đồ án thiết kế ly hợp oto

Thiết kế ly hợp xe tải

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 phát triển và phổ biến trên thế giới và ở Việt
Nam hiện nay để 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 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 Lê Văn Tụy 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 thông cảm và chỉ bảo thêm để em được hoàn
thiện hơn trong quá trình học tập của mình.

Đà Nẵng, ngày 24 tháng 05 năm 2017
Sinh viên thực hiện

NGUYỄN TẤN HỮU

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

1

Thiết kế ly hợp xe tải

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LY HỢP Ô TÔ
1.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại ly hợp.
1.1.1 Công dụng
Ly hợp là một cụm chi tiết của hệ thống truyền lực nằm giữa động cơ và hộp
số chính có các công dụng sau:
- Truyền moomen quay từ động cơ tới hệ thống truyền lực phía sau
- Cắt và nối mômen quay từ động cơ tới hệ thống truyền lực đảm bảo sang số
được dễ dàng
- Khi chiệu tải trọng quá lớn ly hợp đóng vai trò như một cơ cấu an toàn
nhằm tránh quá tải cho hệ thống truyền lực và động cơ
1.1.2 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 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.
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 đập
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.

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

2


Thiết kế ly hợp xe tải

1.1.3 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 :
1.3.1.1 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. 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.

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

3


Thiết kế ly hợp xe tải

a) Ly hợp một đĩa ma sát

b)Ly hợp hai đĩa ma sát

Hình 1.1 : Ly hợp ma sát đĩa phẳng
1. Bánh đà

2.Đĩa ma sát

3.Khớp nối đĩa chủ động với vỏ ly hợp

4. Đĩa ép

5. Lò xo ép

6. Đòn mở (ép)

7. Ổ (bạc) mở

8. Bàn đạp

9. Cơ cấu tách đĩa ly hợp

10. Đĩa ép trung gian
+ 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

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

4


Thiết kế ly hợp xe tải

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.

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

5


Thiết kế ly hợp xe tải

+ 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

5.Vòng thép 6.Đinh tán

3.Đĩa ép

4.Lò xo đĩa nón cụt

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).
1.1.3.2 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 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.

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

6


Thiết kế ly hợp xe tải

- 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.

Hình 1.4 : Ly hợp thủy lực
1. Bánh tua bin

2. Nắp

3. Bánh bơm

4. Cánh cong

5. Tấm ngăn ngoài 6. Tấm ngăn trong 7. Đường dầu vào
8. Bình tản nhiệt

9. Van an toàn

11. Thùng dầu

12. Van xả

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

10. Bơm dầu

7


Thiết kế ly hợp xe tải

1.1.3.3 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...

Hình 1.5 : Ly hợp điện từ
a) Không có hỗn hợp bột sắt từ
1. Chổi điện 2. Lõi thép
5. Lò xo

b) Có hỗn hợp bột sắt từ
3. Cuộn dây

4. Phần ứng

6. Trục sơ cấp hộp số 7. Vòng tiếp điện 8. Bánh đà

1.1.4 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.

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

8


Thiết kế ly hợp xe tải

1.1.4.1 Điều khiển cơ khí:

1
2

12

11

10 9 8

7

13

3
6
5

4

Hình 1.6 : Sơ đồ ly hợp dẫn động điều khiển cơ khí
1. Bàn đạp

2. Thanh kéo

5. Càng mở (bên ngoài)
8. Ổ bi tỳ

3. Đòn trung gian

4.Thanh đẩy

6. Càng mở(bên trong) 7. Lò xo hồi vị

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.

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

9


Thiết kế ly hợp xe tải

1.1.4.2 Điều khiển thủy lực
3

4

5

6

8

7

1
2
9

12

11

10

Hình 1.7 : Sơ đồ ly hợp dẫn động kiểu thủy lưc
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 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.
•

Dễ lắp đặt.

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

10


Thiết kế ly hợp xe tải

-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.

