NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG LY HỢP CÓ CƯỜNG HÓA KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ

lOMoARcPSD|15547689

6

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******&******

NGÔ VĂN GIANG
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG LY
HỢP CĨ CƯỜNG HĨA KHÍ NÉN TRÊN Ơ TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN KHẮC TUÂN


lOMoARcPSD|15547689

8

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******&******

NGÔ VĂN GIANG

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG LY
HỢP CĨ CƯỜNG HĨA KHÍ NÉN TRÊN Ơ TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

KHOA CHUN MƠN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PHỊNG ĐÀO TẠO

Thái Ngun, 06/2016


lOMoARcPSD|15547689

9

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Vừa qua theo Đề án quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến
2020 tầm nhìn đến 2030 Chính phủ đã đề ra mục tiêu phát triển ngành công nghiệp ô
tô thành ngành Công nghiệp quan trọng của đất nước, đáp ứng tối đa nhu cầu thị
trường nội địa về các loại xe tải, xe khách thông dụng và một số loại xe chuyên dùng;
phấn đấu trở thành nhà cung cấp linh kiện, phụ tùng và một số cụm chi tiết có giá trị
cao trong chuỗi sản xuất cơng nghiệp ơ tơ thế giới, góp phần vào tăng trưởng kinh tế
và thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp khác. Vì thế, mục tiêu trước mắt
để phát triển ngành cơng nghiệp ơ tơ đó là phải chuẩn bị nguồn nhân lực chuyên ngành
có kỹ thuật cao và từng bước nghiên cứu, chế tạo các cụm chi tiết nhằm thúc đẩy
nhanh việc nội địa hóa sản xuất các tổng thành, hệ thống trên ô tô. Đáp ứng nhu cầu
thực tiễn đó, hiện nay, hầu hết các cơ sở đào tạo sinh viên chun ngành ơ tơ, ngồi
việc tập trung đào tạo lý thuyết đều chú trọng tới công tác đào tạo kỹ năng thực hành

thí nghiệm.
Để nâng cao kỹ năng thực hành, thí nghiệm trong đào tạo sinh viên đại học, các
thiết bị thực hành, thí nghiệm và mơ hình đào tạo có vai trị chủ đạo. Song một khó
khăn đó là các mơ hình được cung cấp trên thị trường bởi các công ty thiết bị trường
học thường chủ yếu nhằm mục tiêu nghiên cứu cấu tạo, hoạt động của các hệ thống
hoặc tổng thành ô tô. Các mô hình này phù hợp cho tạo nghề ở bậc học cao đẳng,
trung cấp. Tuy nhiên, một trong những yêu cầu đặt ra ở bậc học đại học, đó là sinh
viên cần có kỹ năng nghiên cứu lý thuyết và làm sáng tỏ lý thuyết thơng qua thí
nghiệm, thực hành. Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo các mơ hình đào tạo đáp ứng được
mục tiêu đào tạo đại học là một yêu cầu rất cần thiết hiện nay.
Nhằm cung cấp cơ sở lý thuyết ban đầu cho việc thiết kế chế tạo các hệ thống
trên ơ tơ trong đó có cụm ly hợp và hệ thống dẫn động, việc nghiên cứu đặc tính động
học, động lực học và ảnh hưởng của các bộ phận kết cấu đến hoạt động của hệ thống,
tải trọng tác động lên các bộ phận từ đó cho phép ta xác định được các thơng số kết
cấu tối ưu cho các cụm chi tiết trong hệ thống là một việc làm rất quan trọng.


lOMoARcPSD|15547689

10

Chính vì vậy, đề tài “ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp
có cường hóa khí nén trên ơ tơ” với mục tiêu nghiên cứu động học, động lực học của
hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa trên cơ sở đó chế tạo được mơ hình phục vụ
cho cơng tác thực hành và thí nghiệm của sinh viên chun ngành Cơng nghệ ô tô là
một đề tài có ý nghĩa thực tiễn và cần thiết hiện nay.
2. Các cơng trình đã cơng bố liên quan đến đề tài
Đã có rất nhiều các cơng trình cơng bố nghiên cứu về động học và động lực học
của ly hợp và hệ dẫn động điều khiển ly hợp trên ô tô.
1. Analysis of the Influence of Clutch Pedal to Vehicle Comfort Jiangchuan Li, Feng

Deng, Shaojin Liu and Hao Hu. Các tác giả đã đưa ra nghiên cứu lý thuyết về ảnh
hưởng của hành trình bàn đạp, lực tác dụng đến sự thoải mái và sự tiện nghi êm dịu
của ô tô khi chuyển động.
2.

Smooth

engagement

for

automotive

dry

clutch,

F.

Garofalo

et

al. (2001). Dựa trên mơ hình được đơn giản hóa bài báo đã mơ phỏng q trình trượt
của ly hợp và điều khiển phù hợp tốc độ của động cơ đốt trong.
3.

Model

and

control

of

a

wet

plate

clutch,

M.J.W.H.

Edelaar

(1997). Tác giả đã đưa ra mơ hình mơ phỏng và điều khiển ly hợp kiểu ma sát ướt. Mơ
hình được kiểm chứng bằng nghiên cứu thực nghiệm.
4.

The

propensity

influence
to

of
judder

the
in

interface

coefficient

automotive

of

clutches,

friction
D.

upon

the

Centea,

H.

