Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén trên ô tô

6

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******&******

NGÔ VĂN GIANG
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VA CHẾ TẠO HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG LY HỢP CÓ CƯỜNG HÓA KHÍ
NÉN TRÊN Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN KHẮC TUÂN


7

Thái Nguyên, 01/2016


8

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******&******

NGÔ VĂN GIANG

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VA CHẾ TẠO HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG LY HỢP CÓ CƯỜNG HÓA KHÍ
NÉN TRÊN Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

KHOA CHUYÊN MÔN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên, 06/2016


9

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Vừa qua theo Đề án quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến
2020 tầm nhìn đến 2030 Chính phủ đã đề ra mục tiêu phát triển ngành công nghiệp ô tô
thành ngành Công nghiệp quan trọng của đất nước, đáp ứng tối đa nhu cầu thị trường
nội địa về các loại xe tải, xe khách thông dụng và một số loại xe chuyên dùng; phấn đấu trở
thành nhà cung cấp linh kiện, phụ tùng và một số cụm chi tiết có giá trị cao trong chuỗi sản
xuất công nghiệp ô tô thế giới, góp phần vào tăng trưởng kinh tế và thúc đẩy sự phát triển
của các ngành công nghiệp khác. Vì thế, mục tiêu trước mắt để phát triển ngành công nghiệp
ô tô đó là phải chuẩn bị nguồn nhân lực chuyên ngành có kỹ thuật cao và từng bước
nghiên cứu, chế tạo các cụm chi tiết nhằm thúc đẩy nhanh việc nội địa hóa sản xuất các
tổng thành, hệ thống trên ô tô. Đáp ứng nhu cầu thực tiễn đó, hiện nay, hầu hết các cơ sở
đào tạo sinh viên chuyên ngành ô tô, ngoài việc tập trung đào tạo lý thuyết đều chú trọng
tới công tác đào tạo kỹ năng thực hành thí nghiệm.
Để nâng cao kỹ năng thực hành, thí nghiệm trong đào tạo sinh viên đại học, các thiết

bị thực hành, thí nghiệm và mô hình đào tạo có vai trò chủ đạo. Song một khó khăn đó là
các mô hình được cung cấp trên thị trường bởi các công ty thiết bị trường học thường chủ
yếu nhằm mục tiêu nghiên cứu cấu tạo, hoạt động của các hệ thống hoặc tổng thành ô tô.
Các mô hình này phù hợp cho tạo nghề ở bậc học cao đẳng, trung cấp. Tuy nhiên, một
trong những yêu cầu đặt ra ở bậc học đại học, đó là sinh viên cần có kỹ năng nghiên cứu
lý thuyết và làm sáng tỏ lý thuyết thông qua thí nghiệm, thực hành. Vì vậy, việc nghiên cứu
chế tạo các mô hình đào tạo đáp ứng được mục tiêu đào tạo đại học là một yêu cầu rất cần
thiết hiện nay.
Nhằm cung cấp cơ sở lý thuyết ban đầu cho việc thiết kế chế tạo các hệ thống trên ô
tô trong đó có cụm ly hợp và hệ thống dẫn động, việc nghiên cứu đặc tính động học, động
lực học và ảnh hưởng của các bộ phận kết cấu đến hoạt động của hệ thống, tải trọng tác
động lên các bộ phận từ đó cho phép ta xác định được các thông số kết cấu tối ưu cho các
cụm chi tiết trong hệ thống là một việc làm rất quan trọng.


10

Chính vì vậy, đề tài “ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp có
cường hóa khí nén trên ô tô” với mục tiêu nghiên cứu động học, động lực học của hệ thống
dẫn động ly hợp có cường hóa trên cơ sở đó chế tạo được mô hình phục vụ cho công tác
thực hành và thí nghiệm của sinh viên chuyên ngành Công nghệ ô tô là một đề tài có ý nghĩa
thực tiễn và cần thiết hiện nay.
2. Các công trình đã công bố liên quan đến đề tài
Đã có rất nhiều các công trình công bố nghiên cứu về động học và động lực học của ly
hợp và hệ dẫn động điều khiển ly hợp trên ô tô.
1. Analysis of the Infuence of Clutch Pedal to Vehicle Comfort Jiangchuan Li, Feng Deng,
Shaojin Liu and Hao Hu. Các tác giả đã đưa ra nghiên cứu lý thuyết về ảnh hưởng của hành
trình bàn đạp, lực tác dụng đến sự thoải mái và sự tiện nghi êm dịu của ô tô khi chuyển
động.
2.

Smooth

engagement

for

automotive

dry

clutch,

F.

Garofalo

et al.

(2001). Dựa trên mô hình được đơn giản hóa bài báo đã mô phỏng quá trình trượt của ly
hợp và điều khiển phù hợp tốc độ của động cơ đốt trong.
3.

Model

and

control

of

a

wet

plate

clutch,

M.J.W.H.

Edelaar (1997).

Tác giả đã đưa ra mô hình mô phỏng và điều khiển ly hợp kiểu ma sát ướt. Mô hình được
kiểm chứng bằng nghiên cứu thực nghiệm.
4.
to

The

infuence

judder

in

of

the

interface

automotive

coefficient

clutches,

D.

of

friction

upon

Centea,

the propensity

H. Rahnejat and M.T.

Menday (2001). Bài báo phân tích nguyên nhân của dao động xoắn trong hệ thống truyền
lực, xây dựng mô hình động lực học phi tuyến, các kết quả tính toán và thực nghiệm được
đưa ra để kiểm chứng mô hình
5. Mô phỏng và tính toán động lực học hệ thống truyền lực thủy cơ trên ô tô, Nguyễn Trọng
Hoan, Nguyễn Khắc Tuân (2005). Trong bài báo các tác giả đã trình bày phương pháp
xây dựng mô hình tính toán động lực học hệ thống truyền lực. Nghiên cứu ảnh hưởng của
tốc độ đóng ly hợp đến tải trọng động tác dụng lên hệ thống truyền lực.

