bản đầy đủ, đồ án ly hợp ô tô

MỞ ĐẦU

Đồ án môn học “ Thiết kế ly hợp ô tô” là thể hiện kết quả cuối cùng của cả quá
trình học các môn chuyên ngành “ Lý thuyết ô tô” và “ Kết cấu tính toán ô tô”. Nhiệm
vụ cơ bản của đồ án môn học này là có được kinh nghiệm, kỹ năng tính toán trong quá
trình thiết kế hay cải tiến các cụm chi tiết, các hệ thống của ô tô.
Với đề tài tìm hiểu tính toán các thông số về đặc tính kéo, bài báo cáo gồm 2
phần chính sau:
• Phần 1- Tính toán và kiểm tra chất lượng kéo của ô tô
• Phần 2- Tính toán và thiết kế ly hợp của ô tô

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy Ths. PHẠM VĂN THỨC
trong thời gian qua đã giúp em hoàn thành đồ án môn học này.


CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
Mẫu ô tô
Kích thước hình học DxRxC
Động cơ

Nemax /nN
Memax /nM

Khối lượng đầy đủ m

FORD FORCUS
mmxmmxm
4525x1720x1415
m
HP/v/p
78/5400

Nm
172,26/2500
kg
1655

A.Tính toán các thông số cơ bản của ô tô
1.1.
Trọng lượng toàn bộ cùa ôtô
Trọng lượng toàn bộ ô tô được xác đinh theo công thức sau:
G = G a +Gt = 1655.10 = 16550 (N)
G1 = (0,45÷0,48).G = 7447,5 (N)
G2 = (0,52÷0,55).G = 8606 (N)
G 7447,5
P1 = 1 =
= 3723, 75( N )
2
2


P1 =


G2 8606
=
= 4303( N )
2
2

Trong đó:
G — Trọng lượng đầy đủ cùa ô tô,

Ga - Trọng lượng bàn thân ô tô
Gt - Trọng lượng chuyên chở, N.
G1,G2 khối lượng đầy đủ tác dụng lên cầu trước và cầu sau của ô tô
Tra bảng :
Chọn bán kính bánh xe 225/75 R16


PHẦN 1- TÍNH TOÁN KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG KÉO CỦA Ô TÔ
1. XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ

- Với loại động cơ đã cho ta hoàn toàn có thể xây dựng được đường đặc tính
ngoài của động cơ. Đó là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của công suất hoạt động
công suất Ne và momen xoắn Me của động cơ vào tốc độ quay của trục khuỷu
1.1 Công suất hoạt động của động cơ
- Đường đặc tính ngoài của động cơ được xác định theo công thức Lây Đéc
Man:
2
3
 n
 n 
 n  
N e = N e max  a
+ b ÷ − c ÷ 
n
 N
 nN 
 nN  

Trong đó:
a

n – số vòng quay trục khuỷu động cơ.

b

a, b, c – các hằng số phụ thuộc vào kết cấu động cơ.

Với số vòng quay

nn = 5400 v/p

Với động xăng:

a=1 b=1 , c=1

1.2 Momen xoắn động cơ

Mômen xoắn của động cơ

Me

được xác định bằng công thức sau:

N e .104
Me =
( Nm)
1.047.ne
Trong đó :
• Me – momen xoắn động cơ (N.m)
• Ne – công suất của động cơ ứng với số vòng quay trên

nemax = 5400 = 5400 v/p
• Ta có : Ne/neN= 78/5400 (kw/(v/p))
nemin = 700 v/p ( chọn trong khoảng 500-900 v/p)


2. Công suất hoạt động của động cơ
- Ở đây, việc xác định hệ tỉ số truyền của hệ thống truyền lực là: Xác định tỉ số truyền
của truyền lực chính vàtỉ số truyền của từng tay số làm việc

- Tỉ số truyền của truyền lực chính được xác định từ điều kiện đảm
bảo vận tốc chuyển động của ô tô đạt tối đa Vamax tại cấp truyền cao nhất.
Theo lý thuyết của ô tô, vận tốc chuyển động của ô tô được tính bằng biểu thức sau:

N k max = N e max .ηtl = Gfv + KFv 3
Trong đó:
- Nemax là công suất cực đại của động cơ
- ηtl hiệu suất hệ thống truyền lực
- G = m.g = 1655.10= 16550 (N) trọng lượng toàn tải ô tô
- f: hệ số cản lăn , chọn f =0.02
- v: vận tốc tối đa của ô tô trên đường bằng
- K là hệ số cản không khí , chọn K =0.3 (xe du lịch )
- F là diện tích cản chính diện của ô tô , F=1720.1415= 2,43 m2
- : hiệu suất truyền lực
Ta được:

78.1000.0,85 = 0,02.16550.Vmax + 2,43.0,3.Vmax3

Giải phương trình trên : Vmax = 41,6 ( m/s ) = 150 (km/h)
ta có B = 225 mm => H = 168.75 mm

d = 16 in hay d = 406.4 mm
Bán kính làm việc trung bình cùa bánh xe được xác định theo công thức sau:
rbx = ( H + ) = 0,945 . ( 168,75 + ) = 351,493 mm
chọn r bx =0,35 m
Trong đó:
H- Chiều cao của lốp, mm
d - Đường kính của vành bánh xe, mm
- Hệ số tính toán sự biến dạng của lốp xe: chọn = 0,945
=0,945-0,95 với lốp có áp suất cao
Vmax ứng với tay số cuối là V4

