Đồ án thiết kế cụm ly hợp xe con 5 chỗ

Mục Lục

Lời nói đầu
Đất nước ta đang ngày càng phát triển và có sự thay đổi từng ngày, cùng với sự phát
triển về kinh tế thì khoa học kỹ thuật cũng có bước phát triển vượt bậc và thu được những
thành tựu quan trọng. Khoa học kỹ thuật đã được áp dụng phổ biến trong đời sống và góp
phần thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế quốc dân.
Ngành công nghiệp ôtô là một ngành quan trọng trong sự phát triển kinh tế của một
quốc gia đặc biệt là một quốc gia đang phát triển như Việt Nam. Ôtô phục vụ cho việc
vận chuyển hàng hoá, phục vụ mục đích đi lại của con người. Ngoài ra ôtô còn phục vụ
trong rất nhiều lĩnh vực khác như : Y tế, cứu hoả, cứu hộ….Do vậy phát triển ngành công
nghiệp ôtô Việt Nam là một trong những mục tiêu chiến lược trong sự phát triển của đất
nước. Thực tế nhà nước ta cũng đã chú trọng phát triển ngành công nghiệp ôtô với những
đề án chiến lược dài hạn đến năm 2015, 2020. Cùng với việc chuyển giao công nghệ giữa
Việt Nam và các nước phát triển trên thế giới, chúng ta ngày càng được tiếp cận nhiều
hơn với các công nghệ tiên tiến trên thế giới trong đó có công nghệ về ôtô. Công nghệ ôtô
mặc dù là một công nghệ xuất hiện đã lâu nhưng trong những năm gần đây đã có nhiều
bước phát triển mạnh mẽ, liên tục các công nghệ mới đã được phát minh nhằm hoàn thiện
hơn nữa ôtô truyền thống. Ngoài ra người ta còn phát minh ra những công nghệ mới
nhằm thay đổi ôtô truyền thống như nghiên cứu ôtô dùng động cơ Hybryd, động cơ dung
nhiên liệu Hydro, ôtô có hệ thống lái tự động…. Tuy nhiên trong điều kiện của nước ta,
chúng ta chỉ cần tiếp thu và hoàn thiện những công nghệ về ôtô truyền thống.
Trên ôtô, người ta chia ra thành các phần và các cụm khác nhau. Trong đó ly hợp là
một trong những cụm chính và có vai trò quan trọng trong hệ thống truyền lực của ôtô.
Hệ thống ly hợp có ảnh hưởng lớn đến tính êm dịu của ôtô, tính năng điều khiển của ôtô,
đảm bảo an toàn cho động cơ và hệ thống truyền lực trên ôtô. Nên để chế tạo được một
chiếc ôtô đạt yêu cầu chất lượng thì việc thiết kế chế tạo một bộ ly hợp tốt là rất quan
trọng. Do đó em đã được giao đề tài “ Thiết kế cụm ly hợp xe ôtô con 5 chỗ” để nghiên
cứu tìm hiểu cụ thể về hệ thống ly hợp trên ôtô và quy trình thiết kế chế tạo hệ thống ly
hợp cho ôtô. Với đề tài được giao, em đã chọn xe VIOS 2016E làm xe cơ sở để tham
khảo các thông số ban đầu. Hiện nay loại xe này đang được sử dụng khá phổ biến tại Việt

Nam.
1


Trong thời gian được cho phép, với sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình, của Thầy giáo
Hoàng Thăng Bình cùng các thầy giáo trong bộ môn Ôtô và xe chuyên dụng, em đã hoàn
thành đồ án của mình. Mặc dù bản thân đã có cố gắng và được sự quan tâm giúp đỡ của
các thầy giáo nhưng do kiến thức, kinh nghiệm và thời gian hạn chế nên đồ án của em
không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, phê bình của
các thầy trong bộ môn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Hoàng Thăng Bình và các thầy giáo
trong bộ môn Ôtô và xe chuyên dụng, Viện Cơ khí động lực,Trường ĐHBK Hà Nội đã
giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt bản đồ án này.
Sinh viên thực hiện
Đặng Quang Huy

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LY HỢP TRÊN Ô TÔ
1.1

Công dụng, phân loại và yêu cầu của ly hợp
Ly hợp là một phần tử không thể thiếu trong hệ thống truyền lực (HTTL) của ô tô.

Nếu không có ly hợp thì các bánh răng hộp số, HTTL sẽ phải chịu lớn lực xung kích, mô
men xung lượng của lực xung kích, mô men lực quán tính trong những thời điểm khác
nhau khi ô tô vận hành. Ví dụ: Khi sang số, khi phanh…
1.1.1 Công dụng
Trong hệ thống truyền lực của ô tô, ly hợp là một trong những cụm chính có công

dụng:
- Truyền momen từ động cơ đến hệ thống truyền lực
- Đóng/ngắt động cơ khỏi hệ thống truyền lực
- Bảo vệ an toan cho hệ thống truyền lực trong trường hợp quá tải
1.1.2

Phân loại
Ly hợp trên ô tô thường được phân loại theo 4 cách:

a

Phân loại theo phương pháp truyền mômen
Phân loại theo trạng thái làm việc của ly hợp
Phân loại theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép
Phân loại theo phương pháp dẫn động ly hợp
Phân loại theo phương pháp truyền mômen
Theo phương pháp truyền mômen từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thống truyền
lực thì người ta chia ly hợp ra thành 4 loại sau:
Loại 1: Ly hợp ma sát là ly hợp truyền mômen xoắn bằng các bề mặt ma sát. Hiện
nay, ly hợp ma sát loại đĩa được sử dụng rất rộng rãi, vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế
tạo và khối lượng phần bị động của ly hợp tương đối nhỏ. Còn ly hợp ma sát loại hình
nón và hình trống ít được sử dụng, vì phần bị động của ly hợp có trọng lượng lớn sẽ gây
ra tải trọng động lớn tác dụng lên các cụm và các chi tiết của hệ thống truyền lực.
Theo vật liệu chế tạo bề mặt ma sát gồm có:

