Thuyết minh đồ án thiết kế ly hợp ô tô

Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển to lớn của tất cả các ngành kinh tế quốc dân cần chuyên chở khối
lượng lớn về hàng hóa và hành khách nên ô tô trở thành một trong những phương
tiện chủ yếu, phổ biến, được sử dụng rộng rãi trên mọi lĩnh vực đời sống kinh tế, xã
hội con người.
Để trở thành một người Kỹ sư nghành Động lực thì mỗi sinh viên phải hoàn
thành các đồ án môn học. Trong quá trình học tập, sinh viên tích lũy kiến thức và
đến khi làm đồ án thì chúng ta vận dụng lý thuyết cơ bản vào thực tế sao cho hợp lý,
nghĩa là lúc này sinh viên đã được làm việc của một cán bộ kỹ thuật.
Trong đồ án thiết kế ô tô này em được giao nhiệm vụ: “ Tính toán thiết kế ly
hợp ô tô ”. Ly hợp là một bộ phận quan trọng của ô tô, nó làm nhiệm vụ tách và nối
hệ thống truyền lực khỏi động cơ theo yêu cầu của người điều khiển. Đồng thời là
nhiệm vụ của một bộ phận an toàn.
Mặc dù đã cố gắng, nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm thực tế có
hạn nên trong quá trình làm đồ án sẽ không tránh những thiếu sót. Em rất mong các
thầy góp ý, chỉ bảo tận tâm để kiến thức của em hoàn thiện hơn. Em xin chân thành
cảm ơn TS. Nguyễn Hoàng Việt, và các thầy giáo bộ môn đã hết sức tận tình giúp
đỡ hướng dẫn em hoàn thành nội dung đồ án của mình.
Đà Nẵng, ngày 02 tháng 01 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Lê Tấn Hoàng

-1-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ LY HỢP Ô TÔ
1.1 Công dụng và yêu cầu của ly hợp.

1.1.1

Công dụng:

Ly hợp là một cơ cấu dùng để tách và nối động cơ với hệ thống truyền lực
(tùy thuộc vào yêu cầu của quá trình điều khiển ô tô, máy kéo). Ngoài ra, ly hợp còn
được sử dụng như một bộ phận an toàn – không cho phép truyền đến hệ thống
truyền lực những mô men có giá trị xác định nào đó.
Ngoài ly hợp chính, trên ô tô, máy kéo còn có thể có các ly hợp khác như: ly
hợp nhiều đĩa trong hộp số hành tinh, ly hợp chuyển hướng.
1.1.2

Yêu cầu:
Ly hợp khi thiết kế phải đảm bảo các yêu cầu chính sau đây:

- Truyền được mô men xoắn lớn nhất của động cơ mà không bị trượt trong bất
cứ điều kiện sử dụng nào.
- Khi đóng nối phải êm dịu để tránh va đập các bánh răng trong hệ thống
truyền lực và để ô tô máy kéo khi khởi hành, tăng tốc không bị giật.
- Khi tách mở phải dứt khoát, nhanh chóng để dễ gài số.
- Mô men quán tính phần bị động phải nhỏ để chuyển số được nhẹ nhàng và
giảm mài mòn các bề mặt ma sát của đồng tốc.
- Làm được nhiệm vụ của bộ phận an toàn để tránh cho hệ thống truyền lực
khỏi quá tải khi xuất hiện các tải trọng động lớn.
- Điều khiển dễ dàng, lực điều khiển nhỏ.
- Các bề mặt ma sát phải thoát nhiệt tốt.
- Kết cấu đơn giản, trọng lượng nhỏ, làm việc bền, điều chỉnh, bảo dưỡng và
sửa chữa thuận tiện.
1.2 Phân loại ly hợp:
 Theo phương pháp truyền mô men:

-

Ly hợp ma sát.

-

Ly hợp thủy lực.

-

Ly hợp điện từ.

 Theo phương pháp điều khiển ly hợp:
-2-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

-

Loại điều khiển bằng tay.

-

Loại điều khiển tự động.

 Các ly hợp ma sát được phân loại:

-

Theo hình dáng các chi tiết ma sát:
+ Loại ly hợp đĩa (phần bị động gồm một, hai hay nhiều đĩa).
+ Ly hợp hình côn (phần bị động dạng hình côn).
+ Ly hợp hình trống hay guốc.

-

Theo phương pháp tạo lực ép:

+ Loại lò xo (các lò xo ép có thể là lò xo trụ bố trí quanh chu vi đĩa ép, lò
xo côn bố trí ở tâm hay lò xo đĩa)
+ Loại nửa ly tâm (lực ép tạo nên đồng thời bởi lực lò xo và lực ly tâm
của các trọng khối phụ.
+ Loại ly tâm.
-

Theo kết cấu của cơ cấu ép chia ra:
+ Loại thường đóng.
+ Loại không thường đóng.

