đồ án ly hợp ô tô xe khách 11 tấn

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………………...2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LY HỢP Ô TÔ………………………………...3
1.1 Công dụng và yêu cầu của ly hợp……………………………………………….3
1.2 Phân loại ly hợp…………………………………………………………………4
1.3 Sơ đồ dẫn động ly hợp……………………………………………………..……9
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LY HỢP…………………………………………....14
2.1 Số liệu cho trước……………………………………………………………….14
2.2 Tính toán mô men ma sát yêu cầu của ly hợp………………………………….14
2.3 Phân tích, lựa chọn phương loại/kiểu và phương án dẫn động ly hợp…………15
2.4 Bán kính hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động………………………16
2.5 Diện tích và bán kính trung bình của hình vành khăn tấm ma sát……………..17
2.6 Lực ép của cơ cấu ép…………………………………………………………...18
2.7 Công trượt riêng của ly hợp……………………………………………………18
2.8 Khối lượng tối thiểu của đĩa ép (theo chế độ nhiệt) ...........................................24
2.9 Bề dày tối thiểu của đĩa ép (theo chế độ nhiệt) ..................................................25
2.10 Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu ép.....................................................25
2.11 Tính lò xo giảm chấn........................................................................................30
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẪN DỘNG LY HỢP.........................32
3.1 Xác định hành trình của bàn đạp ........................................................................32
3.2 Lực tác dụng lên bàn đạp....................................................................................34
3.3 Xác định các thông số cơ bản của điều khiển ly hợp có trợ lực khí nén.............34
3.4 Xác định đường kính xy lanh thủy lực................................................................37
CHƯƠNG 4: MÔ TẢ CHI TIẾT KẾT CẤU LY HỢP VÀ DẪN ĐỘNG LY
HỢP THIẾT KẾ......................................................................................................38
4.1 Kết cấu ly hợp.....................................................................................................38
4.2 Dẫn động ly hợp..................................................................................................42
4. KẾT LUẬN..........................................................................................................44
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................45

-1-


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, trong các phương tiện giao thông thì ô tô chiếm một số lượng lớn
phục vụ các nhu cầu của con người. Do đó, đòi hỏi ngành ô tô luôn cần có sự đổi
mới, tối ưu hoá về mặt kỹ thuật, hoàn thiện hơn về mặt công nghệ, để nâng cao tính
hiện đại, tính kinh tế trong quá trình vận hành. Để đạt được các yêu cầu đó các nhà
sản xuất, các kỹ sư, trong ngành Cơ khí Động lực cần phải có một kiến thức sâu
rộng, tiếp cận nhiều trong thực tế để tìm ra các biện pháp tối ưu trong quá trình
nghiên cứu. Đối với các sinh viên, để thực hiện được các điều đó thì đồ án môn học
nói chung và đồ án thiết kế ô tô nói riêng nhằm giúp sinh viên có thể vận dụng
những kiến thức đã học vào thực tế, phát huy khả năng tư duy và sáng tạo trong quá
trình nghiên cứu và công tác về sau này.
Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê Văn Tụy và các thầy trong bộ môn,
cùng với sự cố gắng của bản thân đã giúp em hoàn thành đồ án này một cách tốt
nhất. Tuy vậy, do thời gian và kiến thức còn hạn chế, sự tiếp xúc với thực tế còn ít
nên trong đồ án thiết kế không thể tránh khỏi những sai xót. Mong được các thầy
góp ý để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày 27 tháng 11 năm 2017
Sinh viên thực hiện
LÊ ĐỨC TRÍ

-2-


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ

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 ôtô 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 lớn hơn một giá trị xác
định nào đó.
1.1.2. Yêu cầu
Ly hợp khi thiết kế phải đảm bảo được 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 ôtô máy kéo khi khởi hành, tăng tốc không bị giật.
- Khi tách 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.

-3-


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
1.2. Phân loại ly hợp
Theo phương pháp truyền mô men xoắn ly hợp được chia ra các loại: ma sát,