-

Thép với gang
3

-

Thép với thép
Thép với phêrađô hoặc phêrađô đồng
Gang với phêrađô
Thép với phêrađô cao su
Theo đặc điểm của môi trường ma sát gồm có:

-

Ma sát khô
Ma sát ướt (các bề mặt ma sát được ngâm trong dầu)
Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
Nhược điểm: Các bề mặt ma sát nhanh mòn do hiện tượng trượt tương đối với
nhau trong quá trình đóng ly hợp, các chi tiết trong ly hợp bị nung nóng do nhiệt tạo bởi
một phần công ma sát.
Tuy nhiên ly hợp ma sát vẫn được sử dụng phổ biến ở các ô tô hiện nay do những
ưu điểm của nó.
Loại 2: Ly hợp thủy lực là ly hợp truyền mômen xoắn bằng năng lượng của chất
lỏng (thường là dầu).
Ưu điểm: Làm việc bền lâu, giảm được tải trọng động tác dụng lên hệ thống
truyền lực và dễ tự động hóa quá trình điều khiển xe
Nhược điểm: Chế tạo khó, giá thành cao, hiệu suất truyền lực nhỏ do hiện tượng
trượt.
Loại ly hợp thủy lực ít được sử dụng trên ô tô, hiện tại mới được sử dụng ở một số
loại xe ô tô du lịch, ô tô vận tải hạng nặng và một vài ô tô quân sự.
Loại 3: Ly hợp điện từ là ly hợp truyền mômen xoắn nhờ tác dụng của từ trường
nam châm điện. Loại này ít được sử dụng trên xe ô tô.
Loại 4: Ly hợp liên hợp là ly hợp truyền mômen xoắn bằng cách kết hợp hai trong

các loại kể trên (ví dụ như ly hợp thủy cơ). Loại này ít được sử dụng trên xe ô tô.

b

Phân loại theo trạng thái làm việc của ly hợp
Theo trạng thái làm việc của ly hợp thì người ta chia ly hợp ra thành 2 loại sau:

-

Ly hợp thường đóng: Loại này được sử dụng hầu hết trên các ô tô hiện nay
Ly hợp thường mở: Loại này được sử dụng ở một số máy kéo bánh hơi như C - 100, C -

c

80, MTZ2 ...
Phân loại theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép
Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép thì người ta chia ly hợp ra:
Loại 1: Ly hợp lò xo là ly hợp dùng lực lò xo tạo lực nén lên đĩa ép, nó gồm các
loại sau
4


-

Lò xo đặt xung quanh: Các lò xo được bố trí đều trên một vòng tròn và có thể đặt một

-

hoặc hai hàng
Lò xo trung tâm (dùng lò xo côn)

Theo đặc điểm kết cấu của lò xo có thể dùng lò xo trụ, lò xo đĩa, lò xo côn
Trong các loại trên thì ly hợp dùng lò xo trụ bố trí xung quanh được áp dụng khá
phổ biến trên các ô tô hiện nay, vì nó có ưu điểm kết cấu gọn nhẹ, tạo được lực ép lớn
theo yêu cầu và làm việc tin cậy.
Loại 2: Ly hợp điện từ lực ép là lực điện từ.
Loại 3: Ly hợp ly tâm là loại ly hợp sử dụng lực ly tâm để tạo lực ép đóng và mở
ly hợp. Loại này ít được sử dụng trên các ô tô quân sự.
Loại 4: Ly hợp nửa ly tâm là loại ly hợp dùng lực ép sinh ra ngoài lực ép của lò xo
còn có lực ly tâm của trọng khối phụ ép thêm vào. Loại này có kết cấu phức tạp nên chỉ
sử dụng ở một số ô tô du lịch như ZIN-110, POBEDA...

d

Phân loại theo phương pháp dẫn động ly hợp
Theo phương pháp dẫn động ly hợp thì người ta chia ly hợp ra thành 2 loại sau:
Loại 1: Ly hợp điều khiển tự động.
Loại 2: Ly hợp điều khiển cưỡng bức.
Để điều khiển ly hợp thì người lái phải tác động một lực cần thiết lên hệ thống dẫn
động ly hợp. Loại này được sử dụng hầu hết trên các ô tô dùng ly hợp loại đĩa ma sát ở
trạng thái luôn đóng.
Theo đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn động ly hợp thì người
ta lại chia ra thành 3 loại sau:

-

Dẫn động bằng cơ khí
Dẫn động bằng thủy lực và cơ khí kết hợp
Dẫn động bằng trợ lực: có thể bằng trợ lực cơ khí (dùng lò xo), trợ lực bằng khí nén hoặc
trợ lực bằng thủy lực. Nhờ có trợ lực mà người lái điều khiển ly hợp dễ dàng, nhẹ nhàng
hơn

1.1.3 Yêu cầu
Ly hợp là một trong những hệ thống chủ yếu của ô tô, khi làm việc ly hợp phải
đảm bảo được các yêu cầu sau:

5


-

Truyền hết mômen của động cơ mà không bị trượt ở bất kỳ điều kiện sử dụng nào. Muốn
vậy thì mômen ma sát của ly hợp phải lớn hơn mômen cực đại của động cơ (có nghĩa là