1.3 Các loại ly hợp chính và sơ đồ dẫn động của ly hợp.

1.3.1 Các loại ly hợp chính.
Trên ô tô máy kéo hiện nay, ly hợp ma sát là loại được sử dụng phổ biến
nhất, vì nó có các ưu điểm sau:
- Kết cấu đơn giản.
- Hiệu suất cao.
- Giá thành rẻ.
Trong các loại ly hợp ma sát thì có 2 loại được sử dụng phổ biến hiện nay là
loại ly hợp lò xo một đĩa bị động và hai đĩa bị động.

-

Ly hợp lò xo một đĩa bị động:

-3-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

Hình 1.1 – Sơ đồ nguyên lý ly hợp ma sát (loại 1 đĩa)
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-Thân ly hợp.


Ưu điểm cơ bản của ly hợp lò xo một đĩa.

o

Kết cấu đơn giản.

o

Thoát nhiệt tốt.

o

Mở dứt khoát.



-

Nhược điểm của ly hợp lò xo một đĩa.

o

Đóng không êm dịu.

o

Kích thước đường kính lớn.
Ly hợp lò xo hai đĩa bị động.

-4-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

Hình 1.2 – Sơ đồ nguyên lý ly hợp ma sát (loại 2 đĩa)
1-Bánh đà; 2-Đĩa ma sát; 3-Khớp nối đĩa chủ động với vỏ ly hợp; 4-Cơ cấu tách đĩa
ép; 5-Đĩa ép thứ hai; 6-Lò xo ép; 7-Đòn mở (ép); 8-Ổ (bạc mở); 9-Thân ly hợp; 10Đĩa ép thứ nhất.

Chỉ trong trường hợp phải truyền mô men lớn(>700 – 800 Nm) thì
người ta mới dùng ly hợp hai hay nhiều đĩa để giảm kích thước đường kính của ly
hợp.


Ưu điểm của ly hợp hai hoặc nhiều đĩa:

o

Đóng êm dịu.

o

Kích thước đường kính bé.


o

Nhược điểm:
Kết cấu phức tạp.

o
Kích thước dài (chiều trục), hành trình mở và mô men quán tính phần
bị động lớn.
o
Lực điều khiển tăng lên do phải thắng thêm ma sát ở khớp trượt nối
các đĩa chủ động với bánh đà.
o

Rất khó đảm bảo yêu cầu mở dứt khoát.

Các loại ly hợp khác:

-5-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

Hình 1.3 – Sơ đồ nguyên lý ly hợp lò xo đĩa.
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-Thân ly hợp.

Hình 1.4 – Sơ đồ nguyên lý ly hợp lò xo côn bố trí ở giữa.
Hình 1.1 và 1.2 là ly hợp 1 đĩa với các lò xo trụ bố trí xung quanh chu vi đĩa
ép. Phương án này có ưu điểm là kết cấu gọn, có rộng chỗ để bố trí cốc ép.
Tuy vậy có nhược điểm là lực ép phân bố không đều vì lò xo khó đảm bảo
được các thông số hoàn toàn giống nhau, không có khả năng điều chỉnh lực ép khi
các bề mặt ma sát bị mòn, khi lắp ở các động cơ cao tốc lò xo có thể bị biển dạng
(cong) dưới tác dụng của lực ly tâm làm giảm lực ép, gây trượt và mài mòn ly hợp.
-6-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

Ở các ly hợp dùng lò xo côn bố trí ở tâm (Hình 1.4), lực ép là do lực của một
lò xo truyền qua các đòn ép tạo ra nên phân bố đều hơn. Tuy vậy, việc bố trí cốc ép
khó khăn hơn do không gian phần giữa chật hẹp hơn.
Ly hợp với các lò xo đĩa (Hình 1.3) được sử dụng nhiều trên xe du lịch và tải
nhỏ. Nó có các ưu điểm như sau:
-

Lực ép phân bố đều hơn (giống lò xo côn).

- Lò xo ép luôn làm nhiệm vụ đòn mở nên kết cấu rất đơn giản và gọn,
cho phép rút ngắn kích thước chiều dài giảm khối lượng của ly hợp.
Nhược điểm của các ly hợp với lò xo đĩa là rất khó chế tạo được lò xo có đặc
tính theo yêu cầu, với lực ép lớn mà kích thước nhỏ.
1.3.2 Các loại dẫn động ly hợp.

Để điều khiển ly hợp loại thường đóng (chủ yếu sử dụng trên ô tô), người ta
thường sử dụng hai loại dẫn động: cơ khí và thủy lực.
-

Dẫn động cơ khí:



Dẫn động cơ khí có ưu điểm là:

o

Chế tạo, bảo dưỡng, sữa chữa đơn giản.

o

Làm việc tin cậy, giá thành rẻ.



Tuy vậy nó có nhược điểm:

o
Trong trường hợp chỗ ngồi của người lái ở xa ly hợp thì chiều dài và
số lượng khâu khớp của dẫn động lớn, làm giảm hiệu suất, giảm độ cứng và tăng
hành trình tự do của bàn đạp.
o
Ngoài ra khi dùng dẫn động cơ khí thì vấn đề làm kín sàn xe và thực
hiện truyền lực từ bàn đạp đến ly hợp phức tạp hơn do động cơ đặt trên các gối đỡ
đàn hồi.

