Tính toán thiết kế li hợp xe ô tô tải

Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

MỤC LỤC
MỤC LỤC......................................................................................................................................... 1
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................................. 2
I. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ LY HỢP....................................................................................... 3
1.CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA LY HỢP............................................................3

1.1. Công dụng..............................................................................................................3
1.2. Yêu cầu đối với ly hợp..........................................................................................3
1.3. Phân loại ly hợp.....................................................................................................5
1.4. Điều khiển dẫn động ly hợp..................................................................................9
II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ......................................................................................................... 14
2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM LY HỢP................................................................................ 14

2.1 Mô men ma sát của ly hợp...................................................................................14
2.2 Xác đinh các thông số và kích thước cơ bản của ly hợp.....................................15
........................................................................................................................................................ 28
QUA THAM KHẢO MỘT SỐ LOẠI KẾT CẤU XƯƠNG ĐĨA HIỆN NAY, TA CHỌN
XƯƠNG ĐĨA CẦN THIẾT KẾ THUỘC LOẠI XƯƠNG ĐĨA CÓ BỘ PHẬN GIẢM CHẤN.29

2.7. ĐĨA ÉP VÀ ĐĨA ÉP TRUNG GIAN :..............................................................34
2.7.1. Công dụng :.....................................................................................................34
2.7.2. Yêu cầu :...........................................................................................................34
2.7.4. Vật liệu chế tạo đĩa ép :....................................................................................35
3.1.Xác định hành trình của bàn đạp Sbd [mm]:.......................................................36
3.2. Xác định lực tác dụng lên bàn đạp Fbd [N]:.......................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................. 41

SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 1


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

LỜI NÓI ĐẦU
Với nền công nghiệp phát triển ngày càng hiện đại, các nhu cầu trong
lao động và cuộc sống của con người càng được nâng cao. Vấn đề vận chuyển
hàng hóa, đi lại của con người là một trong những nhu cầu rất cần thiết. Ô tô
là một loại phương tiện rất phát triển và phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam
hiện nay để đáp ứng cho nhu cầu đó.
Là một sinh viên ngành động lực, việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính toán
và thiết kế các bộ phận, cụm máy, chi tiết trong xe là rất thiết thực và bổ ích.
Trong khuôn khổ giới hạn của một đồ án môn học, em được giao nhiệm vụ
thiết kế và tính toán ly hợp xe tải. Công việc này đã giúp cho em bước đầu
làm quen với công việc thiết kế mà em đã được học ở trường để ứng dụng cho
thực tế, đồng thời nó còn giúp cho em cũng cố lại kiến thức sau khi đã học các
môn lý thuyết trước đó.
Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Chí Thanh và sự nổ lực
của bản thân, sau một khoảng thời gian cho phép em đã hoàn thành được đồ
án của mình. Vì bước đầu tính toán thiết kế còn rất bỡ ngỡ cho nên không
tránh khỏi những sai sót, nhầm lẫn. Do vậy, em rất mong các thầy (cô) thông
SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 2


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

cảm và chỉ bảo thêm để em được hoàn thiện hơn trong quá trình học tập của

mình.

TP. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm

2016
Sinh viên thực hiện

NGUYỄN VĂN THÀNH

I. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ LY HỢP
1.CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA LY HỢP
1.1. Công dụng
-Ly hợp là khớp nối giữa trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực.
-Ly hợp dùng để ngắt - nối truyền động từ trục khuỷu động cơ đến hệ
thống truyền lực.
-Ngoài ra, ly hợp còn được dùng như một cơ cấu an toàn cho hệ thống
truyền lực khi quá tải.
1.2. Yêu cầu đối với ly hợp
- Ly hợp phải truyền được mô men quay lớn nhất của động cơ trong bất
kỳ điều kiện làm việc nào. Hay nói cách khác, mô men ma sát của ly hợp phải
luôn luôn lớn hơn mô men cực đại của động cơ.
- Việc 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. Như vậy momen
quán tính quy dẫn của trục khuỷu và momen xoắn của động cơ bị triệt tiêu
khỏi hệ trục của ly hợp khi gài số, nếu không sẽ gây khó khăn cho việc gài số.
- Khi đóng ly hợp, yêu cầu phải êm dịu. Tức là, mô men ma sát hình

thành ở ly hợp phải tăng từ từ khi đóng ly hợp; có vậy mới tránh được hiện
SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 3


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

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.
- Do ly hợp còn là cơ cấu an toàn nên yêu cầu phải tự trượt khi quá tải.
Nếu khômg làm nhiệm vụ an toàn, khi phanh xe đột ngột xe sẽ chuyển động
chậm dần với gia tốc tịnh tiến chậm dần là j p =

dυ
(υ là tốc độ tịnh tiến của
dt

xe trong quá trình phanh), và các chi tiết quay trong hệ thống truyền lực cũng
quay chậm dần tương ứng. Nếu ly hợp đang đóng thì trục khuỷu động cơ cũng
quay chậm dần với gia tốc góc là :
εe =

dω e
dω b
1 dυ
= ihio
= ihio
dt
dt

rbx dt

Trong đó :
ip
: Tỷ số truyền của hộp số;
io
: Tỷ số truyền của truyền lực chính;
rbx
: Bán kính lăn bánh xe chủ động;
ωe