Rahnejat and M.T. Menday (2001). Bài báo phân tích nguyên nhân của dao động xoắn
trong hệ thống truyền lực, xây dựng mơ hình động lực học phi tuyến, các kết quả tính
tốn và thực nghiệm được đưa ra để kiểm chứng mơ hình
5. Mơ phỏng và tính tốn động lực học hệ thống truyền lực thủy cơ trên ô tô, Nguyễn
Trọng Hoan, Nguyễn Khắc Tuân (2005). Trong bài báo các tác giả đã trình bày

phương pháp xây dựng mơ hình tính tốn động lực học hệ thống truyền lực. Nghiên
cứu ảnh hưởng của tốc độ đóng ly hợp đến tải trọng động tác dụng lên hệ thống truyền
lực.


lOMoARcPSD|15547689

11

6. Dry Clutch Control for Automotive Applications, Pietro J. Dolcini · Carlos Canudas
de Wit Hubert Béchart (2011). Các tác giả đã trình bày một cách chi tiết về quy luật
điều khiển ly hợp ma sát khô trên ô tô, các kết quả tính tốn và thí nghiệm liên quan.
Đối với các mơ hình đào tạo. Ở các nước phát triển, ngành công nghiệp ô tô đã
đi trước chúng ta hàng vài thập kỉ. Song song với đó là sự phát triển của hệ thống các
cơ sở đào tạo phục vụ cho sự phát triển của ngành này, đặc biệt là công việc đào tạo
các kỹ sư và kỹ thuật viên ô tô. Tại tất cả các trạm bảo hành, bảo trì của các hãng xe
lớn như Toyota, Ford, Huyndai, Honda ở các nước phát triển đều trang bị các mô hình
đào tạo để hỗ trợ cơng việc của các kỹ sư và kỹ thuật viên. Đối với mỗi hãng xe để
phát triển thị phần, trong chiến lược kinh doanh của mình các hãng xe đều có những hệ
thống chăm sóc khách hàng riêng. Với mỗi sản phẩm được tung ra thị trường, các hãng
xe này đều có mơ hình riêng sử dụng cho việc đào tạo đội ngũ kỹ thuật viên cũng như
các kỹ sư bảo trì nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ.

Hình 1 Một mơ hình đào tạo ly hợp do TradeKorea Hàn Quốc cung cấp
Ở Việt Nam khi phát triển một mẫu xe mới, do khơng có mơ hình đào tạo, đa số
các cơng ty liên doanh ô tô thường phải cử các kỹ sư và nhân viên kỹ thuật sang các
nước sở tại để học nghề về mỗi một mẫu xe mới ra mắt.


lOMoARcPSD|15547689

12

Do nhu cầu của thị trường, hiện nay có một số cơng ty chun chế tạo mơ hình
phục vụ cho công tác giảng dạy nghề như công ty Tân Phát, công ty Nam Tiến Phát,
Công ty cổ phần kỹ nghệ Gamma, cơng ty Văn Lang, trung tâm cơ khí chính xác Bách
Khoa.

Hình 2 Mơ hình ly hợp dẫn động cơ khí cơng ty thiết bị Sun

Hình 3 Mơ hình cắt bổ ly hợp với dẫn động kiểu cơ khí của cơng ty Nam Tiến Phát

Các mơ hình do các cơng ty trong nước cung cấp trên thị trường thường dưới
dạng


lOMoARcPSD|15547689

13

- Mơ hình cắt bổ chết: là loại mơ hình chỉ quan sát được cấu tạo các cụm chi tiết
- Mơ hình cắt bổ chuyển động được: là loại mơ hình có thể quan sát được cấu
tạo chi tiết và hoạt động của các cụm chi tiết trong mơ hình.
Các mơ hình này chủ yếu phục vụ cho đào tạo nghề ở các trường cao đẳng,
không phù hợp với mục đích thực hành, thí nghiệm trong đào tạo đại học.
3. Mục tiêu nghiên cứu
- Cung cấp thêm cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế chế tạo hệ dẫn động ly hợp
- Chế tạo được mơ hình hệ dẫn động ly hợp kiểu thủy lực có cường hóa khí nén phục
vụ cho thí nghiệm, thực hành của sinh viên các chun ngành Cơ khí động lực và cơng
nghệ ơ tơ.

4. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu động học, động lực học hệ dẫn động ly hợp kiểu thủy lực có cường
hóa khí nén
- Nghiên cứu chế tạo mơ hình ly hợp và hệ dẫn động ly hợp.
5. Nội dung nghiên cứu
Phần mở đầu
Chương 1 Tổng quan về ly hợp và hệ thống dẫn động ly hợp có trợ lực trên ô tô
Chương 2 Nghiên cứu động lực học hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén
Chương 3  Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén
Kết luận
6. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: phương pháp mô hình hóa hệ thống và mơ phỏng số bằng
phần mềm Matlab.
-

Nghiên cứu thực nghiệm: trên mơ hình thực


lOMoARcPSD|15547689

14

Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ LY HỢP VÀ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG LY HỢP
CĨ TRỢ LỰC TRÊN Ơ TƠ
1.1.

Giới thiệu về ly hợp ô tô và hệ thống

1.1.1. Giới thiệu về ly hợp
a. Công dụng của ly hợp

Ly hợp là một khớp nối dùng để truyền mô men xoắn từ trục khuỷu động cơ
đến các cụm chi tiết tiếp theo của hệ thống truyền lực. Chức năng quan trọng của ly
hợp là:
-

Dùng để tách nối giữa động cơ với hệ thống truyền lực khi khởi hành, dừng xe,
chuyển số và phanh xe.

-

Trong các hệ truyền lực với hộp số cơ khí, việc dùng ly hợp tách tức thời động
cơ khỏi hệ thống truyền lực sẽ làm giảm va đập đầu răng hoặc các khớp gài
giúp cho quá trình sang số được dễ dàng.

-

Đóng êm dịu động cơ đang làm việc với hệ thống truyền lực giúp cho mô men
xoắn ở các bánh xe chủ động tăng lên từ từ do vậy mà xe khởi hành và tăng tốc
êm.

-

Tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực để giảm khối lượng quán tính của xe và
động cơ làm việc liên tục ( khơng bị chết máy ) qua đó nâng cao hiệu quả
phanh, nâng cao hiệu suất làm việc và nâng cao tuổi thọ xe.

-

Ly hợp có tác dụng như một cơ cấu an toàn bảo đảm cho động cơ và hệ thống
truyền lực khỏi bị quá tải dưới tác dụng của tải trọng động và mơ men qn

tính.

b. Các u cầu đặt ra cho hệ thống ly hợp:
-

Hệ thống ly hợp phải truyền được tồn bộ mơ men xoắn từ động cơ sang hệ
thống truyền lực ở các chế độ làm việc khác nhau.