11

6. Dry Clutch Control for Automotive Applications, Pietro J. Dolcini · Carlos Canudas de Wit
Hubert Béchart (2011). Các tác giả đã trình bày một cách chi tiết về quy luật điều khiển ly
hợp ma sát khô trên ô tô, các kết quả tính toán và thí nghiệm liên quan.
Đối với các mô hình đào tạo. Ở các nước phát triển, ngành công nghiệp ô tô đã đi
trước chúng ta hàng vài thập kỉ. Song song với đó là sự phát triển của hệ thống các cơ sở
đào tạo phục vụ cho sự phát triển của ngành này, đặc biệt là công việc đào tạo các kỹ sư và
kỹ thuật viên ô tô. Tại tất cả các trạm bảo hành, bảo trì của các hãng xe lớn như Toyota,
Ford, Huyndai, Honda ở các nước phát triển đều trang bị các mô hình đào tạo để hỗ trợ công
việc của các kỹ sư và kỹ thuật viên. Đối với mỗi hãng xe để phát triển thị phần, trong chiến
lược kinh doanh của mình các hãng xe đều có những hệ thống chăm sóc khách hàng riêng.
Với mỗi sản phẩm được tung ra thị trường, các hãng xe này đều có mô hình riêng sử dụng
cho việc đào tạo đội ngũ kỹ thuật viên cũng như các kỹ sư bảo trì nhằm nâng cao chất lượng
dịch vụ.

Hình 1 Một mô hình đào tạo ly hợp do TradeKorea Hàn Quốc cung cấp
Ở Việt Nam khi phát triển một mẫu xe mới, do không có mô hình đào tạo, đa số các
công ty liên doanh ô tô thường phải cử các kỹ sư và nhân viên kỹ thuật sang các nước sở tại
để học nghề về mỗi một mẫu xe mới ra mắt.


12

Do nhu cầu của thị trường, hiện nay có một số công ty chuyên chế tạo mô hình phục
vụ cho công tác giảng dạy nghề như công ty Tân Phát, công ty Nam Tiến Phát, Công ty cổ
phần kỹ nghệ Gamma, công ty Văn Lang, trung tâm cơ khí chính xác Bách Khoa.

Hình 2 Mô hình ly hợp dẫn động cơ khí công ty thiết bị Sun

Hình 3 Mô hình cắt bổ ly hợp với dẫn động kiểu cơ khí của công ty Nam Tiến Phát

Các mô hình do các công ty trong nước cung cấp trên thị trường thường dưới
dạng


- Mô hình cắt bổ chết: là loại mô hình chỉ quan sát được cấu tạo các cụm chi tiết
- Mô hình cắt bổ chuyển động được: là loại mô hình có thể quan sát được cấu tạo
chi tiết và hoạt động của các cụm chi tiết trong mô hình.
Các mô hình này chủ yếu phục vụ cho đào tạo nghề ở các trường cao đẳng,
không phù hợp với mục đích thực hành, thí nghiệm trong đào tạo đại học.
3. Mục têu nghiên cứu
- Cung cấp thêm cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế chế tạo hệ dẫn động ly hợp
- Chế tạo được mô hình hệ dẫn động ly hợp kiểu thủy lực có cường hóa khí nén phục vụ cho
thí nghiệm, thực hành của sinh viên các chuyên ngành Cơ khí động lực và công nghệ ô tô.
4. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu động học, động lực học hệ dẫn động ly hợp kiểu thủy lực có cường
hóa khí nén
- Nghiên cứu chế tạo mô hình ly hợp và hệ dẫn động ly hợp.
5. Nội dung nghiên cứu
Phần mở đầu
Chương 1 Tổng quan về ly hợp và hệ thống dẫn động ly hợp có trợ lực trên ô tô
Chương 2 Nghiên cứu động lực học hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén
Chương 3  Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén Kết
luận
6. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: phương pháp mô hình hóa hệ thống và mô phỏng số bằng phần
mềm Matlab.
- Nghiên cứu thực nghiệm: trên mô hình thực

Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ LY HỢP VÀ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG LY HỢP
CÓ TRỢ LỰC TRÊN Ô TÔ
1.1.

Giới thiệu về ly hợp ô tô và hệ thống

1.1.1. Giới thiệu về ly hợp
a. Công dụng của ly hợp
Ly hợp là một khớp nối dùng để truyền mô men xoắn từ trục khuỷu động cơ đến
các cụm chi tiết tiếp theo của hệ thống truyền lực. Chức năng quan trọng của ly hợp là:
-

Dùng để tách nối giữa động cơ với hệ thống truyền lực khi khởi hành, dừng xe,
chuyển số và phanh xe.

-

Trong các hệ truyền lực với hộp số cơ khí, việc dùng ly hợp tách tức thời động cơ
khỏi hệ thống truyền lực sẽ làm giảm va đập đầu răng hoặc các khớp gài giúp cho
quá trình sang số được dễ dàng.

-

Đóng êm dịu động cơ đang làm việc với hệ thống truyền lực giúp cho mô men xoắn
ở các bánh xe chủ động tăng lên từ từ do vậy mà xe khởi hành và tăng tốc êm.

-

Tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực để giảm khối lượng quán tính của xe và động
cơ làm việc liên tục ( không bị chết máy ) qua đó nâng cao hiệu quả phanh,
nâng cao hiệu suất làm việc và nâng cao tuổi thọ xe.