thủy lực và điện từ.
Các ly hợp ma sát lại được phân loại:
+ Theo hình dạng các chi tiết ma sát chia ra: ly hợp đĩa (phần bị động
gồm một, hai hay nhiều đĩa), ly hợp hình côn (phần bị động có dạng
hình côn) và ly hợp hình trống hay guốc (phần bị động có dạng tang
trống hoặc guốc).
+ Theo phương pháp tạo lực ép chia ra: loại lò xo (các lò xo ép có thể
à 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) và loại ly tâm.
+ Theo kết cấu của cơ cấu ép chia ra: loại thường đóng và không
thường đóng.
Ly hợp ma sát đĩa côn và hình trống hiện nay hầu như không được dùng trên
ôtô nữa vì mô men quán tính của phần bị động khá lớn, ảnh hưởng xấu tới việc gài
số, mà chỉ được sử dụng trong phạm vi hẹp các máy nông nghiệp.
Ly hợp ma sát đĩa phẳng được dùng rất phổ biến vì cấu tạo khá đơn giản, khối
lượng tương đối nhỏ, do đó mô men quán tính phần bị động không lớn giúp dễ dàng
gài số.
Theo phương pháp điều khiển ly hợp được chia ra: loại điều khiển bằng tay
(có trợ lực hoặc không) và loại điều khiển tự động.

-4-


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
1.2.1. Ly hợp ma sát loại một đĩa dùng lò xo trụ bố trí xung quanh
Sơ đồ nguyên lý:

4

3

5
6

2

7

1

8
Hình 1.1 – Sơ đồ nguyên lý ly hợp ma sát loại một 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.
Nguyên lý hoạt động:
Khi ta tác dụng một lực F từ bàn đạp ly hợp, thông qua hệ thống điều khiển
bằng cơ khí hay thủy lực, lực sẽ được truyền đến ổ mở (7), lực này ép ổ mở sang
trái, rồi ép lên dầu đòn mở (6) làm cho đầu đòn mở đi vào và kéo thanh kéo số (5)
đi ra, do đó kéo đĩa ép (4) đi ra và tách đĩa ma sát không ép nữa  mô men không
truyền lên đĩa ép nên cắt được ly hợp. Khi thôi tác dụng vào bàn đạp ly hợp, các lò
xo hồi vị sẽ kéo các cơ cấu diều khiển mở ly hợp trở về vị trí ban đầu  ly hợp
đóng.
- Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, thoát nhiệt tốt, mở dứt khoát, hành trình mở
nhỏ, làm việc bền vững, tin cậy. Sử dụng, sửa chữa và bảo dưỡng dễ dàng.
- Nhược điểm: Không truyền được mô men lớn, nếu muốn truyền được thì
đường kính ly hợp phải lớn.

-5-

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
1.2.2. Ly hợp ma sát loại hai đĩa dùng lò xo trụ bố trí xung quanh
Sơ đồ nguyên lý:

3

4

5

6
7

2

8

1

10

9

Hình 1.2 – Sơ đồ nguyên lý ly hợp ma sát loại một đĩa
1-Bánh đà; 2-Đĩa ma sát; 3-Khớp nối đĩa chủ động với vỏ ly hợp;
4-Cơ cấu tách đĩa ly hợp; 5-Đĩa ép; 6-Lò xo ép; 7-Đòn mở (ép);
8-Ổ (bạc) mở; 9-Thân ly hợp; 10-Đĩa ép trung gian.
Nguyên lý hoạt động:
+ Mở ly hợp: Lực tác dụng vào bàn đạp, tác động vào các cơ cấu điều

khiển, ép ổ mở (8) qua trái, đòn mở (7) sẽ kéo cơ cấu tách đĩa (4) đi ra
làm tách các tấm ma sát khỏi đĩa chủ động.
+ Đóng ly hợp: Khi thôi tác dụng vào bàn đạp côn, các lò xo hồi vị sẽ
kéo cơ cấu điều khiển mở ly hợp trở về vị trí cũ  ly hợp đóng.
- Ưu điểm: Đóng êm dịu, kích thước đường kính bé hơn loại một đĩa nếu cần
tạo lực ép bằng nhau. Chỉ được dùng trên xe tải lớn (vì cần truyền mô men
quay lớn).
- Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, kích thước dài, hành trình mở và mô men
quán tính phần bị động lớn, lực điều khiển tăng lên do phải thắng mô men

-6-


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
ma sát ở khớp trượt nối các đĩa chủ động với bánh đà, khó đảm bảo yêu cầu
mở dứt khoát, hành trình bàn đạp tăng.
1.2.3. Ly hợp ma sát một đĩa dùng lò xo đĩa
Sơ đồ nguyên lý:

3

5

4

6

2
7

1
Hình 1.3 – Sơ đồ

nguyên lý ly hợp

ma sát loại lò xo đĩa

8

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.
Nguyên lý làm việc:
+ Mở ly hợp: Khi tác dụng một lực F vào bàn đạp ly hợp, thông qua
cơ cấu điều khiển, ổ mở (7) ép vào lò xo đĩa kéo đĩa ép đi ra, làm tách
đĩa ma sát ra khỏi bánh đà, ngắt mô men truyền từ động cơ đến hộp
số.
+ Đóng ly hợp: Thôi tác dụng vào bàn đạp, cơ cấu điều khiển thôi tác
động vào ổ mở (7), lò xo đĩa được trả về, đồng thời đĩa ép (4) ép các
tấm ma sát vào bánh đà, lúc này mô men truyền được qua hộp số.
- Ưu điểm: Lực ép phân bố đều lên bề mặt ma sát. Lò xo làm luôn nhiệm vụ
đòn mở nên kết cấu rất gọn nhẹ cho phép rút ngắn kích thước dài và giảm
khối lượng của ly hợp. Đặc tính của lò xo là phi tuyến, rất thích hợp với điều
kiện làm việc của ly hợp.

-7-

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
- Nhược điểm: Không thể điều chỉnh khe hở giữa đòn mở và ổ mở khi tấm
ma sát bị mòn nên ly hợp kiểu này chỉ sử dụng trên xe du lịch và tải nhỏ có
đặc tính động lực tốt, sử dụng trong điều kiện đường tốt (ít phải sang số).
1.2.4. Ly hợp thủy lực
Ưu điểm nổi bật 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 khăng cho việc gài số. Vì vậy, ly hợp thủy
lực thường được dùng kết hợp với một ly hợp ma sát dể ngắt hoàn toàn ly hợp khi
gài số.
Ngoài ra ly hợp thủy 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. Mặt khác
ly hợp thủy lực đòi hỏi độ cao về độ chính xác và kín khít cũng như dầu đặc biệt (có
độ nhờn và nhiệt độ đông đặc thấp, không sủi bọt.v.v..) nên giá thành ly hợp nói
riêng và ôtô nói chung rất cao. Vì vậy, ly hợp loại này chỉ sử dụng hạn chế trên các
loại xe đặc biệt có công suất riêng lớn.
1.2.5. Ly hợp điện từ
Là loại ly hợp mà mô men hình thành ở ly hợp nhờ mô men điện từ.
- Ưu điểm:
+ Kết cấu đơn giản;
+ Dễ dàng tự động hóa quá trình điều khiển;
+ Các bề mặt làm việc rất ít bị mài mòn;
+ Có khả năng điều chỉnh vô cấp mô men xoắn;
+ Không cần điều chỉnh tròng sử dụng.
- Nhược điểm:
+ Hiệu suất thấp (do tổn hao năng lượng cho cuộn kích thích);
+ Mô men chịu ảnh hưởng nhiều của nguồn điện;
+ Tốn kém kim loại màu và giá thành cao.

Nên việc sử dụng cá ly hợp điện từ còn bị hạn chế.

-8-


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
1.3. Sơ đồ dẫn động ly hợp
1.3.1. Ly hợp dẫn động kiểu cơ khí
Sơ đồ nguyên lý:

1
2
5

6
4

3
Hình 1.4 – Sơ đồ nguyên lý ly hợp dẫn động kiểu cơ khí
1-Bàn đạp; 2-Đòn trung gian; 3-Thanh đầy; 4-Nạng mở;
5-Đòn mở; 6-Đĩa ép.
Nguyên lý làm việc: Lực tác dụng từ bàn đạp (1) sẽ thông qua đòn trung gian
đẩy thanh (3) qua trái làm quay nạng mở (4) ép vào đòn mở (5), 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
+ Hiệu suất thấp khi mòn và cũ.

-9-


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
1.3.2. Ly hợp dẫn động kiểu thủy lực
Sơ đồ nguyên lý:

3

2

6

7

1

4

5

Hình 1.5 – Sơ đồ nguyên lý ly hợp dẫn động kiểu thủy lực
1-Bàn đạp; 2-Đòn trung gian; 3-Xylanh chính; 4-Xylanh làm việc;
5-Nạng mở; 6-Đòn mở; 7-Đĩa ép.
Nguyên lý làm việc: Dưới tác dụng lực của lái xe từ bàn đạp, dầu trong xy
lanh chính (3) sẽ theo đường ống đến xy lanh làm việc (4). Dầu cao áp sẽ đẩy piston
và do đó đẩy cần piston quay nạng mở (5), tiến hành mở ly hợp.
- Ưu điểm:
+ Khắc phục được hiện tượng mòn rơ các khớp.

+ Hiệu suất cao; độ cứng lớn nên giảm được hành trình tự do của bàn
đạp.
+ 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.
+ 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.