1.1.4.3 Điều khiển ly hợp có trợ lực
Điều khiển ly hợp có trợ lực cho phép giảm nhẹ lực điều khiển của lái xe
trong quá trình mở ly hợp. Vì vậy được sử dụng phổ biến trên hầu hết các loại ôtô.
1.1.4.3.1 Điều khiển ly hợp cơ khí có trợ lực khí nén

Pbd

7
6

5

4
1

2

3

Hình 1.9 : Sơ đồ dẫn đông cơ khí trợ lực khí nén
1.Thanh đẩy

2.Van

5.Cần piston trợ lực 6.Ổ bi tỳ

3.Cần đẩy

4.Piston trọ lực

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

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

11

Thiết kế ly hợp xe tải

vị trí ban đầu, còn khí nén từ xylanh trợ lực trở về van rồi qua các đường thông ra
ngoài khí quyển.
1.1.4.3.2. Điều khiển thủy lực trợ lực khí nén
14

3

5

4

6

16

15

1
2
7

20

19

9

8

18

10

11

12

13

17

Hình 1.10 : 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 ổ bi tỳ

7. Xi lanh công tác

8. Xilanh trợ lực

9. Van phân phối

10. Đường xả khí

11. Cơ cấu tỉ lệ

12. Màng cân bằng

13. Xi lanh trợ lực

14. Bình khí nén

15. Bàn đạp ly hợp

16. xilanh chính

-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.

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

12


Thiết kế ly hợp xe tải

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ LY HỢP
2.1 Tính toán momen ma sát yêu cầu của ly hợp:
Để đảm bảo truyền hết mômen động cơ trong mọi điều kiện làm việc thì ly hợp
phải có khả năng truyền được momen quay lớn hơn momen xoắn lớn nhất của động
cơ Memax, đồng thời phải thõa mãn điều kiện là cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền
lực. Do đó, momen ma sát yêu cầu của ly hợp được xác định theo [1]:
Mms= β.Memax

(2.1)

Trong đó:
+

Mms

: Mô-men ma sát yêu cầu của ly hợp, [Nm ].

+

Memax : Mô-men xoắn lớn nhất của động cơ, [N.m].

+

β

: Hệ số dự trữ của ly hợp.

Hệ số dự trữ ly hợp β phải đủ lớn (β>1) để đảm bảo cho ly hợp truyền hết
mô-men xoắn động cơ trong mọi điều kiện làm việc của nó (khi các bề mặt ma sát
bị dầu mở rơi vào, khi các lò xo ép bị giảm tính đàn hồi, khi tấm ma sát bị mòn

v.v..). Mặc khác hệ số β không được quá lớn, làm tăng lực điều khiển ly hợp gây
nên mệt mỏi cho người lái, cùng với đó 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 để chọn hệ số
dự trữ β phù hợp
Đối với xe tải, trị số β nằm trong khoảng 1.6÷2.25 (Theo [1]).
Xe thiết kế là xe tải, trọng lượng toàn bộ 5700 [kg], ta chọn β= 2
Theo đề Memax = 220 [Nm]
Từ (2.1), ta tính được
Mms = 220.2 = 440 [N.m]
2.2 Lựa chọn phương án thiết kế
2.2.1. Chọn loại ly hợp
Qua những phân tích kết cấu, đặc điểm nêu trên và tính toán momen ma sát
yêu cầu của ly hợp, đối với ly hợp xe tải có trọng lượng toàn bộ là 5700 [kg],
momen ma sát bằng 440 [Nm], ta chọn kiểu ly hợp kiểu ma sát cơ khí loại một đĩa
sử dụng lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

13


Thiết kế ly hợp xe tải

2.2.2 Chọn sơ đồ dẫn động ly hợp.
Đối với xe tải, vì phải làm việc ở điều kiện nặng nhọc và thường xuyên gài số
nên việc đóng mở ly hợp rất thường xuyên. Do đó để người sử dụng được thoải mái
trong việc điều khiển, đảm bảo sự êm dịu, an toàn cùng tính gọn nhẹ, dễ lắp đặt mà
ta sử dụng dẫn động thủy lực điều khiển ly hợp. Trong quá trình tính toán, nếu lực
bàn đạp lớn hơn giá trị cho phép thì cho phép dùng thêm trợ lực khí nén để điều
khiển ly hợp

Hình 2.1 Sơ đồ điều khiển ly hợp bằng thủy 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

7. Bàn đạp

8. Xilanh chính

9. Xi lanh công tác

10. Càng mở

11. Ống trượt

12. Đĩa ép.

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

14

Thiết kế ly hợp xe tải

2.3. Tính toán các thông số cơ bản của ly hợp
2.3.1 Bán kính hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động
dα

R2

dρ
R1 0

ρ

Hình 2.2: Sơ đồ tính toán đĩa ma sát.
Trong đó:
+ R1: Bán kính trong bề mặt ma sát
+ R2: Bán kính ngoài bề mặt ma sát
Đường kính ngoài của đĩa bị động (D) là thong số cơ bản nhất của ly hợp ma
sát. Các thong số còn lại như: đường kính trong (d), số lượng bê mặt ma sát (Z ms),
lực ép (Fép) đều được xác định phụ thuộc vào (D).
Đường kính D được xác định theo ba điều kiện:
+ Đảm bảo cho ly hợp truyền được moomen quay của dộng 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 gian 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
Nếu gọi lực ép tổng cộng do cơ cấu ép tạo ra là F[N], đặt tại bán kính R tb[m] của
đĩa bị động, thì moomen ma sát của ly hợp Mms[N.m] do cơ cấu ép tạo ra theo [1] là:
Mms= µ.F.Rtb.Zms

(2.2)

Trong đó:

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

15


Thiết kế ly hợp xe tải

+ Rtb: Bán kính trung bình của đĩa bị động [m]
3

3

2 ( R2 − R1 )
Rtb=
3 ( R2 2 − R12 )

Theo [1]

(2.3)

+ F: Lực ép tổn cộng do cơ cấu ép tạo ra [N]
+ R1, R2: bán kính trong và ngoài của bề mặt ma sát
+ µ: Hệ số ma sát trượt giữa các đôi bề mặt ma sát.
Chọn xe làm việc trong điều kiện ít nặng nhọc lại có tính động học của xe tốt nên ta
chọn hệ số ma sát theo [1] µ= 0,22÷0,30.Chọn µ=0,25

+ Zms: Số đôi bề mặt ma sát. Với ly hợp một đĩa bị động, ta có 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, và với giả thiết áp suất p là phân bố đều trên toàn bộ bề mặt ma
sát (p= const) thì theo [1] ta lại có:
3

Mms= µ.p.π. R23 .(1 − K R ).Z ms

(2.4)

Trong đó:
+ KR: Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát
KR = R1/R2 ( theo [1] )
Hệ số tỷ lệ KR có thể chọn theo [1], KR = 0,53 ÷ 0,75.
Ta chọn KR = 0,55.
+ p: Áp suất pháp tuyến của các bề mặt ma sát [N/m 2]. Giá trị áp suất làm việc
p phải nhỏ hơn hoặc bằng giá trị cho phép [p] = 1,4.105 ÷ 2,5.105 [N/m2] (theo [1])
để đảm bảo tuổi thọ cần thiết của các tấm ma sát. Chọn p = 1,5.105 [N/m2]
Từ công thức (2.2); (2.3) và (2.4) ta suy ra:
R2 =

3

3.β .M e max

(

2.Z ms .µ .π . p. 1 − K R3

)

(2.5)

Thay số vào (2.5) ta được:

R2 =

3

3.2.220
= 0,1498 [m]
2.2.0, 25.3,14.1,5.105.(1 − 0,550,3 )

Chọn R2 = 150 [mm]. Theo [1], ta thấy bán kính R2 trong khoảng chấp nhận được.

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

16


Thiết kế ly hợp xe tải

Suy ra D2= 2.150= 300 [mm]
Bán kính trong của bè mặt ma sát R1[m] được xác định thông qua hệ số tỷ lệ
KR đã chọn khi tính toán bán kính R2 ở trên, theo [1]:
R1=KR.R2

(2.6)

Theo kết quả (2.5) thay vào (2.6) ta tính được

R1 = 0,55.150 = 82.5 [mm]
Vậy chọn R1= 83 [mm]
2.3.2 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 )

(2.7)

Theo kết quả (2.5) và (2.6) thay vào (2.7) ta tính được
S = 3,14.(0.152-0.0832) = 0,049 [m2]
Bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát Rtb [m]
Theo kết quả (2.5) và (2.6) thay vào (2.3) ta tính được :
Rtb =

2 (0,153 − 0, 0833 )
= 0.12[m]
3 (0,152 − 0, 0832 )

2.3.3 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 để đảm bảo áp suất
làm việc đã chọn và thõa mãn momen ma sát yêu cầu. Theo [1], ta có:
F =

β .M e max
[N]
µ.Rtb zms

(2.8)

Theo các thông số đã chọn và kết quả tính được (2.3), ta tính được:

F =
Vậy

2.220
= 7333,3 [N]
0, 25.0,12.2

F = 7333,3 [N].

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

17


Thiết kế ly hợp xe tải

2.3.4. Công trượt riêng của ly hợp.

ω

ωe

Je Ja
ωe

M

Ma ωa

Me
Mms

ms

(t)

)

β.M emax
ωe = ωa

(t)

ωe (t

ωa

M

Ma

ωa
t1

t2

t

Hình 2.3: Sơ đồ công trượt của ly hợp
Việc xác định kích thước của bề mặt ma sát theo điều liện 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 oto may kéo có trọng lượng khác nhau thì sự hao mòn của ly hợp
cũng khác nhau.
Quá trình đóng êm dịu ly hợp bao giờ cũng kèm theo sự trượt ly hợp giữa các
đôi bề mặt ma sát. Sự trượt của ly hợp làm cho các bề mặt ma sát mòn, đồng thời
sinh nhiệt nung nóng các chi tiết tiếp xúc với 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.

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

18


Thiết kế ly hợp xe tải

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

L
2
2

Z ms .π .( R2 − R1 )

(2.9)

Trong đó:
+ L: Công trượt tổng cộng của ly hợp [Jun]
+ Zms: Số đôi bề mặt ma sát
+ R1; R2: Bán kính trong và ngoài hình vành khăn của bề mặt ma sát [m]
Sự trượt của ly hợp diễn ra ngay sau khi gài số và thực hiện đóng ly hợp.
Điều đó có thể xảy ra lúc xe đang chạy hoặc khi bắt đầu khởi hành xe, trong đó
trường hợp bắt đầu khởi hành sẽ có công trượt lớn nhất vì lúc này sự chênh lệch tốc
độ giữa bánh đà động cơ và tốc độ trượt ly hợp là lớn nhất
Sự trượt ly hợp khởi hành xe cũng có hai trường hợp:
+ Khi đóng ly hợp đột ngột (lái xe thả nhanh bàn đạp ly hợp) làm cho đĩa ép
lao nhanh vào đĩa bị động, thời gian trượt ngắn nhưng lực ép tăng lên nhanh làm
cho xe giật mạnh, gây tải trọng động lớn đối với hệ thống truyền lực
+ Khi đóng ly hợp từ từ: việc đóng ly hợp từ từ tạo được sự êm dịu cần thiết
cho ly hợp và hệ thống truyền lực. Đó là một trong những yêu cầu quan trọng của ly
hợp nhằm đảm bào tính êm dịu và không sinh ra va đập cho hệ thống truyền lực.
Tuy nhiên sự đóng từ từ ly hợp làm cho thời gian trượt kéo dài và do vậy công trượt
sẽ tăng lên
Qua khảo sát quá trình trượt ly hợp khi đóng êm dịu chúng ta có trình tự các
bước để tính công trượt L [Jun] của ly hợp như sau:
2.3.4.1 Mô men quán tính qui dẫn Ja [kg.m2]:
Mô men quán tính khối lượng qui dẫn Ja được xác định từ điều kiện cân bằng
động năng khi ôtô đang chuyển động theo [1]:

 G a + G m  rbx2

J a = 

δ
2 t
g
(
i
i
i
)

 h po

(2.10)

Trong đó :

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

19


Thiết kế ly hợp xe tải

Ga: Trọng lượng toàn bộ của ôtô, theo đề Ga = 5700.9,81 = 55917 [N].
Gm: Trọng lượng toàn bộ của rơ mooc hoặc đoàn xe kéo theo, Gm = 0[N].
g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 [m/s2].
rbx: Bán kính làm việc của bánh xe chủ động, theo đề rbx = 0,35 [m].
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 ( theo [1] ).
Chọn δ = 1,06.
ip: Tỷ số truyền số phụ. Không có hộp số phụ, ip = 1.

io: Tỷ số truyền của truyền lực chính được xác định theo [1]:

i0 =

ωe max .rbx
Vmax .i hn

(2.11)

Trong đó:
+ ihn

: Giá trị tỷ số truyền cao nhất của hộp số. Chọn ihn= 1

+ Vmax : Tốc độ lớn nhất của xe.
Theo đề, ta có Vmax = 110 [km/h] = 30,56 [m/s]
+ ωemax : Tốc độ góc lớn nhất của động cơ.
Đối với động cơ xăng trên xe tải thì ωemax = (0,8÷1) ωN (theo [1]).
Ta chọn ωemax = 0,8 ωN (2.13)
Với ωN là tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ
ωN=

π .n
30

(2.12)

Theo đề ta có n= 4200 [vòng/phút]
Thay số vào (2.12) ta được
ωN=

3,14.4200
= 439.6 [rad/s]
30

Theo kết quả (2.12) thay vào (2.13) ta được:
ωemax = 0,8.439.6 = 351,7 [rad/s]
Thay các đại lượng trên vào công thức (2.11), ta có:

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

20


Thiết kế ly hợp xe tải

i0 =

351, 7.0,35
= 4, 03
30,56.1

ih1: Tỷ số truyền của số 1
Theo [1], ta xác định ih1 theo các điều kiện:

• Điều kiện kéo
ih1 ≥

G a .ψ max .rbx
M emax .i0 .ηt

(2.14)

• Điều kiện bám
ih1 ≤

Gϕ .ϕ .R bx
M emax .i 0 .ηt

(2.15)

Trong đó:
+ Ga

: Trọng lượng toàn bộ của xe, Ga = 55917 [N]

+ Ψmax

: Hệ số cản chuyển động lớn nhất của đường. Theo đề Ψmax = 0,25

+ ηt

: Hiệu suất của hệ thống truyền lực. Theo [1], với xe tải

ta chọn ηt = 0,85.
+ i0 = 4,03 theo kết quả (2.11)
+ ϕ : Hệ số bám giữa lốp và mặt đường. Theo [1], ϕ = 0,6 ÷ 0,8.
Ta chọn ϕ = 0,6
+ Gϕ : Trọng lượng bám của xe. Theo [1] Gϕ = Gcđ.mcđ (2.16)
Với Gcđ : Trọng lượng phân bố lên các cầu chủ động, Gcđ = 0,7.Ga (theo [1])

+ mcđ : Hệ số phân bố lại tải trọng lên cầu chủ động.
Theo [1], mcđ =1,2÷1,35. Ta chọn mcđ = 1,25.
Thay số vào (2.16) ta có
Gϕ = 0,7.55917.1,25 = 48927,38 [N]
Thay các đại lượng trên vào công thức (2.14), (2.15) ta có:
ih1 ≥

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

0,25.55917.0,35
= 6,49
220.4, 03.0,85

21


Thiết kế ly hợp xe tải

ih1 ≤

48927,38.0, 6.0,35
= 13, 63
220.4, 03.0,85

Chọn ih1 = 6,5
Từ các đại lượng trên, ta thay vào công thức (2.10) ta sẽ xác định được
momen quán tính khối lượng qui dẫn Ja:
Ja =

55917

0, 352
.
.1, 06 = 1, 079
9,81 (4, 03.6, 5.1) 2
[kg.m2]

2.3.4.2 Mô men cản chuyển động qui dẫn Ma [N.m]

Hình 2.4: Mô hình tính toán Ma
Mô men cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp được tính theo [1]:

M a = [ (Ga + Gm )ψ + Pω ]

rbx
itη t

(2.17)

Trong đó :
+ ψ : Hệ số cản tổng cộng của đường. Theo [1] ψ = f+i (2.8).
Lúc mới khởi hành f = f0; với f0 = 0,015÷0,02 (theo [1]). Ta chọn f0= 0.02
Khảo sát oto trên đường cân bằng i=0
Thay số vào (2.18) ta được ψ = 0,02+0 = 0.02
+ Gm : Khối lượng rơ mooc, Gm = 0
+ Pω : Lực cản của không khí. Khi khởi hành xe thì Pω = 0
+ it : Tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực, (theo [1])

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

22

Thiết kế ly hợp xe tải

(it = ih1.ip.io).

(2.11)

+ ηt : Hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực, ηt = 0,85 (theo [1])
Từ các đại lượng trên, thay vào (2.17), ta được:

M a = [ (55917 + 0).0, 02 + 0]

0,35
= 17,6 [Nm].
4, 03.1.6, 5.0,85

2.3.4.3 Tính thời gian trượt ly hợp trong các giai đoạn (t1 và t2)
Tính theo hệ số cường hóa mômen K theo [1]
Đối với xe tải K = 150÷750 [N.m/s], chọn hệ số K = 350 [N.m/s].
Tính thời gian trượt t1, t2. Theo [1]
t2 =

2.J a .(ωe −ωa )
K

(2.18)

t1 =

Ma
K

(2.19)

Trong đó:
+ ωemax : Tốc độ góc động cơ khi đóng ly hợp, khi tính toán lấy bằng tốc độ
góc ứng với mô men cực đại ωe = ωM .
Với

ωM =

nM .π
30

(2.20)

Theo đề: nM = 2200 [v/p]
Thay các đại lượng trên vào (2.20) ta được

ωM =

2200.3,14
= 230,3 [rad/s]
30

+ ωa

: Tốc độ góc trục ly hợp. Tính toán cho lúc khởi hành xe nên ωa =0

+ Ja

: Momen quán tính khối lượng ô tô quay về trục ly hợp

Theo kết quả (2.10) và (2.17), ta có Ja=2,26 [kg.m 2] và Ma= 35,44 [Nm]
Thay số vào công thức (2.18) và (2.19) ta được
t2 =

2.1, 079.(230, 3 − 0)
= 1,42
350

t1 =

17, 6
= 0, 046
350

[s].

Ta có tổng thời gian trượt t0 = t1+t2

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

[s].

(2.21) (theo [1])

23

Thiết kế ly hợp xe tải

Thay kết quả (2.18) và (2.19) vào (2.21) ta được:
t0 = 0,046+1,42 = 1,466

[s]

Theo kết quả (2.21) thỏa mãn yêu cầu t0 ∈(1,1÷2,5 [s]) (theo [1])
Vậy thời gian trượt là thỏa mãn yêu cầu
2.3.4.4 Tính công trượt tổng cộng của ly hợp
Theo [1], công trượt tổng cộng của ly hợp được xác định :
2  1
t
L = M a .(ω e − ωa ). 1 + t 2  + J a .(ω e − ω a ) 2
2 3  2

(2.23)

Thay số các đại lượng đã biết vào (2.23) ta tính được công trượt L [J]:
 0, 046 2
 1
+ .1, 42 ÷+ .1, 079.230, 32
L = 17, 6.(230,3 − 0). 
3
 2
 2

= 32544,38 [J].
2.3.4.5. Tính công trượt riêng cho ly hợp

Theo [1] công trượt riêng của ly hợp được tính theo công thức
lr =

L
z ms π(R 22 − R 12 )

(2.24)

Trong đó :
+ L

: Công trượt tổng cộng của ly hợp.

+ zms

: Số đôi bề mặt ma sát, zms = 2.

+ R2, R1 : Bán kính tương ứng vòng ngoài, vòng trong của hình vành khăn
bề mặt ma sát.
Theo kết quả (2.23), (2.5) và (2.6), thay các đại lượng vào (2.24) ta được:
lr =

32544,38
2.3,14.(0,152 − 0, 0832 )

= 331959,9 [J/m2]
Vậy lr = 562,6841 [KJ/m2].
Vậy, so với giá trị cho phép về công trượt riêng của xe tải (l r≤800 [KJ/m2])
thì ly hợp thiết kế đạt yêu cầu về tuổi thọ cho ly hợp.

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

24


Thiết kế ly hợp xe tải

2.3.5 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..
Để tính toán nhiệt sinh ra do ly hợp trượt, với giả thiết thời gian trượt ly hợp
là rất ngắn, nhiệt sinh ra không kịp truyền cho các chi tiết và môi trường xung
quanh mà chỉ truyền trực tiếp cho các chi tiết bị trượt. thường các tấm ma sát có độ
dẫn nhiệt rất kém nên có thể coi tất cả nhiệt sinh ra sẽ truyền cho đĩa ép, đĩa ép
trung gian và bánh đà động cơ
Công trượt ở các bề mặt ma sát là như nhau nên nhiệt sinh ra ở các đoi bề
mặt ma sát bằng nhau
Với ly hợp một đĩa, nhiệt sinh ra làm nung nóng đĩa ép được xác định theo
[1]
ν.L

= m.c.∆T

(2.25)

Trong đó :
+ L

+ ν

: Công trượt của toàn bộ ly hợp [J].
: Hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng đĩa ép. Với ly hợp một đĩa

bị động thì ν = 0,5 ( theo [1] )
+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]. (theo [1])
+m

: Khối lượng chi tiết bị nung nóng, [kg].

+ ∆T : Độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng, [0C].
Theo [1], độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết tính toán đối với mỗi lần khởi hành
của ôtô không được vượt quá 100K. Chọn ∆T = 90K
Từ (2.25)suy ra khối lượng đĩa ép tối thiểu.

m=

0,5.32544,38
= 3, 755
481,5.9
[kg]

Nguyễn Tấn Hữu_Lớp 13C4B

25