-

hệ số dự trữ mômen β của ly hợp phải lớn hơn 1)
Đóng ly hợp phải êm dịu, để giảm tải trọng va đập sinh ra trong các răng của hộp số khi

-

khởi hành ô tô và khi sang số lúc ô tô đang chuyển động
Mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng, tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong

-

thời gian ngắn (vì mở không dứt khoát sẽ làm cho khó gài số được êm dịu)
Mômen quán tính phần bị động của ly hợp phải nhỏ để giảm lực va đập lên bánh răng khi

-

khởi hành và sang số

Điều khiển dễ dàng, lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ
Các bề mặt ma sát phải thoát nhiệt tốt
Kết cấu ly hợp phải đơn giản, dễ điều chỉnh và chăm sóc, tuổi thọ cao
Ly hợp làm nhiệm vụ bộ phận an toàn để tránh quá tải cho hệ thống truyền lực. Tất
cả những yêu cầu trên, đều được đề cập đến trong quá trình chọn vật liệu, thiết kế và tính
toán các chi tiết của ly hợp.

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc ly
2.1.1 Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô

hợp loại đĩa ma sát khô

6


Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo ly hợp một đĩa ma sát khô
1.Bánh đà; 2. Đĩa ma sát; 3. Đĩa ép; 4. Lò xo ép; 5.Vỏ ly hợp; 6. Bạc mở; 7. Bàn đạp; 8.
Lò xo hồi vị; 9. Đòn kéo; 10. Càng mở; 11. Bi “T”; 12. Đòn mở; 13. Lò xo giảm chấn

Ly hợp ma sát chia làm 2 phần: phần chủ đông và phần bị động
Phần chủ động gồm: bánh đà, đĩa ép, vỏ ly hợp, các lò xo ép.
Phần bị động gồm: đĩa ma sát cùng với bộ phận giảm chấn và trục ly hợp
2.1.2 Nguyên lý làm việc ly hợp đĩa ma sát khô
a Nguyên lý làm việc ly hợp một đĩa ma sát khô
Trạng thái đóng ly hợp: các lò xò 4 đẩy đĩa ép 3 và làm cho đĩa bị động bị ép
chặt vào bánh đà, nhờ vậy tạo được momen ma sát giữa đĩa ép và bánh đà với đĩa bị
động. Chính nhờ vậy có momen ma sát này mà momen của động cơ được truyền từ bánh
đà và đĩa ép qua đĩa bị động tới trục ly hợp.
Trạng thái mở ly hợp: Khi cần ngắt truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của

hộp số người lái tác dụng một lực vào bàn đạp 7 thông qua đòn kéo 9 và càng mở 10, bạc
mở 6 mang bi "T" 11 sẽ dịch chuyển sang trái. Sau khi khắc phục hết khe hở bi "T" 11 sẽ
tì vào đầu đòn mở 12, đầu dưới của các đòn mở đi sang phải và tách đĩa ép 3 ra khỏi đĩa
bị động. Lúc này đĩa bị động không còn tiếp xúc với các đĩa chủ động nữa và động cơ bị
ngắt khỏi hệ thống truyền lực.
2.2

Lựa chọn lò xo ép ly hợp

7


Lò xo ép trong ly hợp ma sát là chi tiết quan trọng nhất, nó có tác dụng tạo ra lực
ép của ly hợp. Lò xo ép làm việc trong trạng thái luôn luôn bị nén để tạo lực ép truyền lên
đĩa ép. Khi mở ly hợp các lò xo ép có thể làm việc ở trạng thái tăng tải (lò xo trụ, lò xo
côn) hoặc được giảm tải (lò xo đĩa). Lò xo ép được chế tạo từ các loại thép có độ cứng
cao và được nhiệt luyện, nhằm ổn đinh lâu dài độ cứng trong môi trường nhiệt độ cao.
Kết cấu, kích thước và đặc tính của cụm ly hợp được xác định theo loại lò xo ép.
Trong ly hợp ô tô thường được xử dụng lò xo trụ, lò xo côn và lò xo đĩa. Kết cấu ở trạng
thái tự do, đặc tính biến dạng (quan hệ lực F và biến dạng

∆l

) của các loại lò xo được thể

hiện trên đồ thị:

F(N)

c

a
b

p

Hình 2.1: Đồ thị đặc tính của lò xo ép ly hợp
a. Lò xo trụ; b. Lò xo côn xoắn; c. Lò xo đĩa
a. Lò xo trụ

Lò xo trụ có đường đặc tính làm việc là đường (a) trên hình 2.1. Lò xo trụ thường
được bố trí theo vòng tròn trên đĩa ép. Để định vị các lò xo và giảm độ biến dạng của
chúng dưới tác dụng của lực ly tâm, thường sử dụng các cốc, vấu lồi trên đĩa ép hoặc trên
vỏ ly hợp.
 Ưu điểm:
-

Kết cấu nhỏ gọn, khoảng không gian chiếm chỗ ít vì lực ép tác dụng lên đĩa ép lớn
Đảm bảo được lực ép đều lên các bề mặt ma sát bằng cách bố trí các lò xo đối xứng với

-

nhau và với các đòn mở
Luôn giữ được đặc tính tuyến tính trong toàn bộ vùng làm việc
Giá thành rẻ, chế tạo đơn giản
 Nhược điểm:

8

-

Các lò xo thường không đảm bảo được các thông số giống nhau hoàn toàn, đặc biệt là sau
một thời gian làm việc lực ép của các lò xo sẽ không đều nhau. Do đó phải chế tạo lò xo