: Tốc độ góc trục khuỷu động cơ;

ωb

: Tốc độ góc trục bánh xe;

Vì vậy xuất hiện mô men lực quán tính của bánh đà bằng theo [2]:
Mj = Jbdεe = Jbd.

ihio

1 dυ
rbx dt

Mô men này sẽ truyền qua ly hợp để tác dụng lên hệ thống truyền
dυ
lực .Do khi phanh xe đột ngột vận tốc v giảm nhanh làm cho dt tăng đột

ngột, điều này khiến cho Mj truyền xuống hệ thống truyền lực tăng. Cũng

theo lý thuyết ôtô, giá trị lớn nhất của M j đạt được khi gia tốc phanh j p đạt
giá trị cực đại Jmax.
ϕ .g
 dυ 
J max = 
 =
δ
 dt  max

Trong đó :
φ
: Hệ số bám giữa lốp với mặt đường khi phanh;

SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 4


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

δ

: Hệ số xét đến ảnh hưởng của các khối lượng quay trong hệ

thống truyền lực; có thể tính gần đúng bằng : δ = 1+(0,04÷0,06). ih ; với
2

ih là tỷ số truyền của hộp số.
g
: Gia tốc trọng trường;

Khi đó mô men lực quán tính cực đại có thể truyền qua ly hợp theo [2]:
Mjmax =

J bd ih io

1 ϕ .g
rbx δ

Thực nghiệm chứng tỏ rằng Mjmax có giá trị lớn hơn mô men xoắn cực
đại của động cơ rất nhiều lần và có thể làm cho hệ thống truyền lực phía dưới
bị quá tải. Do đó để tránh hiện tượng trên ly hợp phải tự trượt . Điều đó có
nghĩa là ly hợp còn có tác dụng như một cơ cấu an toàn, bảo vệ cho hệ thống
truyền lực không bị quá tải khi phanh đột ngột mà không kịp mở ly hợp.
Ngoài ra, ly hợp phải có kết cấu gọn nhẹ, momen quán tính của các chi
tiết phần bị động ly hợp phải nhỏ đến mức thấp nhất có thể nhằm giảm các lực
va đạp lên bánh răng gài số (trường hợp không có bộ đồng tốc), giảm nhẹ điều
kiện làm việc của bộ đồng tốc cũng như tăng nhanh thời gian gài số.
Điều khiển dễ dàng và nhẹ nhàng, tuổi thọ cao.
1.3. Phân loại ly hợp
Với yêu cầu nêu trên, hiện nay trên ôtô máy kéo sử dụng nhiều loại ly
hợp.
Dựa theo tính chất truyền mô men, người ta phân ra các loại ly hợp
sau :
1.3.1. Ly hợp ma sát cơ khí
Đó là loại ly hợp mà mô men 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 hầu hết các
ôtô nhờ kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng sữa chữa thay thế.
- Theo hình dạng của bộ phận ma sát, 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).

+ Kiểu hình côn và hình trống ngày nay không dùng nữa vì mô men
quán tính của phần bị động khá lớn, ảnh hưởng không tốt đến việc gài số.
SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 5


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

Kiểu ma sát đĩa dùng phổ biến và tuỳ theo cấu tạo có thể có kiểu một đĩa, kiểu
hai đĩa hoặc có thể nhiều đĩa.

Ly hợp một đĩa ma sát

Ly hợp hai đĩa ma

sát
Hinh 1.1 : Ly hợp ma sát đĩa phẳng
+ Ly hợp ma sát một đĩa được dùng ở hầu hết trên tất cả các loại ôtô và
máy kéo nhờ kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, việc mở ly hợp dễ dứt khoát và mô
men quán tính của phần bị động nhỏ.
+ Kiểu ly hợp ma sát hai đĩa chỉ được dùng trên xe tải lớn to (vì cần
truyền mô men quay lớn). Nhược điểm của kiểu này là kết cấu phức tạp, việc
mở ly hợp khó dứt khoát (khó cách ly các đĩa bị động khỏi phần chủ động);
tuy nhiên việc đóng ly hợp là êm dịu hơn loại một đĩa (nhờ sự tiếp xúc của các
bề mặt ma sát được tiến hành từ từ hơn).
- 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

SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 6


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô
1 2 3

4

7

6

5
I

II

8

Hình 1.2 : Ly hợp cơ khí lò xo trụ
1.Bánh đà; 2.Đĩa ma sát; 3.Đĩa ép; 4.Đòn mở; 5.Ổ bi tỳ; 6.Vít điều chỉnh;
7.Vỏ ly hợp; 8.Lò xo trụ
Nguyên lý làm việc:
• Ban đầu ly hợp ở trạng thái đóng nhờ lò xo trụ ép đĩa ép và đĩa ma
sát vào bánh đà.Momen được truyền từ trục I đến trục II nhờ momen
ma sát sinh ra trên bề mặt đĩa ma sát.
• Mở ly hợp: lực từ bàn đàp thông qua cơ cấu dẫn động ( không thể
hiện trên hình) đẩy ổ bi tỳ 5 dịch chuyển sang trái tác dụng lực vào

đòn mở thông qua cơ cấu đòn bẩy ép lò xo lại, kéo đĩa ép qua phải
tách hai bề mặt ma sát ngắt momen truyền từ I sang II.
Ưu điểm: Kiểu này có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, có độ tin cậy cao (nếu
một lò xo bị gẫy ly hợp vần làm việc được).
Nhược điểm: là áp lực sinh ra ở các bề mặt ma sát dễ không đều.
Phạm vi sử dụng: Loại này được sử dụng phổ biến trên xe tải máy kéo
và một số xe con.
+ 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 gẫy thì ly hợp mất tác dụng), kết cấu đòn mở phức tạp và điều chỉnh rất
khó khăn nên ít sử dụng.
SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 7


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

+ Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép đĩa nón cụt :

1

2

3 4

5

6

7
8
I

II

Hình 1.3 : Ly hợp cơ khí lò xo đĩa côn
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
Nguyên lý làm việc tương tự như ly hợp ma sát cơ khí lò xo trụ nhưng ở
đây ổ bi tỳ 8 tác dụng trực tiếp lên lò xo đĩa nón cụt (không có đòn mở).
Ưu điểm: 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
rất gọn nhẹ. Đặc tính của là 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: 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 khách
cở nhỏ có đặc tính động lực tốt, sử dụng trong điều kiện đường tốt (ít phải
sang số).
1.3.2. Ly hợp ma sát thuỷ lực
Đó là loại ly hợp mà mô men ma sát hình thành ở ly hợp nhờ ma sát
chất lỏng. ưu điểm nổi bậc của ly hợp thủy lực là rất êm dịu (nhờ tính chất dễ
trượt của chất lỏng) nhờ vậy giảm được tải trọng động cho động cơ và hệ
thống truyền lực.
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) gây khó khăn cho việc gài số. Vì vậy
SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 8

Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

ly hợp thủy lực thường được dùng kết hợp với một ly hợp ma sát cơ khí để
ngắt hoàn toàn ly hợp khi gài số.
Ngoài ra ly hợp thuỷ lực luôn luôn có sự trượt (ít nhất 2÷3%) do vậy
gây thêm 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 cũng như
dầu đặc biệt (có độ nhờn và nhiệt độ đông đặc thấp, không sủi bọt .v.v. ) nên
giá thành ly hợp nói riêng và ôtô nói chung rất cao. Vì vậy ly hợp loại này chỉ
sử dụng hạn chế trên các loại xe đặc biệt có công suất riêng lớn.
1.3.3. Ly hợp điện từ
Đó là loại ly hợp mà mô men hình thành ở ly hợp nhờ mo men điện từ.
Ly hợp điện từ truyền động êm dịu. Tuy vậy kết cấu kồng kềnh nên ít dùng
trên ôtô mà thường được sử dụng trên tàu hoả, máy công trình...
1.4. Điều khiển dẫn động ly hợp
Đối với ly hợp thường đóng (dùng lò xo ép), muốn mở ly hợp người ta
phải dùng hệ thống điều khiển để truyền lực từ bàn đạp ly hợp đến đĩa ép
nhằm thắng lực ép lò xo, tách đĩa ép khỏi đĩa ma sát bị động.Điều khiển ly
hợp có thển là điều khiển cơ khí, điều khiển thủy lực.Điều khiển ly hợp có trợ
lực được áp dụng rộng rãi nhằm giảm lực điều khiển cho người lái xe nhất là
xe tải và xe khách có tải trọng lớn.Việc trợ lực cho ly hợp có thể là khí nén,
trợ lực chân không hoặc lò xo.
1.4.1.Điều khiển cơ khí:
7
11
10 9 8
•
1 12
2

13

3
6
4

5

Hình 1.5 : Sơ đồ ly hợp dẫn động kiểu cơ khí

SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 9


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

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.
Nguyên lý làm việc: Lực tác dụng từ bàn đạp 1 sẽ thông qua đòn bẩy để
kéo thanh kéo 2,đẩy thanh 4 qua phải làm quay càng mở 5-6 để ép vào ổ bi tỳ
8, tác dụng lực để mở ly hợp.
Ưu điểm: Đơn giản, rẻ tiền, làm việc tin cậy.
Nhược điểm:
• Mòn các khớp sau thời gian làm việc, tăng hành trình tự do của
bàn đạp dẫn đến mở không hết ly hợp.
• Bố trí phức tạp, khó khăn nhất là khi ly hợp ở xa vị trí người lái
xe (động cỏ bố trí sau).

