TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay trong công cuộc đổi mới đất nước, công nghiệp hoá và hiện đại hoá là
nhu cầu tất yếu của một nước phát triển. Cùng với sự phát triển của các lĩnh vực, lĩnh vực
giao thông cũng nắm vai trò chủ đạo, đặc biệt là trong vấn đề vận chuyển hàng hóa và đi
lại. Trong các phương tiện giao thông, ô tô được sử dụng phổ biến nhất để phục vụ các
nhu cầu của con người trong cuộc sống như vận tải hàng hoá, du lịch... Do đó đòi hỏi
ngành ôtô luôn cần có sự đổi mới, tối ưu hoá về mặt kỹ thuật, hoàn thiện hơn về mặt công
nghệ, để nâng cao tính hiện đại, tính kinh tế, trong quá trình vận hành.
Đối với các sinh viên, đồ án môn học nói chung và đồ án thiết kế và tính toán ô tô
nói riêng nhằm giúp sinh viên có thể vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế, phát
huy khả năng tư duy và sáng tạo trong quá trình nghiên cứu và công tác về sau này. Bên
cạnh mục đích chung là giúp sinh viên cũng cố lại kiến thức đã học, thì với những yêu
cầu khi thiết kế đồ án còn giúp cho học viên chủ động hơn trong việc tiếp cận với những
kết cấu thực tế. Để từ đó gốp phần tạo nên một nền tảng kiến thức và tiền đề để sinh viên
tiếp tục ứng dụng và phát triển cho các chuyên môn sau này.
Trong quá trình làm đồ án này, em đã học được rất nhiều điều nhờ sự hướng dẫn
tận tình của thầy Nguyễn Việt Hải và sự góp ý chia sẻ thông tin của các bạn cùng làm đồ
án để em có thể hoàn thành đồ án này. Do kiến thức còn hạn chế nên trong đồ án này
chắc chắn không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy
cô và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Đặng Xuân Cường

1


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ

Mục lục
Lời nói đầu ........................................................................................................................ 1
Mục lục ............................................................................................................................ 2
Chương1: TỔNG QUAN VỀ LY HỢP ÔTÔ....................................................................4
1.1. Công dụng của ly hợp....................................................................................................
1.2. Phân loại ly hợp..........................................................................................................4
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
1.3. Yêu cầu của ly hợp......................................................................................................4
Chương 2. Tính toán mô men ma sát và chọn loại, sơ đồ dẫn động...................................5
2.1. Mô men ma sát của ly hợp............................................................................................6
2.2 Chọn loại và sơ đồ dẫn động của ly hợp.......................................................................7
2.2.1. Ly hợp ma sát cơ khí..................................................................................................7
2.2.2.Ly hợp điện từ.............................................................................................................9
2.2.3.. Ly hợp ma sát thủy lực...........................................................................................9
2.3. Chọn sơ đồ dẫn động..................................................................................................10
2.3.1. Sơ đồ đẫn độngly hợp bằng cơ khí.........................................................................10
2.3.2. Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng thủy lực.....................................................................11
2.3.3. Sơ đồ dẫn động ly hợp có trợ lực khí nén..............................................................12
Chương 3. Tính toán xác các thông số cơ bản của ly hợp..............................................13
3.1. Bán kính vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động..................................................13
3.2. Diện tích và bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát..........................14
3.3. Lực ép của cơ cấu ép................................................................................................14
3.4. Công trượt riêng của ly hợp......................................................................................15
3.4.1.. Mômen quán tính qui dẫn Ja................................................................................14
3.4.2. Mômen cản chuyển động qui dẫn Ma....................................................................16
3.4.3. Tính thời gian trượt trong các giai đoạn (t1 & t2).................................................17
2

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
3.4.4. Tính công trượt tổng cộng của ly hợp L(J)...........................................................18
3.4.5. Tính công trượt riêng cho ly hợp..........................................................................19
3.5. Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp.....................................................................................19
3.6. Bề dày tối thiểu của đĩa ép........................................................................................20
3.7. Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu ép.............................................................20
3.7.1. Ưu nhược điểm của lò xo trụ................................................................................21
3.7.2. Tính toán lò xo dây xoắn hình trụ........................................................................21
3.7.2.1. Tính lực ép cần thiết của một lò xo Flx(N) khi làm việc..................................21
3.7.2.2. Độ cứng của một lò xo dây xoắn Clx(N/m)......................................................22
3.7.2.3. Lực tác dụng lớn nhất lên một lò xo ép..........................................................22
3.7.2.4. Kích thước hình học của lò xo........................................................................23
Chương 4. Tính toán các thông số cơ bản
4.1. Tính toán các thông số cơ bản của điều khiển ly hợp bằng thủy lực.........................28
4.2. Xác định hành trình bàn đạp...................................................................................29
4.3. Xác định lực tác dụng lên bàn đạp..........................................................................31
Kết luận ........................................................................................................................... 32
Tài liệu tham khảo ...........................................................................................................33

s

3


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ LY HỢP ÔTÔ
1.1. Công dụng của ly hợp
Ly hợp dùng để truyền mô men quay được êm dịu và để tách truyền động đến hệ

thống truyền lực được nhanh chóng và dứt khoát. Ngoài ra ly hợp còn dùng như một cơ
cấu an toàn cho hệ thống truyền lực khi động cơ làm việc ở chế độ không tải cưỡng bức
và hệ thống truyền lực sẽ không bị quá tải bởi những mômen quá lớn.
1.2. Phân loại ly hợp
- Dựa vào tính chất truyền mômen, người ta phân ra các loại:
+ Ly hợp ma sát cơ khí.
+ Ly hợp thủy lực.
+ Ly hợp điện từ.
- Dựa vào hình dạng của bộ phận ma sát cơ khí có thể chia ra:
+ Ly hợp ma sát đĩa phẳng.
+ Ly hợp ma sát đĩa côn (đĩa bị động có dạng hình côn).
+ Ly hợp ma sát hình trống (kiểu tang trống và guốc ma sát ép vào tang trống).
- Theo đặc điểm làm việc, có thể chia ra:
+ Loại thường đóng .
+ Loại không thường đóng.
1.3. Yêu cầu của ly hợp
Từ những nhiệm vụ trên mà ly hợp có những yêu cầu sau:
- Đảm bảo truyền được mômen quay lớn nhất của động cơ trong bất kỳ điều kiện sử dụng
nào. Tuy nhiên ma sát của ly hợp không được quá lớn nhằm đảm bảo được nhiệm vụ làm
cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực.
4