-

Ly hợp có tác dụng như một cơ cấu an toàn bảo đảm cho động cơ và hệ thống
truyền lực khỏi bị quá tải dưới tác dụng của tải trọng động và mô men quán tính.

b. Các yêu cầu đặt ra cho hệ thống ly hợp:
- Hệ thống ly hợp phải truyền được toàn bộ mô men xoắn từ động cơ sang hệ
thống truyền lực ở các chế độ làm việc khác nhau.
- Đóng êm dịu để tăng từ từ mô men quay lên trục của hệ thống truyền lực
- Mở dứt khoát, nhanh để tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực nhằm giảm va
đập khi sang số.
c. Phân loại ly hợp
- Theo phương pháp truyền mô men có: ly hợp ma sát, ly hợp thủy lực, ly hợp
điện từ
- Theo hình dạng của chi tiết truyền ma sát: ly hợp đĩa, ly hợp nón, ly hợp hình
trống


- Theo phương pháp phát sinh lực ép có: ly hợp lò so ép (hình trụ, đĩa), ly hợp bán ly
tâm, ly hợp ly tâm
-Theo kết cấu cơ cấu ép có: ly hợp thường đóng, ly hợp thường mở
d. Cấu tạo và hoạt động của ly hợp
Hiện nay trên ô tô dùng phổ biến ly hợp ma sát khô thường đóng sử dụng lò so ép
hình trụ hoặc lò so đĩa
- Ly hợp ma sát với lò xo ép hình trụ
+ Cấu tạo : gồm có đĩa ly hợp làm bằng thép, bên ngoài gắn vành đệm ma sát, mayơ

của đĩa bị động lồng vào rãnh then hoa trục sơ cấp. Đĩa bị động này, luôn luôn bị ép giữa
đĩa ép và bánh đà bằng lò xo trụ.

Hình 1. 1 Ly hợp ma sát lò xo ép hình trụ
+ Hoạt động :
Khi tách (hay mở) ly hợp để gài số, người lái xe phải tác dụng một lực lên bàn đạp,
qua càng cắt ly hợp, cần ép, đĩa ép dịch chuyển về phía phải, ép lò xo, mở rộng khoảng cách
giữa bánh đà và đĩa ép, làm cho đĩa bị động tách khỏi bánh đà. Do đó truyền động từ động
cơ hay bánh đà sang trục sơ cấp hay hộp số bị ngắt.


Hình 1. 2 Đĩa ma sát
1- Lò xo giảm chấn; 2- mayơ ở rãnh then hoa; 3- Đinh tán;
2- 4- bề mặt ma sát ; 5- đường rãnh làm mát
-

Ly hợp ma sát với lò xo đĩa

+ Cấu tạo :
Lò xo đĩa tròn và mỏng, được chế tạo từ thép lò xo, được tán bằng đinh tán hoặc
bắt chặt bằng bu lông vào nắp ly hợp, có vòng trụ xoay ở mỗi phía của lò xo đĩa làm việc như
một trụ xoay trong khi lò xo đĩa đang quay.
Hầu hết bánh đà và đĩa ép có dấu cân bằng động. Sau khi cân bằng động, chúng
được làm dấu để khi bảo dưỡng hộp số hay ly hợp, lắp lại đúng vị trí đã cân bằng.
+ Hoạt động :

Hình 1. 3 Ly hợp ma sát lò xo đĩa
Khi đạp bàn đạp ly hợp, lực từ bàn đạp sẽ được truyền đến càng cắt ly hợp tác
động vòng bi cắt ly hợp dịch chuyển sang trái và ép mạnh vào lò xo đĩa làm đĩa ép

chuyển động sang phải (hình vẽ). Sự chuyển động của đĩa ép sẽ làm đĩa ly hợp tách khỏi
bánh đà và quay tự do. Do đĩa ly hợp được kết nối với trục sơ cấp của hộp số bằng then
hoa, vì vậy khi đĩa ép được tách ra thì chuyển động từ bánh đà không được truyền tới hộp
số.
Khi nhả ly hợp lực đàn hồi của lò xo đĩa sẽ đẩy vòng bi chuyển động ngược lại và đĩa
ép sẽ ép chặt đĩa ly hợp vào bánh đà. Do vậy, khi bánh đà quay thì mô men từ bánh đà sẽ
truyền qua đĩa ly hợp làm trục sơ cấp cùng động cơ quay.
1.1.2. Ý nghĩa của hệ thống :
Để truyền được mô men lớn thì lực ép của ly hợp để liên kết bánh đà của động cơ với
hệ thống truyền lực phải đủ lớn, do đó để đóng mở ly hợp đòi hỏi người lái xe tác dụng lên
bàn đạp ly hợp một lực rất lớn, điều đó dẫn đến công việc của người lái xe quá nặng nhọc,
gây ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất và độ an toàn khi khai thác thiết bị. Để khắc phục
vấn đề trên chúng ta phải tìm các giải pháp giảm nhẹ cường độ làm việc cho người lái xe
cũng như nâng cao độ tin cậy của hệ thống, vấn đề này được giải quyết một cách hữu hiệu
nhờ áp dụng, lắp đặt hệ thống , trợ lực cho hệ thống dẫn động ly hợp.
Các yêu cầu đặt ra với các hệ thống dẫn động ly hợp là:
 Hệ thống dẫn động ly hợp phải đảm bảo độ tin cậy trong quá trình khai thác sử
dụng.
 Đảm bảo lực bàn đạp và hành trình bàn đạp nằm trong giới hạn cho phép, hệ
thống có đặc tính động học phù hợp yêu cầu hoạt động ly hợp khi mở phải dứt khoát,
khi đóng êm dịu
 Hệ thống phải đơn giản, dễ bố trí lắp đặt, kiểm tra và bảo dưỡng sửa chữa
1.2. Các hệ thống dẫn động ly hợp dùng trợ lực khí nén
Ngày nay, người ta thường sử dụng các loại dẫn động ly hợp trợ lực khí nén là
do:
- Lực khí nén có áp suất cao sử dụng trợ lực có thể giảm nhẹ đáng kể lực tác
động lên bàn đạp ly hợp.
-

Trên nhiều xe sử dụng hệ thống phanh khí do đó có thể tận dụng nguồn năng
lượng này cho nhiệm vụ dẫn động ly hợp.