-7-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

1
2
5

6
4

3
Hình 1.5 – Sơ đồ dẫn động cơ khí.
1-Bàn đạp; 2-Dẫn động bàn đạp; 3,4-Dẫn động càng mở; 5-Dẫn động đòn mở; 6-Ly
hợp.
Trong trường hợp cần giảm nhẹ lực điều khiển cho người lái, trong dẫn động
bố trí thêm trợ lực. Trợ lực có thể là loại lò xo cơ khí, thủy lực, khí nén hay chân
không.
Trợ lực cơ khí do hiệu quả thấp nên chỉ sử dụng trên một số ô tô du lịch
và tải nhỏ.
Trợ lực thủy lực được sử dụng phổ biến trên các máy kéo công nghiệp.
Trợ lực chân không thường đặt trong hệ thống điều khiển ly hợp tự động
trên các xe du lịch cỡ nhỏ, tốc độ cao.
Trợ lực khí nén được sử dụng trên các xe tải trọng lớn.
-

Dẫn động cơ khí có trợ lực khí nén.

Dẫn động cơ khí có trợ lực khí nén là sự kết hợp giữa dẫn động cơ khí và dẫn
động khí nén. Ở đây dẫn động cơ khí nhằm thực hiện việc điều khiển van phân phối
cấp khí nén cho xy lanh lực thực hiện dẫn động khí nén để mở ly hợp. Vì vậy, lực
mở ly hợp chủ yếu do dẫn động khí nén thực hiện.
Ưu điểm cơ cản của kiểu dẫn động này là có thể tăng được lực mở ly hợp
theo mong muốn, giảm lực đạp cho người lái đi rất nhiều. Do đó kiểu dẫn động này
được sử dụng chủ yếu trên ô tô khách hoặc tải cỡ lớn.

-8-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

7
6
8
5
4

1

2

3

Hình 1.6 – Sơ đồ dẫn động cơ khí có trợ lực khí nén.
1-Đòn dẫn động; 2-Van phân phối khí nén; 3-Đòn dẫn động càng mở; 4-Xy lanh trợ
lực; 5-Đòn trợ lực; 6-Bạc mở; 7-Máy nén; 8-Bình chứa khí nén.
-

Dẫn động thủy lực:


o

Dẫn động thủy lực có ưu điểm:
Hiệu suất cao; độ cứng lớn nên giảm được hành trình tự do của bàn

đạp.
o
Nhờ các ống cao su liên kết giữa các phần của dẫn động rất mềm, do
đó nó rất thích hợp khi dùng để điều khiển ly hợp ở khoảng cách xa và trên những
cabin kiểu lật.

3

2

6

7

1

4

5

Hình 1.7– Sơ đồ dẫn động thủy lực.
1-Bàn đạp; 2-Dẫn động bàn đạp; 3-Xy lanh chính; 4-Xy lanh làm việc; 5-Càng mở;

6-Đòn mở; 7-Ly hợp.
-9-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

o
Ngoài ra, dẫn động thủy lực còn cho phép hạn chế tốc độ dịch chuyển
của đĩa ép khi đóng ly hợp đột ngột, nhờ đó giảm được giá trị tải trọng động.


Tuy vậy, dẫn động thủy lực có nhược điểm:

o

Kết cấu, bảo dưỡng, sữa chữa phức tạp và đắt
tiền hơn.

o

Làm việc kém tin cậy hơn dẫn động cơ khí.

-

Dẫn động thủy lực có trợ lực khí nén.

Dẫn động thủy lực có trợ lực khí nén là sự kết hợp giữa dẫn động thủy
lực và dẫn động khí nén. Tương tự như dẫn động cơ khí có trợ lực khí nén, ở đây
dẫn động thủy lực nhằm thực hiện việc điều khiển van phân phối cấp khí nén cho xy
lanh lực thực hiện dẫn động khí nén để mở ly hợp. Vì vậy, lực mở ly hợp chủ yếu

do dẫn động khí nén thực hiện.
Ưu điểm cơ cản của kiểu dẫn động này là có thể tăng được lực mở ly hợp
theo mong muốn, giảm lực đạp cho người lái đi rất nhiều. Do đó kiểu dẫn động này
được sử dụng chủ yếu trên ô tô khách hoặc tải cỡ lớn.

Hình 1.8 – Sơ đồ dẫn động thủy lực có trợ lực khí nén.
1-Xy lanh chính; 2-Cơ cấu tỷ lệ; 3-Bình chứa khí nén; 4-Máy nén; 5-Van phân phối;
6-Xy lanh làm việc; 7-Càng mở.

Chương 2. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN
-10-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

2.1 Tính toán mô men ma sát yêu cầu của ly hợp.

Để đảm bảo cho ly hợp truyền được toàn bộ mô men quay của động cơ đến
hệ thống truyền lực mà không bị trượt trong bất kỳ điều kiện sử dụng nào thì mô
men ma sát của đĩa, cũng là của ly hợp phải luôn luôn lớn hơn mô men cần truyền
của động cơ, tức là:
Mms = βMđ

(2-1)

Trong đó:
Mms

: Mô men ma sát yêu cầu của ly hợp, [N.m].