-

thật chính xác nều không thì lực ép không đều sẽ làm cho đĩa ma sát mòn
Không đều và dễ bị cong vênh
b. Lò xo côn xoắn
Lò xo côn xoắn có đường đặc tính làm việc là đường (b) trên hình 2.1.
 Ưu điểm:

-

Lực ép lên lò xo lớn, nên thường được dùng trên ô tô có mômen của động cơ trên 500

-

Nm
Có thể giảm được không gian của kết cấu do lò xo có thể ép đến khi lò xo nằm trên một

-

mặt phẳng
 Nhược điểm:
Khoảng không gian ở gần trục ly hợp sẽ chật và khó bố trí bạc mở ly hợp
Dùng lò xo côn thì áp suất lò xo tác dụng lên đĩa ép phải qua các đòn ép do đó việc điều

-

chỉnh ly hợp sẽ phức tạp
Lò xo côn có dạng tuyến tính ở vùng làm việc nhỏ, sau đó khi các vòng lò xo bắt đầu
trùng nhau thì độ cứng của lò xo tăng lên rất nhanh, do đó nó đòi hỏi phải tạo được lực
lớn để ngắt ly hợp và khi đĩa ma sát mòn thì lực ép của lò xo sẽ giảm rất nhanh
c. Lò xo đĩa
Lò xo đĩa có đường đặc tính làm việc là đường (c) trên hình 2.1
 Ưu điểm:

-

Lò xo đĩa làm luôn nhiệm vụ của đòn mở nên kết cấu đơn giản và nhỏ gọn
Lò xo đĩa có đặc tính làm việc hợp lý vì trong vùng làm việc lực ép thay đổi không dáng
kể theo biến dạng. Do vậy lực ngắt ly hợp đòi hỏi không lớn và khi đĩa ma sát bị mòn thì
lực ép thay đổi không đáng kể
 Nhược điểm: Chế tạo khó khăn.
Kết luận: Qua việc so sánh ưu nhược điểm các loại lò xo ép và lò xo ép sử dụng
trên ly hợp xe tham khảo em quyết định chọn loại lò xo ép là lò xo đĩa .

9


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM LY HỢP
3.1 Các thông số ban đầu
Memax=141N.m/4200 v/phut
G=1500 kg
Rbx=0,28
i0 = 4, 06
i1 = 3,54

ϕ = 0,8
η = 0,9

3.2 Xác định mômen ma sát của ly hợp
Ly hợp cần được thiết kế sao cho nó phải truyền được hết mômen của động cơ và
đồng thời bảo vệ được cho hệ thống truyền lực khỏi bị quá tải. Với hai yêu cầu như vậy
mômen ma sát của ly hợp được tính theo công thức:
Trong đó:

M c = β.M e max

10


-

β: Hệ số dự trữ của ly hợp
M e max
: Momen xoắn cực đại của động cơ
Hệ số β phải lớn hơn 1 để đảm bảo truyền hết mômen của động cơ trong mọi
trường hợp. Tuy nhiên hệ số β cũng không được chọn lớn quá để tránh tăng kích thước
đĩa bị động và tránh cho hệ thống truyền lực bị quá tải. Hệ số β được chọn theo thực
nghiệm.
Tham khảo trong bài giảng “Thiết Kế Tính Toán Ô Tô”, ta xác định được hệ số dự
β = 1, 2 ÷ 1,75
β = 1, 2
trữ của ly hợp đối với ô tô con trong khoảng:
.Chọn
Vậy momen ma sát của ly hợp:Mc = β.Memax= 1,2.141= 169 Nm

3.3 Xác định kích thước cơ bản của ly hợp
3.3.1 Xác định đường kính trong và đường kính ngoài của đĩa ma sát
Khi thiết kế người ta chọn sơ bộ đường kính ngoài theo kinh nghiệm như sau:
M e max
D = 2R = 3,16
C
Trong đó:
-

D: Đường kính ngoài đĩa ma sát

C = 4,7
C: Hệ số kinh nghiệm. Với ô tô con,
Memax: Momen cực đại của động cơ,Memax = 140 Nm
D = 2R = 3,16
Tuy nhiên theo tài liệu thiết kế tính toán oto thì với ly hợp 1 đĩa

D=190mm÷400mm
Ta chọn: D = 200mm Bán kính ngoài của đĩa ma sát: R = 100mm Bán kính trong
của đĩa ma sát được tính theo bán kính ngoài:
r = (0,53 0,75)R = (0,53 0,75).100= (53 75)mm
Ta chọn r=60 mm
Bán kính ma sát trung bình được tính theo công thức:

2 R 3 − r 3 2 1003 − 603
R tb =
= .
= 81,67(mm)
3 R 2 − r 2 3 1002 − 602
3.3.2 Xác định số lượng đĩa bị động

Momen ma sát được xác định theo công thức:

M c = βM e max = k z R tb Fµ zµ
11


Trong đó:

Fµ = µ.FN

µ = 0,3 FN
, với μ là hệ số ma sát,
,
là

-

Fμ: Lực ma sát theo phương tiếp truyến,

-

lực ép tổng
kz
: Hệ số kể đến sự giảm lực ép lên các bề mặt làm việc do ma sát trong các bộ phận dẫn

-

hướng và các then hoa trên các đĩa chủ động và bị động,
zµ
: Số đôi bề mặt ma sát

kz = 1

Khi đó momen ma sát được xác định theo công thức:
M c = βM e max = k z R tb Fµ zµ = k z R tbµFN zµ

zµ =
Suy ra, số đôi mặt ma sát là:
Mà

lực

ép

FN

được

Mc
βM e max
=
k z R tbµFN k z R tbµFN

xác

định

theo

công

thức:

FN = qA

,

với

[ q ] = ( 180 ÷ 230 ) kN / m 2

là áp suất tác dụng lên bề mặt ma sát
A = π(R 2 − r 2 )
A là diện tích làm việc của bề mặt ma sát,
. Suy ra:
2
2
FN = [q]A = [q].π(R − r )
Số đôi bề mặt ma sát sát phải là số chắn, chọn zμ = 2

zi =

zµ
2

=

2
=1
2

Số đĩa bị động là:
(đĩa)
Kiểm nghiệm lại áp suất trên bề mặt theo công thức:

q= = 171531(N/m2)
q = 0,171MPa, thỏa mãn điều kiện. q = 0,171MPa <

[ q ] = 0,18 ÷ 0, 23MPa

Vậy bề mặt

ma sát đảm bảo đủ độ bền.
3.3.3

Xác định công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp
Khi khởi động: Đĩa chủ động ly hợp đang quay theo trục khuỷu còn đĩa bị động

chưa quay (có sự chênh lệnh về tốc độ). Trước khi đĩa bị động cùng quay với đĩa chủ
12


động thành một khối liền thì sẽ xảy ra sự trượt tương đối giữa đĩa chủ động và bị động.
Khi sang số hoặc khi phanh người lái thường mở ly hợp rồi đóng lại thì sự chênh lệch tốc
độ giữa đĩa bị động và chủ động sinh ra trượt trước khi chúng quay cùng nhau thành hệ
thống liền. Tóm lại khi có một nguyên nhân nào sinh ra độ chênh lệch tốc độ của 2 đĩa kể
trên đều sinh ra trượt.
Hiện tượng trượt sinh ra công ma sát, công ma sát biến thành nhiệt làm nung nóng
các chi tiết của ly hợp lên quá nhiệt độ làm việc bình thường, đặc biệt là lò xo khi ủ ở
nhiệt độ cao như vậy có thể làm mất khả năng ép, gây hao mòn nhanh các chi tiết

khác(đĩa ma sát, đĩa ép...).
Công trượt riêng phụ thuộc vào kết cấu, vật liệu, tải trọng và cả cách điều khiển
của người lái vào bề mặt ma sát ly hợp. Với kết cấu, tải trọng, vật liệu đã có, ta xét công
-

trượt phụ thuộc vào cách điều khiển:
Trường hợp đóng ly hợp đột ngột: Tức là động cơ làm việc ở số vòng quay cao rồi đột
ngột thả bàn đạp ly hợp. Trường hợp này thời gian đóng ly hợp nhỏ song xảy ra tải trọng

-

động rất lớn. Vậy ta không dùng trường hợp này.
Trường hợp đóng ly hợp êm dịu: Để xác định được công trượt lớn nhất thì xét trường hợp

-

đóng ly hợp êm dịu lúc khởi động.
Quá trình đóng ly hợp được chia làm 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Tăng mômen ly hợp từ 0 đến M ψ (mômen cần chuyển động quy dẫn về trục

-

ly hợp), khi đó ô tô bắt đầu chuyển động tại chỗ (đặc trưng bằng công trượt W1)
Giai đoạn 2: Tăng mômen ly hợp tới một giá trị thích hợp mà ly hợp không thể trượt
được nữa (đặc trưng bằng công trượt W2)
Công trượt riêng đước tính bằng công trượt W μ quy về một đơn vị diện tích ma sát

ωµ =

của đĩa bị động:

Wµ
Aµ

=

4Wµ
π(D − d 2 )zµ
2

Công trượt của ly hợp được xác định như sau:

Wµ = ∫ M c (t)( ωd − ωa )dt

13


Ia

a)

c)

b)

Hình 3.1: Sơ đồ, đồ thị công trượt

Công trượt ở giai đoạn 1 được xác định theo công thức:
t1

W1 = ∫ M c (t)( ωd − ωa )dt
0

t1

M c (t) = kt ωa = 0 ωd = const = ω0
Với
,
,
. Suy ra:

Ở cuối giai đoạn 1,

Mc = Mψ

kt1 = M ψ

1
W1 = ∫ ktω0dt = kω0 t12
2
0

, hay
nên ta có:
M d = Mψ M c (t) = M ψ + kt
Trong giai đoạn 2 ta có:
,
Biểu thức tính công trượt có dạng:
t2

t2

t1

0

2
1 ω0 M ψ
W1 =
2 k

W2 = ∫ M c (t)( ωd − ωa )dt = ∫ (M ψ + kt)(ωd − ωa )dt

Các vận tốc góc ωd và ωa trong giai đoạn này có thể xác định từ phương trình
chuyển động của các khối lượng quán tính Id và Ia:
&d = M d − M c = − kt
Id ω
&a = Mc − M ψ = kt
Ia ω
Giải hệ phương trình ta được:

1 kt 2
1 kt 2
ω
=
ω
−
;
ω
=

0
a
 d
2 Id
2 Ia


2
ω − ω = ω − 1 kt
d
a
0


2 I

14


I=
Với:

I d Ia
I d + Ia
t2 =

2ω0 I
k

Tại cuối giai đoạn 2 thì:

Khi đó công trượt trong giai đoạn 2 tính theo công thức:
t2
t2
 t2 

1 kt 2 
W2 = ∫ (M ψ + kt)  ω0 −
dt
=
ω
M
+
kt
) 1 − t 2 ÷dt
0∫(
ψ
÷
2
I



2 
0
0

2

2ω0 I 1
W2 = ω0  Mψ

+ ω0 I ÷
k
2
3

Công trượt toàn bộ:
M
1
2 2ω0 I 
W=W1 + W2 = Iω20 + M ψ ω0  ψ +
÷
2
k ÷
 2k 3

Công trượt viết theo công thưc đơn giản hơn:
1 Ia ω20 M e max
W=
2 (M e max − M ψ )
ω0 = ωM / 3 + 50π = 4200.2π / 180 + 50π = 96.67 π / s
ωM
a