- Hệ thống trợ lực khí nén có kết cấu đơn giản và nhỏ gọn do đó dễ bố trí trên xe
Trong các ô tô hiện nay có hai loại sơ đồ trợ lực khí nén được sử dụng rộng rãi
đó là sơ đồ dẫn động cơ khí trợ lực khí nén và dẫn động thuỷ lực trợ lực khí nén.




Đối với sơ đồ dẫn động cơ khí trợ lực khí nén, lực bàn đạp được truyền xuống cơ
cấu tuỳ động để mở van khí thông qua các cơ cấu đòn dẫn động, các cơ cấu tuỳ động
sẽ đảm bảo lực tác động lên cơ cấu đòn mở tỷ lệ tuyến tính với lực bàn đạp. Ngoài
ra để ly hợp vẫn có thể hoạt động khi hệ thống trợ lực hỏng hóc, bộ phận tuỳ động sẽ
được nối cứng để truyền được lực bàn đạp cho đòn mở.



Với hệ thống dẫn động thuỷ lực trợ lực khí nén, nguyên lý làm việc cũng hoàn toàn
tương tự, chỉ có điểm khác biệt là lực bàn đạp truyền xuống cơ cấu tuỳ động sẽ
thông qua hệ thống thuỷ lực. Hệ thống thuỷ lực có nhiệm vụ vừa mở ly hợp vừa làm
dịch chuyển piston của cơ cấu tuỳ động để mở van khí.

1.2.1. Hệ thống dẫn động thuỷ lực, trợ lực khí nén
a. Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1. 4 Dẫn động ly hợp kiểu thủy lực, cường hóa khí nén
1 – Bàn đạp ly hợp; 2 – Lò xo hồi vị cho bàn đạp ly hợp; 3 – Xi lanh chính; 4 – Ống dẫn dầu; 5
– Xi lanh khí nén; 6 – Piston trợ lực; 7 – Cần đẩy; 8 – Xi lanh công tác; 9 – Piston xi lanh công
tác; 11 – Cần đẩy piston xi lanh công tác; 12 – Nạng mở; 13 – Bạc mở; 14 – Ống dẫn dầu; 15

– Pis ton; 16 – Cốc; 17 – Màng; 18 – Van xả; 19 – Lò xo hồi vị màng; 20 – Lò xo hồi vị van;
21 - Van nạp khí nén; 22 - Đường ống dẫn khí nén; 23 – Lò xo hồi vị bi tê
Trong sơ đồ nguyên lý
 Bàn đạp ly hợp được nối với pistong xi lanh chính
 Nạng mở ly hợp 12 được nối với piston xi lanh công tác 9 và piston xi lanh trợ
lực 6.
 Cơ cấu mở van trợ lực được nối thông với hệ thống thuỷ lực qua đường ống14.


 Khoang B và xi lanh công tác nối thông với nhau, khoang A thông với bình khí nén.
 Bộ phận trợ lực được liên kết trực tiếp với cơ cấu thuỷ lực mở ly hợp
b. Nguyên lý làm việc:
+ Ở trạng thái đóng ly hợp:
Khi chưa tác động lên bàn đạp ly hợp, do tác dụng của lò xo hồi vị van 20 van khí nén
21 đóng lại, xi lanh công tác được nối thông với khoang B của van phân phối và thông với khí
trời.
+ Ở hành trình mở ly hợp:
Người lái tác dụng lên bàn đạp ly hợp 1 một lực Q làm cho tay đòn bàn đạp quay
quanh O1 đẩy cần đẩy piston xi lanh chính 3 đi xuống (theo chiều mũi tên). Khi đó dầu
trong xi lanh chính 3 được nén lại và theo đường ống 4 đến xi lanh công tác 8, tác động lên
piston xi lanh công tác 9 làm piston dịch chuyển xang phải, tác động lên cần đẩy 11 làm cần
đẩy 11 dịch chuyển sang phải làm cho nạng mở 12 quay quanh O2 đẩy bạc mở 13 dịch
chuyển sang trái. Đồng thời khi đó dầu có áp suất cao theo đường ống 14 tác dụng lên
piston 15 dịch chuyển sang trái t vào cốc16 là cho cốc 16 và màng 17 cùng dịch chuyển
sang trái đóng van xả 18 lại, nhờ liên kết qua trục làm van nạp 21 mở ra. Khí nén từ bình
chứa theo đường ống 22 qua van nạp 21 vào khoang B, tác dụng lên piston trợ lực 6 làm
piston 6 dịch chuyển sang phải qua cần đẩy 7 và 11 tác dụng lên nạng mở 12 mở ly hợp.
Như vậy lực tác dụng mở ly hợp bao gồm do người lái tác dụng lên bạc mở 13 thông qua hệ
thông thuỷ lực và lực do khí nén tạo ra.
+ Khi người lái giữ bàn đạp ly hợp: (vị trí trung gian)