- 10 -


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
- Nhược điểm:
+ Kết cấu, bảo dưỡng, sửa chữa phức tạp.
+ Làm việc kém tin cậy hơn dẫn động cơ khí.
1.3.3. Ly hợp dẫn động kiểu cơ khí có trợ lực bằng lò xo
Điều khiển ly hợp có trợ lực lò xo (hoặc trợ lực chân không) với khả năng trợ
lực không lớn nên sử dụng hạn chế trên một số xe con hoặc xe tải nhỏ.
Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.6 – Sơ đồ nguyên lý trợ lực bằng lò xo
1- Lò xo trợ lực, 2- bàn đạp
Nguyên lý làm việc: Khi không mở ly hợp lò xo có tác dụng như một lò xo hồi
vị để kéo bàn đạp về vị tri ban đầu. Khi mở ly hợp, vị trí bàn đạp di chuyển quanh
tâm cố định làm cho đầu di động của lò xo di chuyển theo và vì vậy phương của lực
kéo lò xo chuyển dần về phía của tâm quay bàn đạp. Tại vị trí bàn đạp ứng với lúc
mở ly hợp hoàn toàn, lực của lò xo có tác dụng hỗ trợ lực cho bàn đạp của người lái,
làm giảm lực tác dụng của người lái xe trong quá trình mở ly hợp.
Phạm vi sử dụng: Do hiệu suất thấp nên chỉ sử dụng trên một số ôtô du lịch và

tải nhỏ.
1.3.4. Ly hợp dẫn động kiểu cơ khí có trợ lực khí nén

- 11 -


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
- Sơ đồ nguyên lý

Pbd

7
6

5

4
1

2

3

Hình 1.7 – Sơ đồ nguyên lý ly hợp kiểu cơ khí có trợ lực khí nén
1. Thanh đẩy; 2.Van; 3.Cần đẩy; 4.Xi lanh trợ lực; 5.C ần piston tr ợ l ực; 6. Ổ bi tỳ;
7. Bình chứa khí nén.
Nguyên lý trợ lực: Khi người lái đạp bàn đạp ly hợp và giữ, thanh đẩy (1)
dịch chuyển sang phải tỳ lên đế van và mở đường cấp khí nén từ bình ch ứa
đến xilanh trợ lực, thực hiện việc trợ lực. Sự dịch chuy ển của van (2) m ột
đoạn làm đóng van cấp khí nén và xilanh trợ lực ở vị trí cân bằng: không thông

với bình chứa cũng như với khí quyển. Khi người lái đạp hết hành trình bàn
đạp, áp suất trong xi lanh bằng với áp suất trong bình ch ứa. Khi nh ả bàn đ ạp,
các cơ cấu trở về vị trí ban đầu nhờ các lò xo hồi vị, thanh (1) tách kh ỏi đ ế van
(2) nên khí nén từ xilanh trợ lực theo đường rỗng trong thanh (1) thoát ra
ngoài khí quyển.
Phạm vi sử dụng: Được sử dụng trên các xe tải trọng lớn.

- 12 -


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
1.3.5. Ly hợp dẫn động kiểu thủy lực có trợ lực khí nén
- Sơ đồ nguyên lý:
14

3 4

5

6

16

15

1
2
7

20

19

8

18

9

10

11

12 13

17

Hình 1.8 – Sơ đồ nguyên lý ly hợp dẫn động kiểu thủy lực có trợ lực khí nén
1- Bánh đà; 2- Đĩa ma sát; 3- Đòn mở; 4- Giá tùy động; 5- Ổ bi tỳ ;
6- Lò xo hồi vị; 7- Xilanh thủy lực; 8- Xilanh khí nén; 9- Van phân ph ối; 10- C ửa
thông với khí quyển; 11, 12, 13- Cơ cấu tỷ lệ; 14- Bình khí nén; 15- Bàn đ ạp; 16Xilanh chính; 17- Tiết lưu; 18- Càng mở; 19- Ống trượt; 20- Đĩa ép.