đối với động cơ xăng ;

là vận tốc góc của động cơ tại thời điểm đạt momen cực đại
Xác định momen quán tính qui dẫn I

Momen quán tính qui dẫn I được xác định từ điều kiện cân bằng động năng khi ô

tô đang chuyển động theo công thức:
Trong đó:
-

Ga
Gm

 G + G m  rbx2
I= a
÷
2
g

 (i h1i pi0 )

: Trọng lượng toàn bộ của ô tô, Ga = 15000 N

: Trọng lượng của rơ móc hoặc đoàn xe kéo theo,
g = 9,8(m / s 2 )
g: Gia tốc trọng trường,

Gm = 0

15


-

rbx

: Bán kính làm việc của bánh xe chủ động:
rbx = 280 mm = 0,28 m
tỉ số truyên chung của hệ thống truyền lực: iht.ip.i0 = it = 3,54x4.06=14.37

Suy ra:
b

2
 G a + G m  rbx2
0.28
I=
= 1500x(
) = 0.57
÷
2
g
14.37 2

 (i h1i pi 0 )

Xác định momen cản chuyển động qui dẫn

Mψ

Momen cản chuyển động quy dẫn về trục của ly hợp được xác định theo công

thức:

r
M ψ = ( G a + G m ) ψ + Pω  bx

iη
t

t

Trong đó:
-

-

ψ = 0,02
: Hệ số cản tổng cộng của đường, tính cho đường có
Pψ
Pψ = 0
: Lực cản của không khí, khi khởi hành
vì tốc độ quá nhỏ
it
: Tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực
it = ih1.ip.i0 = 14.37
ηt
ηt = 0,9
: Hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực, xe con chọn
ψ

Suy ra:

r
0.28
M ψ = ( G a + G m ) ψ + Pω  bx = (15000x0.02)x
= 6.5

iη
14.37x0.9
t

W=

t

1 Ia ω20 M e max
1 0.57(96.67 π) 2 x141
=
= 27556.6
2 (M e max − M ψ ) 2
(141 − 6.5)

Công trượt toàn bộ
Công trượt riêng của ly hợp là:
= = = 685276(J/m2)=68.5(J/cm2)
Với oto con thì công trượt riêng giới hàn khoảng từ 50 đến 70 J/cm 2 .Vậy ly hợp
đủ độ bền cho phép
3.3.4

Tính nhiệt đĩa ép

Việc tính toán nhiệt trên đĩa ép được thực hiện nhằm kiểm tra mức gia tăng
nhiệt độ trung bình trên đĩa sau một lần đóng ly hợp khi khởi động oto tại chỗ. Trong tính
16


toán giả thiết rằng toàn bộ lượng nhiệt sinh ra trong quá trình trượt ly hợp được chuyển

thành nhiệt nung nóng đĩa ép (bỏ qua lượng nhiệt truyền vào môi trường xung quanh).
Mức gia tăng nhiệt độ được tính theo công thức:

∆t =

γWµ
mdc

Trong đó:
γ: Hệ số xác định phần công trượt dùng nung nóng chi tiết, đối với ly hợp 1 đĩa bị động
γ = 0,5

c: Nhiệt dung riêng của vật liệu chế tạo đĩa, đối với gang và thép

md

c = 481,5J / kg.0 C

= mà md = 2,86(kg)

Ta chọn md = 4 kg
Nhận xét:
Đối với đĩa ép ngoài và bánh đà khi bị trượt thì chỉ có 1 bề mặt làm việc
Khối lượng của bánh đà lớn hơn đáng kể so với đĩa ép
Vì vậy đĩa ép khi bị trượt có độ tăng nhiệt độ lớn hơn so với bánh đà. Do đó ta chỉ cần
kiểm tra độ tăng nhiệt độ của đĩa ép để kiểm tra điều kiện về nhiệt.
Với đĩa ép, ta có:

∆t =

γWµ
mdc

= = 4,56 oC

Thỏa mãn điều kiện Δt ≤ 10oC đối với xe không kéo rơ moóc. Vậy đĩa ép thỏa mãn điều
kiện tăng nhiệt độ cho phép
3.3.5 Tính bền đĩa bị động
a)-Đinh tán
Để giảm kích thước của ly hợp làm việc trong điều kiện ma sát khô chọn vật
liệu có hệ số ma sát cao, đĩa bị động gồm các tấm ma sát và xương đĩa. Tấm ma sát được
gắn với xương đĩa bị động bằng đinh tán. Xương đĩa thường chế tạo bằng thép cacbon
17


trung bình và cao (thép 50 và 85), chiều dày xương đĩa

δa = 2mm

. Chiều dày tấm ma sát

δb

thường chọn từ

δa

chọn từ

( 3 ÷ 5)

( 1,5 ÷ 2 )

mm, ta chọn

mm, ta chọn

δ b = 5mm

, vật

liệu của tấm ma sát thường là Pharêđô đồng. Tấm ma sát được gắn với xương đĩa bị động
bằng đinh tán bằng đồng có đường kính

d = 4mm

.