Ở giai đoạn này lực trợ lực có xu hướng tiếp tục đẩy piston trợ lực 6 sang phải, do
piston 6 liên kết với piston xi lanh công tác 9 lên cũng đẩy piston 9 tiếp tục chuyển động sang
phải. Giai đoạn này thể tích xi lanh công tác tăng lên mà chất lỏng không được bổ xung do đó
áp suất trong cả hệ thống sẽ giảm, do tác động của lực lò xo hồi vị van 20 và lò xo hồi vị
màng 19 làm cho van nạp khí nén 21 đóng lại và có xu hướng mở van xả 18. Khi tổng lực trợ
lực và lực bàn đạp ly hợp thông qua hệ thống thuỷ lực cân bằng với
tổng lực ép (lực lò xo ép và các lò xo hồi vị) thì hệ thống được giữ lại.
+ Khi người lái thôi tác dụng lên bàn đạp 1, dưới tác dụng của lò xo hồi vị 2 kéo bàn
đạp trở về vị trí ban đầu, piston của xi lanh chính 3 dịch chuyển theo bàn đạp ly hợp làm cho
áp suất chất lỏng trong toàn hệ thống giảm xuống, dưới tác dụng của lò xo hồi vị van 20, lò
xo hồi vị màng 19 và lực khí nén tác dụng lên đế van nạp 21, van


nạp 21 đóng lại van xả 18 được mở ra thông xi lanh công tác và khoang B với khí trời, áp suất
trợ lực giảm xuống. Do tác dụng của lò xo ép ly hợp ly hợp đóng lại
+ Khi hệ thống trợ lực không hoạt động:
Người lái tác dụng lên bàn đạp thông qua piston 3 tạo ra dầu có áp suất cao tác động
lên piston 15 làm cho piston 15 dịch chuyển sang trái, khi đi hết hành trình xi lanh bị chặn
lại. Do người lái tiếp tục tác động lên bàn đạp ly hợp do vậy áp suất dầu trong hệ thống tiếp
tục tăng tác động lên piston xi lanh công tác 9 để mở ly hợp. Vậy khi hệ thống trợ lực không
hoạt động hệ thống dẫn động ly hợp vẫn đảm bảo mở ly hợp nhưng với hành trình dài
hơn.
1.2.2. Hệ thống dẫn động cơ khí, trợ lực khí nén kiểu vỏ van dịch chuyển a. Sơ
đồ nguyên lý

Hình 1. 5 Dẫn động ly hợp kiểu cơ khí, cường hóa khí nén vỏ van dịch chuyển
1 - Bàn đạp ly hợp; 2 - Đòn quay; 3 - Thanh kéo; 4 - Chạc quay; 5 - Thanh kéo; 6 – Lò xo hồi
vị; 7 - Đòn quay; 8 – Cần đẩy; 9 – Nắp van phân phối; 10 – Thân van phân phối; 11 - Đường
ống dẫn khí; 12 – Van phân phối; 13 - Đường ống dẫn khí; 14 – Ti đẩy van phân phối; 15 –
Cần đẩy ; 16 – Nạng mở; 17 – Xi lanh lực; 18 - Đòn quay; 19

– Bạc mở; 20 – Lò xo hồi vị bạc mở ; 21 - Lò xo ép van; 22 – Lò xo hồi vị ti đẩy
Trong sơ đồ nguyên lý
+ Bàn đạp ly hợp được nối với vỏ van thông qua đòn quay 2, 7, thanh kéo 3, 5,
chạc quay 4, thanh đẩy 8.


+ Bi tê 19 và nạng mở 16 được nối với ti đẩy 14 thông qua cần đẩy 15.
+ Van phân phối 12 được ép vào vỏ van nhờ lò xo ép.
+ Phần cơ khí được nối với phần trợ lực thông qua đòn quay 18.
b. Nguyên lý làm việc:
+Ở trạng thái đóng của ly hợp:
Khi hệ thống chưa làm việc lò xo ép van 21, lò xo hồi vị ti đẩy 22 ép van phân phối 12
và ti đẩy 14 vào vỏ van, khoang A thông với bình khí nén
còn khoang B và xi lanh công tác được thông với khí trời.
+ Ở hành trình mở ly hợp:
Khi người lái tác dụng lên bàn đạp ly hợp 1 một lực Q làm cho đòn quay 2 quay
quanh O1, nhờ thanh kéo 3 đòn quay 4 quay quanh O2 kéo thanh kéo 5 chuyển động sang
trái, khi đó đòn quay 7 quay quanh O3 đẩy cần đẩy 8, nắp van phân phối 9 và thân van
phân phối 10 chuyển dich sang phải tác động lên nạng mở 16 làm cho nạng mở 16 quay
quanh O4 đẩy bạc mở 19 dịch chuyển sang trái. Khi bạc mở 19 dịch chuyển hết hành trình
tự do và chạn vào đòn mở ly hợp, do lực tác động mở ly hợp chưa đủ thắng lực lò xo ép ly
hợp lên ti đẩy 14, cần đẩy 15, nạng mở 16 đứng lại. Do người lái vẫn tiếp tục tác động lực
lên bàn đạp do đó các cụm chi tiết phía trái ti đẩy tiếp tục dịch chuyển sang phải, khi vỏ van
và van phân phối đi hết khe hở giữa ti đẩy với van phân phối đầu ti đẩy 14 t vào van 12 làm
cho van 12 mở ra. Khí nén từ khoan A qua van 12 sang khoang B sau đó theo đường ống 13
vào xi lanh công tác 17 tác động lên piston trong xi lanh công tác đẩy dịch chuyển lên trên
làm quay đòn quay 18 quanh O4 đẩy bạc mở sang trái để mở ly hợp. Đồng thời khi dịch
chuyển của vỏ van và ti đẩy đi hết khe hở ‘h’ giữa vỏ van và ti đẩy nắp bên phải của van
phân phối t vào ốc hạn chế hành trình trên cần đẩy 15 tác động lên nạng mở 16, bi tê 19
mở ly hợp. Vậy lực mở ly hợp trong hệ thống này bao gồm lực khí nén và lực tác động người

lái qua hệ thống cơ khí
+ Khi người lái giữ bàn đạp ly hợp:
Ở trạng thái này lực trợ lực có xu hướng tác động lên piston xi lanh trợ lực 17 đẩy nó
tiếp tục dịch chuyển, do vỏ van lyên kết với bàn đạp nó sẽ dừng lại, ty đẩy nối với nạng mở
và piston xi lanh lực do đó có xu hướng vẫn dịch chuyển sang phải lên đóng van phân phối
12 lại và mở thông thể tích làm việc của hệ thống trợ lực với khí trời qua lỗ a trên ti đẩy. Khi
tổng lực trợ lực và lực bàn đạp ly hợp thông qua lò xo hồi vị ti đẩy cân bằng với tổng lực ép
(lực lò xo ép và các lò xo hồi vị) thì hệ thống được giữ lại.