Nguyên lý trợ lực: Dưới tác dụng của lực bàn đạp (15), dầu trong xilanh
chính (16) sẽ theo đường ống để đến xylanh công tác (7). Đồng th ời áp su ất
dầu cũng tác dụng lên piston của xilanh (13) điều khiển m ở van phân ph ối
(8), cấp khí nén từ bình chứa (14) cho xilanh khí nén (8), th ực hi ện vi ệc tr ợ
lực. Nếu người lái đạp một ít và giữ, sự dịch chuyển của các khâu sẽ khi ến cho
van phân phối (9) ở vị trí trung gian (xilanh khí nén (8) không thông v ới bình
chứa cũng như với khí quyển). Khi người lái đạp hết hành trình bàn đạp, van
phân phối sẽ nối thông xilanh khí nén với bình chứa. Khi thôi tác d ụng lên bàn

đạp, dưới tác dụng của các lò xo hồi vị, dầu trong các xylanh sẽ tr ở v ề, còn khí
nén từ xylanh khí nén 8 trở về van rồi qua các đ ường thông ra ngoài khí
quyển.

- 13 -


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ

- 14 -


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LY HỢP.
2.1. Số liệu cho trước
Theo nhiệm vụ của đồ án được giao, ta có thông số kỹ thuật được cho theo
bảng sau:
STT

Thông số

Ký hiệu

1

Loại ôtô

2

Trọng lượng toàn bộ

3

Loại nhiên liệu

4

Công suất cực đại

5

Số vòng quay ứng với công suất cực đại

6

Mô men cực đại

7

Ga

Giá trị
Xe
khách
11000

Thứ nguyên

KG

Xăng
Nemax

135

kW

nN

4400

vòng/phút

Memax

380

Nm

Sô vòng quay ứng với mô men cực đại

nM

2100

vòng/phút

8

Bán kính làm việc của bánh xe

rbx

450

mm

9

Tốc độ cực đại của xe

120

km/h

10

Hệ số cản lớn nhất của đường

Vmax
ψ max

0,25

Bảng 2.1: Bảng thông số yêu cầu ban đầu.
2.2. Tính toán mô men ma sát yêu cầu của ly hợp
Ly hợp phải có khả năng truyền hết mô men xoắn lớn nhất của động cơ.
Để đảm bảo yêu cầu truyền hết mô men xoắn lớn nhất của động cơ trong mọi
điều kiện làm việc, thì ta phải có:
M ms = M emax .β

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

- 15 -


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
khác hệ số β không được lớn quá, vì như thế ly hợp không làm tốt chức năng bảo vệ
an toàn cho hệ thống truyền lực khi quá tải.
Hệ số β thường được xác định bằng thực nghiệm; có tính đến các yếu tố như
đã nêu và đặc biệt chú ý xét đến điều kiện làm việc nặng nhọc của xe, đặc tính động
lực học của xe thiết kế.
Đối với xe khách, trị số β nằm trong khoảng 1,6 ÷ 2,25. Xe thiết kế là xe
khách có trọng lượng toàn bộ là 11000 [KG], ta chọn β = 1,7.
M ms = M emax .β

= 380.1,7 = 640 [N.m]

2.3. Phân tích, lựa chọn phương loại/kiểu và phương án dẫn động ly hợp
Với xe khách có trọng lượng (11000 [KG]), chủ yếu hoạt động trên loại đường
tốt và mô men cực đại là 380 [N.m] nhỏ hơn 465 [N.m] nên ta chọn ly hợp một đĩa

bị động. Mặt khác, xe khách cần độ êm dịu cao, điều khiển dễ dàng và lực điều
khiển nhỏ cho người sử dụng nên ta chọn ly hợp dẫn động kiểu thủy lực để đáp ứng
yêu cầu đó. Sau khi tính toán lực yêu cầu tác dụng lên bàn đạp ly hợp, nếu vượt quá
giới hạn giá trị cho phép thì ta chọn thêm hệ thống trợ lực để giảm bớt lực yêu cầu
tác dụng lên bàn đạp ly hợp, ngược lại thì không cần dùng hệ thống trợ lực dẫn
động ly hợp.

3

2

6

7

1

4

5

Hình 2.1 – Sơ đồ nguyên lý ly hợp dẫn động kiểu thủy lực
1-Bàn đạp; 2-Đòn trung gian; 3-Xylanh chính; 4-Xylanh làm việc;
5-Nạng mở; 6-Đòn mở; 7-Đĩa ép.