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
- Mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng để cho quá trình làm đồng đều tốc độ của
đồng tốc được nhanh chóng, do đó rút ngắn được thời gian gài số. Nghĩa là khi mở ly
hợp, phần bị động phải tách hoàn toàn khỏi phần chủ động trong thời gian ngắn nhất,
ngược lại sẽ gây khó khăn cho việc gài số.
- Khi đóng ly hợp, yêu cầu phải êm dịu. Tức là mômen ma sát hình thành ở ly hợp phải
tăng từ từ khi đóng ly hợp, có vậy mới tránh được hiện tượng giật xe và gây dập răng của

các bánh răng trong hộp số cũng như trong các cơ cấu truyền động khác trong hệ thống
truyền lực.
- Mômen quán tính các chi tiết phần bị động của ly hợp phải nhỏ đến mức thấp nhất có
thể nhằm giảm va đập lên bánh răng khi gài số, giảm nhẹ điều kiện làm việc của bộ đồng
tốc cũng như tăng nhanh thời gian gài số.
- Phải làm được nhiệm vụ của cơ cấu an toàn để tránh cho hệ thống truyền lực bị quá tải.
Mômen ma sát không được lớn quá để tránh xảy ra hiện tượng gãy trục cácđăng
Ngoài ra còn có các yều cầu khác như :
+ Điều khiển nhẹ nhàng, lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ.
+ Hệ số ma sát cao và ổn định .
+ Thoát nhiệt tốt, bền vững .
+ Làm việc tin cậy, hiệu suất cao .
+ Kích thước nhỏ gọn, kết cấu, sữa chữa, bảo dưỡng đơn giản.
+ Giá thành rẽ.
Chương 2. Tính toán mô men ma sát và chọn loại. sơ đồ dẫn động
Bảng 1-1: Bảng thông số
STT

Thông số cho

Ký hiệu

Xe tải

Đơn vị

diesel
1
2
3

4

Trọng lượng toàn bộ
Công suất cực đại động cơ
Số vòng quay ứng với Ne-max
Mô men xoắn cực đại

Ga
Ne-max
nN
Me-max
5

7200
110
3200
370

(kg)
(KW)
(V/ph)
(N.m)


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ

5
6
7
8

Số vòng quay ứng với Me-max
Hệ số cản của đường
Vận tốc cực đại của xe
Bán kính làm việc bánh xe

nM
Ψmax
Va max
Rbx

2000
0,33
100
400

(v/ph)
(-)
(Km/h)
(mm)

2.1. Mômen ma sát của ly hợp
Để đảm bảo cho ly hợp truyền hết mômen quay của động cơ thì ly hợp phải sinh ra
được một mômen ma sát luôn luôn lớn hơn hoặc bằng mômen quay cực đại của động cơ
trong quá trình sử dụng, tức là hệ số dự trữ phải luôn luôn lớn hơn hoặc bằng 1.
Mômen ma sát Mms của ly hợp theo [1] được xác định theo công thức sau:
Mms = Memax.β

[N.m]

(2.1)

Trong đó:
Mms [N.m] : Mômen ma sát cần thiết của ly hợp.
Memax [N.m]: Mômen xoắn lớn nhất của động cơ. Theo đề Memax = 370 [N.m].
β: Hệ số dự trữ của ly hợp.
Hệ số dự trữ ly hợp β phải đủ lớn (β >1) để đảm bảo cho ly hợp truyền hết mômen
xoắn động cơ trong mọi điều kiện làm việc của nó (khi các bề mặt ma sát bị dầu mở rơi
vào, khi các lò xo ép bị giảm tính đàn hồi, khi các tấm ma sát bị mòn…). Mặc khác hệ số
β không được quá lớn, vì như thế ly hợp không làm tốt chức năng bảo vệ an toàn cho hệ
thống truyền lực khi quá tải.
Hệ số β thường được xác định bằng thực nghiệm, có tính đến các yếu tố như đã nói ở
trên và đặc biệt chú ý xét đến nhiều điều kiện làm việc nặng nhọc của xe, đặc tính động
lực học của xe thiết kế.
Theo kinh nghiệm, đối với xe tải thì: β = 1,6 ÷ 2,25. Vì xe tải có trọng lượng nhỏ,
nhưng hoạt động thường xuyên trong những điều kiện đường xá không đảm bảo, nên ta
chọn β về phía giới hạn trên của xe tải, ta chọn β = 1,9 .
Thay các thông số vào biểu thức 2.1 ta có:
Mms = 370.1,9 = 703 [N.m].
Vậy mômen ma sát yêu cầu của ly hợp là: Mms = 703 [N.m]
6


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
2.2Chọn loại và sơ đồ dẫn động ly hợp
2.2.1. Ly hợp ma sát cơ khí
Đây là loại ly hợp mà mômen ma sát hình thành ở ly hợp nhờ ma sát của các bề mặt
ma sát cơ khí.
a. Theo hình dạng và đặc điểm kết cấu có thể chia chúng ra thành các kiểu sau
+ Ly hợp ma sát đĩa phẳng.