+ Khi người lái thôi tác dụng lên bàn đạp ly hợp
Dưới tác dụng của lò xo hồi vị 6 bàn đạp 1 trở về vị trí ban đầu, thông qua các đòn
quay 2, 4, 7 và các thanh kéo 3, 5 cụm van phân phối dịch chuyển sang trái. Dưới tác dụng
của lò xo hồi vị ti đẩy 22 và lò xo ép van 21 ép ti đẩy và van vào vỏ van, khi đó van khí nén
đóng lại, khoang B van phân phối và xi lanh công tác thông với không khí qua lỗ a trên thân
ti đẩy, áp suất trong hệ thống trợ lực giảm về áp suất không khí. Ly hợp dưới tác dụng lò xo
ép được đóng lại.
+ Hệ thống trợ lực không hoạt động
Trường hợp hệ thống trợ lực không hoạt động, người lái tác dụng lên bàn đạp ly hợp
thông qua hệ thống các khâu khớp đẩy vỏ van, van phân phối và ti đẩy dịch chuyển. Khi bạc
mở chạm nào đòn mở ly hợp và vỏ van dịch chuyển hết khe hở h, toàn bộ hệ thống nối
cứng với nhau và hoạt động tương tự như hệ thống dẫn động mở ly hợp kiểu cơ khí.
1.2.3 – Hệ thống dẫn động cơ khí, trợ lực khí nén kiểu vỏ van đứng yên a. Sơ
đồ nguyên lý:

Hình 1. 6 Dẫn động ly hợp kiểu cơ khí, cường hóa khí nén vỏ van đứng yên
1- Bàn đạp ly hợp; 2 - Đòn quay; 3 – Thanh kéo đứng; 4 – Chạc quay; 5 – Thanh kéo ngang;
6 – Lò xo hồi vị; 7 - Đòn quay; 8 – Rãnh trượt;9 - Đòn mở van; 10 – Cần đẩy;
11 – Xy lanh lực; 12 – Piston xy lanh lực; 13 – Vỏ van phân phối; 14 – Van phân phối;
15 – Ti đẩy; 16 – Nạng mở; 17 – Bạc mở; 18 – Lò xo hồi vị bạc mở; 19 – thanh liên kết; 20 –

Lò xo ép van; 21 – Lò xo hồi vị ti đẩy
Trong sơ đồ nguyên lý ở trên


+ Bàn đạp ly hợp liên kết với cơ cấu mở van khí nén qua đòn quay 2, 7, thanh kéo
đứng 3, thanh kéo ngang 5, chạc quay 4, và thanh liên kết 19.
+ Phần trợ lực liên kết trực tiếp với nạng mở.
+ Lực bàn đạp truyền sang cơ cấu mở ly hợp qua rãnh trượt 8.
+ Khoang A thông với bình khí nén, khoang B thông với xi lanh công tác
b. Nguyên lý làm việc
+Ở trạng thái đóng ly hợp:
Khi hệ thống chưa làm việc lò xo ép van 20, lò xo hồi vị ti đẩy 21 ép van phân phối 14
và ti đẩy 15 vào vỏ van, khoang A thông với bình khí nén còn khoang B và xi lanh công tác
được thông với khí trời.
+ Ở hành trình mở ly hợp:
Khi người lái tác dụng lên bàn đạp ly hợp 1 một lực Q làm cho đòn quay 2 quay
quanh O1, nhờ thanh kéo 3 chạc quay 4 quay quanh O2 kéo thanh kéo ngang 5 chuyển động
sang trái, khi đó đòn quay 7 quay quanh O3 kéo thanh liên kết 19 dịch chuyển sang phải
theo rãnh trượt 8 (rãnh trượt 8 nằm trên cần đẩy 10) làm đòn mở 9 quay quanh khớp quay
trên cần đẩy 10 tác động lên ti đẩy 15 làm ti đẩy 15 dịch chuyển sang trái tỳ vào van
phân phối 14 để mở van. Khi van phân phối 14 mở, khí nén từ bình qua van phân phối, qua
ống dẫn đến xy lanh lực11, tác động lên piston 12 làm piston 12 dịch chuyển sang phải đẩy
cần đẩy 10 cùng dịch chuyển sang phải, làm nạng mở 16 quay quanh O4 tỳ vào bạc mở 17
và đẩy 17 dịch chuyển sang trái tác động vào đòn mở ly hợp. Khi đòn quay 7 đi hết hành
trình rãng trượt 8 lực bàn đạp thông qua 8 truyền sang cần đẩy 10, nạng mở 16, bạc mở 17
cùng với lực trợ lực mở ly
hợp.
+Khi người lái giữ bàn đạp ly hợp:
ở giai đoạn người lái giữ bàn đạp ly hợp, khí nén vẫn tiếp tục được cung cấp vào xi
lanh lực do đó lực trợ lực có xu hướng vẫn đẩy cần đẩy 10 sang phải. Do đầu nối thanh liên