-

Đóng êm dịu để tăng từ từ mô men quay lên trục của hệ thống truyền lực

-

Mở dứt khoát, nhanh để tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực nhằm giảm va
đập khi sang số.

c. Phân loại ly hợp
- Theo phương pháp truyền mơ men có: ly hợp ma sát, ly hợp thủy lực, ly hợp
điện từ
- Theo hình dạng của chi tiết truyền ma sát: ly hợp đĩa, ly hợp nón, ly hợp hình
trống


lOMoARcPSD|15547689

15

- Theo phương pháp phát sinh lực ép có: ly hợp lị so ép (hình trụ, đĩa), ly hợp
bán ly tâm, ly hợp ly tâm

-Theo kết cấu cơ cấu ép có: ly hợp thường đóng, ly hợp thường mở
d. Cấu tạo và hoạt động của ly hợp
Hiện nay trên ô tô dùng phổ biến ly hợp ma sát khô thường đóng sử dụng lị so
ép hình trụ hoặc lị so đĩa
-

Ly hợp ma sát với lị xo ép hình trụ

+ Cấu tạo : gồm có đĩa ly hợp làm bằng thép, bên ngoài gắn vành đệm ma sát, mayơ
của đĩa bị động lồng vào rãnh then hoa trục sơ cấp. Đĩa bị động này, luôn luôn bị ép
giữa đĩa ép và bánh đà bằng lị xo trụ.

Hình 1. 1 Ly hợp ma sát lị xo ép hình trụ
+ Hoạt động :
Khi tách (hay mở) ly hợp để gài số, người lái xe phải tác dụng một lực lên bàn
đạp, qua càng cắt ly hợp, cần ép, đĩa ép dịch chuyển về phía phải, ép lị xo, mở rộng
khoảng cách giữa bánh đà và đĩa ép, làm cho đĩa bị động tách khỏi bánh đà. Do đó
truyền động từ động cơ hay bánh đà sang trục sơ cấp hay hộp số bị ngắt.


lOMoARcPSD|15547689

16

Hình 1. 2 Đĩa ma sát
1- Lị xo giảm chấn; 2- mayơ ở rãnh then hoa; 3- Đinh tán;
2- 4- bề mặt ma sát ; 5- đường rãnh làm mát
-

Ly hợp ma sát với lò xo đĩa

+ Cấu tạo :
Lò xo đĩa tròn và mỏng, được chế tạo từ thép lò xo, được tán bằng đinh tán
hoặc bắt chặt bằng bu lơng vào nắp ly hợp, có vịng trụ xoay ở mỗi phía của lị xo đĩa
làm việc như một trụ xoay trong khi lò xo đĩa đang quay.
Hầu hết bánh đà và đĩa ép có dấu cân bằng động. Sau khi cân bằng động, chúng
được làm dấu để khi bảo dưỡng hộp số hay ly hợp, lắp lại đúng vị trí đã cân bằng.
+ Hoạt động :

Hình 1. 3 Ly hợp ma sát lò xo đĩa
Khi đạp bàn đạp ly hợp, lực từ bàn đạp sẽ được truyền đến càng cắt ly hợp tác
động vòng bi cắt ly hợp dịch chuyển sang trái và ép mạnh vào lò xo đĩa làm đĩa ép


lOMoARcPSD|15547689

17

chuyển động sang phải (hình vẽ). Sự chuyển động của đĩa ép sẽ làm đĩa ly hợp tách
khỏi bánh đà và quay tự do. Do đĩa ly hợp được kết nối với trục sơ cấp của hộp số
bằng then hoa, vì vậy khi đĩa ép được tách ra thì chuyển động từ bánh đà không được
truyền tới hộp số.
Khi nhả ly hợp lực đàn hồi của lò xo đĩa sẽ đẩy vòng bi chuyển động ngược lại
và đĩa ép sẽ ép chặt đĩa ly hợp vào bánh đà. Do vậy, khi bánh đà quay thì mơ men từ
bánh đà sẽ truyền qua đĩa ly hợp làm trục sơ cấp cùng động cơ quay.
1.1.2. Ý nghĩa của hệ thống :
Để truyền được mơ men lớn thì lực ép của ly hợp để liên kết bánh đà của động
cơ với hệ thống truyền lực phải đủ lớn, do đó để đóng mở ly hợp đòi hỏi người lái xe
tác dụng lên bàn đạp ly hợp một lực rất lớn, điều đó dẫn đến công việc của người lái
xe quá nặng nhọc, gây ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất và độ an toàn khi khai thác

thiết bị. Để khắc phục vấn đề trên chúng ta phải tìm các giải pháp giảm nhẹ cường độ
làm việc cho người lái xe cũng như nâng cao độ tin cậy của hệ thống, vấn đề này được
giải quyết một cách hữu hiệu nhờ áp dụng, lắp đặt hệ thống , trợ lực cho hệ thống dẫn
động ly hợp.
Các yêu cầu đặt ra với các hệ thống dẫn động ly hợp là:
 Hệ thống dẫn động ly hợp phải đảm bảo độ tin cậy trong quá trình khai thác sử
dụng.
 Đảm bảo lực bàn đạp và hành trình bàn đạp nằm trong giới hạn cho phép, hệ
thống có đặc tính động học phù hợp u cầu hoạt động ly hợp khi mở phải dứt
khốt, khi đóng êm dịu
 Hệ thống phải đơn giản, dễ bố trí lắp đặt, kiểm tra và bảo dưỡng sửa chữa
1.2. Các hệ thống dẫn động ly hợp dùng trợ lực khí nén
Ngày nay, người ta thường sử dụng các loại dẫn động ly hợp trợ lực khí nén là
do:
-

Lực khí nén có áp suất cao sử dụng trợ lực có thể giảm nhẹ đáng kể lực tác
động lên bàn đạp ly hợp.

-

Trên nhiều xe sử dụng hệ thống phanh khí do đó có thể tận dụng nguồn năng
lượng này cho nhiệm vụ dẫn động ly hợp.