Memax : Mô men xoắn lớn nhất của động cơ, [N.m].
Theo đề Memax = 245 [N.m]
β

: Hệ số dự trữ của ly hợp.

Xe buýt thường chạy trên mặt đường tốt, điều kiện làm việc ít khi có quá tải
lớn và tốc độ xe không cao nên khó xảy ra trượt ly hợp gây mài mòn lớn nên ta
chọn hệ số dự trữ về giới hạn nhỏ: β = 2.
Thế số ta có:
Mms = 2.245 = 490 [N.m]
2.2 Phân tích chọn hệ thống ly hợp.
2.2.1 Phân tích chọn loại ly hợp.
Qua phân tích ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của các loại ly hợp, em
chọn ly hợp ma sát một đĩa lò xo trụ bố trí xung quanh cho thiết kế của mình với
các lý do sau đây:
- Trên ô tô máy kéo hiện nay, ly hợp ma sát là loại được sử dụng phổ biến
nhất, vì nó có các ưu điểm sau:
+ Kết cấu đơn giản.
+ Hiệu suất cao.
+ Giá thành rẻ.
- Với mô men ma sát yêu cầu được tính ở trên thì em chọn loại một đĩa là phù
hợp với yêu cầu tính toán và thực tế nhất.
- Đối với cơ cấu ép, em chọn loại lò xo trụ bố trí xung quanh vì kết cấu gọn,
dễ bố trí cốc ép, đây là loại dễ chế tạo nhất và được sử dụng phổ biến trên các loại
xe khách và tải lớn.
-11-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

2.2.2 Phân tích chọn sơ đồ dẫn động ly hợp.
Đối với sơ đồ dẫn động ly hợp, em chọn sơ đồ dẫn động thủy lực có trợ lực
khí nén. Vì các lý do sau đây:
- Dẫn động thủy lực có hiệu suất cao; độ cứng lớn nên giảm được hành trình
tự do của bàn đạp. Với ưu điểm hạn chế được hành trình bàn đạp giúp giảm sự mệt
mỏi cho người lái.
- Xe buýt chạy trong thành phố phải dừng ở nhiều trạm để đón trả khách nên
người lái phải đạp ly hợp rất nhiều để sang số, nếu không có trợ lực thì người lái
làm việc rất vất vả, không đảm bảo an toàn cho hệ thống truyền lực khi chân người
lái bị mỏi.
Như vậy, hệ thống ly hợp theo thiết kế của em là ly hợp ma sát một đĩa lò xo
trụ bố trí xung quanh với cơ cấu điều khiển là loại dẫn động thủy lực có trợ lực khí
nén. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống như sau:

Hình 1.10 – Sơ đồ dẫn động thủy lực có trợ lực khí nén.
1-Xy lanh chính; 2-Cơ cấu tỷ lệ; 3-Bình chứa khí nén; 4-Máy nén; 5-Van phân phối;
6-Xy lanh làm việc; 7-Càng mở.
2.3 . Tính toán xác định các thông số cơ bản.
2.3.1 Bán kính hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động:
Bán kính ngoài của tấm ma sát ly hợp được xác định:

-12-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

R2 

3

3. .M e max
2.Z ms . . . p.  1  K R 3 

(2-2)

Trong đó:
µ
: Hệ số ma sát trượt giữa các đôi bề mặt ma sát. Xe làm việc trong
điều kiện không nặng nhọc nên chọn hệ số ma sát theo giới hạn nhỏ µ = 0,25.
Zms

: Số đôi bề mặt ma sát; ưu tiên chọn một đĩa bị động nên Zms = 2

p
: Áp suất pháp tuyến của các bề mặt ma sát. Để đảm bảo tuổi thọ cho
các tấm ma sát, giá trị cho phép [p] = 1,4.10 5 – 2,5.105 [N/m2]. Vì ly hợp có điều
kiện làm việc tương đối nhẹ nên có thể chọn áp suất p = 2.105 [N/m2].
KR

: Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát, K R 

R1
R2

Vì xe có đặc tính động lực tương đối tốt nên có thể chọn KR = 0,53
Thay số vào (2-2) ta tính được:
R2 

3

3.2.245
2.2.0, 25. .2.105.  1  0,533 

 0,14  m

 140  mm

Suy ra bán kính trong của tấm ma sát R1 :
R1 = R2.KR = 0,53.140 = 74,2 [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] được xác định:
S = π.(R22 – R12)

(2-3)

= π.(0,142 – 0,07242)
= 0,045 [m2]
Bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát Rtb [m] :
Rtb 

2 R23  R13
3 R2 2  R12

(2-4)

3
3
2  0,14  0, 0724 


 0,1098 [m]
3  0,142  0, 0724 2 

-13-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

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 mà theo đó bảo đảm
áp suất làm việc đã chọn và thỏa mãn mô men yêu cầu:
F


 . M e max
. Rtb .Z ms

(2-5)

2.245
 8925,318 [ N ]
0, 25.0,1098.2

2.3.4Công trượt riêng của ly hợp:


e
Je Ja
e Me

Mms

M

M a a

ms

(t)