kết 19 với đòn quay 7 đứng lại còn khớp quay trên cần đẩy 10 dịch chuyển sang phải đẩy
đòn mở van 9 quay ngược chiều kim đồng hồ, làm giảm lực tác động lên ti đẩy15 đóng van
khí nén lại.
Lực lò xo ép cân bằng với lực trợ lực và lực bàn đạp hệ thống được giữ lại
+ Khi người lái thôi tác dụng lên bàn đạp ly hợp:
Lực tác dụng lên bàn đạp ly hợp mất đi dưới tác dụng của lò xo hồi vị 6 bàn đạp
1 trở về vị trí ban đầu, thông qua các đòn quay 2,4,7 và các thanh kéo 3, 5 đòn mở 9 không
tác dụng lực lên ti đẩy 15, lò xo hồi vị ti đẩy và van phân phối tác động làm van


phân phối đóng lại. Khí nén từ xi lanh 11 qua đường dẫn trở về và thoát ra ngoài không
khí qua lỗ trên ti đẩy15 làm giảm lực trợ lực, dưới tác dụng của lò xo ép ly hợp đóng lại.
+Khi hệ thống trợ lực không hoạt động:
Người lái tác dụng lên bàn đạp ly hợp thông qua các cơ cấu dẫn động làm cho đòn 7
quay quanh O3, khi đòn quay 7 đi hết hành trình rãnh trượt 8 sẽ tác động vào cần đẩy 10 đẩy
cần đẩy 10 dịch chuyển sang phải để mở ly hợp trong trường hợp này hệ thống làm việc
tương tự hệ thống dẫn động mở ly hợp kiểu cơ khí.
1.3. Một số phương án điều khiển ly hợp trên ô tô
Trên bảng 1.1 và bảng 1.2 trình bày đặc điểm của cụm ly hợp, phương án dẫn
động ly hợp và kích thước của một số bộ trên ô tô hiện nay.


25

Bảng 1. 1 Kiểu ly hợp và dẫn động ly hợp ở một số loại xe
STT

Model xe

Loại xe

Kiểu dẫn động ly hợp

Kiểu

Kiểu lò xo ép

1

IAMZ 238

Tải trung bình

Thủy lực

Khí nén

Trụ

2

GAZ M20

Sedan 4 chỗ

Cơ khí

–

đĩa

3

ZIL 130,131

Tải trung bình

Cơ khí

–

Trụ

4

Volga, Gaz 24

Sedan 4 chỗ

Thủy lực

–

đĩa

5

GZCA -3711

Chuyên dùng bưu chính

Cơ khí

Chân không

Trụ

6

Jeep KI, TI, XK

Đa dụng

Thủy lực

–

đĩa

7

Ford Tarus

Sedan 4 chỗ

Cơ khí

–

đĩa

Mercury Sable
8

Ford Fiesta 1986

Sedan 4 chỗ

Cơ khí

–

đĩa

9

UAZ Patriot

Đa dụng

Thủy lực

–

đĩa

10

ZIL 133, 133G. 133

Tải trung bình

Thủy lực

Khí nén

Trụ

GYA, BYA
11

Toyota Landcruiser

Đa dụng

Thủy lực

Chân không

đĩa

12

Nissan Blue bird

Sedan 4 chỗ

Thủy lực

không

đĩa

Sylphy
13

Thaco Ollin 500B

Tải 5 tấn

Thủy lực

Khí nén

đĩa

14

Thaco TB82S

Bus 29 chỗ

Thủy lực

Chân không

Trụ

15

Thaco TB 120L

Bus 45 chỗ

Thủy lực

Khí nén

đĩa


26

16

Huyndai HD 310

Xitec

Thủy lực

Khí nén

đĩa

17

Huyndai HD 1000

Đầu kéo 38 tấn

Thủy lực

Khí nén

–

18

Auman AC990

Bửng nâng – 9 tấn

Thủy lực

Khí nén

–

Bảng 1. 2 Kích thước dẫn động ly hợp kiểu thủy lực
Ô tô

Đường kính xilanh [mm]
Xilanh chính

Xilanh công tác

Hành trình bàn đạp ly hợp [mm]
Xilanh

Hành trình toàn bộ

Hành trình tự do

ZAZ – 968M

19,0

22,0

–

150

38

BAZ - 2105

19,0

19,0

–

140

30

GAZ – 3102

22,2

25,1

–

145

28

MAGYRUC 290

23,52

34,42

–

195

50

KAMAZ - 5320

28,0

28,0

90

190

42

MAZ – 5335

–

–

52

160

43

MAZ - 4540

–

–

149

185

43


27

1.4. Kết luận chương 1
Từ các phân tích các kết cấu các hệ thống dẫn động ly hợp và nghiên cứu kết cấu
của các ly hợp trang bị trên ô tô khác nhau [bảng 1.1, bảng 1.2] cho thấy:
- Do có nhiều ưu điểm như nhỏ gọn, đặc tính đàn hồi ưu việt hơn lò so trụ nên lò so
đĩa được sử dụng rộng rãi cả trên xe du lịch, xe tải và xe khách.
- Trên ô tô du lịch thường có kết cấu: Ly hợp kiểu ma sát khô 1 đĩa, dẫn động kiểu thủy
lực không sử dụng
-

Trên ô tô khách, ô tô tải thường trang bị ly hợp ma sát khô một hoặc nhiều

đĩa, điều khiển ly hợp kiểu thủy lực hoặc cơ khí nhưng có khí nén hoặc chân không.
Hệ thống điều khiển ly hợp kiểu thủy lực có khí nén là một hệ thống khá phức
tạp nhưng làm việc tin cậy, giúp giảm sức lao động của người lái, làm tăng tính an toàn và
năng suất vận tải. Do vậy, các tác giả chọn hệ thống này để nghiên cứu động lực học và
thiết kế mô hình đào tạo.