• Hiệu suất thấp khi mòn và cũ.
1.4.2.Điều khiển thủy lực
3

4

5

6

7

8

1
2
9

12

11

10

Hình 1.6 : Sơ đồ ly hợp dẫn động kiểu 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: Xilanh chính. 9: Xi lanh công tác:
10: Nạng mở. 11: Ống trượt. 12: Đĩa ép.

SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 10


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

Nguyên lý làm việc:Dưới tác dụng của lái xe từ bàn đạp, dầu trong
xilanh chính 8 sẽ theo đường ống để đến xylanh công tác 9.Dầu cao áp sẽ đẩy
piston và do đó đẩy cần piston quay càng mở 10 tiến hành mở ly hợp.
Ưu điểm:
• Khắc phục được hiện tượng mòn rơ các khớp.
• Có tính khuyếch đại cao.
• Hiệu suất cao, độ cứng vững cao.
• Giảm tải trọng động , có khả năng hạn chế tốc độ dịch chuyển
của đĩa ép khi đóng ly hợp.
• Dể lắp đặt.
Nhược điểm:
• Kết cấu phức tạp,yêu cầu độ kín khít cao.
• Làm việc kém tin cậy khi có rò rỉ.
• Giá thành cao.
• Bảo dưỡng sửa chữa phức tạp.
1.4.3.Điều khiển ly hợp có trợ lực
Điều khiển ly hợp có trợ lực cho phép giảm nhẹ lực điều khiểncủ lái xe
trong quá trình mở ly hợp. Vì vậy được sử dụng phổ biến trên hầu hết các loại
ôtô.
1.4.3.1.Trợ lực lò xo
Điều khiển ly hợp có trợ lực lò xo (hoặc trợ lực chân không) với khả
năng trợ lực không lớn nên sử dụng hạn chế trên một số xe con hoặc xe tải

nhỏ.

F1
F1

F3

F2

.

SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 11


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

Nguyên lý trợ lực: Khi không mở ly hợp lò xo có tác dụng như một lò
xo hồi vị để kéo bàn đạp về vị trí ban đầu. Khi mở ly hợp, vị trí bàn đạp di
chuyển quanh tâm cố định làm cho đầu di động của lò xo di chuyển theo và vì
vậy phương của lực kéo lò xo chuyển dần về phía bên kia của tâm quay bàn
đạp. Tại vị trí bàn đạp ứng với lúc mở ly hợp hoàn toàn, lực của lò xo có tác
dụng hỗ trợ lực cho bàn đạp của người lái, làm giảm lực tác dụng của người
lái xe trong quá trình mở ly hợp.
1.4.3.2.Trợ lực khí nén
a. Điều khiển ly hợp cơ khí có trợ lực khí nén

Pbd

7
6

5

4
1

2

3

Hình 1.8 : Sơ đồ dẫn đông cơ khí trợ lực khí nén
1.Thanh đẩy; 2.Van; 3.Cần đẩy; 4.Piston trọ lực; 5.Cần piston trợ lực; 6.Ổ bi
tỳ; 7.Bình khí nén.
Nguyên lý trợ lực: Dưới tác dụng của lực bàn đạp để mở ly hợp, cần
đẩy với van sẽ dịch chuyển tương đối với thanh đẩy làm mở van cấp khí
nén.Khí nén từ bình chứa qua van theo đường ống đến xilanh trợ lực khí nén.
Lực do áp suất khí nén tạo trong xylanh sẽ đẩy cần piston cùng với lực đẩy
trên cần đẩy tiến hành mở ly hợp. Khi thôi tác dụng lên bàn đạp, dưới tác
dụng của các lò xo hồi vị các chi tiết trở về vị trí ban đầu, còn khí nén từ
xylanh trợ lực trở về van rồi qua các đường thông ra ngoài khí quyển.
b. Điều khiển thủy lực trợ lực khí nén
SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 12


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

14

3 4

5

6

16

15

1
2
7

20

19

8

18

9

10

11

12 13

17

Hình 1.9 : Sơ đồ dẫn động thủy lực trợ lực khí nén
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: Xilanh chính. 9: Xi lanh công tác:
10: Nạng mở. 11: Ống trượt. 12: Đĩa ép.
Nguyên lý trợ lực: Dưới tác dụng lực lái xe từ bàn đạp 1, dầu trong
xilanh chính sẽ theo đường ống để đến xylanh công tác. Dầu cao áp sẽ đẩy
piston để tiến hành mở ly hợp. Đồng thời áp suất dầu cũng tác dụng lên piston
của xilanh13 điều khiển mở van cấp khí nén cho hệ thống trợ lực. Khí nén từ
bình chứa qua van rồi đến xylanh trọ lực khí nén hỗ trợ thêm lực mở ly
hợp.Khi thôi tác dụng lên bàn đạp, dưới tác dụng của các lò xo hồi vị, dầu
trong các xylanh sẽ trở về, còn khí nén từ xylanh trợ lực trở về van rồi qua các
đường thông ra ngoài khí quyển.

SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 13


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM LY HỢP
2.1 Mô men ma sát của ly hợp
Ly hợp phải có khả năng truyền hết mô-men xoắn lớn nhất của động cơ
Memax được xác định :

Mms = Memax.β

[N.m]

Trong đó :
Mms [N.m]. : Mô-men ma sát yêu cầu của ly hợp.
Memax
: Mô-men xoắn lớn nhất của động cơ, [N.m].
Theo đề Memax = 680[Nm].
β

: Hệ số dự trữ của ly hợp.

Hệ số dự trữ β tính đến các yếu tố làm giảm lực ép hoặc làm giảm momen ma
sát trong quá trình sử dụng như:
Mòn vùng ma sát làm giảm lực ép 15% ÷20%.
Giảm độ đàn hồi của lò xo ép làm giảm 8% ÷ 20%.
Như vậy tổng lực ép do các yếu tố trên sẽ bị giảm khoảng 23% ÷30%.Hệ số β
phải chọn không được nhỏ quá tuy vậy cũng không được lớn quá. Nếu β lớn
thì phải tăng lực ép do đó cần tăng lực điều khiển ly hợp nên gây mệt mỏi cho
người lái. Cùng với đó thì kích thước của ly hợp tăng và mất vai trò của cơ
cấu an toàn.
Căn cứ vào chủng loại xe và điều kiện làm việc thường xuyên của nó để
chọn hệ số dự trữ β .
Theo bảng B1.1 Bảng chọn hệ số dự trữ ly hợp β
Loại xe
Xe tải, khách, máy kéo vận tải

Trị số β
1,60- 3

Ta có xe tải có trọng lượng không lớn, làm việc trong điều kiện bình
thường, nên chọn hệ số dự trữ β về phía giới hạn giữa nên chọn β = 1,6
Thay số ta có : Mms = 680.1,6 = 1088 [Nm].
SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 14


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

2.2 Xác đinh các thông số và kích thước cơ bản của ly hợp
2.2.1.Bán kính hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động
dα

R2

dρ
ρ

R1

Hình 2.1 : Sơ đồ tính toán đĩa ma sát
Ta có bán kính ngoài của bề mặt ma sát ly hợp được xác định theo [1]:
R2 =

3

3.β .M e max
2.z ms .µ.π . p. 1 − K R3

(

)

Trong đó :
µ

: Hệ số ma sát trượt giữa các đôi bề mặt ma sát chọn µ = 0,25

zms
p

: Số đôi bề mặt ma sát; ưu tiên chọn một đĩa bị động nên zms = 2.
: Áp suất pháp tuyến của các bề mặt ma sát. Để bảo đảm tuổi thọ

cho các tấm ma sát, giá trị cho phép [p] = (1,4.105 ÷ 2,5.105 )[N/m2].
Vì ly hợp có điều kiện làm việc tương đối cao nên có thể chọn áp suất
theo giới hạn trên p = 2,2.105 [N/m2].
KR : Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát, K R =
R1
.
R2

Có thể chọn KR theo giới hạn . KR = 0,55.theo [1] : (0,53-0,75).
Thay số vào công thức trên ta tính được :
R2

=

3

3.1, 6.680
2.2.0, 25.π .2, 2.105 ( 1 − 0,553 )

= 0,178 [m] = 178 ( mm)
Suy ra bán kính trong của tấm ma sát R1 :
R1

= R2.KR

SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 15


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

= 178.0,55 = 97,9 (mm)
≈ 98 [mm]
2.2.2. Diện tích và bán kính trung bình của hình vành khăn tấm ma sát
Diện tích hình vành khăn tấm ma sát S [m2] theo [1] :
S

= π. (R 22 − R 12 )

S

= π. (0,1782 − 0, 0982 )
= 0,022[m2]

Bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát Rtb [m] theo [1]
Rtb

2 R23 − R13
=
3 R22 − R12

Rtb

2 (0,1783 − 0, 0983 )
=
3 (0,1782 − 0, 0982 )

= 0,142 [m] ≈142 [mm].
2.2.3. Lực ép cần thiết FCT
Lực ép cần thiết lên đĩa để truyền được mômen ma sát Mms
Fct =

β .M e max
[N]
µ .Rtb z ms

Thay số vào ta có:
Fct =

Vậy

1, 6.680
= 15323,94s [N]

0, 25.0,142.2

Fct = 15323,94 [N].

SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 16


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

2.2.4. Xác định công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp

ω

ωe

Je Ja
ωe

ms

M

Ma ωa

Me
Mms

(t)

β.M emax
ωe = ωa

(t)

ωe (t
)

ωa

M

Ma

ωa
t1

t2

t

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 các bề mặt trựơt.
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, công trượt riêng để hạn chế sự mòn,
khống chế nhiệt độ cực đại nhằm bảo đảm tuổi thọ cho ly hợp là hết sức cần

thiết.
2.2.4.1. Mô men quán tính qui dẫn Ja [kg.m2]:
Mô men quán tính khối lượng qui dẫn J a được xác định từ điều kiện cân
bằng động năng khi ôtô đang chuyển động theo [1]:
 G + G m  rbx2

J a =  a
δ
2 t
g
(
i
i
i
)

 h po

Trong đó :
Ga
: Trọng lượng toàn bộ của ôtô, Ga = 18225.9,81 = 178787,25 [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, rbx = 0,35 [m].
SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 17

Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

ih
ip
io

: Tỷ số truyền của hộp số. Tính công trượt cho số một, .
: Tỷ số truyền số phụ. Không có hộp số phụ, ip = 1.
: 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 bằng δt = 1,05 ÷ 1,06. Chọn δ =
1,05.
• Xác định tỷ số truyền lực chính io :
Giá trị tỷ số truyền lực chính io cùng với tỷ số truyền cao nhất của hộp
số truyền cao nhất của hộp số i hn được xác định theo tốc độ chuyển
động lớn nhất của động cơ ωemax
ω
Vmax = N Rbx ,với ihn=1
ihn .i0
=>

i0 =

ωn Rbx π .n.Rbx π .4600.0,35

=
=
= 5, 06
1000
Vmax
Vmax
30.120.
3600

• Tính ih1 : ( tính cho số 1)
Theo công thức IV-31 trang 128 sách lý thuyết ô tô – máy kéo , tác giả :
Nguyễn Hữu Cẩn.
Ta có :
Gψ max Rbx
ih1 ≥
M e max .i0 .η t
Bảng B 2- 1 : Bảng tham khảo các thông ψ max số ( sách hướng dẫn thiết kế
ô tô – Lê Văn Tụy ):
Loại xe
Vận tải, khách trung bình

ψ max

0,3 – 0,4

Chọn ψ max = 0,3
=>

ih1 ≥

110000.0,3.0,35
= 3,95
680.5, 06.0,85

Trong đó : ηt : hiệu suất hệ thống truyền lực
Xe tải: ηt = 0,85 – 0,89 . chọn ηt : = 0,85
Kiểm tra ih1 theo điều kiện bám:
Pkmax ≤ Gφφmax

SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 18


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

=>

Gϕϕ max Rbx
M e max .i0 .ηt

ih1 ≤

Với Gφ : trọng lượng bám của cầu chủ động.Đối với xe con tải trọng
phân bố đều trên các cầu => Gφ=G/2=110000/2=55000[N].
φmax : hệ số bám lớn nhất (φmax = 0,6- 0,8). Chọn φmax = 0,7.
=>

ih1 ≤

55000.0, 7.0,35
= 4,61
680.5, 06.0,85

Chọn ih1=5
 178787, 25  0,352
J
=
1, 05 = 3,85 (kg.m2)
=> a 
÷
2
 9,81  (5, 06.5)

2.2.4.2. Mô men cản chuyển động qui dẫn Ma [N.m]
Mô men cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp được tính theo
[1]:
M a = [ (Ga + Gm )ψ + Pω ]

rbx
it η t

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 xe thì P ω = 0 (vì tốc độ
quá nhỏ).

it
: Tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực (it = ih1.ip.io).
ηt

: Hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực. Xe tải, chọn ηt = 0,85.

Thay số ta được :
M a = [ 178787, 25.0, 02]

0,35
= 58,196 [Nm].
5.1.5, 06.0,85

2.2.4.3. Tính thời gian trượt ly hợp trong các giai đoạn (t1 và t2)
Chúng ta có thể chọn một trong hai cách tính sau:
Tính theo thời gian trượt tổng cộng của ly hợp t0 :
Chọn thời gian đóng ly hợp êm dịu : t 0 = 1,1 ÷ 2,5 [s] (chọn thời gian càng
lớn, quá trình đóng ly hợp càng êm dịu nhưng công trượt sẽ tăng).
ωe : tốc độ góc động cơ khi đóng ly hợp, khi tính toán lấy bằng tốc độ góc ứng
với momen cực đại ωe = ωM = nM.π/30 = 2200.π/30 = 230,267 [rad/s].
ωa :tốc độ góc trục ly hợp.Tính toán cho lúc khởi động xe nên ωa =0.
SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 19


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

Tính thời gian trượt t1, t2 :
(ω e − ω a ).2.J a


t 2 = (k .M

d
e max − M a )

Ma
t = t
1
2

(k d .M e max − M a )

Sử dụng công cụ solver của Microsoft Excel, với điều kiện ràng buộc k d > 0
và kd <= 1,5ß ( kd <= 3)
Hệ số kết thúc trượt kd :
kd = 1,61 khi t0 = 2,5
Thay kd vào công thức tính thời gian trượt t1 , t2

t2 =

ta có :

(ωe − ωa ).2. ja
= 2, 4268( s)
kd .M e max − M a

t1 = t2 .