.Memax
e = a

(t)

e (t)

2

M

Ms

a
t1

t2

t

Hình 2.11 – Công trượt và hai giai đoạn của quá trình đóng ly hợp.
Việc xác định kích thước của bề mặt ma sát theo điều kiện áp suất làm việc
không vượt quá giá trị cho phép như trên chưa đủ để đánh giá khả năng chống mòn
của ly hợp. Khi các ly hợp khác nhau có cùng áp suất làm việc nhưng với ô tô máy
kéo có trọng lượng khác nhau thì sự hao mòn của ly hợp sẽ khác nhau.
Việc xác định công trượt, công trượt riêng để hạn chế sự mòn, khống chế
nhiệt độ cực đại nhằm đảm bảo tuổi thọ cho ly hợp là hết sức cần thiết.
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]:
lr 

L

(2-6)

Z ms S

Trong đó:
S

: Diện tích hình vành khăn tấm ma sát, [m2].

Zms

: Số đôi bề mặt ma sát.
-14-

Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

L

: Công trượt tổng cộng của ly hợp, [J].

Công trượt tổng cộng được xác định theo biểu thức sau:
�t 2 �
2
L  M a .(e  a ). �1  t2 � J a .  e  a 
�t2 3 �

(2-7)

Trong đó:
Ja

: Mô men quán tính quy dẫn, [kg.m2].

Ma

: Mô men cản chuyển động quy dẫn, [N.m].

t1

: Thời gian trượt của giai đoạn I, [s].

t2

: Thời gian trượt của giai đoạn II, [s].

ωe

: Tốc độ góc động cơ khi đóng ly hợp, [rad/s].

ωa

: Tốc độ góc trục ly hợp, [rad/s].

2.3.4.1 Mô men quán tính quy dẫn Ja [kg.m2]:
Mô men quán tính khối lượng quy dẫn J a được xác định từ điều kiện cân
bằng động năng khi ô tô đang chuyển động như sau:
�G  Gm � r 2 bx
Ja  � a
�(i i i ) 2  t
� g
�h p 0

(2-8)

Ở đây:
Ga

: Trọng lượng toàn bộ của ô tô, Ga = 11500.9,81 = 112815 [N].

Gm

: Trọng lượng toàn bộ của rơ mooc hoặc đoàn xe kéo theo, G m = 0

g

: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 [m/s2].

rbx

: Bán kính làm việc của bánh xe chủ động, rbx = 0,45 [m].

[N].

δt
: Hệ số tính đến các khối lượng chuyển động quay trong hệ thống
truyển lực; trong tính toán có thể lấy bằng δt = 1,05 – 1,06. Chọn δt = 1,055
ih

: Tỷ số truyền của hộp số, tính cho tay số 1.

ip

: Tỷ số truyền số phụ.

i0

: Tỷ số truyền của truyền lực chính.

-15-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

Vì tỷ số truyền của truyền lực chính và tay số một của hộp số đề không cho

nên ta phải xác định thông qua các biểu thức toán học và chọn trong giá trị cho
phép.
a) Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính i0 :
Áp dụng công thức:
i0 

2 .rb .ne max
60ihn .i fc .vmax

(2-9)

Trong đó:
rb

: Bán kính làm việc của bánh xe. Theo đề rbx = 0,45 [m].

ihn

: Tỷ số truyền ở số truyền cao nhất của hộp số. Chọn ihn = 1.

ifc
phụ ifc = 1.
vmax

: Tỷ số truyền ở số truyền cao của hộp số phụ. Xe không có hộp số
: Tốc độ cực đại của xe. Theo đề vmax = 30,56 [m/s].

Thế số vào (2-9) ta có:
i0 

2 .0, 45.3500
 5, 39
60.1.1.30,56

b) Xác định tỷ số truyền của tay số một ih1 :
Tỷ số truyền tay số một (ih1) xác định theo ba điều kiện sau:
(1) - Khả năng thắng sức cản lớn nhất trong điều kiện sử dụng cho trước.
(2) - Khả năng tạo được lực kéo lớn nhất theo điều kiện bám.
(3) - Khả năng chuyển động với tốc độ ổn định tối thiểu để có thể cơ
động trong điều kiện địa hình chật hẹp.
Theo điều kiện (1):
 .G .r
ih1 � max a b
M e max .t .i0 .i fc

(2-10)

Theo điều kiện (2):
 .G .rb
ih1 �
M e max .t .i0 .i fc

(2-11)

Theo điều kiện (3):
-16-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

0,377.ne min .rb
ih1 �
Va min .i0 .i fc

(2-12)

Trong đó :
ψmax

: Hệ số cản lớn nhất của đường. Theo đề ψmax = 0,2.

Ga

: Trọng lượng toàn bộ. Theo đề Ga = 112815 [N].

Memax : Mô men xoắn lớn nhất của động cơ. Theo đề Memax = 425 [N.m].
rb
ifc
phụ ifc = 1.

: Bán kính làm việc của bánh xe. Theo đề rb = 0,45 [m].
: Tỷ số truyền ở số truyền cao của hộp số phụ. Xe không có hộp số

ηt

: Hiệu suất truyền lực. Chọn ηt = 0,83.