V4 =

2π ne
.rk
60.i0i4

Trong đó:
ứng với công suất cực đại
i0 tỉ số truyền của HTTL
i4 là tỉ số truyền tay số 4.

ne max =5400 [v/p]
i4 =1


rk bán kính lốp xe
Từ đó ta tìm được :
2π.5400.0,35
i0

= 4, 75
60.41, 6
-Tìm Vt min.
Chọn Vmin= 30 km/h = 8,3 (m/s)
- ứng với số vòng quay có công suất max, ne max = 5400 v/p

Vmin =

2π .n e max .rk
2π .5400.0, 4
⇒ ih1 =
= 5
60.i 0 .i h1
60.5, 44.8, 3

- Kiểm tra với chế độ galenti

Vt min =

ne= 700 v/p

2π .n e .rk 2π.700.0,35
km
m
=
= 1, 08  ÷ = 3,88
60.i 0 .i h1
60.4, 75.5
h
s

-Thỏa mãn điều kiện Vmin =( 3÷5 ) km/h
Vậy chọn Vmin =30 km/h
-Khi ih4 = ihc= 1 tay số truyền thẳng.
-Vận tốc lớn nhất tại tay số 4. Khi ô tô chuyển động trên đường đường bằng, không dốc
tỉ số truyền của tay số cuối cùng (số truyền thẳng) của hộp số i4=1, vận tốc chuyển động
của ô tô khi đó là tối đa.

dk =

vmax 150
=
=5
vmin 30

dk là khoảng động học ta được:
=>
q = = 1,71
vậy ta tính được tỉ số truyền các tay số :
ih1 = 5

ih2 =

ih3 =

ih4 = 1

TỈ SỐ TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
TRUYỀN LỰC CHÍNH

I0

HỘP SỐ

Ihs

4,75
1
5

2
2,92

3
1,71

4
1


- Biết được các tỉ số truyền của hộp số, tỉ số truyền của truyền lực chính, ta có
thể dễ dàng xác định được tỉ số truyền của cả hệ thống truyền lực:

iTL = ihs .i0
itl1=23,75

itl2 =13,87

itl3 =8,1225

itl4 =4,75

- vậy ta được tỉ số truyền lực chính của các tay số là: Vận tốc chuyển động của ô tô
tại cấp số truyền cho trước tương ứng với tốc độ quay của trục khuỷu động cơ n
được tính từ công thức sau:

Va =

2π .ne .rk
m/s
60.itlz

Trong đó:
nz – tốc độ quay làm việc của trục khuỷu động cơ tương ứng với cấp số truyền z, v/p;
Vaz – vận tốc của ô tô ở cấp số truyền z tương ứng với tốc độ quay nz, m/s
iTLz- tỉ số truyền của hệ thống truyền lực tướng ứng với cấp số truyền z có tỉ số
truyền ihz.
Bảng 1: Kết quả tính toán các thông số công suất và momen xoắn động cơ:

ne (v/p)
700
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500

Ne (kw)
11.25
16.62
26.01
35.63
45.09
54.03
62.08
68.87
74.03

Me (N.m)
153.53
158.78
165.64
170.13
172.26
172.02
169.42
164.45
157.12


5000
5400

77.18
78.00

147.42

137.96

ĐỒ THỊ ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ

PHẦN 2. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT
- Động cơ ô tô sản xuất ra công suất Ne, công suất này được xác định bằng tích
của mômen xoắn Ме ở trục khuỷu với tần số góc quay của nó ωе:
Ne = Ме ·ωе
- Sự tổn thất công suất do ma sát và sự lắc dầu bôi trơn vào hệ thống truyền lực
được tính bằng hiệu suất sử dụng của hệ thống truyền lực - ηт. Sự tồn thất công
suất do ma sát và cũng như ma sát tốc độ trong lốp xe được tính bằng hiệu suất sử
dụng của lốp xe - ηк. Có tính toán đến vấn đề đó nên công suất Nм, dùng cho
chuyển động ô tô được tính bằng công thức sau:

Nм = Nк. ηk = Ne ηкηт
- Động cơ ô tô sản xuất ra công suất Ne, công suất này được xác định bằng tích của
momen xoắn cực đại và tần số góc của động cơ.
- Điều kiện để ô tô chuyển động được:
+ Lực kéo phải lớn hơn hoặc bằng lực cản chuyển động
+ Lực kéo phải nhỏ hơn hoặc bằng lực

Pk ≥ ΣFc

Pk ≤ Fϕ

+ Thiết lập được phương trình cân bằng công suất thu gọn như sau:

NK =

Ne

ηT

Ne: là công suất của động cơ (lấy từ đường đặc tính ngoài)
ηT
ηT
: hiệu suất truyền lực ( =0,85).

vki =
Trong đó :

2.3,14.ne
rk
60.ihi .i0


ne: số vòng quay ứng với Ne (từ đồ thị đặc tính ngoài)
rk: bán kính bánh xe
ihi: tỷ số truyền của tay số thứ i
i0: tỷ số truyền của hệ thống truyền lực.
Bảng giá trị Nk và Vk ở từng tay số.
Nk
9.56
14.13
22.11
30.28
38.33
45.93
52.77
58.54
62.92

65.60
66.30

v1 (m/s)
1.08
1.54
2.31
3.08
3.86
4.63
5.40
6.17
6.94
7.71
8.33

v2 (m/s)
1.85
2.64
3.96
5.28
6.60
7.92
9.24
10.56
11.89
13.21
14.26

v3 (m/s)

3.16
4.51
6.77
9.02
11.28
13.53
15.79
18.04
20.30
22.55
24.35

v4 (m/s)
5.40
7.71
11.57
15.42
19.28
23.14
26.99
30.85
34.71
38.56
41.65

*Xây dựng đường cong lực cản tổng cộng Nψ và đường tổng Nω+Nψ
Nψ= Nf+Ni

Do ô tô chuyển động trên đườn bằng (α=0) nên ta có
+ Nψ =VfG

+

Nω=KFV3

Trong đó:
V: vận tốc chuyển đông của oto
f=f0(1+(v2/1500)): hệ số cản lăn f=0.02
G: trọng lượng ô tô
K: hệ số cản không khí (K=0.3)
F: tiết diện chính diện (F=B.H)

v (m/s)

Nw (W)

Nw + Nψ

1.08
1.54
2.31
3.08
3.86
4.63
5.40

0.92
2.68
9.03
21.40
41.80

72.23
114.70

358.30
513.23
774.86
1042.51
1318.18
1603.89
1901.64


6.17
6.94
7.71
8.33
9.24
10.56
11.89
13.21
14.26
15.79
18.04
20.30
22.55
24.35
26.99
30.85
34.71
38.56

41.65

171.22
243.78
334.41
421.26
575.88
859.62
1223.95
1678.95
2114.99
2867.42
4280.24
6094.32
8359.83
10530.98
14337.72
21402.08
30472.88
41800.94
52657.14

2213.43
2541.27
2887.17
3178.24
3635.70
4356.56
5158.01
6050.12

6835.86
8092.38
10251.62
12812.12
15824.06
18592.35
23272.40
31613.14
41960.33
54564.76
66442.07

ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT

PHẦN 3: THIẾT KẾ LY HỢP
3.1 XÁC ĐỊNH MÔMEN MA SÁT CẦN THIẾT CỦA LY HỢP
Ly hợp phải có khả năng truyền hết momen xoắn lớn nhất của động cơ M emax như
sau:
Mms = Memax.β
(N.m)
(3.1.1)
Trong đó:
Mms : Mô men ma sát yêu cầu của ly hợp (N.m)
Memax: Mô men xoắn lớn nhất của động cơ, (N.m).
Theo đề Memax=172,26 (N.m)
β: Hệ số dự trữ của ly hợp.
Với xe du lịch trị số β= 1,4 ÷ 1,7 do đó ta chọn β=1,5
Thay số:

Mms= 172,26 . 1.5= 258,39

(Nm)

3.2 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA LY HỢP
3.2.1. XÁC ĐỊNH CÁC BÁN KÍNH CỦA ĐĨA MA SÁT


a) Bán kính ngoài của đĩa ma sát.
Bán kính ngoài của đĩa ma sát ly hợp được xác định theo công thức:

R2=0,5. 3,16.

M e max
C

(cm)

(3.2.1)

Trong đó:
Memax : Mô men xoắn cực đại của động cơ [N.m], Memax =172,26 (N.m)
C: Là hệ số kinh nghiệm, với xe du lịch điều kiện sử dụng bình thường
Chọn C=4,7
R1
R2

KR : Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát, KR=
.
Vì xe có động cơ tốc độ trung bình và đặc tính động lực xe tốt nên ta chọn K R theo giới
hạn nhỏ. KR= 0,6

172, 26
= 9, 6(cm) = 0, 096( m)
4, 7

Thay số:
R2 = 0,5. 3,16.
b) Bán kính trong của đĩa ma sát
R1 = R2 . KR= 0,096.0,6=0,058 (m).
c) Bán kính trung bình hình vành khăn của đĩa ma sát
3
3
2 0, 0963 − 0, 0583
2 R2 − R1
.
= 0, 078( m)
2
2
3 0, 0962 − 0, 0582
3 R2 − R1
Rtb = .
=
Chọn số đôi đĩa ma sát i=2 ( ly hợp có 1 đĩa bị động )
- Nguyên liệu của các bề mặt ma sát ( thép với pherado cao su )
hệ số ma sát khô µ= ( 0,4÷0,5 ) chọn µ = 0,5
- Xác định lực ép cần thiết lên các đĩa để truyền được momen Memax
F=

M1
1,5.172, 26
=

= 3312, 7( N )
µ .Rtb .i 0,5.0, 078.2

- Giả thiết có lực P tác dụng lên tấm ma sát với bán kính trong là R 1, bán kính
ngoài R2 bởi vậy áp suất sinh ra trên bề mặt tấm ma sát sẽ là :
- Kiểm tra áp suất lên bề mặt ma sát theo công thức sau:


q=

F
F
3312, 7
=
=
= 180188,85( N / m 2 )
2
2
2
2
S π .( R2 − R1 ) π .(0, 096 − 0, 058 )

(

⇒ q = 180,188 KN

m2

) < [ q]

Áp suất cho phép [q] = 100÷250 [kN/m2]
4 -Tính công trượt riêng và chế độ làm việc của ly hợp
Tính ih1 (tỉ số truyền của hộp số ở tay số 1) theo điều kiện bám

ih1
Trong
-

đó :
Trọng lượng bám của xe ( vì xe này 1 cầu chủ động )
G = 8275 (N) :
bán kính bánh xe
rbx = 0,35 (m)
Mômen cực đại của động cơ
Me max = 172,26 (Nm)
Tỉ số truyền lực chính
i0 =4,75
hiệu suất truyền lực
=0,85
÷

= ( 0,7 0,8 )

chọn

=0,8

Vậy :

ih1 =

0,8.8275.0, 35
= 3,33
172, 26.4, 75.0,85

Tính ih1 (tỉ số truyền của hộp số ở tay số 1) theo điều kiện kéo
-Khả năng thắng sức cản lớn nhất trong điều kiện cho trước :
ih1

≥

Trong đó :
+ hệ số cản lớn nhất của đường :
+ Trọng lượng toàn bộ xe :
Suy ra :
0,3.16550.0,35
ih1 =
= 2, 49
172, 26.4, 75.0,85
ta có

2,49 ih1 3,33

Vậy chọn ih1 = 3

4.1 Mômen quán tính quy dẫn Ja ( Kg.m.)

= 0,3
Ga = 16550 (N)

Ja = . .

kg.m.s2

Trong đó :
Ga : Khối lượng toàn bộ của ôtô .Ga=1655 [KG]
Gm : Khối lượng toàn bộ của rơmóc. Gm =0
g=10 [m/s2 ]

g : Gia tốc trọng trường .

rbx :Bánh kính làm việc của bánh xe chủ động . rbx =0,35 [m]
ih1 : Tỷ số truyền của hộp số ở tay số 1 .

ih1 =3

ip : Tỷ số truyền của hộp số phụ .

ip =1

io :Tỷ số truyền của truyền lực chính .

io =4,75

δt

: Hệ số tính đến khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực

trong tính toán thiết kế lấy

δt

=1,05÷1,06.

Chọn

δt

=1,05.

Ja = . . = .1,05
= 0,1048 kg.m.s2
4.2 Mômen cản chuyển động quy dẫn
Mômen cản chuyển động của xe quy dẫn về trục ly hợp được tính theo công thức sau:

[(G

a

Ma =
Trong đó :

ψ

+ Gm ).ψ + Pω ].

rbx
it .ηt

[KG.m]

ψ

: Hệ số cản tổng cộng của đường .

0

cản lăn ,α =0 là góc dốc của mặt đường .

Pω
Pω

ψ

=f+tgα với f =0,02 là hệ số

=0,02+tg00 =0,02

: Lực cản của không khí . Khi khởi hành xe thì
=0(vì tốc độ quá nhỏ).

it : Tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực
itl = io . ih1 . ip = 4,75.3.1= 14,25


ηt

: Hiệu suất của hệ thống truyền lực .

Đối với xe du lịch

ηt

=0,9÷0,93.Chọn

ηt

=0,9

Thay số vào công thức (1-7) ta có:

[ ( Ga + Gm ).ψ + Pω ].
Ma =

rbx
it .η t

= [ 1655.0,02] = 0,9 [KG.m]
4.3 Tính thời gian trượt ly hợp trong các giai đoạn (t1 và t2):
- Thời gian đóng ly hợp được chia làm hai giai đoạn :
- Thời gian đóng ly hợp ở giai đoạn đầu được xác định theo công thức:

t1=

Ma
k

[s]

- Thời gian đóng ly hợp ở giai đoạn hai ,được xác định theo công thức :

t2 =

A
k

Trong đó :
-k : Hệ số tỷ lệ kể đến nhịp độ tăng mômen khi đóng ly hợp và được xác định
theo công thức kinh nghiệm :
Đối với xe ô tô con và du lịch k=5÷15[KG.m/s]
Chọn k=15 [KGm/s]
A : Là biểu thức rút gọn được tính theo công thức :

A = 2.J a .( ωm − ωa )
Với : ωm tốc độ góc ứng với mômen cực đại của động cơ
ωm =2500.3,14/30=261,8 [rad/s]
ωa =0 tốc độ góc của trục ly hợp tính toán cho lúc khởi hành xe.
Thay số vào công thức (1-10) ta có:


A = 2.J a . ( ωm − ωa )

= = 7,23

Thay số vào công thức (1-8) và (1-9) ta có:

t1=
t2 =

Ma
k
A
k

= = 0,06 [s]
= = 1,86 [s]

4.4. Tính công trượt tổng cộng :
Công trượt của động cơ ở giai đoạn đầu của thời gia t1 sẽ tiêu hao cho sự trượt và
nung nóng ly hợp. công trượt ở giai đoạn đầu L1 được xác định như sau

L1 =Ma . . t1 = 0,9 . . 0,058 = 6,83 [KG.m]
Công trượt của động cơ ở giai đoạn thứ 2 cuat thời gian t2 tiêu tốn cho việc tăng tốc trục
bị động của ly hợp và sẽ thắng các sức cản chuyển động ô tô
Công trượt của giai đoạn thứ 2 được tính theo công thức

L2

2  1
2
= M a .( ωe − ω a ). t 2  + J a .( ωe − ωa )
3  2

[KG.m]

L2 = 0,9.(261,8 -0). .1,86 + . 0,1 .
= 3719,13 [KG.m]
Công trượt toàn bộ ly hợp là
L =L1 + L2 = 6,83 + 3719,13 = 3725,96 [KG.m]

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 ;được xác định bằng công trượt trên một đơn vị diện tích làm việc của các bề
mặt ma sát được xác định theo công thức sau:

Lr =

L
zms .π .( R22 − R12 )

Trong đó :
L :Công trượt tổng cộng của ly hợp được xác định ở trên .


zms :Số đôi bề mặt ma sát .Ly hợp 1 đĩa bị động nên zms =2
R2 ,R1 : Bán kính tương ứng vòng ngoài ,vòng trong của hình vành khăn bề mặt ma sát
R1 = 0,058m = 5,8 cm

R2= 0,096 m =9,6 cm

Thay số vào công thức ta có:
= 5,06 [KG.m/cm2 ]
Công trựơt cho phép đối với xe du lịch là :Lr =10÷12 [KG.m/cm2 ].
So sánh kết quả tính được giữa công trượt riêng và công trượt riêng cho phép ta
thấy Lr < [Lr ] vì vậy ly hợp làm việc đảm bảo được tuổi thọ.
4.6. Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp :
Ngoài việc tính toán kiểm tra công trượt riêng ,ly hợp còn cần phải 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 hưỡng nhiều đến hệ số ma sát , không gây
nên sự cố cháy tấm ma sát hoặc ảnh hưỡng đến sự đàn hồi của lo xo ép ,….

Với ly hợp một đĩa nhiệt sinh ra làm nung nong đĩa ép được xác định theo công
thức:
.L =m.c.ΔT
Trong đó :
L : Công trượt toàn bộ của ly hợp
: Hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng đĩa ép
- với ly hợp môt dĩa bị động thì =0,5
c : Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng ,với vật liệu làm bằng thép
c=500 [J/kg0K]
m : Khối lượng chi tiết bị nung nóng [kg]
ΔT: Độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng ,[0K]
Độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết tính toán đố với mỗi lần khởi hành của
ôtô(ứng với hệ số cản của đường ψ=0,02) không được vượt quá 8-100K.
Từ đó suy ra khối lượng đĩa ép tối thiểu là :

m = 0,37 [kg2.m/J] = 3,7 [kg]
4.7. Chiều dày tối thiểu của đĩa ép (theo chế độ nhiệt):


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

δ≥

(

π.

R22

m
− R12 .ρ

)

Trong đó :
ρ :Khối lượng riêng của đĩa ép .
Với vật liệu làm bằng gang thì ρ=7850[kg/m3 ]
Thay số vào ta có:
δ

=

0,025 m = 25 [mm]

5. Tính toán sức bền một số chi tiết chủ yếu của ly hợp :
5.1. Tính toán sức bền của đĩa bị động .

1- Đinh tán tấm đệm ma sát; 2- Tấm đệm ma sát; 3- Tấm lò xo; 4- chốt tựa;

5- moay ơ đĩa bị động; 6- lò xo giảm chấn; 7- Tấm giả chấn
-Để giảm kích thước của ly hợp ,khi ly hợp làm việc trong điều kiện ma sát khô,
chọn vật liệu có hệ số ma sát cao .đĩa bị động gồm các tấm ma sát và xương đĩa .Xương
đĩa được chế tạo bằng thép các bon trung bình và cao (thép 50 và 85). Vật liệu của tấm
ma sát là loại phêrado .phêrado đồng hoặc Atbet đồng . chọn chiều dày xương đĩa là
2 mm, chiều dày tấm ma sát 3.5 mm


- Đinh tán có hình trụ đặc hay rỗng. Đường kính đinh tán được lấy trong khoảng
(4÷6)mm. chọn đường kính đinh tán là 6mm.

-Đinh tán được bố trí theo hai dãy tương ứng với các bán kinh trong là r1 và bán
kính ngoài là r2 .Số lượng đinh tán có thể chọn n=36 đinh tán tương ứng với bán kính
trong ,với số lượng đinh tán là n2=20 tương ứng với bán kính ngoài.
-Bề rộng tấm ma sát
b= R2-R1 = 0,096-0,058 = 0,038 m
Ta chọn các kích thước :
r1 = R1 + b/4 = 0,058+0,038/4 = 0.0675 (m) = 67,5 mm
r2 = R2 - b/4 = 0,096 – 0,038/4 = 0,0865 (m) = 86,5 mm
- Tuy nhiên đối với xe du lịch có thể chọn dãy ngoài có bán kính là r2 (mm), số lượng đinh
tán là n2=12. Dãy trong có bán r1 (mm), số lượng đinh tán n1= 8
- Lực tác dung lên mỗi dãy đinh tán được xác định theo công thức :

F1 =

M e max .r1
2( r12 + r22 )

F2 =
[N]

M e max .r2
2( r12 + r22 )

[N]

- Lần lượt thay số vào (1-13) ta có :
= = 482,93

[N]

= = 618,86

[N]

Đinh tán được kiểm tra theo ứng suất cắt và ứng suất dập .
- Ứng suất cắt của đinh tán ở vòng trong là:

τc =

F1
π .d 2
n1 .
4

[N/m2 ]

d là đường kính đinh tán d = 6 mm
1 N/m2 = . kg/cm2 = kg/cm2

τc

Ứng suất cho phép với vật liệu nêu trên là: [ ] =100 [kg/cm2 ]
[
Thay số vào ta có :

σd

] =250 [kg/cm2 ].

= = 2135019,352 [N/m2 ] = 21,35 [kg/cm2 ]
=>

τc τ c

[ ] =100 [kg/cm2 ]

-Ứng suất dập của đinh tán ở vòng trong là:

σd =

F1
n1 .l.d

[N/m2 ]

(1-15)

Trong đó :
l là chiều dài khoảng chèn dập của đinh tán .
Chọn l=1[mm]
= = 10061041 [N/m2 ] = 100,61 [kg/cm2 ]
σd

[

σd

] =250 [kg/cm2 ].

Kiểm tra đinh tán ở vòng ngoài:
-Ứng suất cắt của đinh tán ở vòng ngoài là:
=

= 1823974,594

[N/m2 ] = 18,24 [kg/cm2 ]

τc τ c

[ ] =100 [kg/cm2 ]

-Ứng suất dập của đinh tán ở vòng ngoài là:
=

=

=>

= 8595277,778 [N/m2 ]
σd

2

=85,95 [kg/cm ]

[

σd

] =250 [kg/cm2 ].

5.2. Tính toán Moay-ơ đĩa bị động :
- Chiều dài moay-ơ được chọn tương đối lớn để giảm độ đảo của đĩa bị động,
moay-ơ được lắp với xương đĩa bị động bằng đinh tán và ghép với trục bằng then hoa

d

h

.Tính toán moay-ơ ta tính toán theo ứng suất cắt và dập trên then hoa.

D

dtb


- Do trục ly hợp cũng là trục sơ cấp của hộp số ,nên đường kính ngoài trục ly hợp
D được tính theo trục sơ cấp hộp số được tính sơ bộ bằng công thức sau:

D = k d .( M e max .)

1
3

Trong đó :
d

kd là hệ số kinh nghiệm .k =4,0÷4,6 .chọn kd=4,6
Memax =172,26 [N.m]: mômen cực đại của động cơ.

Ta có :
= 25,6 [mm] .Chọn D= 26 [mm].
Với D =26 [mm] ta tra bảng Then hoa dạng răng chữ nhật cỡ nhẹ
(TCVN 1803 – 76)

[sách tính toán hệ dẫn động cơ khí – Trịnh Chất ] trang 176

ta có các thông số khác của then hoa như sau:
Sử dụng then hoa có răng hình chữ nhật chịu tải trọng trung bình.
Đường kính trong : d=23 [mm]
Chiều rộng của răng : b=6 [mm]
Số răng là :Z=6
- Chiều dài moay-ơ được xác định bằng công thức sau :

o
o
o
o

L = 1,4D = 1,4 . 26 = 36,4 [mm].
- Khi làm việc then hoa của moay-ơ chịu ứng suất chèn dập và cắt và được kiểm
nghiệm theo công thức sau:

τc =
-Ứng suất cắt:

4.M e max
≤ [τ c ]
Z1 .Z 2 .L.b.( D + d )

σ cd =
-Ứng suất chèn dập :

8.M e max
≤ [σ cd ]
Z1 .Z 2 .L.( D 2 − d 2 )

Trong đó :
Memax :Mô men cực đại của động cơ .Memax =172,26 [N.m].


Z1 :Số lượng moay-ơ riêng biệt ,với ly hợp 1 đĩa bị động thì Z1=1
Z2 :Số then hoa của moay-ơ.
L : Chiều dài moay-ơ .

Z2 =6

L=36,4 [mm]= 0,0364 [m]

D : Đường kính ngoài của then hoa . D= 26 [mm] = 0,026 [m].
d : Đường kính trong của then hoa . d=23 [mm] = 0,023 [m].
b : Chiều rộng then hoa . b =6 [mm]=0,006 [m]
Lần lượt thay số vào công thức ta có
= = 10731105,63 [N/m2 ] = 107,311 [kg/cm2 ]
= = 42924422,52 [N/m2 ] = 429,244 [kg/cm2 ]
Vật liệu chế tạo moay-ơ thường là thép 40 ,40X .Ứng suất cho phép là:

[ τ c ] = 150

kg/cm

2

[ τ cd ] = 450

kg/cm2 .

So sánh kết quả tính được với ứng suất cho phép ta thấy ly hợp làm việc đảm bảo bền.
Tính toán đinh tán nối moay-ơ với xương đĩa bị động:
- Đinh tán nối moay-ơ với xương đĩa bị động được làm bằng thép có đường kính
d=(6÷10)mm . Chọn d=8 (mm).
- Đường kính mũ đinh tán được tính theo công thức sau:
Dmd =(1,6÷1,75).d , chọn Dmd =1,6 . d=1,6 . 8 = 12,8 [mm].
- Đinh tán được bố trí một dãy với đường kính là D=120 [mm] ,số lượng đinh tán
chọn n=8 (đỉnh). (giá trị D ở đây e chọn lớn dần sao cho đảm bảo điều kiện bền)
Lực tác dụng lên đinh tán được xác định theo công thức sau:
F = = 2871 [N]
Đinh tán được kiểm tra theo ứng suất cắt và ứng suất dập :
-Ứng suất cắt của đinh tán :
= = 7139591,275 [N/m2 ] =71,39 [KG/cm2 ]
-Ứng suất dập của đinh tán ở vòng ngoài là:
= = 44859375 [N/m2 ] = 448,59375 [KG/cm2]
Trong đó:


F : Lực tác dụng lên đinh tán .F=2871 [N]
n : Số đinh tán .n=8 [đinh ]
d : Đường kính đinh tán . d=8[mm]
l : Chiều dài chèn dập của đinh tán .chọn l=1[mm]
Trị số ứng suất cho phép :

τc

[τ d ]

2

[ ] = 300 KG/cm
Ta thấy :

τ c < [τ c ]

và

τ d < [τ d ]

= 800 KG/cm2

nên đinh tán đảm bảo bền.

5.3.Tính toán lò xo ép ly hợp:
- Lò xo ép dùng trong ly hợp thường đóng thường sử dụng lò xo ép dạng trụ và được
xung quanh đĩa ép . số lượng của lò xo được chọn theo đường kính ngoài của đĩa bị
động .
Lực tác dụng lên mỗi lò xo cho phép trong giới hạn sau:
Đối với xe du lịch : Flx ≤(60÷70)kg =(600÷700)N
5.3.1.1 Lực ép cần thiết của một lò xo:
- Lực ép cần thiết tính cho một lò xo được xác định theo công thức sau:

Flx =

k o .F
zlx

[N]

Trong đó :
F :lực ép cần thiết của ly hợp .F= 3312,7 [N]
ko :Hệ số tính đến sự giản nở ,sự nới lỏng của lò xo.ko=(1,05÷1,08).
chọn ko=1,05
zlx :Số lượng lò xo ép. Chọn zlx=6
ta có:

= = 579,72 [N] < Flx ≤(60÷70)kg =(600÷700)N

vậy thõa điều kiện
5.3.1.2.Độ cứng của một lò xo ép:
- Độ cứng của một lò xo được xác định theo hai điều kiện :Tạo ra lực ép cần thiết
để hình thành mômen ma sát yêu cầu với hệ số dự trữ β và điều kiện tối thiểu của hệ số
dự trữ ly hợp β min khi tấm ma sát đã mòn đến giới hạn phải thay thế :


Clx =

Flx  β min
.1 −
l m 
β






[N/m]

Trong đó:
-β:Hệ số dự trữ của ly hợp. β=1,5
-βmin:Hệ số dự trữ của ly hợp khi tấm ma sát bị mòn phải thay thế.
Theo kinh nghiệm β min=(0,8÷0,85).β

Chọn β min=0,8.β=0,8.1,5=1,2

-lm: Lượng mòn tổng cộng cho phép của tấm ma sát.
lm=0,5.δ ms.zms
Với:
-δms:Độ dày tấm ma sát .δ ms=2,5-4,5[mm] chọn .δ ms=3,5 mm
-zms: Số đôi bề mặt ma sát .zms=2
Nên : lm = 0,5.0,0035.2 = 0,0035 [m]
Thay số vào công thức ta có:
= = 33126,85 [N/m]
5.3.1.3.Lực lớn nhất tác dụng lên một lò xo ép:
Lực lớn nhất tác dụng lên một lò xo ép được xác định bằng công thức sau:
Flxmax=Flx+Clx.λm [N]
Trong đó:
-λm: Độ biến dạng thêm của lò xo khi mở ly hợp .Độ biến dạng này chính
bằng độ dịch chuyển của đĩa ép khi mở ly hợp và được xác đinh theo công thức sau:
λm=δm.zms+δdh
Với: -δm: Khe hở hoàn toàn giữa mỗi đôi bề mặt ma sát.δm=(0,75÷1)mm.
Chọn δ m=1 mm.
-δdh: Độ dịch chuyển thêm cần thiết của đĩa ép do độ đàn hồi của đĩa bị
động . đối với ly hợp một đĩa bị động δ dh=0,75 ÷ 1 (mm). Chọn δ dh= 1

Nên : λm = 1.2+1 = 3 [mm] = 0,003 [m]
ta có:

Flxmax=579,72 + 33126,85 .0,003=679,1 [N]

5.3.1.4.Đường kính dây và đường kính trung bình của lò xo:


- Đường kính dây lò xo được xác định bằng công thức sau:
d≥

8.. k D
. .Flx max
π .[τ ] d

[m]

