = 27 mm
Hình 4.3 Bản vẽ 2D lò xo giảm chấn
Hình 4.4 Mô phỏng 3D 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, xuất phát từ sự biến đổi mômen của động cơ và hệ thống truyền lực Điều này giúp đảm bảo việc truyền mômen một cách êm ái từ đĩa bị động đến moay ơ trục Ly hợp.
Sau khi tính toán và kiểm tra độ bền của lò xo dựa trên các thông số đã tìm được, việc kiểm tra ứng suất là cần thiết để đánh giá độ bền của lò xo Điều này được thực hiện bằng cách so sánh ứng suất hiện tại với ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo lò xo.
Dựa trên các tính toán được thực hiện trong chương 3 về các thông số của Ly hợp Toyota Innova, chúng tôi đã kiểm tra độ bền của moay ơ đĩa ma sát dựa vào các thông số thu thập từ tài liệu kỹ thuật của Toyota Innova.
- Đường kính ngoài của then hoa: D = 35 mm
- Đường kính trong của then hoa: d = 28 mm
- Bề rộng của then hoa: b = 2 mm
Hình 4.5 Bản vẽ 2D moay-ơ đĩa ma sát
Hình 4.6 Mô phỏng 3D moay-ơ đĩa ma sát
Moay-ơ đĩa ma sát được chế tạo từ thép 40x và được kiểm tra độ bền ở chương 3
“tính toán các thông số của Ly hợp Toyota Innova” từ những thông số tìm được
Với các thông số từ nhà sản xuất tất cả đều đảm bảo cho Ly hợp hoạt động ổn định và an toàn trong thời gian dài
Xương đĩa ma sát được lấy từ kích thược trên xe Toyota Innova:
- Chiều dày xương đĩa x = 2 mm
Hình 4.7 Bản vẽ 2D xương đĩa ma sát
Hình 4.8 Mô phỏng 3D xương đĩa ma sát
Tấm đệm đĩa ma sát
Với các thông số tính toán các chi tiết đã tính được ở phần trên, ta có thể vẽ tấm đệm đĩa ma sát
Hình 4.9 Bản vẽ 2D tấm đệm đĩa ma sát
Hình 4.10 Mô phỏng 3D tấm đệm đĩa ma sát
Cụm đĩa ma sát Ly hợp hoàn chỉnh
Sau khi hoàn tất quá trình tính toán, kiểm tra và mô phỏng các chi tiết của đĩa ly hợp, chúng tôi đã sử dụng phần mềm Solidworks để hoàn thiện thiết kế cho cụm đĩa ly hợp.
- Việc mô phỏng thiết kế trên phần mềm solidworks góp phần thể hiện rõ các chi tiết đã thiết kế
- Đưa ra được hình ảnh cụ thể của đĩa ma sát theo các thông số đã thiết kế
Kiểm tra thẩm mỹ và các liên kết giữa các chi tiết của đĩa ma sát là rất quan trọng Hình 4.11 mô phỏng 3D cụm đĩa ly hợp hoàn chỉnh, bao gồm: a) hình nhìn đối diện cụm đĩa ly hợp; b) hình nhìn bên cụm đĩa ly hợp; c) hình cắt của cụm đĩa ly hợp.
Hình 4.12 Chi tiết bên trong cụm đĩa Ly hợp
Bảng 4.1 Tên chi tiết cấu tạo cụm đĩa Ly hợp
*Lưu ý: đây là cấu tạo đầy đủ của cụm đĩa Ly hợp nên một số chi tiết sẻ không có bản vẽ 2D trong bài
STT Giải thích STT Giải thích
1 Tấm đệm đĩa ma sát 8 Tấm ma sát
2 Tấm đệm lò xo hướng trục 9 Tấm giữ lò xo (tấm dẫn động sau)
3 Lò xo hướng trục 10 Lo xo giảm chấn moay ơ
6 Lò xo giảm chấn 13 Đinh tán tấm ma sát
7 Tấm giữ lò xo ( tấn dẫn động trước)
Để hiểu rõ hơn về các chi tiết của cụm Ly hợp, chúng tôi đã thực hiện mô phỏng 3D và sử dụng công nghệ render để tạo ra những hình ảnh chân thực hơn Dưới đây là một số hình ảnh minh họa cho quá trình này.
Hình 4.13 Mô phỏng 3D Cụm đĩa Ly hợp sau khi qua render a) Theo hướng nhìn đối diện cụm đĩa; b) Theo hướng bên cạnh cụm đĩa
Hình 4.14 Mô phỏng 3D Các chi tiết bên trong cụm đĩa ma sát
Lò xo màng là bộ phận quan trọng trong hệ thống ly hợp, chịu trách nhiệm tạo lực ép cho đĩa ép Qua việc tính toán các thông số trong chương 3 “tính toán các thông số của ly hợp Toyota Innova”, độ bền của lò xo màng đã được kiểm tra dựa trên các thông số kỹ thuật của Toyota Innova.
- Đường kính ngoài lò xo màng D e = 260 mm
- Chiều dày lò xo màng δ = 2,5 mm
- Số thanh phân bố đều lên màng Z = 18
Lò xo màng dùng để ép chặt đĩa ép và đĩa Ly hợp vào bánh đà để mạch truyền mômen từ động cơ được liền mạch
Từ các thông số trên ta cũng tính được lực ép cần tác dụng lên đĩa để ép Ly hợp
Hình 4.15 Bản vẽ 2D lò xo màng
Từ bản vẽ 2D ta xây dựng được hình ảnh 3D của chi tiết:
Hình 4.16 Mô phỏng 3D lò xo màng
Vỏ ly hợp là phần chủ động của ly hợp, được gắn cố định với bánh đà bằng các bulong Các chi tiết như đĩa ép cũng được lắp lên vỏ ly hợp, giúp đảm bảo quá trình truyền và ngắt ly hợp hiệu quả.
Dựa vào Ly hợp mẫu trên xe Toyoto Innova để mô phỏng lại hình dạng và cấu tạo của vỏ Ly hợp
Hình 4.17 Bản vẽ 2D vỏ Ly hợp
Hình 4.18 Mô phỏng 3D vỏ Ly hợp
52 Đĩa ép Ly hợp Đĩa ép hay còn gọi là mâm ép, bàn ép là thành phần không thể thiếu của Ly hợp
Ly hợp Toyota Innova có nhiệm vụ ép chặt lá côn (đĩa ma sát) vào bánh đà, giúp kết nối động cơ với hệ thống truyền lực Việc mô phỏng đĩa ép trên phần mềm SolidWorks sẽ dựa vào các thông số kỹ thuật của ly hợp này.
Hình 4.19 Bản vẽ 2D đĩa ép
Hình 4.20 Mô phỏng 3D đĩa ép
Từ các chi tiết được vẽ ở trên ta có thể lắp ghép thành cụm vỏ Ly hợp hoàn chỉnh: a) b)
Hình 4.21 Mô phỏng 3D cụm vỏ Ly hợp a) Hướng nhìn đối diện cụm vỏ ly hợp; b) Hướng cạnh bên của cụm vỏ ly hợp
Hình 4.22 Vị trí đinh tán liên kết lò xo màng
Bên trong cụm vỏ ly hợp, đĩa ép được kết nối với lò xo màng thông qua kẹp giữ, và gắn liền với vỏ ly hợp bằng thanh giằng.
Hình 4.23 Bên trong cụm vỏ Ly hợp
Ngoài ra để cấu thành nên một cụm vỏ Ly hợp còn có các chi tiết nhỏ khác mà không nằm trong các bản vẽ tính toán:
Hình 4.24 Mô phỏng 3D cấu tạo chi tiết cụm vỏ Ly hợp
Bảng 4.2 Tên các chi tiết cụm vỏ Ly hợp
STT Giải thích STT Giải thích
1 Vỏ ly hợp 6 Đinh tán giữ lò xo màng
2 Lò xo màng 7 Đinh tán
4 Ngóng vòng 9 Kẹp giữ thu hồi
*Lưu ý: đây là cấu tạo đầy đủ của cụm vỏ Ly hợp nên một số chi tiết sẻ không có bản vẽ 2D trong bài
Dưới đây là một số hình ảnh 3D sau khi được qua render, để thấy được hình ảnh một cách chân thật hơn:
Hình 4.25 Mô phỏng 3D cụm vỏ Ly hợp góc nhìn đối diện
Hình 4.26 Mô phỏng 3D cụm vỏ Ly hợp góc nhìn xiên
Dựa vào các thông số đã tính toán từ cụm đĩa ma sát và cụm vỏ ly hợp, chúng ta có thể vẽ được bánh đà Tuy nhiên, do bánh đà không nằm trong phần tính toán ban đầu, nên số liệu có ít thông số và việc vẽ bánh đà dựa trên hình mẫu có thể dẫn đến những thông số không chính xác so với thực tế.
Hình 4.27 Bản vẽ 2D bánh đà
Hình 4.28 Mô phỏng 3D bánh đà
Bộ Ly hợp hoàn chỉnh
Lắp ghép các chi tiết của Ly hợp không chỉ thể hiện cách hoạt động của nó mà còn cho thấy độ liên kết giữa các chi tiết trong cả trạng thái dừng và hoạt động.
Hình 4.29 Các bộ phận cấu thành bộ Ly hợp A) Bánh đà; B) Cụm đĩa ma sát ly hợp; C) Cụm vỏ Ly hợp
Để đảm bảo quá trình gia công và lắp ghép Ly hợp diễn ra thuận lợi, việc nắm rõ cấu tạo chi tiết của Ly hợp cùng với vị trí của các thành phần trong bộ Ly hợp là rất quan trọng.
Bộ ly hợp hoàn chỉnh có cấu tạo chi tiết với các thành phần bên trong được liên kết chặt chẽ Hình cắt của ly hợp cho thấy rõ cách mà các chi tiết này tương tác và phối hợp với nhau.
Hỡnh 4.31 3D cắt ẵ của bộ Ly hợp
Dưới đây là một số hình ảnh của bộ Ly hợp sau khi được render, cho phép chúng ta nhìn thấy rõ nét thực tế của sản phẩm sau quá trình thiết kế 3D.
Hình 4.32 Mô phỏng 3D hướng nhìn đối diện bộ Ly hợp
Hình 4.33 Mô phỏng 3D hướng nhìn xiên bên của bộ Ly hợp
Hình 4.34 Mô phỏng 3D hướng nhìn xiên dưới bộ Ly hợp
Hình 4.35 Mô phỏng 3D hướng nhìn dưới bộ Ly hợp
Việc sử dụng các hình ảnh bộ Ly hợp theo nhiều góc nhìn giúp có thể thấy những chi tiết nhỏ bị che khuất