φ

: Hệ số bám. Chọn φ = 0,75.

Gφ

: trọng lượng bám của xe. Chọn Gφ = 0,7. 112815 = 78970,5 [N].

nemin

: Số vòng quay ổn định tối thiểu của động cơ. Chọn nemin = 400 [v/ph]

Vmin : Tốc độ chuyển động nhỏ nhất [km/h] mà xe có thể thực hiện được dễ
dàng để cơ động khi địa hình chật hẹp. Chọn Vmin = 4 [km/h].
Thế số vào (2-7), (2-8) và (2-9) ta được:
0, 2.112815.0, 45
ih1 �
 5,33
425.0,83.5,39.1
0,75.78970,5.0, 45
ih1 �
 14
425.0,83.5,39.1
0,377.400.0, 45
ih1 �
 3,144
4.5,39.1

Từ các kết quả trên ta chọn ih1 = 9.
Thế số ta có:
112815  0 � 0,452
�
Ja  �

1,055
�
2
� 9,81 �(9.1.5,39)
 1,042 �
kg.m 2 �
�
�

2.3.4.2 Mô men cản chuyển động quy dẫn Ma [kg.m2]:
-17-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

Mô men cản chuyển động của xe quy dẫn về trục ly hợp được tính bằng:
rbx
Ma  �
 Ga  Gm    P �
�
�i 

(2-13)

t t

Trong đó:
ψ

: Hệ số cản tổng cộng của đường, ψ = 0,2.

Pω

: Lực cản của không khí, khi xe khởi hành thì Pω = 0 (vì tốc độ nhỏ).

it

: Tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực (it = ih1.ip.i0 = 48,55).

ηt

: Hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực, xe buýt chọn ηt = 0,83.

Ga

: Trọng lượng toàn bộ của ô tô, Ga = 11500.9,81 = 112815 [N].

Gm

: Trọng lượng toàn bộ của rơ mooc hoặc đoàn xe kéo theo, G m = 0

rbx

: Bán kính làm việc của bánh xe chủ động, rbx = 0,45 [m].

[N].

Thế số ta có:
0, 45
Ma  �

 112815  0  0, 2  0�
�
�48,55.0,83
 25,19

 N .m

2.3.4.3 Tính thời gian trượt ly hợp trong các giai đoạn (t1 và t2):
Chọn cách tính theo thời gian trượt tổng cộng của ly hợp t0:
Chọn thời gian đóng ly hợp êm dịu: t0 = 2,5 [s].
Tính hệ số kết thúc trượt kd (kd > 0) ly hợp từ phương trình:
t0 

kd .M e max  e  a  2. J a
( kd . M e max  M a ) 2

(2-14)

Trong đó:
kd

: Hệ số kết thúc trượt, sẽ xác định theo (2-14).

Memax : Mô men xoắn lớn nhất của động cơ. Theo đề Memax = 425 [N.m].
ωe
: 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. Theo đề ωe = 209,3 [rad/s].
ωa
=0[rad/s].

: Tốc độ góc trục ly hợp. Tính toán cho lúc khởi hành nên ω a

-18-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

Ja
: Mô men quán tính khối lượng của ô tô quy dẫn về trục ly hợp. Theo
kết quả tính toán ta có Ja = 1,042 [kg.m2].
Ma
: Mô men cản chuyển động của ô tô quy dẫn, về trục ly hợp. Theo kết
quả tính toán ta có Ma = 25,19 [N.m].
Sử dụng công cụ Solver của Microsoft Excel ta tính được kết quả tối ưu của
hệ số kết thúc trượt ly hợp kd:
kd  0,52 ( tương ứng với hệ số tải trọng động là 0,3).

Thế kd  0,52 vào các công thực tính thời gian trượt t1, t2 ta có:
�
 e  a  2. J a
t2 
�
�  kd .M e max  M a 
�
Ma
�
t1  t2
�
 kd .M e max  M a 
�

(2-15)

Tiếp tục thế số của các đại lượng đã biết, ta tính được thời gian trượt t1, t2:
�  209,3  0  2.1,042
t2 
 2, 22  s 
�
�  0,52.425  25,19 
�
25,19
�
t1  t2
 0, 28  s 
�
0,52.425

25,19


�

Kiểm tra hệ số đặc trưng cho cường độ tăng cường mô men K [Nm/s].
K = Ma/t1
= 25,19/0,28 = 88,81 [Nm/s].
So với giá trị kinh nghiệm đối với xe khách: K = 50 – 150 [Nm/s]
thỏa mãn.
2.3.4.4 Tính công trượt tổng cộng của ly hợp:
Công trượt tổng cộng của ly hợp L [J] được xác định theo biểu thức sau:
�t 2 �

2
L  M a .(e  a ). �1  t2 � J a .  e  a 
�t2 3 �

(2-16)

Trong đó:
Ja

: Mô men quán tính quy dẫn, Ja = 1,042 [kg.m2].

