Tính toán thiết kế ly hợp

Phần 2 : Tính toán thiết kế ly hợp.
2.1 Xác định các thông số cơ bản của ly hợp:
2.1.1. Xác định mômen ma sát của ly hợp:
Mômen xoắn lớn nhất có thể truyền qua bộ ly hợp đợc xác định nh sau :
M
ms
= .M
emax
(2.1)
Trong đó :
M
ms
: mômen ma sát của ly hợp.
M
emax
: mômen xoắn cực đại của động cơ.
M
emax
= 29 [KG.m] = 2900 [KG.cm]
: hệ số dự trữ mômen của ly hợp, ta chọn = 2,2.
Vì phải chọn hệ số > 1 để đảm bảo truyền hết mômen của động cơ trong
mọi trờng hợp. Tuy nhiên không đợc lớn quá để còn đảm bảo chức năng của cơ
cấu an toàn tránh quá tải cho động cơ và thống truyền lực.
Thay các giá trị vào công thức (2.1) ta đợc :
M
ms
= 2,2 . 2900 = 6380 [KG.cm].
2.1.2 Xác định kích thớc vòng ma sát:
* Đờng kính ngoài của vòng ma sát (D).
Đờng kính ngoài (D) của vòng ma sát thờng chọn phụ thuộc vào đờng kính
ngoài của bánh đà động cơ hoặc xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

][.0316,0
max
m
A
M
D
e
=
(2.2)
A - Hệ số kinh nghiệm, do đây là ôtô tải loại vừa,vì vậy ta chọn A = 3,6.
Thay số ta có:
56
][283,0
6,3
290
.0316,0 mD
==
Vì công nghệ chế tạo đã có tiêu chuẩn sẵn, để chế tạo thống nhất ta chọn theo
Bảng 3 tài liệu [1] :

][280 mmD
=
- đờng kính ngoài của vòng ma sát.

][160 mmd
=
- đờng kính trong của vòng ma sát.

][50,3 mmh
=

- chiều dày của bề mặt ma sát.
Hình 2.1 : Lợc đồ đĩa ma sát ly hợp.
*
Bề rộng tấm ma sát gắn trên đĩa bị động (b).
Đợc tính theo công thức.

2
dD
b

=
(2.3)
Theo kết quả tính đợc ở trên, thay vào công thức ta có :

][6][60
2
160280
cmmmb
==

=
.
2.1.3. Xác định số đôi bề mặt ma sát của ly hợp (i).
Xác định theo công thức sau:
2
)).(.(..
.16
dDdDq
M
i

ms
+
=
à
(2.4)
57
Trong đó:
+ à- hệ số ma sát của các bề mặt tiếp xúc, chọn à = 0,35 ;
+ q- áp lực riêng trên bề mặt ma sát, chọn q = 2,0 [KG/cm
2
] ;
+ D , d - tính theo [cm].
Thay số ta có:
99,1
)0,160,28).(0,160,28.(0,2.35.0.14,3
6380.16
2
=
+
=
i
.
Vậy số đôi bề mặt ma sát ta chọn là i = 2. Nh vậy, ly hợp ta tính toán có một đĩa
ma sát bị động.
2.1.4. Xác định lực ép các đĩa ma sát.
Lực ép các đĩa ma sát xác định theo công thức sau:
[ ]
KG
Ri
M

P
tb
ms
..
à
=

(2.5)
Trong đó:
+ à : Hệ số ma sát, à = 0,35 ;
+ R
tb
: Bán kính trung bình của vòng ma sát, tính theo [cm] ;
( )
( )
2
1
2
2
3
1
3
2
.
3
2
RR
RR
R
tb

=
[cm] ; (2.6)
.Đờng kính ngoài vòng ma sát D = 2.R
2
= 280 [mm] R
2
= 140[mm] ;
.Đờng kính trong vòng ma sát d = 2.R
1
= 160 [mm] => R
1
= 80[mm] ;
Thay số vào ta đợc :
( )
( )
22
33
80140
80140
.
3
2


=
tb
R
113 [mm] = 11,3 [cm.].

Thay số vào công thức (2.5) ta có :
[ ] [ ]
NKGP 7,806557,806
3,11.0,2.35,0
6380
===

.
58
2.1.5. Xác định hành trình đĩa ép.
Hành trình của đĩa ép đợc xác định theo công thức sau:
S = i. (2.7)
+ - Khe hở giữa hai bề mặt đĩa kề nhau khi ly hợp ở trạng thái mở,
chọn = 1 [mm] ;
+ i là số đôi bề mặt ma sát của ly hợp.
=> S = 2.1 = 2 [mm].
2.2. Kiểm tra ly hợp theo công tr ợt riêng và nhiệt độ đốt nóng các chi tiết
của ly hợp :
2.2.1. Công trợt của ly hợp:
Khi ly hợp đóng có thể xảy ra 2 trờng hợp :
1- Đóng ly hợp đột ngột tức là để động cơ làm việc ở số vòng quay cao rồi
đột ngột nhả bàn đạp ly hợp. Trờng hợp này không tốt nên phải tránh.
2- Đóng ly hợp một cách êm dịu, ngời lái nhả từ từ bàn đạp ly hợp khi xe
khởi động tại chỗ sẽ làm tăng thời gian đóng ly hợp và do đó sẽ làm tăng công trợt
sinh ra trên các bề mặt ma sát trong quá trình đóng ly hợp. Trong sử dụng thờng
dùng phơng pháp này nên ta tính công sinh ra trong trờng hợp này theo công thức
sau :

].[
)

1
1(1
.
180
2
0
mKG
J
J
Jn
L
e
b
b

+
=
(2.8)
Trong đó :
+ L : Công trợt của ly hợp ;
+ n
o
: số vòng quay nhỏ nhất của trục khuỷu động cơ (khi xe khởi hành) ;
Chọn n
o
= 0,75.n
Memax
= 0,75.2200 = 1650 [vg/ph] ;
59
+ J

b
: Mômen quán tính của bánh đà tợng trng đặt trên trục bị động của li
hợp tơng đơng với động năng của ôtô ;
]..[
.
..
2
22
0
2
smKG
ii
r
g
G
J
h
k
b

=
; (2.9)
. : Hệ số kể đến sự ảnh hởng của khối lợng vận động quay trong tr-
ờng hợp mở li hợp. Chọn = 1,1 ;
.G : Trọng lợng toàn bộ xe; G = 7400 [KG] ;
.g : Gia tốc trọng trờng g = 9,81 [m/s
2
] ;
.r
k

: Bán kính tính toán r
k
= .r ;
. : Hệ số biến dạng của lốp,
đối với lốp có áp suất thấp ta chọn = 0,935 ;
.r : Bán kính thiết kế, đợc xác định theo công thức sau :
1000
4,25
.
2






+=
B
d
r
[m] ; (2.10)
Bán kính thiết kế đợc xác định theo kích thớc tiêu chuẩn của lốp. Đối
với loại xe có trọng lợng nh đề bài cho ta lốp có ký hiệu 8,25 - 20. Thay số
vào công thức ta đợc :
][46,0
1000
4,25
.5,8
2
20

mr
=






+=
;
r
k
= . r = 0,935.0,46 = 0,43 [m] ;
.i
o
: Tỷ số truyền của truyền lực chính i
0
= 6,83 ;
.i
h
: Tỷ số truyền ở số truyền cao nhất của hộp số : i
h
= 1,0 ;
Thay số ta có:
[ ]
2
22
2
..29,3
0,1.83,6

43,0
.
81,9
7400
.1,1 smKGJ
b
==
;
60
+ J
e
:Mômen quán tính của các khối lợng vận động quay của động cơ và
phần chủ động li hợp. Xác định J
e
một cách chính xác sẽ gặp khó khăn. Với độ
chính xác đảm bảo có thể xác định J
e
theo công thức gần đúng nh sau:
J
e
= 1,3.J
m
[KG.m.s
2
] ; (2.11)
.J
m
: Mômen quán tính của bánh đà động cơ ;
Với độ chính xác dùng trong thực tế, mômen quán tính bánh đà J
m

có
thể tính theo công thức :
2
.
bdm
rmJ
=
(2.12)
.m : Trọng lợng bánh đà.
.r
bd
: Khoảng cách từ trục quay đến điểm giữa vành bánh đà.
Để tính khối lợng đợc bánh đà ta chia bánh đà ra làm hai phần nh hình vẽ để
tính toán cho thuận lợi :
Hình 2.2 : Lợc đồ kết cấu bánh đà.
Theo bản vẽ kết cấu ta có:
R = 28,5 [mm] ; B =30 [mm] ; r =141,5 [mm] ;
b = 20 [mm] ; r
bd
= 155,75 [mm] ;
V
I
= .R
2
.B = 3,14.(0,0285)
2
.0,03 = 0,077.10
-3
[m
3

] ;
61
V
II
= .r
2
.b = 3,14.(0,1415)
2
.0,02 = 1,260.10
-3
[m
3
] ;
Vậy ta có thể tích toàn bộ bánh đà là:
V = (V
I
+V
II
) = 0,077.10
-3
+1,260.10
-3
= 1,337 .10
-3
[m
3
] ;
Khối lợng riêng của thép là = 7800 [kg/m
3
] ;

Ta có khối lợng toàn bộ bánh đà là :
m = V. = 1,337.10
-3
.7800 = 10,43 [kg] ;
Do đó mômen quán tính của bánh đà là :
=>
026,0)15575,0.(
81,9
43,10
2
==
m
J
[KG.m.s
2
] ;
=> J
e
= 1,3.0,026 = 0,033 [KG.m.s
2
].
Thay các giá trị vào công thức (2.8) ta đợc công trợt của ly hợp :
].[54,898
)
2,2
1
1.(
033,0
29,3
1

29,3
.
180
1650
2
mKGL

+
=
.
2.2.2. Công trợt riêng của ly hợp :
Công trợt cha phản ánh đầy đủ điều kiện làm việc của ly hợp. Xét điều kiện
làm việc nặng nhọc của ly hợp phải tính đến công trợt riêng. Công trợt riêng trên
một đơn vị diện tích bề mặt làm việc của tấm ma sát, đặc trng cho sự hao mòn của
ma sát.
Để đánh giá độ hao mòn của đĩa ma sát ta phải xác định công trợt riêng (l)
theo công thức:
[ ]
0
.
l
iF
L
l
=
(2.13)
Trong đó:
+ l : Công trợt riêng. Đối với ôtô tải [l
0
]

= 400 ữ 600 [kJ/m
2
] ;
+ L : tính theo công thức (2.8) L = 898,54 [KG.m] ;
+ i : Số đôi bề mặt ma sát i = 2 ;
62
+ F : Diện tích bề mặt ma sát của đĩa bị động [m
2
] ;

( ) ( )
04,016,028,0.
4
14,3
.
4
2222
===
dDF

[m
2
].
Thay vào (2.13) ta đợc:
75,11231
04,0.2
54,898
==
l

= 112,32 [kJ/ m
2
] [l
0
]
Nh vậy l < [l
0
], phản ánh đợc rằng công ma sát sinh ra trên một đơn vị diện
tích tấm ma sát là nhỏ hơn so với giá trị cho phép, nh vậy là tốc độ hao mòn bề mặt
ma sát là nhỏ, kéo dài đợc thời gian làm việc của các tấm ma sát. Công trợt riêng
thoả mãn điều kiện.
2.2.3. Xác định nhiệt độ của các chi tiết bị nung nóng :
Công trợt sinh ra nhiệt làm nung nóng các chi tiết nh đĩa ép, lò xo, Do đó
phải kiểm tra nhiệt độ của các chi tiết, bằng cách xác định độ tăng nhiệt độ theo
công thức :
][
..427
.
T
Gc
L
=



(2.14)
Trong đó :
+ c : nhiệt dung của chi tiết bị nung nóng, c = 0,115 [Kcal/Kg.
0
C] ;

+ L : theo công thức (2.8), L = 898,54 [KG.m] ;
+ G

: trọng lợng của bánh đà bị nung nóng ta lấy G

= 7,5 [KG] ;
+ : hệ số xác định phần công trợt dùng nung nóng chi tiết cần tính, do đây
là ly hợp một đĩa : n = 1 và
n.2
1
=

; (2.15)
5,0
1.2
1
==

.
Thay số vào công thức (2.14) ta đợc :
63
][22,1
5,7.115,0.427
54,898.5,0
0
C
==

Ta thấy độ tăng nhiệt độ lên cho phép của các chi tiết đều nằm trong giới hạn
cho phép [

] = 10
0
ữ 15
0
C.
2.3. Tính toán sức bền một số các chi tiết chủ yếu của ly hợp :
2.3.1. Lò xo ép của ly hợp:
Lò xo ép dùng trong ly hợp thờng đóng là loại lò xo trụ, lò xo côn và lò xo
đĩa. Riêng lò xo trụ là sử dụng phổ biến và đợc đặt xung quanh đĩa ép (có thể một
dãy hoặc hai dãy).
ở đây ta tính toán lò xo trụ. Số lợng lò xo ép đợc chọn theo đờng kính ngoài
của đĩa bị động. Số lò xo ép là 16.
Hình 2.3 : Lực đồ biến dạng của lò xo.
Sơ đồ hình trên trình bày đặc tính chịu tải của lò xo và biến dạng của lò xo khi
đóng và mở ly hợp. Đó là đờng tuyến tính trong đó :
+
Plx
: là lực tác dụng lên một lò xo khi đóng ly hợp.
+
lxP

: là lực tác dụng lên một lò xo khi mở ly hợp.
64
khi đóng li hợp
l
khi mở li hợp
d
+
l

: là biến dạng của lò xo khi đóng ly hợp.
+
l

: là biến dạng của lò xo khi mở ly hợp.
* Tổng lực ép trên tất cả các lò xo ép khi li hợp đóng đợc xác định theo công
thức (2.5), ta đợc :
[ ]
KGP 57,806
=

Khi mở li hợp lò xo lại biến dạng thêm một lợng l và tơng ứng với lợng
ép :
P

max
= 1,2.P

= 1,2.806,57 = 967,88 [KG]
* Độ cứng lò xo đợc xác định theo công thức :
3
0
4
..8
.
'
'.2,0
Dn
dG
ll

lxP
l
Plx
C
=

=

=
(2.16)
Trong đó :
+ Plx : lực tác dụng trên một lò xo khi đóng ly hợp ;
Z
P
Plx

=
với Z là số lợng lò xo bố trí trên đĩa ma sát ;
][41,50
16
57,806
KG
Z
P
Plx
===

;
Tơng ứng khi mở ly hợp, lực tác dụng lên một lò xo là :
+

Z
P
lxP
max
'

=
;
][49,60
16
88,967
' KGlxP
==
;
+
l

: là hành trình làm việc của lò xo cũng là hành trình làm việc của bạc
mở ly hợp, ta chọn
][2,0 cml
=

Thay các giá trị vào công thức (2.16) :
]/[49,60
2,0
49,60.2,0
'
'.2,0
cmKG
ll

lxP
C
==

=
* Xác định đờng kính dây lò xo :
65