- 16 -


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ

2.4. Bán kính hình vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động
d

R2

d
R1

Hình 2.2 – Sơ đồ tính toán đĩa ma sát
Bán kính trong R1 và bán kính ngoài R 2 của bề mặt ma sát ly hợp được xác
định phải đảm bảo sao cho áp suất làm việc của các bề mặt ma sát không vượt quá
giới hạn cho phép. Bán kính ngoài của bề mặt ma sát được xác định theo công thức:
R2= 3

3.β.M emax
2.z ms .μ.π.p. 1-K 3R

(

)

(2-2)

Trong đó:
+ µ : Hệ số ma sát trượt giữa các đôi bề mặt ma sát, µ=0,22÷0,30. Ta
chọn µ = 0,28.
+ zms: Số đôi bề mặt ma sát.
Ly hợp một đĩa bị động: zms = 2.
+ p: Áp suất pháp tuyến của các bề mặt ma sát, [N/m 2]. Giá trị áp suất
làm việc p phải lớn hơn hoặc bằng giá trị cho phép

[p] = 1,4.105 ÷ 2,5.105 [N/m2] để đảm bảo tuổi thọ cần thiết của các tấm
ma sát. Chọn p = 1,7.105 [N/m2].
R1
+ KR: Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát, KR = R 2 .

Hệ số tỷ lệ KR có thể chọn theo kinh nghiệm bằng KR = 0,53 ÷ 0,75. Với xe
khách này có động cơ tốc độ trung bình và đặc tính động lực xe tốt nên ta chọn
KR = 0,6.
- 17 -


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ

- Thay số và (2-2) ta tính được:
3

R2 =

3.1, 7.380
2.2.0, 28.π .1, 7.105. 1 − 0, 63

(

)

= 0,16 [m] = 160 [mm].
Mômen cực đại động cơ
Memx [N.m] không lớn hơn
≤ 88 ÷ 240

Số vòng quay tương ứng
nN [v/ph] không nhỏ hơn
≥ 7000 ÷ 10000

Đường kính cho phép
D2 [mm] không lớn hơn
≤ 180 ÷ 240

≤ 200 ÷ 375

≥ 4500 ÷ 5000

≤ 250 ÷ 325

Bảng 2.2: Giới hạn của đường kính ngoài vành ma sát D2
- Chọn R2 = 160 [mm]. Theo Bảng 2.2, ta thấy bán kính R 2 trong khoảng
chấp nhận được.
- Bán kính trong của tấm ma sát theo công thức:
R1 = R2.KR

(2-3)

= 0,16.0,6
= 0,096 [m] = 96 [mm].
2.5. 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 theo công thức:
S=

π. ( R 2 2 – R 12 )

= (
= 0,051472 [m2].
2

π. 0,16 – 0,096

2

)

(2-4)

Bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát R tb [m] được tính theo
công thức:
2 (R 32 - R13 )
. 2
2
3
Rtb = (R 2 - R1 )

(2-5)

2 (0,163 − 0, 0963 )
.
2
2
= 3 (0,16 − 0, 096 ) = 0,13105 [m].

- 18 -

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ

2.6. 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 lực ép cần thiết của cơ cấu ép phải tạo để đảm bảo áp suất làm việc đã
chọn và thỏa mãn mô men ma sát yêu cầu.
Ta có công thức :
β.M emax
F = μ.R tb .z ms

(2-6)

1, 7.380
= 0, 28.0,13105.2 = 8802,23 [N].

2.7. Công trượt riêng của ly hợp

ω

ωe

ωe

Je Ja
ωe Me

M

Ma ωa

β.Memax
ωe = ωa

ms

ωa

M

Ms

ωa
t1

t2

t

Hình 2.3 – Biểu đồ mô men của quá trình đóng ly hợp
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], ta có công thức:
L
2
2
lr = z ms .π.(R 2 -R 1 )

L : công trượt tổng cộng của ly hợp [J].
Zms : Số đôi bề mặt ma sát.

- 19 -

(2-7)


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
R2 : bán kính ngoài hình vành khăn bề mặt ma sát, [m]
R1 : bán kính trong hình vành khăn của bề mặt ma sát, [m]
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 trượt. Nếu cường độ trượt
quá mạnh sẽ làm mòn nhanh các bề mặt ma sát và nhiệt sinh ra sẽ rất lớn, có thể
làm cháy cục bộ các tấm ma sát, làm nung nóng lò xo ép từ đó có thể làm giảm khả
năng ép của chúng.
Vì vậy, việc xác định công trượt, công trượt riêng để hạn chế sự mòn, khống
chế nhiệt độ cực đại nhằm bảo đảm tuổi thọ cho ly hợp là hết sức cần thiết.
2.7.1 Mô men quán tính qui dẫn Ja:
Mô men quán tính khối lượng qui dẫn J a được xác định từ điều kiện cân bằng
động năng khi ô tô đang chuyển động. Ta có công thức:

Ja =

 G a +G m

g



rbx 2

.
.δ t
÷
2
 ( i h .i p .i o )

(2-8)

Trong đó:
+ Ga : Trọng lượng toàn bộ của ôtô, Ga = 11000.9,81 = 107910 [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, rbx = 0,45 [m].
+ ih: Tỷ số truyền của hộp số. Tính công trượt cho số một (iha).
+ ip: Tỷ số truyền của hộp số phụ. Không tính đến hộp số phụ nên ip = 1.
+ io: Tỷ số truyền của truyền lực chính.
+ δ t : Hệ số tính đến các khối lượng chuyển động quay trong hệ
thống truyền lực. Trong tính toán có thể lấy bằng δ t =1,05 ÷ 1,06. Chọn
δ t =1,05

.

- 20 -


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
* Xác định tỷ số truyền lực chính (io):
- Ta có công thức tính io:
ωemax .rbx

io = i hn .Vmax

(2-9)

Trong đó:
+ ihn : Tỷ số truyền của hộp số ở số truyền cao nhất. Với hộp số có
số cao nhất là truyền thẳng nên ihn = 1.
+ ωe max : Tốc độ góc lớn nhất của động cơ ứng với vận tốc lớn nhất
của ô tô. Với ω N là tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động
cơ, ωe max = ω N (0,8 ÷ 1) . Chọn ωe max = 0, 9ω N
ωemax = 0,9.

2.π.n N
π.4400
=0,9.
60
30

= 414,69023 [rad/s]
+ Vmax: Tốc độ lớn nhất của xe. Theo đề, ta có
Vmax=120[km/h] = 33,33 [m/s].
- Thay các đại lượng trên vào công thức (2-9), ta có:
414, 690231.0, 45
= 5, 6
1.33,33
i0 =

* Xác định tỷ số truyền của hộp số ở tay số 1 (ih1) theo hai điều kiện sau:
- Xác định ih1 theo điều kiện kéo:
≥

ih1

ψ max .G a .rbx
M emax .i o .η t

(2-10)

Trong đó:
+ ψ max

: Hệ số cản lớn nhất của đường. Theo đề: ψ max = 0,25.

+ ηt : Hiệu suất của hệ thống truyền lực. Với ô tô tải và khách thì

ηt = 0,82 ÷ 0,85 . Chọn ηt = 0,83.
Thay các đại lượng vào công thức (2-10), ta có:

- 21 -


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ

ih1
⇒

≥

0, 25.107910.0, 45
380.5, 6.0,83

ih1 ≥ 6, 9

- Xác định ih1 theo điều kiện bám:
ih1

≤

G φ .φ.rbx
M emax .io .η t

(2-11)

Trong đó:
+m

: Hệ số phân bố tải trọng động. m = 1,2 ÷ 1,35.
Ta chọn m = 1,2.

+

Gφ

: Trọng lượng bám của xe.
Gϕ = m.0,5.Ga = 1, 2.0,5.107910 = 64746 [ N ]

+ ϕ : Hệ số bám giữa lốp và mặt đường. Với loại đường nhựa
hoặc bê tông khô và sạch thì ϕ = 0,7 ÷ 0,8. Ta chọn ϕ = 0,78.
Thay các đại lượng trên vào công thức (2-11), ta có :
ih1

⇒

≤

64746.0, 78.0, 45
380.5, 6.0,83

ih1 ≤ 12,87

- Ta chọn ih1 = 6,9 thỏa cả hai điều kiện.
* Từ các đại lượng trên, ta thay vào công thức (2-8) ta sẽ xác định được
mô men quán tính khối lượng qui dẫn về trục ly hợp Ja:
107910
0, 452
.
.1,05
2
Ja = 9,81 (6,9.1.5,6)

⇒

Ja = 1,58 [kg.m2].

2.7.2 Mô men cản chuyển động qui dẫn Ma [N.m] :
* Mômen cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp được tính theo

công thức:

rbx
Ma = [(Ga + Gm).Ѱ + Pω]. it .ηt

- 22 -

(2-12)


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
Trong đó:
+ Pω: Lực cản của không khí [N]. Khi xe khởi hành thì P ω = 0
vì tốc độ quá nhỏ.
+ Ψ: Hệ số cản tổng cộng của đường. Tính cho đường có
Ψ = 0,02
* Thay các đại lượng vào công thức (2-12), ta có:

0, 45
Ma = [(107910+0).0,02 + 0]. 6,9.0,83
⇒

Ma = 30,4 [N.m]

2.7.3 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= 1,1÷ 2,5 [s]. Để quá trình
đóng ly hợp càng êm dịu ta chọn t0 = 2 [s].
- Tính hệ số kết thúc trượt ly hợp kd (kd > 0) của ly hợp theo công
thức:
k d .M emax .(ω e -ω a ).2.J a
(k d .M emax -M a ) 2
to =

(2-13)

Trong đó:
+ kd : Hệ số kết thúc trượt.
+ ωe : Tốc độ động cơ khi đóng ly hợp, ωe = ωM = 219,9 [rad/s].
+ ωa : Tốc độ góc của trục ly hợp. Khi xe khởi hành thì ωa = 0.
- Từ (2-13), ta có :
2
t 0 (k d2 .M emax
-2.k d .M emax .M a )-k d .M emax .(ωe -ωa ).2.J a = 0

⇔

2
k d2 .M emax
.t 0 -2.k d (t 0 .M emax .M a +M emax .ω e.J a )+t 0.M a2 = 0

- Đặt :
2

A = M emax .t 0 = 3802.2 = 288800.
B = -2.(t 0 .M emax .M a +M emax .ω e.J a )

- 23 -

(2-14)


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
= -2.(2.380.30,4 + 380.219,9.1,58)

= -310061,8678
2

C = t 0 .M a = 2.30,42 = 1848,32
- Từ (2-14), ta có phương trình:
288800.k d2 - 310061,8678.k d +1848,32 = 0

- Giải phương trình trên ta có hai nghiệm như sau:
Kđ1 = 1,0676 (Nhận).
Kđ2 = 5,9946.10-3 (Loại nghiệm).
- Vậy Kđ = 1,0676 (Thỏa điều kiện Kđ > 0).
- Thay Kđ = 1,0676 vào công thức tính thời gian trượt t1, t2 ta được:
(ω e -ω a ).2.J a
k d .M emax -M a

t2 =
=

(2-15)

(219,9 − 0).2.1,58
1, 0676.380 − 30, 4

= 1,85 [s].
t1 = t 2 .

Ma
k d .M emax -M a

= 1,85.

(2-16)

30, 4
1, 0676.380 − 30, 4 = 0,15 [s].

2.7.4 Tính công trượt tổng cộng của ly hợp L [J]:
t 2  1
L=M a .(ωe - ω a ).  1 + t 2 ÷+ J a .(ωe - ωa ) 2
2 3  2

Trong đó:
+ Ma : Mô men cản chuyển động qui dẫn [N.m].
+ ωe

: Tốc độ góc của trục khuỷu động cơ khi đóng ly

hợp, ωe =ωM = 219,9 [rad/s]
+ ωa

: Tốc độ góc của trục ly hợp. Khi xe khởi hành

thì ωa = 0.
- 24 -


THIẾT KẾ HỆ THỐNG LY HỢP Ô TÔ
+ Ja

: Mômen quán tính qui dẫn [kg.m2].

+ t1

: Thời gian trượt của giai đoạn I.

+ t2

: Thời gian trượt của giai đoạn II.

Thay các thông số trên vào công thức ta được:
 0,15 2
 1
+ .1,85 ÷+ .1,58.(219,9-0) 2

 2
L = 30,4.(219,9-0).  2 3

= 46921,0249 [J].
Thay các đại lượng vào công thức (2-7), ta có công trượt riêng là:
=

lr

L
46921,0249
=
2
2
z ms .π.(R 2 -R 1 )
2.π .(0,162 − 0,0962 ) = 453099,6413 [J/m2]

= 453,09964 [kJ/m 2]
2
Vậy so với giá trị cho phép về công trượt riêng của xe khách: lr < 800[ KJ / m ]

thì ly hợp thiết kế đạt yêu cầu.
2.8. Khối lượng tối thiểu của đĩa ép (theo chế độ nhiệt)
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 tầm ma sát hoặc ảnh hưởng đến sự đàn hồi của lò
xe ép...
Để tính toán nhiệt sinh ra do ly hợp trượt, với giả thiết thời gian trượt ly hợp là
rất ngắn ( t0 = 1,1 ÷ 2,5[ s] ) nhiệt sinh ra không kịp truyền cho các chi tiết và môi
trường xung quanh mà chỉ truyền cho các chi tiết trực tiếp xảy ra sự trượt. Thường
các tấm ma sát có độ dẫn nhiệt rất kém nên có thể coi tất cả nhiệt phát sinh sẽ
truyền cho đĩa ép và bánh đà động cơ.
Với giả thiết công trượt ở các bề mặt ma sát là như nhau nên cách xác định độ
tăng nhiệt độ theo công thức:

- 25 -