Ma

kd .M e max − M a

= 0,1933( s)

Kiểm tra hệ số đặc trưng cho cường độ tăng momen K ( Nm/s)
K = Ma/t1 = 58,196/ 0,1933 = 301,056 ≈ 301 ͌ (Nm/s)
So sánh với giá trị kinh nghiệm , đối với xe tải : K = 150 -750 ( Nm/s)
Vậy : thỏa mãn
2.2.4.4. Tính công trượt tổng cộng của ly hợp
Công trượt tổng cộng của ly hợp L [J] dược xác định :
2  1
t
L = M a .(ω e − ω a ). 1 + t 2  + J a .(ω e − ω a ) 2
2 3  2

Trong đó :
t1, t2 : Thời gian trượt của ly hợp trong hai giai đoạn.
Thay số các đại lượng đã biết vào ta tính được công trượt L [J]:

L = 58,196.(230, 267 − 0). 

0,1933 2
 1
+ .2, 4268 ÷+ 3,85.(230, 267 − 0) 2
3
 2
 2

= 125084,86 [J].
2.2.4.5. Tính công trượt riêng cho ly hợp

SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 20


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

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 ,kí hiệu lr [J/m2] theo [1] ta có :
lr =

L
z ms π(R 22 − R 12 )

Trong đó :
L
: Công trượt tổng cộng của ly hợp.
zms : Số đôi bề mặt ma sát, ly hợp một đĩa bị động nên zms = 2.
R2, R1 : Bán kính tương ứng vòng ngoài, vòng trong của hình vành khăn
bề mặt ma sát.
Thay số vào ta có :
lr =

125084,86
2.π .(0,1782 − 0, 0982 )

= 901624,71 [J/m2]
= 901,62471 [KJ/m2].
Vậy, so với giá trị cho phép về công trượt riêng của xe tải (l r ≤ 950

[KJ/m2]) thì ly hợp thiết kế đạt yêu cầu về tuổi thọ cho ly hợp.
2.2.5.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 bảo đảm sự làm việc bình thường của ly hợp, không ảnh hưởng
nhiều đến hệ số ma sát, không gây nên sự cháy các tấm ma sát hoặc ảnh
hưởng đến sự đàn hồi của lò xo ép.v.v..
Với ly hợp một đĩa, nhiệt sinh ra làm nung nóng đĩa ép được xác định
từ :
ν.L

= m.c.∆T

Trong đó :
L
: Công trượt của toàn bộ ly hợp [J].
ν

: Hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng đĩa ép. Với ly hợp một
đĩa bị động thì ν = 0,50.

SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 21


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

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].
∆T

: Độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng, [0C].

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 được vượt quá
100C.
Từ đó suy ra khối lượng đĩa ép tối thiểu phải là :
m

≥

0,5.125084,86
= 12,989 [kg]
481,5.10

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

m

≥ π(R 2 − R 2 )ρ
2
1

Trong đó:
ρ : Khối lượng riêng của đĩa ép.
Với vật liệu làm bằng gang ρ ≈ 7800 [kg/m3]
Thế số các đại lượng đã biết, ta xác định được bề dày tối thiểu của đĩa
ép theo chế độ nhiệt do trượt:
12,989

δ

≥ π (0,1782 − 0, 0982 ).7800

δ

≥ 0,024 [m] ≈ 24[mm].

Chọn δ = 24 mm để đảm bảo tính bền cần thiết.
2.2.7. Tính toán lò xo ép dây xoắn hình trụ
2.2.7.1. Lực ép cần thiết của một lò xo Flx [N] khi làm việc theo [1]:
Flx =

ko.F
z lx

[N]

Trong đó :
SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 22

Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

- F : Lực ép cần thiết của ly hợp, [N]
- k0 : Hệ số tính đến sự giãn, sự nới lỏng của lò xo; k0 = 1,05 ÷ 1,08.
- chọn ko = 1,05
- zlx : Số lượng lò xo sử dụng để tạo ra lực ép. Đối với xe tải z lx = 16 ÷ 28.
chọn
zlx = 16
Thay số vào ta được : Flx =

1,05.9734513
= 638,83
16

[N]

2.2.7.2. Độ cứng của một lò xo ép Clx [N/m]
Độ cứng của một lò xo Clx được xác định theo 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. Được xác
C lx =

định ở công thức theo [1] :

Flx
lm

 β min
1 −
β




 [N/m]


Trong đó :
β min : Hệ số dự trữ ly hợp khi tấm ma sát mòn đến giới hạn phải thay thế, theo

kinh nghiệm β min = ( 0,8 ÷ 0,85 ) β . Ta chọn β min = 0,8. β =1,6
- lm : Lượng mòn tổng cộng cho phép của các tấm ma sát, tính bằng [m]:
l m = 0,5. δ ms.Zms = 0,5.3,5.2 = 3,5 [mm]. Chọn δ ms = 3,5
638,83

Thay vào ta được : Clx = 3,5.10 −3 (1 − 0,8) = 36504,57 [N/m]
2.2.7.3. Lực nén lớn nhất tác dụng lên một lò xo Plxmax [N]
Lực nén lớn nhất tác dụng lên một lò xo được tính theo [1] :
Flxmax = Flx + Clx.λm
-λ
m

m

[N] (4.14)

: Độ biến dạng thêm của lò xo khi mở ly hợp, [m]. Độ biến dạng thêm λ

chính bằng dịch chuyển của đĩa ép khi mở ly hợp được tính theo công thức:
λ m = δ m .Z ms + δdh

[mm]

Trong đó :
+ δm: Khe mở hoàn toàn giữa mỗi đôi bề mặt ma sát, [m] ; đối với ly hợp một
đĩa ma sát : Zms = 2 ; δm = 0,75 ÷ 1,0 [mm] [1], chọn δm = 0,75 [mm].
SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 23


Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô

+ δdh : Độ dịch chuyển cần thiết của đĩa ép do độ đàn hồi của đĩa bị động, khi
tính toán lấy δdh = 1 [mm] , thay vào ta được :
=> λ m = 0,75.2 + 1 = 2,5 [mm] = 0,0025 [m] , thay tất cả vào ta được :
Flxmax = 638,83+ 36504,57.0,0025 = 730,09 [N] ≈ 730 [N]

D

2.2.7.4. Kích thước hình học của dây lò xo

2.2.7.5. Đường kính dây lò xo d, đường kính trung bình D
Quan hệ đường kính dây lò xo d và đường kính trung bình D được xác định
theo công suất ứng suất tiếp tác dụng lên lò xo :
τ=

8.k .D
.Flx max ≤ [τ ] [N/m2]
π .d 3

Trong đó:
- [τ ] là ứng suất tiếp cho phép của vật liệu làm là xo, [τ ] = 650 ÷ 850
[MN/m2] chọn [τ ] = 650 [MN/m2]
- k là hệ số tăng ứng suất , chọn tỷ số D/d = 6 => k = 1,25

[1]

Từ đó ta xác định được đường kính dây lò xo theo công thức :
d2 ≥

8.Flx max .k D
8Flx max .k D
8.1,25.6.730
. ⇒d≥
. =
= 0,00463 [m] = 4,6
π [τ ]. d
π [τ ]. d
3,14.650.10 6

[mm]
Chọn d = 5 [mm] => D = k.d = 6.5 = 30 [mm]
2.2.7.6. Số vòng làm việc của lò xo
Số vòng làm việc của lò xo được xác định từ công thức độ cứng C lx [N/m2]
theo [1]:

SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 24

Đồ án môn học : Tính toán thiết kế ly hợp ôtô
C lx =

G.d 4
[N/m]
8.D 3 .n o

G.d 4
0,81.1011.(5.10 −3 ) 4
=
= 6,42
=> n0 =
8.D 3C lx 8.(30.10 −3 ) 3 .36504,57

Chọn no = 6 [vòng]
Với : G là mô đuyn đàn hồi dịch chuyển, G =0,81.1011 [N/m2] ; [1]
2.2.7.7. Chiều dài tối thiểu của lò xo Lmin [mm]
Chiều dài tối thiểu của lò xo Lmin được xác định khi lò xo chịu tải lớn
nhất Flxmax với khe hở tối thiểu giữa các vòng làm việc của lò xo là 1 [mm].
Lmin = (nlx-1).(d + 1) + (1,5 ÷ 2).d + 2 [mm]

[1]

Trong đó :
- (nlx-1) : Số bước 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.
=> Lmin = ( 6 – 1).( 5 + 1) + 2.5 + 2 = 44,52 [mm]
2.2.7.8. Chiều dài tự do của lò xo Lmax [mm] theo[1]:

Chiều dài tự do của lò xo Lmax được xác định khi không chịu tải.
Lmax = Lmin + λmax

[mm]

Trong đó:
- λ max
Flxmax.
λ max =

: Độ biến dạng lớn nhất của lò xo khi chịu lực lớn nhất

Fllx max
730,1
=
= 0,02 [m] =20 [mm]
C lx
36504,57

=> Lmax = 44,52 + 20 = 64,52 [mm]
2.2.7.9. Chiều dài làm việc của lò xo Llv [mm]
Được xác định khi chịu lực ép Flx.
Llv = L max - λlv

[mm]

Trong đó:
SVTH: Nguyễn Văn Thành _ Lớp 13DDS03022

Trang : 25