-

Hệ thống trợ lực khí nén có kết cấu đơn giản và nhỏ gọn do đó dễ bố trí trên xe
Trong các ơ tơ hiện nay có hai loại sơ đồ trợ lực khí nén được sử dụng rộng rãi

đó là sơ đồ dẫn động cơ khí trợ lực khí nén và dẫn động thuỷ lực trợ lực khí nén.

lOMoARcPSD|15547689

18



Đối với sơ đồ dẫn động cơ khí trợ lực khí nén, lực bàn đạp được truyền xuống
cơ cấu tuỳ động để mở van khí thơng qua các cơ cấu đòn dẫn động, các cơ cấu
tuỳ động sẽ đảm bảo lực tác động lên cơ cấu đòn mở tỷ lệ tuyến tính với lực
bàn đạp. Ngồi ra để ly hợp vẫn có thể hoạt động khi hệ thống trợ lực hỏng hóc,
bộ phận tuỳ động sẽ được nối cứng để truyền được lực bàn đạp cho đòn mở.



Với hệ thống dẫn động thuỷ lực trợ lực khí nén, nguyên lý làm việc cũng hồn
tồn tương tự, chỉ có điểm khác biệt là lực bàn đạp truyền xuống cơ cấu tuỳ
động sẽ thông qua hệ thống thuỷ lực. Hệ thống thuỷ lực có nhiệm vụ vừa mở ly
hợp vừa làm dịch chuyển piston của cơ cấu tuỳ động để mở van khí.

1.2.1. Hệ thống dẫn động thuỷ lực, trợ lực khí nén
a. Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1. 4 Dẫn động ly hợp kiểu thủy lực, cường hóa khí nén
1 – Bàn đạp ly hợp; 2 – Lò xo hồi vị cho bàn đạp ly hợp; 3 – Xi lanh chính; 4 – Ống
dẫn dầu; 5 – Xi lanh khí nén; 6 – Piston trợ lực; 7 – Cần đẩy; 8 – Xi lanh công tác; 9 –
Piston xi lanh công tác; 11 – Cần đẩy piston xi lanh công tác; 12 – Nạng mở; 13 – Bạc
mở; 14 – Ống dẫn dầu; 15 – Pis ton; 16 – Cốc; 17 – Màng; 18 – Van xả; 19 – Lò xo
hồi vị màng; 20 – Lò xo hồi vị van; 21 - Van nạp khí nén; 22 - Đường ống dẫn khí

nén; 23 – Lò xo hồi vị bi tê
Trong sơ đồ nguyên lý
 Bàn đạp ly hợp được nối với pistong xi lanh chính
 Nạng mở ly hợp 12 được nối với piston xi lanh công tác 9 và piston xi lanh trợ
lực 6.
 Cơ cấu mở van trợ lực được nối thông với hệ thống thuỷ lực qua đường ống14.


lOMoARcPSD|15547689

19

 Khoang B và xi lanh công tác nối thông với nhau, khoang A thơng với bình khí
nén.
 Bộ phận trợ lực được liên kết trực tiếp với cơ cấu thuỷ lực mở ly hợp
b. Nguyên lý làm việc:
+ Ở trạng thái đóng ly hợp:
Khi chưa tác động lên bàn đạp ly hợp, do tác dụng của lò xo hồi vị van 20 van
khí nén 21 đóng lại, xi lanh công tác được nối thông với khoang B của van phân phối
và thơng với khí trời.
+ Ở hành trình mở ly hợp:
Người lái tác dụng lên bàn đạp ly hợp 1 một lực Q làm cho tay đòn bàn đạp
quay quanh O1 đẩy cần đẩy piston xi lanh chính 3 đi xuống (theo chiều mũi tên). Khi
đó dầu trong xi lanh chính 3 được nén lại và theo đường ống 4 đến xi lanh công tác 8,
tác động lên piston xi lanh công tác 9 làm piston dịch chuyển xang phải, tác động lên
cần đẩy 11 làm cần đẩy 11 dịch chuyển sang phải làm cho nạng mở 12 quay quanh O2
đẩy bạc mở 13 dịch chuyển sang trái. Đồng thời khi đó dầu có áp suất cao theo đường
ống 14 tác dụng lên piston 15 dịch chuyển sang trái tì vào cốc16 là cho cốc 16 và
màng 17 cùng dịch chuyển sang trái đóng van xả 18 lại, nhờ liên kết qua trục làm van
nạp 21 mở ra. Khí nén từ bình chứa theo đường ống 22 qua van nạp 21 vào khoang B,

tác dụng lên piston trợ lực 6 làm piston 6 dịch chuyển sang phải qua cần đẩy 7 và 11
tác dụng lên nạng mở 12 mở ly hợp. Như vậy lực tác dụng mở ly hợp bao gồm do
người lái tác dụng lên bạc mở 13 thơng qua hệ thơng thuỷ lực và lực do khí nén tạo ra.
+ Khi người lái giữ bàn đạp ly hợp: (vị trí trung gian)
Ở giai đoạn này lực trợ lực có xu hướng tiếp tục đẩy piston trợ lực 6 sang phải,
do piston 6 liên kết với piston xi lanh công tác 9 lên cũng đẩy piston 9 tiếp tục chuyển
động sang phải. Giai đoạn này thể tích xi lanh công tác tăng lên mà chất lỏng không
được bổ xung do đó áp suất trong cả hệ thống sẽ giảm, do tác động của lực lò xo hồi vị
van 20 và lò xo hồi vị màng 19 làm cho van nạp khí nén 21 đóng lại và có xu hướng
mở van xả 18. Khi tổng lực trợ lực và lực bàn đạp ly hợp thông qua hệ thống thuỷ lực
cân bằng với
tổng lực ép (lực lò xo ép và các lị xo hồi vị) thì hệ thống được giữ lại.
+ Khi người lái thôi tác dụng lên bàn đạp 1, dưới tác dụng của lò xo hồi vị 2
kéo bàn đạp trở về vị trí ban đầu, piston của xi lanh chính 3 dịch chuyển theo bàn đạp
ly hợp làm cho áp suất chất lỏng trong toàn hệ thống giảm xuống, dưới tác dụng của lò
xo hồi vị van 20, lị xo hồi vị màng 19 và lực khí nén tác dụng lên đế van nạp 21, van


lOMoARcPSD|15547689

20

nạp 21 đóng lại van xả 18 được mở ra thơng xi lanh cơng tác và khoang B với khí trời,
áp suất trợ lực giảm xuống. Do tác dụng của lị xo ép ly hợp ly hợp đóng lại
+ Khi hệ thống trợ lực không hoạt động:
Người lái tác dụng lên bàn đạp thông qua piston 3 tạo ra dầu có áp suất cao tác
động lên piston 15 làm cho piston 15 dịch chuyển sang trái, khi đi hết hành trình xi
lanh bị chặn lại. Do người lái tiếp tục tác động lên bàn đạp ly hợp do vậy áp suất dầu
trong hệ thống tiếp tục tăng tác động lên piston xi lanh công tác 9 để mở ly hợp. Vậy
khi hệ thống trợ lực không hoạt động hệ thống dẫn động ly hợp vẫn đảm bảo mở ly

hợp nhưng với hành trình dài hơn.
1.2.2. Hệ thống dẫn động cơ khí, trợ lực khí nén kiểu vỏ van dịch chuyển
a. Sơ đồ nguyên lý

Hình 1. 5 Dẫn động ly hợp kiểu cơ khí, cường hóa khí nén vỏ van dịch chuyển
1 - Bàn đạp ly hợp; 2 - Đòn quay; 3 - Thanh kéo; 4 - Chạc quay; 5 - Thanh kéo; 6 –
Lò xo hồi vị; 7 - Đòn quay; 8 – Cần đẩy; 9 – Nắp van phân phối; 10 – Thân van phân
phối; 11 - Đường ống dẫn khí; 12 – Van phân phối; 13 - Đường ống dẫn khí; 14 – Ti
đẩy van phân phối; 15 – Cần đẩy ; 16 – Nạng mở; 17 – Xi lanh lực; 18 - Đòn quay; 19
– Bạc mở; 20 – Lò xo hồi vị bạc mở ; 21 - Lò xo ép van; 22 – Lò xo hồi vị ti đẩy
Trong sơ đồ nguyên lý
+ Bàn đạp ly hợp được nối với vỏ van thơng qua địn quay 2, 7, thanh kéo 3, 5,
chạc quay 4, thanh đẩy 8.


lOMoARcPSD|15547689

21

+ Bi tê 19 và nạng mở 16 được nối với ti đẩy 14 thông qua cần đẩy 15.
+ Van phân phối 12 được ép vào vỏ van nhờ lò xo ép.
+ Phần cơ khí được nối với phần trợ lực thơng qua địn quay 18.
b. Ngun lý làm việc:
+Ở trạng thái đóng của ly hợp:
Khi hệ thống chưa làm việc lò xo ép van 21, lò xo hồi vị ti đẩy 22 ép van phân
phối 12 và ti đẩy 14 vào vỏ van, khoang A thơng với bình khí nén
cịn khoang B và xi lanh cơng tác được thơng với khí trời.
+ Ở hành trình mở ly hợp:
Khi người lái tác dụng lên bàn đạp ly hợp 1 một lực Q làm cho đòn quay 2
quay quanh O1, nhờ thanh kéo 3 đòn quay 4 quay quanh O2 kéo thanh kéo 5 chuyển

động sang trái, khi đó địn quay 7 quay quanh O3 đẩy cần đẩy 8, nắp van phân phối 9
và thân van phân phối 10 chuyển dich sang phải tác động lên nạng mở 16 làm cho
nạng mở 16 quay quanh O4 đẩy bạc mở 19 dịch chuyển sang trái. Khi bạc mở 19 dịch
chuyển hết hành trình tự do và chạn vào địn mở ly hợp, do lực tác động mở ly hợp
chưa đủ thắng lực lò xo ép ly hợp lên ti đẩy 14, cần đẩy 15, nạng mở 16 đứng lại. Do
người lái vẫn tiếp tục tác động lực lên bàn đạp do đó các cụm chi tiết phía trái ti đẩy
tiếp tục dịch chuyển sang phải, khi vỏ van và van phân phối đi hết khe hở giữa ti đẩy
với van phân phối đầu ti đẩy 14 tì vào van 12 làm cho van 12 mở ra. Khí nén từ khoan
A qua van 12 sang khoang B sau đó theo đường ống 13 vào xi lanh công tác 17 tác
động lên piston trong xi lanh công tác đẩy dịch chuyển lên trên làm quay đòn quay 18
quanh O4 đẩy bạc mở sang trái để mở ly hợp. Đồng thời khi dịch chuyển của vỏ van
và ti đẩy đi hết khe hở ‘h’ giữa vỏ van và ti đẩy nắp bên phải của van phân phối tì vào
ốc hạn chế hành trình trên cần đẩy 15 tác động lên nạng mở 16, bi tê 19 mở ly hợp.
Vậy lực mở ly hợp trong hệ thống này bao gồm lực khí nén và lực tác động người lái
qua hệ thống cơ khí
+ Khi người lái giữ bàn đạp ly hợp:
Ở trạng thái này lực trợ lực có xu hướng tác động lên piston xi lanh trợ lực 17
đẩy nó tiếp tục dịch chuyển, do vỏ van lyên kết với bàn đạp nó sẽ dừng lại, ty đẩy nối
với nạng mở và piston xi lanh lực do đó có xu hướng vẫn dịch chuyển sang phải lên
đóng van phân phối 12 lại và mở thơng thể tích làm việc của hệ thống trợ lực với khí
trời qua lỗ a trên ti đẩy. Khi tổng lực trợ lực và lực bàn đạp ly hợp thơng qua lị xo hồi
vị ti đẩy cân bằng với tổng lực ép (lực lò xo ép và các lò xo hồi vị) thì hệ thống được
giữ lại.


lOMoARcPSD|15547689

22

+ Khi người lái thôi tác dụng lên bàn đạp ly hợp

Dưới tác dụng của lò xo hồi vị 6 bàn đạp 1 trở về vị trí ban đầu, thơng qua các
đòn quay 2, 4, 7 và các thanh kéo 3, 5 cụm van phân phối dịch chuyển sang trái. Dưới
tác dụng của lò xo hồi vị ti đẩy 22 và lò xo ép van 21 ép ti đẩy và van vào vỏ van, khi
đó van khí nén đóng lại, khoang B van phân phối và xi lanh công tác thơng với khơng
khí qua lỗ a trên thân ti đẩy, áp suất trong hệ thống trợ lực giảm về áp suất khơng khí.
Ly hợp dưới tác dụng lị xo ép được đóng lại.
+ Hệ thống trợ lực khơng hoạt động
Trường hợp hệ thống trợ lực không hoạt động, người lái tác dụng lên bàn đạp ly
hợp thông qua hệ thống các khâu khớp đẩy vỏ van, van phân phối và ti đẩy dịch
chuyển. Khi bạc mở chạm nào đòn mở ly hợp và vỏ van dịch chuyển hết khe hở h,
toàn bộ hệ thống nối cứng với nhau và hoạt động tương tự như hệ thống dẫn động mở
ly hợp kiểu cơ khí.
1.2.3 – Hệ thống dẫn động cơ khí, trợ lực khí nén kiểu vỏ van đứng yên
a. Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1. 6 Dẫn động ly hợp kiểu cơ khí, cường hóa khí nén vỏ van đứng n
1- Bàn đạp ly hợp; 2 - Đòn quay; 3 – Thanh kéo đứng; 4 – Chạc quay; 5 – Thanh kéo
ngang; 6 – Lò xo hồi vị; 7 - Đòn quay; 8 – Rãnh trượt;9 - Đòn mở van; 10 – Cần đẩy;
11 – Xy lanh lực; 12 – Piston xy lanh lực; 13 – Vỏ van phân phối; 14 – Van phân phối;
15 – Ti đẩy; 16 – Nạng mở; 17 – Bạc mở; 18 – Lò xo hồi vị bạc mở; 19 – thanh liên
kết; 20 – Lò xo ép van; 21 – Lò xo hồi vị ti đẩy
Trong sơ đồ nguyên lý ở trên


lOMoARcPSD|15547689

23

+ Bàn đạp ly hợp liên kết với cơ cấu mở van khí nén qua địn quay 2, 7, thanh
kéo đứng 3, thanh kéo ngang 5, chạc quay 4, và thanh liên kết 19.

+ Phần trợ lực liên kết trực tiếp với nạng mở.
+ Lực bàn đạp truyền sang cơ cấu mở ly hợp qua rãnh trượt 8.
+ Khoang A thơng với bình khí nén, khoang B thơng với xi lanh cơng tác
b. Ngun lý làm việc
+Ở trạng thái đóng ly hợp:
Khi hệ thống chưa làm việc lò xo ép van 20, lò xo hồi vị ti đẩy 21 ép van phân
phối 14 và ti đẩy 15 vào vỏ van, khoang A thơng với bình khí nén cịn khoang B và xi
lanh cơng tác được thơng với khí trời.
+ Ở hành trình mở ly hợp:
Khi người lái tác dụng lên bàn đạp ly hợp 1 một lực Q làm cho đòn quay 2
quay quanh O1, nhờ thanh kéo 3 chạc quay 4 quay quanh O2 kéo thanh kéo ngang 5
chuyển động sang trái, khi đó địn quay 7 quay quanh O3 kéo thanh liên kết 19 dịch
chuyển sang phải theo rãnh trượt 8 (rãnh trượt 8 nằm trên cần đẩy 10) làm đòn mở 9
quay quanh khớp quay trên cần đẩy 10 tác động lên ti đẩy 15 làm ti đẩy 15 dịch
chuyển sang trái tỳ vào van phân phối 14 để mở van. Khi van phân phối 14 mở, khí
nén từ bình qua van phân phối, qua ống dẫn đến xy lanh lực11, tác động lên piston 12
làm piston 12 dịch chuyển sang phải đẩy cần đẩy 10 cùng dịch chuyển sang phải, làm
nạng mở 16 quay quanh O4 tỳ vào bạc mở 17 và đẩy 17 dịch chuyển sang trái tác
động vào đòn mở ly hợp. Khi đòn quay 7 đi hết hành trình rãng trượt 8 lực bàn đạp
thông qua 8 truyền sang cần đẩy 10, nạng mở 16, bạc mở 17 cùng với lực trợ lực mở ly
hợp.
+Khi người lái giữ bàn đạp ly hợp:
ở giai đoạn người lái giữ bàn đạp ly hợp, khí nén vẫn tiếp tục được cung cấp
vào xi lanh lực do đó lực trợ lực có xu hướng vẫn đẩy cần đẩy 10 sang phải. Do đầu
nối thanh liên kết 19 với đòn quay 7 đứng lại còn khớp quay trên cần đẩy 10 dịch
chuyển sang phải đẩy đòn mở van 9 quay ngược chiều kim đồng hồ, làm giảm lực tác
động lên ti đẩy15 đóng van khí nén lại.
Lực lị xo ép cân bằng với lực trợ lực và lực bàn đạp hệ thống được giữ lại
+ Khi người lái thôi tác dụng lên bàn đạp ly hợp:
Lực tác dụng lên bàn đạp ly hợp mất đi dưới tác dụng của lò xo hồi vị 6 bàn đạp

1 trở về vị trí ban đầu, thơng qua các địn quay 2,4,7 và các thanh kéo 3, 5 địn mở 9
khơng tác dụng lực lên ti đẩy 15, lò xo hồi vị ti đẩy và van phân phối tác động làm van


lOMoARcPSD|15547689

24

phân phối đóng lại. Khí nén từ xi lanh 11 qua đường dẫn trở về và thốt ra ngồi
khơng khí qua lỗ trên ti đẩy15 làm giảm lực trợ lực, dưới tác dụng của lị xo ép ly hợp
đóng lại.
+Khi hệ thống trợ lực không hoạt động:
Người lái tác dụng lên bàn đạp ly hợp thông qua các cơ cấu dẫn động làm cho
đòn 7 quay quanh O3, khi đòn quay 7 đi hết hành trình rãnh trượt 8 sẽ tác động vào cần
đẩy 10 đẩy cần đẩy 10 dịch chuyển sang phải để mở ly hợp trong trường hợp này hệ
thống làm việc tương tự hệ thống dẫn động mở ly hợp kiểu cơ khí.
1.3. Một số phương án điều khiển ly hợp trên ô tô
Trên bảng 1.1 và bảng 1.2 trình bày đặc điểm của cụm ly hợp, phương án dẫn
động ly hợp và kích thước của một số bộ trên ô tô hiện nay.


lOMoARcPSD|15547689

25

Bảng 1. 1 Kiểu ly hợp và dẫn động ly hợp ở một số loại xe
STT

Loại xe

Model xe

Kiểu dẫn động ly hợp

Kiểu

Kiểu lị xo ép

1

IAMZ 238

Tải trung bình

Thủy lực

Khí nén

Trụ

2

GAZ M20

Sedan 4 chỗ

Cơ khí

–

đĩa

3

ZIL 130,131

Tải trung bình

Cơ khí

–

Trụ

4

Volga, Gaz 24

Sedan 4 chỗ

Thủy lực

–

đĩa

5

GZCA -3711

Chun dùng bưu chính

Cơ khí

Chân khơng

Trụ

6

Jeep KI, TI, XK

Đa dụng

Thủy lực

–

đĩa

7

Ford Tarus

Sedan 4 chỗ

Cơ khí

–

đĩa

Mercury Sable
8

Ford Fiesta 1986

Sedan 4 chỗ

Cơ khí

–

đĩa

9

UAZ Patriot

Đa dụng

Thủy lực

–

đĩa

10

ZIL 133, 133G. 133

Tải trung bình

Thủy lực

Khí nén

Trụ

GYA, BYA
11

Toyota Landcruiser

Đa dụng

Thủy lực

Chân khơng

đĩa

12

Nissan Blue bird

Sedan 4 chỗ

Thủy lực

khơng

đĩa

Sylphy
13

Thaco Ollin 500B

Tải 5 tấn

Thủy lực

Khí nén

đĩa

14

Thaco TB82S

Bus 29 chỗ

Thủy lực

Chân khơng

Trụ

15

Thaco TB 120L

Bus 45 chỗ

Thủy lực

Khí nén

đĩa


lOMoARcPSD|15547689

26

16

Huyndai HD 310

Xitec

Thủy lực

Khí nén

đĩa

17

Huyndai HD 1000

Đầu kéo 38 tấn

Thủy lực

Khí nén

–

18

Auman AC990

Bửng nâng – 9 tấn

Thủy lực

Khí nén

–

Bảng 1. 2 Kích thước dẫn động ly hợp kiểu thủy lực
Ơ tơ

Đường kính xilanh [mm]
Xilanh chính

Xilanh cơng tác

Hành trình bàn đạp ly hợp [mm]
Hành trình tồn bộ

Xilanh

Hành trình tự do

ZAZ – 968M

19,0

22,0

–

150

38

BAZ - 2105

19,0

19,0

–

140

30

GAZ – 3102

22,2

25,1

–

145

28

MAGYRUC 290

23,52

34,42

–

195

50

KAMAZ - 5320

28,0

28,0

90

190

42

MAZ – 5335

–

–

52

160

43

MAZ - 4540

–

–

149

185

43

lOMoARcPSD|15547689

27

1.4. Kết luận chương 1
Từ các phân tích các kết cấu các hệ thống dẫn động ly hợp và nghiên cứu kết
cấu của các ly hợp trang bị trên ô tô khác nhau [bảng 1.1, bảng 1.2] cho thấy:
- Do có nhiều ưu điểm như nhỏ gọn, đặc tính đàn hồi ưu việt hơn lò so trụ nên lò so
đĩa được sử dụng rộng rãi cả trên xe du lịch, xe tải và xe khách.
- Trên ô tô du lịch thường có kết cấu: Ly hợp kiểu ma sát khơ 1 đĩa, dẫn động kiểu
thủy lực không sử dụng
-

Trên ô tô khách, ô tô tải thường trang bị ly hợp ma sát khô một hoặc nhiều

đĩa, điều khiển ly hợp kiểu thủy lực hoặc cơ khí nhưng có khí nén hoặc chân không.
Hệ thống điều khiển ly hợp kiểu thủy lực có khí nén là một hệ thống khá
phức tạp nhưng làm việc tin cậy, giúp giảm sức lao động của người lái, làm tăng tính
an tồn và năng suất vận tải. Do vậy, các tác giả chọn hệ thống này để nghiên cứu
động lực học và thiết kế mô hình đào tạo.


lOMoARcPSD|15547689

28

Chương 2 MƠ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG
DẪN ĐỘNG LY HỢP CĨ TRỢ LỰC KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ

2.1. Phương pháp nghiên cứu động lực học hệ thống dẫn động ly hợp có
trợ lực khí nén trên ơ tơ
2.1.1. Khái qt về phương pháp mơ phỏng
Tính tốn động lực học của các hệ thống nói chung hệ thống dẫn động ly hợp
nói riêng cho phép xác định được các thông số: lực, mômen tác dụng lên hệ thống
trong q trình làm việc. Các thơng số này là cơ sở để đánh giá chất lượng của một
hệ thống. Đối với một hệ thống đã được thiết kế sẵn thơng số này mang tính chất
kiểm nghiệm, cịn với công tác thiết kế chế tạo các hệ thống mới, thơng số này có ý
nghĩa hết sức quan trọng trong việc tìm ra các kết cấu tối ưu.
Việc tính tốn động lực học của các hệ thống có thể thực hiện bằng nhiều
phương pháp khác nhau. Trong luận văn này, tác giả lựa chọn phương pháp mô
phỏng để nghiên cứu động lực học của hệ dẫn động ly hợp.
Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về mô phỏng. Mô phỏng theo định nghĩa
thuật ngữ được hiểu là thực nghiệm quan sát và điều khiển được trên mơ hình của
đối tương khảo sát. Theo Từ điển Bách khoa tồn thư thì mơ phỏng được hiểu là mơ
hình hố các đối tượng trong thế giới thực bằng cách sử dụng máy tính. Trong kỹ
thuật có thể hiểu mơ phỏng là sự nghiên cứu hệ thống thực thơng qua mơ hình, đảm
bảo tính tương tự giữa kết quả của hệ thống thực trong cùng một điều kiện khảo sát
với một sai số nhỏ nhất có thể chấp nhận được [5].
Trình tự của bài tốn mơ phỏng một hệ thống thơng thường như sau [5,6]:
-

Xây dựng mơ hình cơ học (vật lý).

-

Xây dựng mơ hình tính tốn (hệ phương trình vi phân)

-

Giải hệ phương trình đánh giá kết quả

Ý nghĩa của việc mơ phỏng:
-

Cho phép tìm hiểu các hiện tượng vật lý xảy ra trong hệ thống mà không cần
tiến hành thực nghiệm;

-

Tiết kiệm thời gian, cơng sức và chi phí trong q trình thiết kế, chế tạo.

Hạn chế


lOMoARcPSD|15547689

29

-

Mức độ chính xác và tin cậy của kết quả tính tốn phụ thuộc nhiều vào
phương pháp và các giả thiết trong q trình mơ phỏng;

-

Đối với các bài tốn phức tạp, khối lượng tính tốn lớn địi hỏi máy tính
mạnh, thời gian tính tốn dài.

2.1.2. Phương pháp xây dựng mơ hình mơ phỏng các hệ thống dẫn động thủy

khí
Khi nghiên cứu các hệ thống phức tạp như hệ thống kết thủy lực, khí nén để
xây dựng mơ hình tốn học người ta thường chia hệ thống thành các hệ thống con
riêng biệt sau đó xây dựng quan hệ liên kết giữa các hệ thống con này[3,6].
2.1.2.1 Phương pháp mô phỏng hệ thống dẫn động khí nén
Các hệ thống dẫn động bằng khí nén bao gồm nguồn cung cấp khí nén (bơm,
các van an tồn , các bình chứa…) và các thiết bị khác như van điều khiển và các xi
lanh chấp hành.
Để nghiên cứu động lực học của hệ thống cần phải thiết lập được các phương
trình mơ tả q trình làm việc của hệ thống hay nói cách khác là mơ phỏng tốn học
hệ thống. Tuy nhiên bản chất vật lý của các hiện tượng xẩy ra trong hệ thống rất
phức tạp và việc mô phỏng một cách hồn tồn chính xác là khơng thể thực hiện
được, đặc biệt là quá độ. Do vậy, người ta thường phải sử dụng các phương pháp mô
phỏng gần đúng để giải quyết bài tốn này. Hiện nay có nhiều phương pháp mô
phỏng, tuy nhiên phương pháp mô phỏng tập trung được sử dụng khá phổ biến do nó
có ưu điểm là tương đối đơn giản và cho phép nghiên cứu các hệ thống phức tạp với
độ chính xác cao.
Bản chất của phương pháp mô phỏng tập trung dựa trên hai nguyên tắc sau:
-

Thể tích khí trong tất cả các phần tử của hệ thống (van, xi lanh chấp hành,
đường ông..) được coi là tập trung tại một dung tích và sức cản các phần tử
này được tập trung tại một tiết lưu.

-

Tổng lưu lượng đi vào một điểm nút của hệ thống bằng tổng lưu lượng đi ra
khỏi điểm nút của đó.

Phương pháp tập trung cho phép đơn giản hóa bài tốn mơ phỏng và bài tốn này

được quy về việc xác định các thông số sau:


lOMoARcPSD|15547689

30

-

Quan hệ giữa các thơng số của dịng chảy đi qua một điểm nút

-

Quan hệ giữa các thơng số dịng chảy đi qua tiết lưu

-

Quan hệ giữa các thông số dịng chảy đi vào một dung tích

a. Phương trình lưu lượng tại một điểm nút
m

 dm 

  dt 
i 1

0

2

D

1

Hình 2. 1 Mơ tả một điểm nút

Đối với sơ đồ trên hình 2.1 ta có:
b. Phương trình lưu lượng đi qua tiết lưu
Phương trình lưu lượng tức thời đi qua tiết lưu

Trong đó:

: lưu lượng tức thời qua tiết lưu

: hệ số lưu lượng:

fc, f là tiết diện của dịng khí và của lỗ tiết lưu
v* : là vận tốc giới hạn :

(

– vận tốc truyền song trong

khơng khí);
k=1,4 ;

T: nhiệt độ tuyệt đối;

R=287,14m2/(s2K)

po, p1 - áp suất trước và sau tiết lưu;
hàm lưu lượng, với  là áp suất không thứ nguyên:


lOMoARcPSD|15547689

31

Hình 2. 2 Tiết lưu và ký hiệu của nó trên sơ đồ mô phỏng

Hàm lưu lượng  ( ) thể hiện quy luật biến đổi lưu lượng khí đi qua theo áp
suất khơng thứ ngun

Trong đó

là hàm tốc độ dịng khí

Do mức độ phức tạp của các q trình xảy ra trong hệ thống mà cho tới nay
người ta chưa tìm được biểu thức chính xác mơ tả hàm lưu lượng. Trong các tính
tốn vẫn phải sử dụng các công thức kinh nghiệm hoặc các công thức gần đúng được
xây dựng dựa trên hàng loạt các giả thiết.
Theo Saint-Vernant tồn tại hai chế độ dịng chảy của chất khí tùy thuộc vào áp
suất không thứ nguyên. Nghĩa là tồn tại một giá trị tới hạn  =0,528. Saint-Vernant
đã xây dựng được cơng thức thực nghiệm sau:
-

Nếu σ>0,528 thì

-

Nếu σ≤ 0,528 thì
Theo các nghiên cứu của F.E. Sanville trên các loại van và đường ống thực

đã đưa ra công thức kinh nghiệm:

Trong đó σ* xác định từ thực nghiệm
Theo cơng thức tính hàm lưu lượng của Giáo sư N.P. Metliuc, thì