Đinh tán được bố trí theo vòng tròn 1 dãy với bán kính:

r = 80mm

Nếu coi lực tác

dụng lên đinh tán tỷ lệ thuận với bánh kính của vòng tròn bố trí đinh tán, ta có:
F= = = 881,25 (N)
Đinh tán được kiểm tra theo ứng suất cắt và ứng suất chèn dập:
F
F
τc =

≤ [ σc ] ; σcd =
≤ [ σcd ]
2
πd
nld
n
4
Trong đó:
-

σc

: Ứng suất dập của từng dãy đinh tán

σcd

: Ứng suất chèn dập của từng dãy đinh tán
F: Tác dụng lên từng dãy đinh tán
n = 24
n: Số lượng đinh tán
đinh tán
d = 5mm
d: Đường kính đinh tán,
l: Chiều dày bị chèn dập của đinh tán, bằng một nửa chiều dày tấm ma sát:

1
1
l = δ b = .5 = 2,5(mm)
2
2

-

[ σc ]

: Ứng suất cắt cho phép,

[ σcd ]

[ σcd ] ≤ 25(MPa) = 25.106 (N/ m 2 )

: Ứng suất chèn dập cho phép,
Ứng suất cắt và chèn dập đối với đinh tán là:
= = = 1,87.106 (N / m2)
= = = 2,94.106(N/m2)
Vậy các đinh tán dãy trong đảm bảo đủ độ bền.

b)-Moay ơ đĩa bị động
18


Chiều dài của moay ơ đĩa bị động được chọn tương đối lớn để giảm độ đảo của đĩa
bị động. Moay ơ được ghép với xương đĩa bị động bằng đinh tán và lắp với trục ly hợp
bằng then hoa. Chiều dài moay ơ thường chọn bằng đường kính ngoài của then hoa trục
ly hợp. Khi điều kiện làm việc nặng nhọc thì chọn

L = 1,4D

(D là đường kính ngoài của

L = 25mm

then hoa trục ly hợp), ta chọn
(lấy theo xe tham khảo).
Khi làm việc then hoa của moay ơ chịu ứng suất chèn dập và ứng suất cắt được

xác định theo công thức:
Trong đó:
-

4M e max

τc = z z Lb ( D + d ) ≤ [ τc ]
1 2


8M e max
σcd =
≤ [ σcd ]
z1z 2 L ( D 2 − d 2 )


z1

: Số moay ơ đĩa bị động, với ly hợp 1 đĩa số moay ơ
z 2 = 10
: Số then hoa của một moay ơ,
D = 36mm
D
: Đường kính ngoài của then hoa,

z1 = 1

z2

d

d = 28mm

: Đường kính trong của then hoa,
b = 5mm
b
: Bề rộng của một then hoa,
L = 25mm
L: Chiều dài moay ơ đĩa bị động,

(Các thông số trên được chọn theo xe tham khảo)
Với vật liệu chế tạo moay ơ là thép 40X thì ứng suất cho phép của moay ơ là:
[ σcd ] = 2.107 ( N / m 2 ) ;[ τc ] = 107 ( N / m 2 )
. Suy ra:
Vậy moay ơ đảm bảo độ bền cho phép.

19


Đinh tán nối moay ơ với xương đĩa bị động thường làm bằng thép có đường kính
d = ( 6 ÷ 12 ) mm

τc =

. Ta chọn

d = 8mm

. Đinh tán được kiểm tra theo ứng suất cắt và ứng suất

F
F
≤ [ τc ] ; σcd =
≤ [ σcd ]
2
πd
nld
n
4

chèn dập:
Trong đó:

-

F: Lực tác dụng lên đinh tán, xác định theo công thức:
F = = 1007 (N)
r = 40mm
với r là bán kính đặt đinh tán,
n=4
n: Số lượng đinh tán một moay ơ,

-

d: Đường kính đinh tán,

-

l: Chiều dài bị chèn dập của đinh tán,

-

d = 8mm

l = 4mm

Vật liệu chế tạo đinh tán là thép 30 thì ứng suất cho phép của đinh tán là:

[ τc ] = 3.107 ( N / m 2 ) ;[ σcd ] = 8.107 ( N / m 2 )
Suy ra ứng suất chèn dập và ứng suất dập đối với đinh tán moay ơ là:
= = = 0,5.107
= = = 0,78.107
Vậy đinh tán moay ơ đảm bảo độ bền.
3.3

Tính toán lò xo giảm chấn

Lò xo giảm chấn được đặt ở đĩa bị động để tránh hiện tượng cộng hưởng ở tần số cao của
dao động xoắn do sự thay đổi mômen của động cơ và của hệ thống truyền lực , đồng thời
đảm bảo được truyền mômen một cách êm dịu từ đĩa bị động đến moayơ trục ly hợp.
Mômen cực đại có khả năng ép lò xo giảm chấn được xác định là:
Gb ⋅ ϕ ⋅ rb
i o ⋅ i h1 ⋅ i f

Mmax =
Trong đó :Gb - trọng lượng bám của ôtô (N).

20


→
Gb = 1500.0,6.9,81= 8829
ϕ - hệ số bám của đường, với đường tốt lấy

ϕ = 0,8

rb – bán kính làm việc trung bình của bánh xe. rb = 0,28 m
io - tỷ số truyền của truyền lực chính.
io = 4,06
ih1 - tỷ số truyền của tay số 1.
if - tỷ số truyền của tay số phụ.

⇒

Mmax =

Gb ⋅ ϕ ⋅ rb
i o ⋅ i h1 ⋅ i f

=

ih1 = 3,54
if = 1

8829 ×0,8 ×0, 28
3,54 ×4, 06.1

= 137,6 Nm

Mômen quay mà giảm chấn có thể truyền được bằng tổng mômen quay của các
lực lò xo giảm chấn và mômen ma sát.
Mmax = M1 + M2 = P1 . R1 . Z1 + P2 . R2 . Z2
Trong đó :
M1 – Mômen quay của các lò xo giảm chấn dùng để dập tắt dao động.
M2 – Mômen ma sát dùng để dập tắt dao động.
Thường lấy M2 = 25% Mmax = 25% . 137,6 = 34,4 Nm
→

M1 = Mmax - M2 = 137,6 -34,4 = 103,2 Nm

R1 – bán kính đặt lò xo giảm chấn

→ Ta chọn R1 = 40 mm

Z1 - số lượng lò xo giảm chấn → Ta chọn Z1 = 4
R2 – bán kính trung bình của vòng ma sát. →Ta chọn R2 = 65 mm
Z2 - số lượng vòng ma sát ( số đôi cặp ma sát ). →

Ta chän Z2 = 4

µ - hệ số ma sát giữa vòng ma sát và đĩa bị động.

21


P1 - lực ép của một lò xo giảm chấn. → P1 =

P2 - lực tác dụng lên vòng ma sát. →

M1
R1 ⋅ Z1

P2 =

=

M2
R 2 ⋅ Z2

103, 2
4 ×40.10 −3

=

= 645 N

34, 4
65.10−3 ×4

= 132,31 N

Khi chưa truyền mômen quay ,thanh tựa nối các đĩa có khe hở λ1 , λ2 tới các thành
bên của moayơ.
Ta có sơ đồ :

λ1 - khe hở đặc trưng cho biến dạng giới hạn của lò xo khi truyền mômen từ động cơ
λ2 - khe hở đặc trưng cho biến dạng giới hạn của lò xo khi truyền mômen bám từ bánh

xe
Độ cứng tối thiểu của lò xo giảm chấn ( hay gọi là mômen quay tác dụng lên đĩa bị động
để xoay đĩa đi 1o so với moayơ )
Độ cứng được xác định theo công thức :
S = 17,4 . R12 . K . Z1 .10-1 (Nm)
Trong đó : K - độ cứng của lò xo (kG/cm).

K = 1300 N/m

22


Z1 = 4 - số lượng lò xo giảm chấn.
⇒

S = 17,4 . R12 . K . Z1 = 17,4 . 42 . 1,3 . 4 = 144,768 Nm

Các cửa sổ đặt lò xo giảm chấn trên moayơ có kích thước chiều dài là A phải nhỏ hơn
chiều dài tự do của lò xo một ít , lò xo phải luôn ở trạng thái căng ban đầu .Thường chọn
A = (25 ÷ 27) mm→Ta chọn A = 25 mm
Khi chuyển mômen quay từ động cơ và từ bánh xe qua bộ phận giảm chấn giống nhau thì
của sổ moayơ và ở đĩa bị độ có chiều dài như nhau. ở các giảm chấn có độ cứng khác
nhau chiều dài cửa sổ moayơ phải bé hơn so với cửa sổ ở đĩa một đoạn a = A 1 – A
thường a = (1,4 ÷ 1,6) mm

Kích thước lỗ B đựơc xác định theo khe hở λ1 , λ2 . Các trị số λ1 , λ2 chọn trong khoảng
(2,5 ÷ 4) mm.→
⇒

Ta chọn

λ1 = λ2 = 3,5 mm

vậy kích thước đặt lỗ thanh tựa là :
B = d + λ1 + λ2 = 12 + 3,5 + 3,5 = 19 mm

ứng suất xoắn của lò xo được xác định theo công thức :

τ=

8⋅ P1 ⋅ D′ ⋅ k
π ⋅ d′ 3

≤ [τ].105

(N/m2)
23


Trong đó :
D' - đường kính trung bình của lò xo D' = (14 ÷ 19) mm
→ Ta chọn D' = 16 mm
d' - đường kính dây lò xo, thường chọn d' = (3 ÷ 4) mm.
Chọn d' = 3 mm
P1 - lực cực đại tác dụng lên một lò xo giảm chấn (kG).
Vật liệu chế tạo lò xo giảm chấn là thép 65Γ, có ứng suất xoắn cho phép
[τ] = (6500 ÷ 8000) kG/cm2 →Ta chọn [τ] = 6500.105 N/m2

⇒

Pmax = P1 ≤

[τ ]
8 ⋅ π ⋅ d′ 3 ⋅ D′ ⋅ k

=

6500
8 ×3,14 ×0,33 ×1, 6 ×1,3

= 4607 N

Số vòng làm việc của lò xo được xác định theo công thức :

no =

λ ⋅ G ⋅ d4
1,6 ⋅ P1 ⋅ D3

Trong đó: G môđun đàn hồi dịch chuyển. G = 8 . 1010 N/m2
λ - độ biến dạng của lò xo giảm chấn từ vị trí chưa làm việc đến vị trí làm việc, thường
chọn λ = (2,5 ÷ 4) mm → Ta chọn λ = 3 mm

⇒

no =

λ ⋅ G ⋅ d4
1,6 ⋅ P1 ⋅ D3

=

3 ×8 ×105 ×0, 44
1, 6 ×645 ×1,63

= 5,89 vòng ≈ 6 vòng

Chiều dài làm việc của vòng lò xo được tính theo công thức (ứng với khe hở giửa các
vòng lò xo bằng không ) :
l1 = no . d = 6 . 4 = 24 m
24


Chiều dài của vòng lò xo ở trạng thái tự do :
l2 = l1 + λ + 0,5 d = 24 + 3 + 0,5 . 4 = 29 mm
3.7 Tính lò xo màng

Hình 3.3 Ly hợp dùng lò xo màng
Ta tính toán lò xo màng.
Dc
Da

Di
Pn
L2

L1
P

De

25