+ Ly hợp ma sát đĩa côn (đĩa bị động có dạng hình côn).
+ Ly hợp ma sát hình trống (kiểu tang trống và guốc ma sát ép vào tang trống).
- Đối với hai loại hình côn và hình trống ngày nay không dùng nữa vì mômen quán tính
của phần bị động khá lớn, ảnh hưởng không tốt đến việc gài số.
- Ly hợp ma sát đĩa phẳng thì dùng phổ biến hơn vì nó có những ưu điểm sau:
+ Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ.
+ Việc đóng mở ly hợp dứt khoát và dễ dàng.
+ Mômen quán tính của phần bị động nhỏ, ít ảnh hưởng đến việc gài số.
Nhưng bên cạnh đó nó cũng có nhược điểm là kết cấu sẽ trở nên cồng kềnh khi dùng
nhiều đĩa ép.
b. Theo đặc điểm kết cấu của lò xo ép, có thể chia ly hợp ma sát cơ khí ra
- Ly hợp ma sát cơ khí kiểu nhiều lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh.

7


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ

Hình 1.1. Ly hợp ma sát cơ khí kiểu nhiều lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh
1. Trục khuỷu, 2. Đĩa bị động, 3. Bánh đà, 4. Bánh răng, 5. Lò xo ép, 6. Đĩa ép
7. Ổ bi tỳ, 8. Trục ly hợp, 9. Càng mở, 10. Tấm ma sát.
+ Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, có độ tin cậy cao.
+ Nhược điểm: Áp lực sinh ra ở các bề mặt ma sát dễ không đồng đều do bị nung
nóng khác nhau hoặc do gẫy cục bộ.
- Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép trung tâm:
+ Ưu điểm: Áp suất sinh ra ở các bề mặt ma sát là đồng đều, điều khiển nhẹ nhàng.
+ Nhược điểm: Độ tin cậy thấp, kết cấu đòn mở phức tạp và điều chỉnh rất khó khăn
nên rất ít sử dụng.
- Ly hợp ma sát cơ khí lò xo ép đĩa nón cụt:
+ Ưu điểm:

8


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
• Chỉ có một lò xo kiểu đĩa nón cụt bố trí ở giữa nên áp lực phân bố đều lên bề
mặt ma sát.
• Lò xo làm luôn nhiệm vụ đòn mở nên kết cấu gọn nhẹ.
• Điều khiển nhẹ nhàng.
+ Nhược điểm: Không thể điều chỉnh khe hở giữa đòn mở và bạc khi tấm ma sát bị
mòn nên ly hợp này chỉ sử dụng trên xe du lịch và xe khách cỡ nhỏ, có đặc tính động lực
tốt, sử dụng trong điều kiện đường xá tốt, ít sang số.
c. Theo đặc điểm làm việc có thể chia ra
- Ly hợp thường đóng.
- Ly hợp không thường đóng.
2.2.2 Ly hợp điện từ
Ly hợp điện từ có hai loại: có hỗn hợp sắt từ và không có hỗn hợp sắt từ
Ly hợp điện từ không có hỗn hợp sắt từ có ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản.
+ Dễ tự động hóa quá trình điều khiển.
Tuy nhiên lại có nhược điểm sau: Các yêu cầu đặt ra đối với vật liệu chế tạo lõi thép và
phần ứng mâu thuẩn nhau. Để đảm bảo cho ly hợp mở dứt khoát cần phải dùng sắt
nguyên chất mềm, còn đẻ giảm mài mòn, chống xước lại phải dùng thép cứng.
Để khắc phục nhược nhược điểm trên, dùng ly hợp điện từ có hỗn hợp sắt từ, có ưu điểm:
+ Các bề mặt làm việc rất ít bị mài mòn.
+ Có khả năng điều chỉnh vô cấp mô men xoắn
+ Không cần điều chỉnh trong sử dụng.
Tuy vập lại tồn tại những nhược điểm sau:
+ Mô men quán tính phần bị động của ly hợp lớn nên cần phải tăng kích thước của
bộ đồng tốc ở hộp số.

+ Mô men chịuan ảnh hưởng nhiều của nguồn điện.
+ Tốn kém kim loại màu nên giá thành cao.
+ Hiệu suất thấp.
Do đó, việc sử dụng ly hợp điện từ còn bị hạn chế.
9


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
2.2.3 Ly hợp ma sát thủy lực
Đây là loại ly hợp mà mômen ma sát hình thành ở ly hợp nhờ ma sát thủy lực, là ly
hợp làm việc rất êm dịu (nhờ tính chất để trượt của chất lỏng) vì vậy giảm tải trọng động
cho hệ thống truyền lực cũng như cho động cơ.
Tuy vậy ly hợp thủy lực lại mở không dứt khoát vì luôn có mô men dư (dù số vòng
quay của động cơ rất thấp) làm ảnh hưởng đến việc gài số.
Ngoài ra ly hợp thủy lực luôn luôn có sự trượt (ít nhất từ 2-3%) do vậy gây ra tổn
hao công suất động cơ và do đó tăng tiêu hao nhiên liệu của xe. Mặt khác, ly hợp thủy lực
đòi hỏi cao về độ chính xác và kín khít đối với các mối ghép, yêu cẩu có các loại dầu đặc
biệt (dầu có độ nhớt và nhiệt độ đông đặc thấp, không sủi bọt...) nên giá thành cao hơn ly
hợp ma sát cơ khí thông thường. Do đó, loại ly hợp này chỉ sử dụng hạn chế trên các xe
đặc biệt có công suất riêng lớn.
Qua phân tích ở trên và tham khảo ly hợp một số động cơ, với ô tô ta thiết kế là ô tô
tải, trọng lượng toàn bộ 7200kg và mô men ma sát cần thiết của ly hợp tính được là M
ms= 703 (N.m). Do đó, ta chọn ly hợp thiết kế là dẫn động thủy lực và nếu ly hợp cần trợ
lực thì sẽ trợ lực bằng khí nén, sử dụng cơ cấu ép lò xo trụ bố trí xung quanh.
2.3.Chọn sơ đồ dẫn động ly hợp
2.3.1. Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng cơ khí

3

4

5

2
f

1
e

6
Pbd

7

8
b

c

d

a

δ0

10

10

9

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ

Hình 3.1. Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng cơ khí
1.Bánh đà động cơ, 2.Các tấm ma sát của đĩa bị động, 3.Đòn mở, 4.Giá đỡ của đòn mở,
5. Ổ bi tỳ, 6.Ống trượt, 7.Đòn mở bàn đạp ly hợp, 8.Thanh đẩy, 9.Càng mở, 10.Đĩa ép.
*Ưu, nhược điểm:
-Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, chắc chắn, độ tin cậy cao.
-Nhược điểm:
+ Sau một thời gian sử dụng thì các khâu khớp bị mòn, dẫn đến tăng hành trình tự do
của bàn đạp ly hợp.
+ Hiệu suất truyền động thấp.
+ Độ cứng vững dẫn động thấp hơn so với dẫn động thủy lực do có nhiều khe hở và
khâu khớp.
2.3.2. Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng thủy lực

4

5

d1

b

3

a

2

e

f

1

6

δ0

7
d2

d

12

8

9

Pbd

10

c

11

Hình 3.2. Sơ đồ dẫn động ly hợp bằng thủy lực
1.Bánh đà động cơ, 2.Các tấm ma sát của đĩa bị động, 3.Đòn mở, 4.Giá đỡ của đòn mở,

11


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
5. Ống trượt, 6.Càng mở, 7.Xy lanh công tác, 8.Đường ống dẫn dầu, 9.Xy lanh chính,
10.Đòn mở của bàn đạp ly hợp, 11.Ổ bi tỳ, 12.Đĩa ép.
* Ưu, nhược điểm:
-Ưu điểm:
+ Khắc phục được các hiện tượng rơ của các khâu khớp cơ khí.
+ Hiệu suất truyền động cao, độ cứng cao, dễ lắp đặt.
+ Thuận tiện cho việc bố trí dẫn động nhất là cụm ly hợp cách xa vị trí lái xe.
+ Truyền động được êm dịu, có tính khuếch đại cao.
- Nhược điểm:
+ Kết cấu phức tạp, giá thành cao.
+ Làm việc với độ tin cậy thấp, sửa chữa và sử dụng phức tạp hơn cơ khí.
+ Yêu cầu làm kín và độ chính xác chi tiết lắp ghép cao.
2.3.3. Dẫn động ly hợp có trợ lực của khí nén
Khi mà lực bàn đạp dùng để mở ly hợp vượt quá một giới hạn nào đó thì cần phải có
sự trợ lực. Trợ lực có thể dùng được cho cả dẫn động cơ khí và dẫn động thủy lực.
14

3

4

5

6

16

15

2
1
7

20

19

18

8

9

10

17

12

11

12

13


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
Hình 3.3. Sơ đồ dẫn động thủy lực có trợ lực khí nén
1.Bánh đà, 2.Các tấm ma sát của đĩa bị động, 3.Đòn mở, 4.Giá đỡ của đòn mở,
5. Ổ bi tỳ, 6.Lò xo hồi vị ổ bi tỳ, 7.Xy lanh công tác, 8.Xy lanh trợ lực, 9.Cơ cấu phân
phối, 10.Đường thông khí trời, 11.Buồng tỷ lệ, 12.Màng tỷ lệ, 13.Xy lanh dẫn động cơ
cấu trợ lực, 14.Bình khí nén, 15.Đòn mở của bàn đạp ly hợp, 16.Xy lanh chính,
17.Tiết lưu, 18.Càng mở, 19.Ống trượt, 20.Đĩa ép.
Khi trợ lực thì vẫn đảm bảo kết cấu gọn và cho hiệu quả trợ lực cao khi trợ lực bằng
khí nén.
Chương 3. Tính toán xác định các thông số cơ bản của ly hợp
3.1 Bán kính hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động

R2

R1

Hình 2.1. Sơ đồ tính toán bán kính vành ma sát
Theo [1] ta có bán kính ngoài của tấm ma sát ly hợp được xác định:
R2 =

3

3.β .M e max
3
2.z ms .µ.π . p.(1 − K R )

Trong đó:

13

[mm]

(2.2)


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
μ : Là hệ số ma sát trượt giữa các đôi bề mặt ma sát. Theo [1] thì hệ số ma sát μ =
0,22 ÷ 0,3. Vì xe làm việc trong điều kiện nặng nhọc, đặc tính động học kém nên ta chọn
hệ số ma sát về giới hạn trên μ = 0,28.
zms : Số đôi bề mặt ma sát, vì chọn ly hợp một đĩa ma sát nên zms = 2.
p : Áp suất pháp tuyến của các bề mặt ma sát. Nhằm đảm bảo tuổi thọ cho các tấm
ma sát, theo [1] thì giá trị áp suất cho phép [p] = 1,4.10 5 ÷ 2,5.105 [N/m2]. Vì ly hợp làm
việc trong điều kiện nặng nhọc nên có thể chọn áp suất theo giới hạn dưới p = 1,8.10 5
[N/m2].
R1

KR : Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát, K R = R . Hệ số KR
2
được chọn theo kinh nghiệm KR = 0,53 ÷ 0,75. Chọn KR = 0,6 .
Các thông số khác đã được chú thích ở trên.
Thay các thông số đã có vào 2.2 ta được:
R2 =

3

3.1,9.370
2.2.0,28.π .1,8.10 5.(1 − 0,6 3 )

≈ 0,161 [m] = 161 [mm].
So sánh với bảng B1-2 trong [1] ta thấy bán kính R2 là chấp nhận được.
Vậy bán kính trong của tấm ma sát R1 là:
R1 = R2.KR = 161.0,6 ≈ 97 [mm].
3.2. Diện tích và bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát
Theo [1] ta có diện tích hình vành khăn tấm ma sát S[m2] được xác định như sau:
S = π. (R22 – R12)

(2.3)

= π. (0,1612 – 0,0972)
= 0,05185 [m2].
Bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát Rtb [m] được xác định:
Rtb =
=

2 R23 − R13
.
3 R22 − R12

(2.4)

2 0,1613 − 0,097 3
.
3 0,1612 − 0,097 2
14


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ

= 0,131646 [m].
3.3. Lực ép của cơ cấu ép
Sau khi xác định được các thông số kích thước của vành ma sát, ta dễ dàng xác định
được lực ép cần thiết của cơ cấu ép phải tạo ra mà theo đó đảm bảo áp suất làm việc đã
chọn và thõa mãn mô men ma sát yêu cầu, theo [1] ta có:
β .M e max

F = µ.R .Z
tb
ms
=

(2.5)

1,9.370
0,28.0,131646.2

= 9535,85 [N].
3.4. Công trượt riêng của ly hợp
Việc xác định kích thước của bề mặt ma sát theo điều kiện áp suất làm việc không
vượt quá giá trị cho phép như trên chưa đủ để đánh giá khả năng chống mòn của ly hợp.
Khi các ly hợp khác nhau có cùng áp suất làm việc nhưng với ôtô máy kéo có trọng
lượng khác nhau thì sự hao mòn của ly hợp sẽ khác nhau.
Quá trình đóng êm dịu ly hợp bao giờ cũng kèm theo sự trượt ly hợp giữa các đôi bề
mặt ma sát. Sự trượt của ly hợp làm cho các bề mặt ma sát mòn, đồng thời sinh nhiệt
nung nóng các chi tiết tiếp xúc với bề mặt trượt. Nếu cường độ trượt quá mạnh sẽ làm
mòn nhanh các bề mặt ma sát và nhiệt sinh ra sẽ rất lớn, có thể làm cháy cục bộ các tấm
ma sát, làm nung nóng lò xo ép từ đó có thể làm giảm khả năng ép của chúng.
Vì vậy, việc xác định công trượt riêng của ly hợp để hạn chế sự mòn và khống chế
nhiệt độ cực đại nhằm đảm bảo tuổi thọ cho ly hợp là hết sức cần thiết.

ωm Mm

Ml
Jm

ωa
Ma

Ja

Hình 2.2. Sơ đồ tính toán công trượt
15


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ

ω

t

Ly hợp

Ôtô tăng

Ôtô chuyển động

bị trượt

tốc

với tốc độ ổn định

Đồ thị tốc độ góc
3.4.1. Mômen quán tính qui dẫn Ja [kg.m2]
Mômen quán tính qui dẫn J a được xác định từ điều kiện cân bằng động năng khi ôtô
đang chuyển động, theo [1] ta có:
 (Ga + Gm ) 
rbx2


.
Ja = 
 (i .i .i ) 2 .δ t
g

 h p 0

[kg.m2]

(2.6)

Trong đó:
Ga : Trọng lượng toàn bộ của ôtô, Ga = G.9,81 = 7200.9,81 = 70632 [N].
Gm : Trọng lượng toàn bộ của rơ mooc hoặc đoàn xe kéo theo, Gm = 0 [N].
g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 [m/s2].
rbx : Bán kính làm việc của bánh xe chủ động, theo đề rbx = 0,4 [m].
ih : Tỷ số truyền của hộp số, tính công trượt cho số một nên ih = ih1.
ip : Tỷ số truyền số phụ. Không có hộp số phụ, ip = 0.
i0 : Tỷ số truyền của truyền lực chính.

δt : Hệ số tính đến các khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực,
trong tính toán có thể lấy δt = 1,05÷1,06. Ta chọn δt = 1,05.
* Tính toán các tỷ số truyền của hộp số.
16


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
 Ta có tỷ số truyền của truyền lực chính i 0 được xác định theo tốc độ chuyển động
lớn nhất của xe Vmax [m/s] ứng với tốc độ góc lớn nhất của động cơ ωemax [rad/s],
theo [1] thì ta có:
i0 =

ωe max .rbx

(2.7)

ihn .va max

Trong đó:
rbx [m]: Bán kính làm việc của bánh xe.
ihn

: Tỷ số truyền cao nhất của hộp số, thường chọn ihn = 1.

vamax [m/s] : Vận tốc lớn nhất của xe, theo đề thì vamax = 100 [km/h]≈ 27,778 [m/s].
ωemax [rad/s]: Tốc độ góc lớn nhất của động cơ, được xác định theo loại động cơ và
chủng loại xe khi thiết kế.
Theo [1] phần thiết kế hộp số thì đối với động cơ diesel và cho xe tải thì theo kinh
nghiệm ωemax = ωN [rad/s].
ωN : Tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ.

Ta có: ωN =

π.n
30

=

π.3200
30

= 334,933 [rad/s].

Thay tất cả các giá trị đã có vào biểu thức 2.7 ta có:
i0 =

334,933.0,4
= 4,82.
1.27,778

 Xác định tỷ số truyền ih : ta xác định công trượt cho số một nên ih = ih1.
Giá trị tỷ số truyền số thấp nhất i h1, theo [1] phần thiết kế hộp số được xác định như
sau:
ψ max .Ga .rbx

ih1 ≥ M .i .η
e max 0 t

(2.8)

Trong đó:

ψmax : Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường, theo đề ψmax = 0,33.
ηt : Hiệu suất của hệ thống truyền lực, theo [2] thì ηt = 0,89 (cho xe tải).
Các thông số khác đã được chú thích ở trên.
Thay các thông số đã có vào 2.8 ta có:
17


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
ih1 ≥

0,33.70632.0,4
= 5,87. Ta chọn ih1 = 5,87.
370.4,82.0,89

Thay ih1 và các thông số khác vào biểu thức 2.6 ta được:
70632
0,4 2
.
.1,05
Ja =
9,81 (5,87.1.4,82) 2

= 1,51 [kg.m2].
3.4.2. Mômen cản chuyển động qui dẫn Ma[N.m]
Mômen cản chuyển động qui dẫn về trục ly hợp theo [1] được xác định như sau:
rbx

Ma = [(Ga + Gm).ψ + Pω]. i .η
t

t

[N/m]

(2.9)

Trong đó:
ψ : Hệ số cản tổng cộng của đường, tính cho đường có ψ = 0,02.
Pω : Lực cản của không khí, khi khởi hành thì Pω = 0 [N] ( vì tốc độ quá nhỏ).
it : Tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực.
it = ih1. ip. i0 = 5,87.1.4,82 = 20,29.
ηt : Hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực như đã nói ở trên.
Các thông số khác như đã nói ở trên.
Thay các thông số tính được vào 2.8 ta được:
Ma = (70632.0,02 + 0).

0,4
20,29.0,89

= 31,291 [N.m].
3.4.3. Tính thời gian trượt ly hợp trong các giai đoạn (t1 & t2)
Chọn cách tính theo thời gian trượt tổng cộng của ly hợp t0.
Theo [1] thì thời gian đóng ly hợp êm dịu t0 = 1,1 ÷ 2,5 [s]. Ta chọn t0 = 2 [s].
Tính hệ số kết thúc trượt kd (kd >0) ly hợp, theo [1] ta có:
t0 =

k d .M e max .(ω e − ω a ).2.J a
(k d .M e max − M a ) 2

(2.10)

Trong đó:
kd : Hệ số kết thúc trượt sẽ được xác định theo biểu thức (2.10).
18


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
Memax [N.m]: Mômen xoắn lớn nhất của động cơ.
ωe : Tốc độ góc động cơ khi đóng ly hợp, khi tính toán lấy bằng tốc độ góc ứng với
mômen cực đại ωe = ωN = 334,933 [rad/s].
ωa : Tốc độ góc trục ly hợp. Tính cho lúc khởi hành xe nên ωa = 0 [rad/s].
Ma : Mô men cản chuyển động của ôtô qui dẫn về trục ly hợp, theo tính toán ở trên ta
có Ma = 31,291 [N.m].
Ja : Mô men quán tính khối lượng của ôtô qui dẫn về trục ly hợp, tính toán ở trên ta
được Ja = 1,51 [kg.m2].
Sử dụng công cụ Solver của Microsoft Excel, cho trước giá trị k d = x > 0 bất kỳ. Tính
t0 theo công thức (2.10). Thiết lập bài toán tối ưu theo mục tiêu t 0 = 2 [s] như đã chọn.
Chỉ định biến thay đổi là ô (cell) giá trị x của k d đã cho. Thiết lập điều kiện cho bài toán
với hai điều kiện: kd > 0 và kd ≤ β.1,5 (ở đây 1,5 là giá trị xét đến tải trọng động làm tăng
hệ số dự trữ khi đóng ly hợp).
Ta cho trước kd = x =1. Tính t0 theo (2.10) ta được t0 = 3,262219. Xác lập bài toán tối
ưu với ô (cell) tính toán t0 làm ô mục tiêu (Set Target Cell) có giá trị đặt trước (Value of)
cần phải đạt tới là 2.
Ô giá trị cần phải thay đổi (By changing cells) để đạt mục tiêu là ô (cell) cho trước
giá trị bất kỳ (kd = x = 1).
Các điều kiện ràng buộc cho bài toán (Subject to the Constrains) là ô(cell) chứa giá
trị kd phải thõa mãn hai điều kiện: kd > 0 và kd ≤ 1,9.1,5.
Kết quả tính tối ưu nhờ công cụ Solver ta có hệ số kết thúc trượt ly hợp kd:
kd = 1,807589.
Thay giá trị kd tính được vào các công thức tính thời gian trượt t1, t2 theo [1] ta có:

(ωe − ωa ).2.J a

t2 = (k .M
.
d
e max − M a )

(2.11)

M

a
t1 = t 2 ( k .M
.
d
e max − M a )

Trong đó:

19


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
t1 : Thời gian trượt của giai đoạn I (giai đoạn ứng với tốc độ góc trục khuỷu và trục ly
hợp là hằng số).
t2 : Thời gian trượt của giai đoạn II ( giai đoạn ứng với mômen ma sát hình thành ở ly
hợp lớn hơn mômen cản chuyển động qui dẫn về trục ly hợp).
Thay các đại lượng đã biết vào (2.11) ta tính được thời gian trượt t1,t2:
t2 =

(334,933 − 0).2.1,51
= 1,586517 [s].
1,807589.370 − 31,291

t1 = 1,586517.

31,291
= 0,123329 [s].
1,807589.370 − 31,291

Kiểm tra hệ số đặc trưng cho cường độ tăng mômen K[N.m/s]:
Ma

31,291

K= t =
= 253,72 [N.m/s].
0,123329
1
So sánh với giá trị kinh nghiệm đối với xe vận tải hàng hóa: K = 150 ÷ 750 [N.m/s] là
thỏa mãn.
3.4.4. Tính công trượt tổng cộng của ly hợp L[J]
Theo [1] thì công trượt tổng cộng của ly hợp được xác định như sau:


2
L = M a .(ωe − ωa ). 1 + .t 2  + .J a .(ωe − ωa )
t
2

2
3

1
 2

(2.12)

Trong đó:
t1 : Thời gian trượt của giai đoạn I.
t2 : Thời gian trượt của giai đoạn II.
Các thông số khác đã được chú thích ở phần trên.
Thay các giá trị đã biết vào (2.12) ta có:

L = 31,291.(334,933 − 0).

0,123329 2
 1
+ .1,586517  + .1,51.(334,933 − 0) 2
2
3

 2

= 96427,1307 [J].
3.4.5. Tính công trượt riêng cho ly hợp
Để đánh giá tuổi thọ của ly hợp theo điều kiện trượt, người ta dùng chỉ tiêu công trượt
riêng trên một đơn vị diện tích làm việc của các bề mặt ma sát, kí hiệu l r [J/m2], theo [1]
thì công trượt riêng của ly hợp được tính như sau:
20

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ

L

lr = z .π .( R 2 − R 2 )
ms
2
1

(2.13)

Trong đó:
L [J] : Công trượt tổng cộng của ly hợp, xác định được ở trên.
zms : Số đôi bề mặt ma sát, ly hợp một đĩa bị động nên zms = 2.
R2[m], R1[m] : Bán kính tương ứng vòng ngoài, vòng trong của hình vành khăn bề
mặt ma sát, đã được xác định ở trên.
Thay các thông số đã có vào biểu thức (2.13) ta được:
lr =

96427,1307
= 778893,8318(J/m2) ≈ 778,894 [KJ/m2].
2.π .(0,1612 − 0,097 2 )

So sánh với giá trị cho phép về công trượt riêng của xe tải là l r ≤ 800 [KJ/m2] thì ly
hợp thiết kế đạt yêu cầu về tuổi thọ cho ly hợp.
3.5. Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp
Tính toán, kiểm tra nhiệt độ nung nóng các chi tiết của ly hợp trong quá trình trượt ly
hợp để đảm bảo sự làm việc bình thường của ly hợp, không ảnh hưởng nhiều đến hệ số

ma sát, không gây ảnh hưởng đến sự đàn hồi của lò xo ép…
Theo [1] thì với ly hợp một đĩa, nhiệt sinh ta làm nung nóng đĩa ép được xác định
như sau:
ν.L = m.c.∆T.

(2.14)

Trong đó:
L[J] : Công trượt toàn bộ của ly hợp.
ν : Hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng đĩa ép, với ly hợp một đĩa bị động thì ν =
0,5.
c : Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng, với vật liệu bằng thép hoặc gang có
thể lấy c = 481,5 [J/kg.°K].
m[kg] : Khối lượng chi tiết bị nung nóng.
∆T[°K]. : Độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng.

21


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
Độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết tính toán đối với mỗi lần khởi hành của ôtô
( ứng với hệ số cản của đường ψ = 0,02) không vượt quá 10°K.
Từ đó ta suy ra khối lượng đĩa ép tối thiểu phải là:
m ≥

0,5.96427,1307
= 10,01 [kg].
481,5.10

3.6. Bề dày tối thiểu của đĩa ép

Bề dày tối thiểu của đĩa ép δt [m] được xác định theo khối lượng tính toán chế độ
nhiệt (m) ở trên, theo [1] có thể xác định theo công thức:
m

δt ≥ π .( R 2 − R 2 ).ρ
2
1

(2.15)

Trong đó :
ρ[kg/m3] : Khối lượng riêng của đĩa ép.
ρ ≈ 7800[kg/m3] đối với vật liệu bằng gang.
Các thông số khác đã được chú thích ở trên.
Thay các giá trị đã có vào (2.15) ta có:
δt ≥

10,01
= 0,024752 [m] ≈ 25 [mm].
π .(0,161 − 0,097 2 ).7800
2

3.7. Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu ép
Cơ cấu ép được dùng để tạo ra lực ép cho đĩa ép của ly hợp thường đóng, ly hợp ma
sát cơ khí ôtô thường sử dụng các loại lò xo dây xoắn hình trụ, lò xo dây xoắn hình côn
hoặc lò xo đĩa để tạo ra lực ép cho ly hợp. Mỗi loại lò xo có những ưu nhược điểm riêng
của nó. Đối với xe thiết kế là xe tải, ta chọn kiểu lò xo ép là lò xo trụ.
3.7.1. Ưu nhược điểm của lò xo trụ
- Ưu điểm:
+ Tính toán thiết kế đơn giản, dễ chế tạo.

+ Dễ bố trí lắp đặt đảm bảo gọn gàng về kết cấu và có rộng chỗ để đặt ổ bi ép của
đòn mở ly hợp nằm trên trục ly hợp, độ tin cậy cao, cho phép điều chỉnh thuận lợi.
- Nhược điểm :

22


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
+ Nếu trong trường hợp chế tạo độ cứng của lò xo khác nhau thì lực ép của chúng
cũng khác nhau do đó làm cho lực ép các bề mặt ma sát không đều nhau.
+ Trong thời gian làm việc có trường hợp một lò xo trụ bị gãy thì đòi hỏi phải thay
nguyên bộ lò xo cho nên không tiết kiệm được vật liệu.
+ Khi làm việc có trường hợp lò xo bị ram lại cho nên không đảm bảo được lực ép,
khi lắp ráp cần phải có lớp cách nhiệt cho nên làm phức tạp thêm kết cấu.
3.7.2. Tính toán lò xo dây xoắn hình trụ
Lò xo thường được chế tạo bằng thép silic 60C, 60C2A hoặc thép măng gan 65 hay
thép các bon 85 có ứng suất cho phép [τ] = 650÷850 [MN/m 2] và σ = 1000 [MN/m2]. Lò
xo được tính toán nhằm đảm bảo lực ép cần thiết cho ly hợp.
3.7.2.1. Tính lực ép cần thiết của một lò xo Flx[N] khi làm việc
Theo [ 1] thì lực ép cần thiết của một lò xo được tính theo công thức sau:
k 0 .F

Flx = z .
lx

(2.16)

Trong đó:
F[N] : Lực ép cần thiết của ly hợp. F = 9535,85 [N].
k0 : Hệ số tính đến sự giãn, sự nới lỏng của lò xo, k0 = 1,05 ÷ 1,08. Chọn k0 = 1,06.

zlx : Số lượng lò xo sử dụng để tạo ra lực ép, theo [1] thì đối với xe tải thì
zlx = 12 ÷ 18. Ta chọn zlx = 12.
Thay các giá trị đã biết vào (2.16) ta có:
Flx =

1,06.9535,85
= 842,3 [N].
12

3.7.2.2 Độ cứng của một lò xo dây xoắn Clx[N/m]
Độ cứng của một lò xo dây xoắn được xác định theo điều kiện tối thiểu của hệ số dự
trữ ly hợp βmin khi tấm ma sát đã mòn đến giới hạn phải thay thế. Theo [1] thì độ cứng của
một lò xo dây xoắn Clx[N/m] được xác định như sau:
Clx =

Flx  β min
.1 −
l m 
β





(2.17)

Trong đó:
23

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
β : Hệ số dự trữ tính toán của ly hợp.
βmin : Hệ số dự trữ ly hợp khi tấm ma sát mòn đến giới hạn phải thay thế. Theo kinh
nghiệm βmin= (0,8 ÷ 0,85). β = (0,8 ÷ 0,85).1,9 = (1,52÷1,62). Ta chọn βmin = 1,6.
lm [m] : Lượng mòn tổng cộng cho phép của các tấm ma sát.
Ta chọn phương pháp gắn tấm ma sát vào đĩa bằng phương pháp đinh tán nên theo [1]
thì:
lm = 0,25.δms.zms.

(2.18)

Với δms là bề dày của một tấm ma sát, đối với xe tải thì: δms =3,5÷6. Ta chọn δms = 5.
Thay vào (2.18) ta có: lm = 0,25.5.2 = 2,5 [mm] = 0,0025 [m].
Thay các giá trị đã có vào biểu thức (2.17) ta được:
Clx =

842,3  1,6 
.1 −  = 53197,89 [N/m].
0,0025  1,9 

3.7.2.3. Lực tác dụng lớn nhất lên một lò xo ép
Theo [1] thì lực nén lớn nhất tác dụng lên một lò xo là F lxmax(N) và được tính theo
công thức sau:
Flxmax = Flx + Clx.λm.

(2.19)

Trong đó:
Clx[N/m] : Độ cứng của 1 lò xo, Clx = 53197,89 [N/m].
λm[m] : Độ biến dạng thêm của lò xo khi mở ly hợp. Độ biến dạng thêm của lo xo

chính bằng độ dịch chuyển của đĩa ép khi mở ly hợp.
λm = δm.zms + δdh.

(2.20)

Với: δm[m] : Khe hở hoàn toàn giữa mỗi đôi bề mặt ma sát. Theo [1] thì đối với ly hợp
một đĩa zms = 2 thì δm = 0,75 ÷ 1[mm]. Ta chọn δm = 0,8 [mm].
δdh[m] : Độ dịch chuyển thêm cần thiết của đĩa ép do độ đàn hồi của đĩa bị động.
δdh = 0,25 ÷ 1 [mm], ta chọn δdh = 0,5 [mm].
Thay vào (2.20) ta có:
λm = 0,8.2 + 0,5 = 2,1 [mm] = 0,0021[m].
Thay các giá trị đã biết vào biểu thức (2.19) ta được:
Flxmax = 842,3 + 53197,89.0,0021.
24


TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP ÔTÔ
= 954,01 [N].

D

3.7.2.4. Kích thước hình học của lò xo

Hình 2.3. Sơ đồ tính lò xo ép
d : Đường kính dây lò xo.
D : Đường kính trung bình của lò xo.
Đường kính dây lò xo và đường kính trung bình được xác định từ các công thức tính
ứng suất τ [N/m2], còn số vòng làm việc nlx tính theo Clx từ bảng B1-2 theo [1].
a. Đường kính dây lò xo d[m] và đường kính trung bình D[m] được xác định từ
công thức ứng suất τ [N/m2]:

Theo [1] ta có:
τ=

8.k .D
.F lx max ≤ [τ ].
π .d 3

d≥

8.k  D 
. .Flx max .
π .[τ ]  d 

Suy ra:
(2.21)

Trong đó:
[τ] : Ứng suất tiếp cho phép của lò xo, [τ] = 650 ÷ 850 [MN/m 2].
k

: Hệ số tăng ứng suất tiếp do lò xo bị xoắn khi chịu tải, được chọn theo tỉ số D/d

từ bảng B1-2 ( theo [1]).
Ta chọn D/d = 6 và tra bảng ta được k = 1,25.
Các thông số khác đã được chú thích ở trên.
Thay các thông số đã biết vào biểu thức (2.21) ta được:

25