Ma

: Mô men cản chuyển động quy dẫn, Ma = 25,19 [N.m].

t1

: Thời gian trượt của giai đoạn I, t1 = 0,28 [s].
-19-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

t2

: Thời gian trượt của giai đoạn II, t2 = 2,22 [s].

ωe

: Tốc độ góc động cơ khi đóng ly hợp, ωe = 209,3 [rad/s].

ωa

: Tốc độ góc trục ly hợp, ωa =0 [rad/s].

Thế số ta có:
2
�0, 28 2
�1
L  25,19.  209,3  0  �
 2, 22 � 1,042.  209,3  0 
3
�2
�2

 31372, 2  J 

2.3.4.5 Tính công trượt riêng của ly hợp:
lr 

L

(2-17)

Z ms S

Trong đó:
S

: Diện tích hình vành khăn tấm ma sát, S = 0,0535 [m2].

Zms

: Số đôi bề mặt ma sát, Zms = 2.

L

: Công trượt tổng cộng của ly hợp, L = 31372,2 [J].

Thế số ta có:
lr 

31372, 2
2.0,0535

 109048,06 �
J / m2 �
�
�
 109,048 �
KJ / m 2 �
�
�

Vậy, so với giá trị cho phép về công trượt riêng của xe khách: l r < 800
[KJ/m ] thì ly hợp thiết kế đạt yêu cầu về tuổi thọ cho ly hợp.
2

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
đảm bảo 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.vv...
sau:

Với ly hợp một đĩa, nhiệt sinh ra làm nung nóng đĩa ép được xác định như
 .L  m.c.T
(2-18)
Trong đó:
-20-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

L

: Công trượt tổng cộng của ly hợp, L = 31372,2 [J].

ν
: Hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng đĩa ép. Với ly hợp một đĩa
bị động thì ν= 0,5.
c
: Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng, với vật liệu bằng thép
hoặc gang có thể lấy c = 481,5 [J/kg0K].
m

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

ΔT

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

Độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết tính toán đối với mỗi lần khởi hành
của ô tô (ứng với hệ số cản của đường ψ= 0,02) không được vượt quá 100K.
Từ đó suy ra khối lượng đĩa ép tối thiểu phải là:
0,5.31372, 2
m�
418,5.10
�3, 26  kg 

2.3.6 Bề dày tối thiểu của đĩa ép (theo chế độ nhiệt).
Bề dày tối thiểu của đĩa ép [m] được xác định theo khối lượng tính toán theo
chế độ nhiệt (m) ở trên có thể được xác định theo công thức:
m
�
S .

(2-19)

Trong đó:
ρ

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

S

: Diện tích hình vành khăn đĩa ép, S = 0,0535 [m2].

m

: Khối lượng đĩa ép, m = 3,26 [kg].

Thế số ta xác định được bề dày tối thiểu của đĩa ép theo chế độ nhiệt do
trượt.
3, 26
�
0,0535.7800
 �0,0078  m  �8  mm 

2.3.7Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu ép:
Ly hợp ma sát cơ khí ô tô thường sử dụng các loại lò xo dây xoắn hình trụ, lò
xo dây xoắn hình côn hoặc lò xo đĩa để tạo ra lực ép cho ly hợp.
-21-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

Loại lò xo dây xoắn hình trụ bố trí xung quanh được sử dụng rộng rãi hơn cả
nhờ kết cấu chung của ly hợp đơn giản, độ tin cậy cao và cho phép điều chỉnh thuận
lợi.
Trong thiết kế ly hợp này, em dùng loại lò xo dây xoắn hình trụ để làm cơ
cấu ép cho ly hợp. Các tính toán của cơ cấu ép sau đều tính cho loại lò xo dây xoắn
hình trụ.
Lò xo ly hợp thường được chế tạo bằng thép silic 60C, 60C2A hoặc thép
măng-gan 65 hay C85 có ứng suất cho phép [ τ ] = 650-850 [MN/m 2]. Lò xo được
tính toán nhằm bảo đảm lực ép cần thiết cho ly hợp.
2.3.7.1 Lực ép cần thiết của một lò xo Flx [N] khi làm việc:
Flx 

k0 F
zl x

(2-20)

Trong đó:
F
k0
k0 = 1,05.
zlx

: lực ép cần thiết của ly hợp, F = 9631,8 [N].
: Hệ số tính đến sự giãn, sự nới lỏng của lò xo; k 0 = 1,05-1,08. Chọn
: Số lượng lò xo để tạo ra lực ép.
Đối với xe vận tải và khách cỡ lớn zlx = 16-28. Chọn zlx = 18.

Thế số ta có:
1,05.9631,8
18
 561,8  N 

Flx 

2.3.7.2 Độ cứng của một lò xo ép hình trụ Clx [N/m]:
Độ cứng của một lò xo Clx được xác định theo hai điều kiện: tạo ra lực ép
cần thiết để hình thành mô men ma sát yêu cầu với hệ số dự trữ β và điều kiện tối
thiểu của hệ số dự trữ βmin khi tấm ma sát đã mòn đến giới hạn phải thay thế. Nghĩa
là ta phải có:
Clx 

Flx
lm

�  min �
1
�
�
�  �

(2-21)

Trong đó:
β

: Hệ số dự trữ tính toán của ly hợp, β = 1,63.

-22-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

βmin : Hệ số dự trữ ly hợp khi tấm ma sát mòn đến giới hạn phải thay thế.
Theo kinh nghiệm βmin = (0,8-0,85)β. Chọn βmin = 0,82.β = 0,82.1,63 = 1,304.
lm

: Lượng mòn tổng cộng cho phép của các tấm ma sát.

Chọn phương pháp gắn tấm ma sát vào đĩa bằng phương pháp đinh
tán nên ta có:

lm = 0,25.δms.Zms.
Với δms là độ dày của một tấm ma sát, với xe buýt: δms = 3,5-6 [mm].
Chọn δms = 5 [mm]. Ưu tiên chọn zms = 2.
Thế số ta có:
Clx 

561,85 � 1,304 �
1
�
0, 25.2.5 �
� 1,63 �

 44948,6

 N / m

2.3.7.3 Lực lớn nhất tác dụng lên một lò xo ép Flxmax [N]:
Lực nén lớn nhất tác dụng lên một lò xo Flxmax [N] được xác định bằng:
Flxmax = Flx + Clx .λm

(2-22)

Trong đó:
Clx

: Độ cứng của một lò xo, Clx = 44948,6 [N/m].

Flx

: Lực ép cần thiết của một lò xo, Flx = 561,85 [N].

λm
: Độ biến dạng thêm của lò xo khi mở ly hợp, [m]. Độ biến dạng thêm
λm chính bằng độ dịch chuyển của đĩa ép khi mở ly hợp:
λm = δm.Zms + δđh

(2-23)

Trong đó:
δm

: Khe hở hoàn toàn giữa mỗi đôi bề mặt ma sát.
Với ly hợp một đĩa: Zms = 2;

δm = 0,75-1,0 [mm].

Chọn δm = 0,75 [mm].
δđh
: Độ dịch chuyển thêm cần thiết của đĩa ép do độ đàn hồi của đĩa bị
động. Chọn δđh = 1 [mm].
Thế số ta có:
λm = 0,75.2 + 1 = 2,5 [mm] = 0,0025 [m].
Flxmax = 561,85 + 0,0025. 44948,6 = 674,23 [N].
-23-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

D

2.3.7.4 Đường kính dây và đường kính trung bình của lò xo:

Hình 2.12 – Kích thước cơ bản của lò xo trụ.
Đường kính dây lò xo d [m] và đường kính trung bình D[m] được xác định
từ các công thức tính ứng suất τ [N/m2].


8kD
F
�  
 d 3 lx max

Suy ra: d �

(2-24)

8k �D �
�Flx max
   �
�d �

(2-25)

Trong đó:
d

: Đường kính dây lò xo, [m].

D

: Đường kính trung bình của lò xo, [m].

[τ]

: Ứng suất tiếp cho phép của lò xo, [ τ ] = 650-850 [MN/m2].
Chọn [ τ ] = 700 [MN/m2].

: Hệ số tăng ứng suất tiếp do lò xo bị xoắn khi chịu tải, được chọn
theo tỷ số D/d theo tài liệu [..]. Chọn D/d = 6 ta được k = 1,25.
Thế số :
d�

8.1,25
6.674,23  0,00429
 700.106

 m

Chọn d = 5 [mm] = 0,005 [m].
Suy ra đường kính trung bình của lò xo:
D = 6.d = 6.5 = 30 [mm] = 0,03 [m].
2.3.7.5Số vòng làm việc của lò xo:
-24-


Thiết kế hệ thống ly hợp xe tải

Số vòng làm việc nlx của lò xo được tính theo Clx [N/m] như sau:
Clx 

Gd 4
8D 3nl x

(2-26)

Trong đó:
d

: Đường kính dây lò xo, d = 0,005 [m].

D

: Đường kính trung bình của lò xo, D = 0,03 [m].

G

: Mô đun đàn hồi trượt của vật liêu làm lò xo, G = 0,81.1011 [N/m2]

Suy ra:
nlx 

Gd 4
8D 3Cl x

(2-27)

Thế số ta được:
0,81.1011.0,0054
nlx 
8.0,033.44848,6

= 5,21[vòng].
2.3.7.6 Chiều dài của lò xo:
a) Chiều dài tối thiểu của lò xo Lmin [mm] được xác định khi chịu tải lớn
nhất Flxmax với khe hở tối thiểu giữa các vòng là 1 [mm].
Lmin = (nlx – 1).(d + 1) + (1,5-2).d +2

(2-28)

Trong đó:
(nlx – 1): Số bước lò xo.
d

: Đường kính dây lò xo, d = 5 [mm].

(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.

Thế số ta có:
Lmin = (5,21 – 1).(5+ 1) + (1,5-2).5 +2
= 34,78 -37,28 [mm]
Chọn Lmin = 37,28 [mm] ( chọn số vòng tỳ bằng 2).
b) Chiều dài tự do của lò xo Lmax [mm] được xác định khi không chịu tải:
-25-