28

Chương 2 MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG LY
HỢP CÓ TRỢ LỰC KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ

2.1. Phương pháp nghiên cứu động lực học hệ thống dẫn động ly hợp có
trợ lực khí nén trên ô tô
2.1.1. Khái quát về phương pháp mô phỏng
Tính toán động lực học của các hệ thống nói chung hệ thống dẫn động ly hợp nói
riêng cho phép xác định được các thông số: lực, mômen tác dụng lên hệ thống trong quá
trình làm việc. Các thông số này là cơ sở để đánh giá chất lượng của một hệ thống. Đối

với một hệ thống đã được thiết kế sẵn thông số này mang tính chất kiểm nghiệm, còn với
công tác thiết kế chế tạo các hệ thống mới, thông số này có ý nghĩa hết sức quan trọng
trong việc tìm ra các kết cấu tối ưu.
Việc tính toán động lực học của các hệ thống có thể thực hiện bằng nhiều phương
pháp khác nhau. Trong luận văn này, tác giả lựa chọn phương pháp mô phỏng để
nghiên cứu động lực học của hệ dẫn động ly hợp.
Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về mô phỏng. Mô phỏng theo định nghĩa thuật
ngữ được hiểu là thực nghiệm quan sát và điều khiển được trên mô hình của đối tương
khảo sát. Theo Từ điển Bách khoa toàn thư thì mô phỏng được hiểu là mô hình hoá các đối
tượng trong thế giới thực bằng cách sử dụng máy tính. Trong kỹ thuật có thể hiểu mô
phỏng là sự nghiên cứu hệ thống thực thông qua mô hình, đảm bảo tính tương tự giữa kết
quả của hệ thống thực trong cùng một điều kiện khảo sát với một sai số nhỏ nhất có thể
chấp nhận được [5].
Trình tự của bài toán mô phỏng một hệ thống thông thường như sau [5,6]:
- Xây dựng mô hình cơ học (vật lý).
- Xây dựng mô hình tính toán (hệ phương trình vi phân)
- Giải hệ phương trình đánh giá kết quả
Ý nghĩa của việc mô phỏng:
-

Cho phép tm hiểu các hiện tượng vật lý xảy ra trong hệ thống mà không cần tiến
hành thực nghiệm;

- Tiết kiệm thời gian, công sức và chi phí trong quá trình thiết kế, chế tạo.
Hạn chế


29

- Mức độ chính xác và tin cậy của kết quả tính toán phụ thuộc nhiều vào

phương pháp và các giả thiết trong quá trình mô phỏng;
-

Đối với các bài toán phức tạp, khối lượng tính toán lớn đòi hỏi máy tính
mạnh, thời gian tính toán dài.

2.1.2. Phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng các hệ thống dẫn động thủy
khí
Khi nghiên cứu các hệ thống phức tạp như hệ thống kết thủy lực, khí nén để xây
dựng mô hình toán học người ta thường chia hệ thống thành các hệ thống con riêng biệt
sau đó xây dựng quan hệ liên kết giữa các hệ thống con này[3,6].
2.1.2.1 Phương pháp mô phỏng hệ thống dẫn động khí nén
Các hệ thống dẫn động bằng khí nén bao gồm nguồn cung cấp khí nén (bơm, các
van an toàn , các bình chứa…) và các thiết bị khác như van điều khiển và các xi lanh chấp
hành.
Để nghiên cứu động lực học của hệ thống cần phải thiết lập được các phương trình
mô tả quá trình làm việc của hệ thống hay nói cách khác là mô phỏng toán học hệ thống.
Tuy nhiên bản chất vật lý của các hiện tượng xẩy ra trong hệ thống rất phức tạp và việc
mô phỏng một cách hoàn toàn chính xác là không thể thực hiện được, đặc biệt là quá độ.
Do vậy, người ta thường phải sử dụng các phương pháp mô phỏng gần đúng để giải quyết
bài toán này. Hiện nay có nhiều phương pháp mô phỏng, tuy nhiên phương pháp mô
phỏng tập trung được sử dụng khá phổ biến do nó có ưu điểm là tương đối đơn giản và
cho phép nghiên cứu các hệ thống phức tạp với độ chính xác cao.
Bản chất của phương pháp mô phỏng tập trung dựa trên hai nguyên tắc sau:
-

Thể tích khí trong tất cả các phần tử của hệ thống (van, xi lanh chấp hành,
đường ông..) được coi là tập trung tại một dung tích và sức cản các phần tử này
được tập trung tại một tiết lưu.

- Tổng lưu lượng đi vào một điểm nút của hệ thống bằng tổng lưu lượng đi ra
khỏi điểm nút của đó.
Phương pháp tập trung cho phép đơn giản hóa bài toán mô phỏng và bài toán này
được quy về việc xác định các thông số sau:


30

- Quan hệ giữa các thông số của dòng chảy đi qua một điểm nút
- Quan hệ giữa các thông số dòng chảy đi qua tiết lưu
- Quan hệ giữa các thông số dòng chảy đi vào một dung tích

a. Phương trình lưu lượng tại một điểm nút
m
 dm 
   dt  0
i 1
D

2

1

Hình 2. 1 Mô tả một điểm nút
Đối với sơ đồ trên hình 2.1 ta có:

b. Phương trình lưu lượng đi qua tết lưu
Phương trình lưu lượng tức thời đi qua tiết lưu

Trong đó:

: lưu lượng tức thời qua tiết lưu
: hệ số lưu lượng:
fc, f là tiết diện của dòng khí và của lỗ tiết lưu
v* : là vận tốc giới hạn :

(

– vận tốc truyền song trong

không khí);
k=1,4 ;

T: nhiệt độ tuyệt đối;

R=287,14m2/(s2K)

po, p1 - áp suất trước và sau tiết lưu;
hàm lưu lượng, với  là áp suất không thứ nguyên: