thuyết minh ly hợp xe du lịch thái

Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
3

4

5
6
7
LỜI NÓI ĐẦU

8

1Cùng với sự phát triển không ngừng của nền khoa học – kỹ thuật, nghành
2
công nghiệp ôtô ngày càng đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của
đất nước. Đi đôi với sự phát triển đòi hỏi ở một 9người kỹ sư phải có sự sáng tạo

và đổi mới trong thiết kế để đáp ứng với nhu cầu thị hiếu người tiêu dùng. Chính
vì vậy, là một sinh viên nghành kỹ thuật cơ khí cần phải biết nắm bắt những kiến
thức đã học ứng dụng vào các thiết kế thực tế. Vì thế trong đồ án này em được
giao nhiệm vụ: “ Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch ”. Đồ án này
đánh giá khả12
năng tư 11
duy sáng tạo và cách
10 vận dụng kiến thức lý thuyết vào tính
toán thiết kế của mỗi sinh viên, qua đó giúp ích cho các sinh viên làm quen dần
với thiết kế và hỗ trợ cho các thiết kế cũng như công việc sau này.
Nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Th.S nguyễn Việt Hải,
em đã hoàn thành xong đồ án. Tuy nhiên, do thời gian và kiến thức bản thân còn
hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện. Do
vậy, em mong nhận được sự giúp đỡ và chỉ bảo thêm từ thầy cùng các bạn để

kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2014
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thành Thái

-1-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch

Chương1.

TỔNG QUAN VỀ LY HỢP ÔTÔ

1.1. Công dụng và yêu cầu của ly hợp trên ôtô
1.1.1. Công dụng của ly hợp
Ly hợp là một trong những cụm chi tiết chính của ôtô. Nó dùng để nối trục
khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực, dung để ngắt, nối truyền động từ động cơ
đến hệ thống truyền lực.
Ly hợp còn dùng như một cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực khi quá tải.
Nếu khớp nối ly hợp không ngắt được truyền động từ trục khuỷu động cơ đến hệ
thống truyền lực khi gài số thì việc gài số sẽ rất khó khăn và có thể gây ra sự dập
răng, thậm chí có thể gây vỡ răng hộp số. Hơn thế nữa, nếu ly hợp không tự động
ngắt khi phanh đột ngột thì có thể gây quá tải cho cả hệ thống truyền lực.
1.1.2. Yêu cầu của ly hợp
- Truyền được mômen quay lớn nhất của động cơ trong bất kỳ điều kiện làm
việc nào. Hay nói cách khác mômen ma sát của ly hợp phải luôn luôn lớn hơn

mômen cực đại của động cơ. Tuy nhiên, mômen ma sát của ly hợp không được
quá lớn nhằm đảm bảo nhiệm vụ của cơ cấu an toàn cho cả hệ thống truyền lực.
- Khi mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng. 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 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 các cơ cấu truyền động khác
trong hệ thống truyền lực.
- Mômen quán tính của các chi tiết phần bị động của ly hợp phải nhỏ đến mức
thấp nhất nhằm giảm các lực va đập lên bánh răng khi gài số (trường hợp không

-2-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
có đồng tốc), giảm nhẹ điều kiện làm việc của đồng tốc cũng như tăng nhanh thời
gian gài số.
- Kết cấu gọn nhẹ, điều khiển dễ dàng và nhẹ nhàng.
1.2. Phân loại ly hợp trên ôtô
Với những yêu cầu trên, hiện nay ôtô sử dụng nhiều loại ly hợp. Và tùy theo
tính chất truyền mômen, đặc điểm kết cấu… có thể chia ra các lọai sau:
- Dựa theo tính chất truyền mômen, người ta phân ra các loại ly hợp:
+ Ly hợp ma sát cơ khí.
+ Ly hợp thủy lực.
+ Ly hợp điện từ.
- Dựa theo hình dạng của bộ phận ma sát cơ khí, có thể chia ra:
+ Ly hợp ma sát đĩa (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 và không thường đóng.
1.2.1. Ly hợp ma sát cơ khí
Là loại ly hợp mà mômen ma sát hình thành ở ly hợp nhờ sự ma sát của các
bề mặt ma sát cơ khí. Loại này được sử dụng phổ biến trên ôtô vì nó có:
+ Kết cấu đơn giản.
+ Hiệu suất cao.
+ Bảo dưỡng, sửa chữa thay thế dễ dàng.
+ Giá thành rẻ và kích thước nhỏ gọn.
* Theo hình dạng của bộ phận ma sát, có thể chia ra: Ly hợp ma sát đĩa (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).
- Ly hợp ma sát có dạng 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.

-3-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
- Ly hợp ma sát đĩa phẳng dùng phổ biến. Tuỳ theo cấu tạo có thể có kiểu: một
đĩa, hai đĩa hoặc nhiều đĩa.
+ Ly hợp ma sát một đĩa bị động được sử dụng phổ biến ở hầu hết các loại
ôtô nhờ kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, việc mở ly hợp dễ dứt khoát và mômen quán
tính của phần bị động nhỏ ít ảnh hưởng đến việc gài số. Vì thế chỉ trong trường
hợp phải truyền mômen lớn (> 700÷800 N.m) thì người ta mới dùng ly hợp hai
đĩa hoặc nhiều đĩa để giảm kích thước đường kính của ly hợp.
3

3b

4

5
6

2b

7

2
8

So

1

16
11

10

9

15
12
14

13

Hình 1.1- Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát một đĩa
1. Trục động cơ; 2. Bánh đà; 2b. Rãnh trên bánh đà; 3. Gờ để lắp vào rãnh 2b;
3b. Đĩa ép; 4. Mâm ép của ly hợp; 5. Thanh kéo; 6. Giá của đòn mở;7. Đòn mở;
8. Hộp bi tỳ; 9. Ổ đỡ phía sau của trục ly hợp; 10. Ống làm bạc trượt cho ổ bi tỳ;
11. Trục ly hợp; 12. Lò xo ép; 13. Các tấm ma sát; 14. Xương đĩa bị động;
15. Mayơ của đĩa bị động; 16. Ổ đỡ trước của trục ly hợp.
+ Kiểu ly hợp ma sát hai đĩa bị động chỉ được dùng trên xe tải lớn (vì cần
truyền mômen quay lớn). Nhược điểm của loại ly hợp này là kết cấu phức tạp,
-4-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
việc mở ly hợp khó dứt khoát (khó cách ly đĩa bị động khỏi phần chủ động). Tuy
nhiên việc đóng ly hợp là êm dịu hơn loại một đĩa (nhờ sự tiếp xúc các bề mặt ma
sát được tiến hành từ từ hơn).

3

3b

4

5
6

2b

7

2

8

So

1

16
11

10

9

15
12
14

13

Hình 1.2- Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát loại hai đĩa
* Theo đặc điểm kết cấu của lò xo ép, có thể chia ly hợp ma sát cơ khí ra gồm:
- Ly hợp ma sát cơ khí kiểu nhiều lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh: Kiểu này
có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, có độ tin cậy cao (nếu một lò xo bị gãy ly hợp vẫn
làm việc được). Nhược điểm là áp lực sinh ra ở các bề mặt ma sát không đều.
Loại này được sử dụng phổ biến trên xe tải, máy kéo và một số xe du lịch.

-5-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch

1 2 3

4

7

6

5
I

II

8

Hình 1.3- Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép hình trụ
1. Bánh đà; 2. Đĩa ma sát; 3. Đĩa ép; 4. Đòn mở;
5. Ổ bi tỳ; 6. Vít điều chỉnh; 7. Cacte ly hợp; 8. Lò xo ép hình trụ.
- Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép trung tâm chỉ gồm duy nhất một lò xo
hình côn (hoặc có thể một hoặc hai lò xo trụ) bố trí ở giữa. Nhờ vậy áp suất sinh
ra ở các bề mặt ma sát là đồng đều. Tuy nhiên độ tin cậy thấp (nếu lò xo gãy thì ly
hợp mất tác dụng), kết cấu đòn mở phức tạp và điều chỉnh rất khó khăn nên ít sử
dụng.
- Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép đĩa nón cụt chỉ có một lò xo kiểu đĩa nón
cụt bố trí ở giữa nên áp lực phân bố đều lên bề mặt ma sát. Ly hợp với lò xo kiểu
này có nhiều ưu điểm nổi bật: Lò xo làm luôn nhiệm vụ đòn mở nên kết cấu rất
gọn nhẹ. Đặc tính của lò xo là phi tuyến nên lực để mở ly hợp hầu như không
tăng thêm như loại lò xo hình trụ vì vậy điều khiển nhẹ nhàng hơn. Nhược điểm
cơ bản là không thể điều chỉnh khe hở giữa đòn mở và bạc mở khi tấm ma sát bị
mòn nên ly hợp kiểu này chỉ sử dụng trên xe du lịch và xe khách cở nhỏ có đặc

tính động lực tốt, sử dụng trong điều kiện đường tốt (ít phải sang số).

-6-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch

1

2

3 4

5

6
7
8
I

II

Hình 1.4- Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép đĩa nón cụt
1. Bánh đà; 2. Đĩa ma sát; 3. Đĩa ép; 4. Lò xo đĩa nón cụt;
5. Vòng thép; 6. Đinh tán; 7. Vỏ ly hợp; 8. Ổ bi tỳ.
* Theo đặc điểm làm việc, có thể chia ra: Loại ly hợp thường đóng và ly hợp
không thường đóng.
- Ly hợp thường đóng là loại ly hợp kiểu lò xo ép thường xuyên đóng trong
quá trình làm việc như các loại đã nêu trên. Ly hợp chỉ được mở thông qua hệ
thống dẫn động dưới tác dụng của lực đạp ở bàn đạp ly hợp.

- Ly hợp không thường đóng là loại ly hợp không có lò xo ép. Đĩa bi động và
chủ động được ép vào nhau để đóng ly hợp thông qua một hệ thống đòn đặc biệt.
Việc đóng hoặc mở ly hợp đều phải thông qua hệ thông đòn này dưới tác động
lực điều khiển của người lái.
Với yêu cầu của bài toán đưa ra là thiết kế ly hợp dành cho xe du lịch. Ta có
thể chọn ly hợp dùng lò xo trụ hoặc lò xo đĩa côn. Với kết cấu đơn giản, gọn nhẹ,
có độ tin cậy cao. Đặc tính của lò xo là phi tuyến nên lực để mở ly hợp hầu như
không tăng thêm như loại lò xo hình trụ, vì vậy điều khiển nhẹ nhàng hơn nên ta
chọn ly hợp dùng cho ôtô thiết kế là ly hợp lò xo đĩa nón cụt.

-7-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
1.2.2. Ly hợp ma sát thủy lực
Là loại ly hợp mà mômen ma sát hình thành ở ly hợp nhờ ma sát thủy lực. Ưu
điểm nổi bật là ly hợp làm việc rất êm dịu (nhờ tính chất dễ 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 không mở dứt khoát vì luôn có mômen dư (dù số
vòng quay của động cơ rất thấp) làm ảnh hưởng đến việc gài số. Vì vậy ly hợp
thủy lực thường được dùng kết hợp với một ly hợp ma sát cơ khí để cho phép
ngắt hoàn toàn ly hợp khi gài số.
Ngoài ra ly hợp thủy lực luôn luôn có sự trượt (ít nhất 2 ÷ 3%) do vậy gây ra
tổn hao công suất động cơ và do đó tăng tiêu hao nhiên liệu của xe. Mặc khác ly
hợp thủy lực đòi hỏi cao về độ chính xác và kín khít đối với các mối ghép, yêu cầu
có loại dầu đặc biệt (dầu có độ nhờn và nhiệt độ đông đặc thấp, không sủi bọt…)
nên giá thành hợp lý nói riêng và giá thành ôtô nói chung cao hơn ly hợp ma sát
có khí thông thường. Do đó, loại ly hợp này chỉ sử dụng hạn chế trên các loại xe
đặc biệt có công suất riêng lớn.
1.2.3. Ly hợp điện từ

Là loại ly hợp mà mômen hình thành ở ly hợp nhờ mômen điện từ. Ly hợp
điện từ truyền động êm dịu. Tuy vậy kết cấu kồng kềnh và trọng lượng trên đơn
vị trên công suất truyền là lớn, nên ít dùng trên ôtô mà thường được sử dụng
trên tàu hỏa hoặc máy công trình cỡ lớn.
Chương 2. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU VÀ PHÂN TÍCH
CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1. Tính toán xác định các thông số ban đầu
2.1.1. Các thông số cho trước
- Loại ôtô

:

- Trọng lượng toàn bộ

:

- Động cơ Diesel có

:

Xe du lịch
2500 [KG]

+ Công suất cực đại : 85 [kW]

Ở tốc độ: 3200 [vòng/phút]

+ Mômen cực đại

Ở tốc độ: 1800 [vòng/phút]

: 260 [N.m]

- Bán kính làm việc bánh xe

:

330 [mm]

-8-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
- Tốc độ cực đại của xe

:

120 [km/h]

- Hệ số cản lớn nhất của đường:

0,25

2.1.2. Tính toán mômen ma sát yêu cầu của ly hợp
Để đảm bảo yêu cầu truyền hết mômen quay của động cơ trong mọi điều kiện
làm việc thì ly hợp phải có khả năng truyền được mômen quay lớn hơn mômen
xoắn lớn nhất của động cơ Memax, nghĩa là :
Ta có mômen ma sát của ly hợp được xác định theo [2] :
Mms = β.Memax

(2-1)

Trong đó:
Mms

: Mômen ma sát yêu cầu của ly hợp [N.m]

Memax : Mômen xoắn lớn nhất của động cơ [N.m]
β

: Hệ số dự trữ của ly hợp.

Hệ số dự trữ của ly hợp 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 mỡ rơi vào, khi các lò xo ép bị giảm tính đàn hồi, khi các tấm ma sát bị
mòn…). Tuy nhiên hệ số β cũng không được lớn quá, vì như thế thì phải tăng lực
ép do đó cần tăng lực điều khiển ly hợp nên gây mệt mỏi cho người lái, đồng thời
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, đối với xe du lịch:
β = (1,35 ÷ 1,75). Chọn: β = 1,5.
Vậy mômen ma sát cần thiết của ly hợp:
Mms = 1,5.260 = 390 [N.m]
2.2. Phân tích chọn loại/ kiểu sơ đồ dẫn động ly hợp
2.2.1. Lựa chọn cụm ly hợp
Theo yêu cầu của bài toán thiết kế đưa ra là thiết kế ly hợp trên xe du lịch.
Qua phân tích đặc điểm làm việc và ưu nhược điểm của từng loại ly hợp cũng
như phạm vi sử dụng của chúng trên từng loại xe khác nhau ở phần trước. Ta
chọn ly hợp dùng cho xe thiết kế là lò xo trụ hoặc lò xo đĩa nón cụt. Với kết cấu

-9-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
đơn giản, gọn nhẹ và độ tin cậy cao, đặc tính lò xo là phi tuyến nên lực để mở ly
hợp hầu như không tang thêm như loại lò xo trụ, vì vậy điều khiển nhẹ nhàng
hơn nên ta chọn ly hợp cho xe thiết kế là ly hợp ma sát lò xo đĩa nón cụt.
Kết luận: ta chọn loại ly hợp cho xe thiết kế là ly hợp thường đóng, một đĩa
ma sát (đĩa phẳng) dùng lò xo đĩa nón cụt.
2.2.2. Lựa chọn dẫn động ly hợp
Đối với ly hợp thường đóng, muốn mở ly hợp người ta phải dùng hệ thống
điều khiển để truyền lực đạp từ bàn đạp ly hợp đến đĩa ép nhằm thắng lực ép lò
xo tách khỏi đĩa ma sát bị động. Trên ô tô hiện nay thường dùng hai loại dẫn
động là: dẫn động cơ khí và dẫn động thủy lực.
2.2.2.1. Dẫn động cơ khí

11
1
2

12

10 9 8

7

13

3
6

5

4

Hình 2.1- Sơ đồ ly hợp dẫn động kiểu cơ khí.
1. Bàn đạp; 2. Thanh kéo; 3. Đòn trung gian; 4. Thanh đẩy; 5. Càng mở (bên
ngoài); 6. Càng mở (bên trong); 7. Lò xo hồi vị; 8. Ổ bi tỳ; 9. Giá tùy động;
10. Nạng mở; 11. Đĩa ép; 12. Bánh đà; 13. Tấm ma sát.
- Ưu điểm:
+ Chế tạo, bảo dưỡng, sửa chữa đơn giản, giá thành rẻ.
+ Kết cấu đơn giản, chắt chắn độ tin cậy cao.
- Nhược điểm:
+ Hiệu suất thấp nhất là khi dẫn động dài, do động cơ đặt xa người lái vì
cơ cấu có nhiều khâu khớp dẫn động, làm giảm độ cứng và tăng hành trình tự do
của bàn đạp do cơ cấu mở không hết.
-10-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
+ Việc làm kín sàn xe và thực hiện truyền lực từ bàn đạp đến ly hợp phức
tạp hơn do động cơ được đặt trên các gối đỡ đàn hồi. Khó lắp đặt nhất là đối với
cabin kiểu lật.
3 4 5 6 7

12

9

1 2

1

10

8

Hình 2.2 - Sơ đồ ly hợp dẫn động kiểu thuỷ lực

2.2.2.2 Dẫn động thuỷ lực

1. Bánh đà; 2. Đĩa bị động; 3. Đòn mở; 4. Giá tùy động; 5. Bạc mở và ổ bi tỳ;
6. Lò xo hồi vị và ổ bi tỳ; 7. Bàn đạp; 8. Xylanh chính; 9. Xylanh công tác;
10. Nạng mở. 11. Ống trượt; 12. Đĩa ép.
- Ưu điểm:
+ Hiệu suất cao, độ cứng vững cao, dễ lắp đặt (nhờ có thể sử dụng đường
ống và các khớp nối mềm). Có khả năng hạn chế tốc độ dịch chuyển của đĩa ép
khi đóng ly hợp đột ngột, giảm tải trọng động.
+ Khắc phục được hiện tượng mòn rơ của các khâu khớp.
+ Điều khiển thủy lực truyền động êm dịu và có tính khuếch đại cao.
- Nhược điểm:
+ Kết cấu phức tạp, đòi hỏi độ kín khít cao, lực dẫn động lớn.
+ Sự dao động của chất lỏng làm việc có thể làm cho các đường ống bị
rung động.
+ Làm việc kém tin cậy khi có rò rỉ, bảo dưỡng sửa chữa phức tạp.
-11-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
+ Giá thành cao.
Qua việc phân tích các ưu, nhược điểm của các kiểu dẫn động ở trên ta lựa

chọn sơ đồ dẫn động cho xe thiết kế là loại dẫn động thủy lực.
2.2.3. Lựa chọn kiểu trợ lực cho ly hợp (nếu có)
Điều khển ly hợp có trợ lực cho phép giảm nhẹ lực điều khiển của lái xe
trong quá trình mở ly hợp. Do vậy được sử dụng phổ biến trên ôtô, nhất là ôtô
tải, khách trung bình và tải nặng.
2.2.3.1. Điều khiển cơ khí có trợ lực khí nén

Pbd

7
6

5

4
1

2

3

Hình 2.3 - Sơ đồ dẫn đông cơ khí trợ lực khí nén
1. Thanh đẩy; 2. Van; 3. Cần đẩy; 4. Piston trợ lực; 5. Cần piston trợ lực;
6. Ổ bi tỳ; 7. Bình khí nén.
- Ưu điểm: Giúp người lái điều khiển ly hợp nhẹ nhàng
- Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, độ tin cậy của cụm chi tiết không cao vì có
kết cấu phức tạp, có nhiều cụm chi tiết cùng hoạt động.

2.2.3.2. Điều khiên thủy lực trợ lực khí nén
- Ưu điểm: Điều khiển ly hợp đó mở nhẹ nhàng, hiệu suất cao.

- Nhược điểm:
+ Kết cấu phức tạp, yêu cấu cao về kỹ thuật và công nghệ.
-12-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
+ Sữa chữa bảo dưỡng khó khăn, tốn nhiều công sức.
Kết luận: Qua phân tích ưu, nhược điểm của các loại ly hợp và cơ cấu điều khiển
ta chọn loại ly hợp cho dòng xe thiết kế là ly hợp cơ khí một đĩa ma sát (đĩa
phẳng) dùng lò xo đĩa nón cụt và được dẫn động bằng thủy lực. Dưới đây là sơ đồ
dẫn động điều khiển đóng mở ly hợp:

a

d1

b

2

3

1

10 9 8

7

6

d2

5

e

f

D1

Di

Da

De

D2

4

Hình 2.4 - Sơ đồ dẫn động điều khiển đóng mở ly hợp của xe thiết kế
1. Bàn đạp; 2. Thanh đẩy; 3. Xylanh chính; 4. Đường ống dầu; 5. Xy lanh công
tác; 6. Càng mở; 7. Bạc trượt; 8. Đĩa ép; 9. Tấm ma sát; 10. Bánh đà.

Chương 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LY HỢP
3.1 Tính toán các thông số cơ bản của ly hợp
3.1.1. Bán kính ngoài hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động
dα
-13-

Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
dρ
R1
ρ
R2
0

Hình 3.1 - Sơ đồ tính toán các kích thước cơ bản của đĩa bị động
- Đường kính ngoài của đĩa bị động (D) là thông số cơ bản nhất của ly hợp ma
sát. Các thông số còn lại như: Đường kính trong (d), số lượng đôi bề mặt ma sát
(Zms), lực ép đều xác định phụ thuộc vào (D).
- Đường kính D được xác định theo 3 điều kiện:
+ Đảm bảo cho ly hợp truyền được toàn bộ mômem quay của động cơ đến
hệ thống truyền lực mà không bị trượt trong bất cứ điều kiện làm việc nào.
+ Đảm bảo cho đĩa có tuổi thọ và thời hạn làm việc cần thiết.
+ Kích thước không vượt quá giá trị tối đa giới hạn bởi đường kính bánh
đà, để có thể bố trí lắp đặt được ly hợp.
- Để đảm bảo điều kiện trên thì mômen ma sát của đĩa ma sát phải lớn
mômen cần thiết truyền của động cơ xác định theo [2]:
Mms =β .Memax
(3-1)
Nếu gọi lực ép tổng cộng do cơ cấu ép tạo ra là F [N], đặt tại bán kính trung
bình Rtb [m] của đĩa bị động, thì mômen ma sát của ly hợp M ms [N.m] do cơ cấu ép
tạo ra được xác định theo [2]:
Mms
μ.F.Rtb.zms

=

(3-2)

Trong đó:
μ : Hệ số ma sát trượt giữa các đôi bề mặt ma sát (tấm ma sát với đĩa ép
và tấm ma sát với bánh đà). μ = 0,22 ÷ 0,3. Chọn: μ = 0,25.
-14-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
zms : Số đôi bề mặt ma sát, phụ thuộc vào số đĩa bị động của ly hợp.
Thường chọn ly hợp một đĩa bị động với zms=2.
Nếu gọi p [N/m2] là áp suất pháp tuyến sinh ra ở các đôi bề mặt ma sát dưới
tác dụng lực ép F, với giả thuyết áp suất p là phân bố đều trên toàn bộ bề mặt ma
sát (p = const) . Với R1 là bán kính trong và, R 2 là bán kính ngoài của hình vành
khăn thì mômen ma sát của đĩa bị động ly hợp M ms do cơ cấu ép tạo ra được viết
lại ở dạng triển khai theo kích thước của tấm ma sát:
Mms =
µ.p.R2.(1 – kR3).zms

(3-3)

Trong đó:
P : Áp suất pháp tuyến của các bề mặt ma sát, [N.m].
kR : Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát; k R = R1/R2.
Suy ra bán kính ngoài R2 [m], của bề mặt ma sát đĩa bị động ly hợp được xác
định theo áp suất làm việc của các bề mặt ma sát:

R2= 3

3.β.M emax

2.z ms .μ.p. ( 1-K 3R )

(3-4)

Trong đó:
KR =

R1
R2

: Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và bán kính ngoài bề mặt ma sát.
Theo kinh nghiệm KR = 0,53 ÷ 0,75.Chọn KR = 0,55.
p: Áp suất làm việc của các bề mặt ma sát. Để đảm bảo tuổi thọ cho các
tấm
ma sát, giá trị cho phép [p] = 1,4.10 5 ÷ 2,5.105 [N/m2]. Chọn [p] = 2.105
[N/m2].

Thay các giá trị trên vào (3-4) ta được:

-15-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
R2 = 3

3.2.260

(

2.2.0,25.3,14.2.105 . 1-0,553

)

= 0,131[ m ] = 131[ mm ]

Chọn R2 = 131 [mm].
3.1.2. Bán kính trong hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động
R1=
R2.kR= 131.0,55 = 72,05 [mm]

(3-5)

Chọn R1 = 73 [mm].
3.1.3. Bề dày của tấm ma sát
Tấm ma sát thường được chế tạo bằng vật liệu pherado. Bề dày tấm ma sát
chọn trong khoảng (3 ÷ 4) [mm], chọn δms= 4 [mm].
3.1.4. Diện tích và bán kính trung bình của hình vành khăn tấm ma sát
Diện tích hình vành khăn của tấm ma sát S [m 2], theo [2] ta có:

(

S=π. R 22 -R 12

)

(3-6)

S = 3,14. ( 1312 – 732 ) = 37152,48  mm 2  = 0,03715  m 2 

Bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát R tb [m2], theo [2] ta có:

R tb =

R tb =

2 R 32 -R 13
.
3 R 22 -R 12

(3-7)

2 (1313 -733 )
=104,748 [ mm ] = 0,10475 [ m ]
3 (1312 -732 )

3.1.5. Lực ép của cơ cấu ép
Sau khi đã 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 thỏa mãn mômen ma sát yêu cầu, theo [2] ta có:

-16-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
F=

F=

β.M emax
μ.R tb .z ms

(3-8)

1,5.260
=7446,301[ N ]
0,25.0,10475.2

3.1.6. Xác định 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
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 mòn, đồng thời sinh nhiệt nung nóng các chi tiết tiếp xúc trực
tiếp 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 nghiên cứu xác định công trượt, công trượt riêng để hạn chế sự
mòn khống chế nhiệt độ cực đại nhằm đảm bảo tuổi thọ cho ly hợp là hết sức cần
thiết.

Hình 3.2- Đồ thị biểu diễn sự trượt của ly hợp
Trong đó :
-17-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
Je

: Mômen quán tính khối lượng quy dẫn của bánh đà, [kg.m2].

Ja

: Mômen quán tính khối lượng của xe quy dẫn về trục ly hợp, [kg.m2].

ωe(t) : Biến thiên tốc độ góc trục khuỷu động cơ, [rad/s].
ωa(t) : Biến thiên tốc độ góc trục ly hợp, [rad/s].
Mms : Momen ma sát của ly hợp, [N.m].
Ma : Mômen cản chuyển động của xe quy dẫn về trục ly hợp, [N.m].
3.1.6.1. Mômen quán tính khối lượng của xe quy dẫn về trục ly hợp Ja [ kg.m 2 ]
Mômen quán tính khối lượng qui dẫn J a được xác định từ điều kiện cân bằng
động năng khi ôtô chuyển động, theo [2]:

 G a +G m  R bx
÷
2
 g  (i h i p i o )
2

J a =δ

t

(3-9)

Trong đó:
Ga : Trọng lượng toàn bộ của ôtô, Ga = 2500.9,81 = 24525 [N].
Gm : Trọng lượng toàn bộ của rơ mooc hoặc đoàn xe kéo theo, G m = 0 [N].
G : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 [m/s2].
Rbx : Bán kính làm việc của bánh xe chủ động, R bx = 0,33 [m].
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. Chọn δt = 1,05.
ih : Tỷ số truyền của hộp số. Tính công trượt cho số 1.
ip : Tỷ số truyền số phụ. Không có hộp số phụ, i p = 1.
i0 : Tỷ số truyền của truyền lực chính.
a. Xác định tỷ số truyền lực chính i0
Giá trị tỷ số truyền lực chính i 0 cùng với tỷ số truyền cao nhất của hộp số i hn
được xác định theo tốc độ chuyển động lớn nhất theo thiết kế của xe v amax [m/s]
ứng với tốc độ góc lớn nhất của động cơ ωemax [rad/s], theo [2] ta có:

-18-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch

i0 =

ωemax R bx
i hn v amax

(3-10)

Trong đó:
ihn

: Giá trị

tỷ số truyền cao nhất của hộp số, thường i hn = 1, nếu có số truyền tăng thì i hn ≈
0,65 ÷ 0,85. Chọn ihn = 1.
ωemax

: Tốc độ

góc lớn nhất của động cơ, [rad/s], được xác định theo loại động cơ và chủng loại
xe khi thiết kế.
Vì là động cơ Diesel nên ta chọn ω emax = ωN với ωN là tốc độ góc ứng với
công suất cực đại của động cơ.

ωN =

π.n N

=

30

3,14.3200
30

= 334,93 [ rad/s ]

ωemax = ωN = 334,93 [rad/s].
vamax

: Tốc độ

thiết kế lớn nhất của ôtô, vamax = 120 [km/h]= 33,33 [m/s].
Rbx

:

Bán

kính làm việc của bánh xe, Rbx = 330 [mm] = 0,33 [m].
Vậy tỷ số truyền lực chính i0 là :

i0 =

ω N R bx
v amax

=

334,93.0,33
33,33

= 3,32

b. Xác định tỷ số truyền số thấp nhất của hộp số
Giá trị tỷ số truyền số thấp i hI được xác định theo các điều kiện kéo, điều kiện
bám và tốc độ tối thiểu của ôtô như sau:
-19-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch

ψ max .G a .R bx

i
≥
hI


M emax .i 0 .η t

φ.G φ .R bx

i hI ≤
M emax iη0 t


ω .R
i hI ≤ emin bx
v amin .i 0


(3-11)

Trong đó:
Ga

: Trọng lượng toàn bộ xe, Ga = 2500 [KG] = 24525 [N].

Gφ

: Trọng lượng bám của xe, Gφ = Gcd.mcd [N].

Gcd : Trọng lượng phân bố lên cầu chủ động. Chọn G cd = 50%.
mcd : Hệ số phân bố lại tải trọng lên cầu chủ động, m cd =1,2÷1,35.
Chọn mcd = 1,25.
φ

: Hệ số bám giữa lốp với mặt đường, φ = 0,7÷0,8.Chọn φ = 0,75.

ψmax : Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường, ψ max = 0,25.
ηt

: Hiệu suất của hệ thống truyền lực. Với xe du lịch thì η t = 0,9.

ωemin : Tốc độ góc ổn định nhỏ nhất của động cơ khi đầy tải, ω emin=
700÷1000 [vg/ph]. Với xe du lịch chọn ωemin= 900 [vg/ph].
vamin: Tốc độ chuyển động tịnh tiến nhỏ nhất của ôtô, v amin= 5÷7 [km/h]. Với
xe du lịch ta chọn vamin = 7 [km/h] = 1,94 [m/s].
Theo các thông số đã có ta chọn tính ihI theo công thức:
0,25.24525.0.33

i hI ≥ 260.3,32.0.9 = 2,6

0,75.15328,13.0,33

= 4,88
i hI ≤
260.3,32.0,9


900.0,33.3,14
= 4,83
i hI ≤
1,94.3,32.60


-20-

Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
Ta chọn ihI = 4
Vậy mômen quán tính qui dẫn Ja:

 24525  0,33
Ja = 
1,05 = 1,621[kg.m 2 ]
÷.
2
 9,81  (4.1.3,32)
2

3.1.6.2. Mômen cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp M a [N.m]
Mômen cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp được tính theo [2]:

M a = [(G a + G m ).ψ + Pw ].

R bx
i t .η t

(3-12)

Trong đó:
ψ : Hệ số cản tổng cộng của đường. Tính cho đường có ψ = 0,02.
Pω : Lực cản của không khí [N]. Khi khởi hành xe thì P ω = 0 (vì tốc độ xe rất
nhỏ).
it : Tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực (it = ih1.ip.i0)
ηt : Hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực. Chọn η t = 0,9.

Vậy mômen cản chuyển động qui dẫn Ma là:

M a = ( 24525.0,02 ) .

0,33
=13,543 [N.m]
4.3,32.0,9

3.1.6.3. Tính thời gian trượt ly hợp trong các giai đoạn (t 1 và t2)
Chọn cách tính theo thời gian trượt tổng cộng của ly hợp t 0:
Chọn thời gian đóng ly hợp êm dịu: t0 = 2,5 [s].
Tính hệ số kết thúc trượt kd (kd > 0) từ phương trình, theo [2]:

t0 =

k d .M emax .(w e - w a ).2.J a
(k d .M emax - Ma )2

-21-

(3-13)


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch

Trong đó:
Kd

: Hệ số

kết thúc trượt, xác định theo (3-13).
Memax

:

Mômen xoắn lớn nhất của động cơ, Memax = 260 [N.m].
wa

: Tốc độ

góc của trục ly hợp. Tính cho lúc khởi hành xe nên w a = 0.
Ja

:

Mômen quán tính khối lượng của ôtô quy dẫn về trục ly hợp.
Ja = 1,621 [kg.m2].
Ma : Mômen cản chuyển động của ôtô quy dẫn về trục ly hợp.
Ma = 13,543 [N.m].
Sử dụng công cụ solver của Microsoft Exel, cho trước giá trị k d = x > 0 bất kì.
Tính theo công thức (3-13). Thiết lập bài toán theo mục tiêu t 0 = 2,5 như đã chọn.
Chỉ định biến thay đổi là ô giá trị x của cho k d.
Thiết lập điều kiện bài toán:

k d > 0

k d ≤ β.1,5
Ở đây 1,5 là giá trị xét đến tải trọng động làm tang hệ số dự trữ khi đóng ly
hợp.
Ta chọn kd = 1. Tính t0 theo (3-13) ta được t0 = 2,6145. Xác lập bài toán tối ưu

với ô tính toán t0 làm mục tiêu cần đạt tới là 2,5. Ô cần thay đổi để đạt mục tiêu
là ô giá trị bất kì kd = x= 1.
Điều kiện rang buộc bài toán:

-22-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch

β.1,5 ≥ k d > 0

β= 1,5

Kết quả tính toán tối ưu nhờ công cụ solver ta được:
Kd = 1,0413 (tương ứng với hệ số tải trọng động là 1,621).
Thế kd vào công thức tính thời gian trượt t1, t2 theo [2] ta được:
(w e - w a ).2.J a
1,884.2.1,621

t
=
=
= 2,3749
2

(k
.M
M
)
(1,0413.260

13,543)

d
emax
a

Ma
13,543.2,3749
t = t .
=
= 0,1251
1
2

(k d .M emax - M a ) (1,0413.260 - 13,543)


Ở đây: we là tốc độ góc lớn nhất của động cơ khi đóng ly hợp. Khi tính toán lấy
we = wM. Theo đề nM =1800 [vg/ph].
π
Suy ra:
we = nM. /30 = 1800.3,14/30 = 188,4 [rad/s]
Kiểm tra hệ số đặc trưng cho cường độ tang mômen K [N.m/s]:
K= Ma/t1 = 13,543/0,1251 = 108,29 [N.m/s]
So với giá trị kinh nghiệm đối với xe du lịch: K= 50÷150 [N.m/s] là thỏa mãn.
3.1.6.4. Tính công trượt tổng cộng của ly hợp L(J)
Công trượt tổng cộng của ly hợp L [J] được xác định theo [2], ta có :
t 2  1
L= M a .(w e - w a ).  1 + t 2  + .J a .(w e - w a ) 2
2 3  2

(3-14)

Vậy công trượt tổng cộng của ly hợp L [J]:
 0,1251 2
 1
L= 13,543.188,4. 
+ .2,3749 ÷+ 1,621.188,4 2 = 32967,64 [J]
3
 2
 2
3.1.6.5. Tính công trượt riêng cho ly hợp lr [J/m2]
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, ký hiệu lr [J/m2]. Theo [2], ta có:

-23-


Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch

L
z ms .π.(R 2 - R 1 )

lr =

=

(3-15)

32967,64
2.3,14.(0,1312 − 0,0732 )

= 443680,177 [J/m 2 ] = 443,68 [kJ/m 2 ]
So với giá trị cho phép về công trượt riêng của xe du lịch (lr ≤ 10000 [kJ/m2])
thì ly hợp thiết kế đạt yêu cầu về tuổi thọ cho ly hợp.
3.1.7. Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp
Để tính toán nhiệt sinh ra do ly hợp trượt, với giả thiết thời gian trượt ly hợp
là rất ngắn (t0 = 1,1 ÷ 2,5 [s]). Nhiệt sinh ra không kịp truyền cho các chi tiết và
môi trường xung quanh mà chỉ truyền cho các chi tiết trực tiếp xảy ra sự trượt.
Thường các tấm ma sát có độ dẫn nhiệt rất kém nên có thể coi tất cả nhiệt phát
sinh sẽ truyền cho đĩa ép, đĩa ép trung gian (hai đĩa bị động) và bánh đà động cơ.
Với giả thiết công trượt ở các bề mặt ma sát là như nhau nên nhiệt sinh ra ở
các đôi bề mặt ma sát là bằng nhau, ta có lượng nhiệt mà đĩa ép hoặc bánh đà
nhận được được tính theo [2] :
v.L = m.c.Δt

(3-16)

Trong đó:
L : Công trượt của toàn bộ ly hợp, [J].
v : Hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng bánh đà hoặc đĩa ép. Với ly
hợp một đĩa bị động chọn: v = 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/kg0K].
m : Khối lượng chi tiết bị nung nóng, [kg].
Δt : Độ tăng nhiệt độ của thiết bị nung nóng, [0K].

-24-

Thiết kế hệ thống ly hợp trên xe du lịch
Độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết tính toán đối với mỗi lần khởi hành
của ôtô (ứng với hệ số cản ψ = 0,02) không được vượt quá 10 0K.
Chọn: Δt = 70K.
Vậy khối lượng đĩa ép tối thiểu phải là:

m≥

0,5.32967, 64
≥ 4,89 [kg]
481,5.7

3.1.8. Bề dày tối thiểu của đĩa ép (theo chế độ nhiệt)
Bề dày tối thiểu đĩa ép theo chế độ nhiệt δ [m] được xác định theo khối lượng
tính toán chế độ nhiệt m ở trên có thể được xác định theo [2]:

δ≥

m
2
2

π.(R - R 12 ).ρ

(3-17)

Trong đó:
ρ: Khối lượng riêng của đĩa ép. Với vật liệu làm bằng gang: ρ≈ 7800
[kg/m3].

Vậy bề dày tối thiểu của đĩa ép là:

δ≥

4,89
≥ 0,017 [m] = 17 [m]
π.(0,1312 -0,0732 ).7800

Chọn δ = 17 [m].
3.1.9. Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu ép
Cơ cấu ép được dùng để tạo lực ép cho đĩa ép của “ly hợp thường đóng”. Với
trọng lượng Ga = 2500 [KG] ta chọn lò xo đĩa nón cụt vì có đặc tính phi tuyến rất
phù hợp với điều kiện làm việc của ly hợp. Hơn nữa, nó có kết cấu gọn với nhiều
ưu điểm nổi bật hơn hẳn kiểu lò xo dây xoắn.

-25-