Trong đó :
-d: Đường kính của dây lò xo
-D:Đường kính trung bình của lò xo
τ

τ

-[ ]:Ứng suất tiếp cho phép của lò xo.[ ]=650.106 [N/m2 ]
-k:Hệ số tăng ứng suất tiếp do lò xo bị xoắn khi chịu tải được chọn theo

tỷ số D/d theo bảng sau:
D/d
3

4
5
k
1,58
1,40
1,31
Chọn D/d=6 ta được k=1,25
d≥

6
1,25

7
1,21

8
1,18

9
1,16

10
1,14

8.k D
8.1, 25
. .Flx max =
.6.679,1 = 0, 00446[m] = 4, 46[ mm]
π .[ τ ] d
π .650.106

Từ đó ta có đường kính trung bình của lò xo là:
D=6.d=6.4,46 = 26,76 [mm]
5.3.1.5.Số vòng làm việc của lò xo:
Số vòng làm việc nlv của lò xo được xác định độ cứng của lõ xo như sau:
G.d 4
Clx =
8.D 3 .nlv

⇒

G.d 4
nlv =
8.D 3 .Clx

Trong đó:
-G:Mô đun đàn hồi trượt của vật liệu làm lò xo .G=0,81.1011 [N/m2 ]
-d:Đường kính dây lò xo. d=4,46 [mm] =0,00446 [m]
-D:Đường kính trung bình của lò xo.D=26,76 [mm]= 0,02676 [m]
- Clx : độ cứng của lò xo. Clx = 33126,85 [N/m]
Thay số vào công thức ta có:


Gd 4
0,81.1011.0, 004464
nlv =
=
=6
8.D 3Clx 8.0, 026763.33126,85

[vòng]

5.3.1.6.Chiều dài của lò xo:
• Chiều dài tối thiểu của lò xo:

- Được xác định khi chịu tải lớn nhất với khe hở tối thiểu giữa các vòng lò xo là
1mm.
Lmin=(nlv-1)(d+1)+(1,5÷2)d+2
Trong đó:
-(nlv-1):Số bước của lò xo.
-d:Đường kính dây lò xo.
-(1,5÷2):Số vòng không làm việc được tính thêm cho việc tỳ lò xo vào đế.
-2:Khe hở giữa các vòng tỳ với vòng làm việc.
ta có:
Lmin=(nlv-1)(d+1)+(1,5÷2)d+2
= (6-1)(4,46+1)+(1,5÷2)4,46+2 = (35,99 ÷ 40,004) mm
Chọn Lmin= 36 [mm]
• Chiều dài tự do của lò xo:

Chiều dài tự do của lò xo được xác định khi không chịu tải và được xác định bằng
công thức sau:
Lmax=Lmin+λmax
Trong đó :
-Lmin:Chiều dài tối thiểu của lò xo.Lmin=36 [mm]
-λmax:Độ biến dạng lớn nhất của lò xo khi chịu tải lớn nhất.

λmax =
ta có:

Flxmax

679,1
=
= 0, 02m = 20mm
Clx
33126,85

Lmax=Lmin+λmax = 36+20 = 56 [mm]

• Chiều dài làm việc của lò xo:


- Được xác đinh khi chịu lực ép Flx theo công thức sau”
Llv=Lmax-λlv
Trong đó:
-λlv:Độ biến dạng của lò xo khi chịu lực ép Flx.

λlv =

Flx
579, 72
=
= 0, 0175[m] = 17,5[mm]
Clx 33126,85

Nên: Llv=Lmax-λlv = 56 – 17,5 = 48,5 [mm]
5.4.Tính toán lò xo giảm chấn:
- Lò xo giảm chấn được đặt theo hướng tiếp tuyến trong các lỗ được khoét ở đĩa bị
động để tránh sự cộng hưởng ở tần số cao của dao động xoắn do sự thay đổi mômen của
động cơ và của hệ thống truyền lực ,đảm bảo truyền mômen một cách êm dịu từ đĩa bị
động đến moay-ơ trục ly hợp.

-Bán kính đặt lò xo thường được chọn theo đường kính ngoài mặt bích moay-ơ và
nằm trong giới hạn sau: R=(40÷60)mm. Chọn R=40[mm].
-Số lượng lò xo giảm chấn : chọn n=6
Lực cực đại tác dụng lên một lò xo được xác định theo công thức sau:

Fmax gc =

M ms − M msgc
n.R

[N]

Trong đó:
-Fmax gc : lực ép lớn nhất tác dụng lên một lò xo
-R:Bán kính đặt các lò xo giảm chấn.R=40[mm]
-n:Số lượng lò xo giảm chấn.n=6
-Mms:Mômen ma sát của ly hợp. Mms=258,39 [N.m]
-Mmsgc:Mômen ma sát giảm chấn.Theo kinh nghiệm
Mmsgc =(0,06÷0,17).Memax = (0,06÷0,17).258,39 = (15,5034÷43,9263).
Chọn Mmsgc = 40 [N.m]
Fmax gc =

ta có:

M ms − M msgc
n.R

=

258,39 − 40

= 909,95( N )
6.40.10 −3

5.4.1.Đường kính trung bình của vòng lò xo: