Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp của xe khách 16 tấn

Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
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. Và dòng xe khách ngày càng được sử dụng rộng rãi
bởi chúng có nhiều tính năng ưu việt. 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 ôtô 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 Nguyễn Việt Hải và các thầy trong bộ môn,
cùng với sự cố gắng, nỗ lực 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 sót. Mong được các thầy
góp ý để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

1


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
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 mômen 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 mômen 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.
+ Mômen 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:
Với yêu cầu nêu trên, hiện nay trên ôtô máy kéo sử dụng nhiều loại ly hợp. Người ta
phân ra các loại ly hợp sau :
+Dựa theo tính chất truyền mô men: Ly hợp đĩa ma sát ; Ly hợp thuỷ lực; Ly
hợp điện từ (nam châm điện).
+Dựa theo đặc điểm làm việc: Ly hợp thường đóng; Ly hợp không thường
đóng

2


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
+Dựa theo tính chất điều khiển: Ly hợp dẫn động kiểu cơ khí; Ly hợp dẫn
động kiểu thủy lực; Ly hợp dẫn động có trợ lực.
1.2.1. Theo tính chất truyền momen

1.2.1.1. Ly hợp ma sát:
+Ly hợp ma sát này được sử dụng rất phổ biến vì cấu tạo khá đơn giản, khối
lượng tương đối nhỏ, hiệu suất cao, giá thành rẻ.
+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); 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 có thể là lò xo trụ
bố trí quanh chi 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 là lực ly tâm của cá trọng khối phụ); loại ly tâm.
+Theo kết cấu của cơ cấu ép chia ra: loại thường đóng và không thường
đóng.
a.Ly hợp ma sát loại một đĩa
Ly hợp ma sát loại một đĩa dùng lò xo trụ bố trí xung quanh
Sơ đồ cấu tạo:

4

3

5
6

2

7

1

8
Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát loại một đĩa

3


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
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:
Trên là sơ đồ nguyên lý cấu tạo ma sát loại một đĩa. Khi ta tác dụng một lực
F từ bàn đạp ly hợp, thông qua hệ hống 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 ép lò xo số (5) lại, do đó kéo đĩa ép (4) đi ra và tách đĩa
ma sát không ép nữa  mômen 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 điều 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. Có rộng chỗ để bố trí cốc ép. Sử dụng, sửa chữa và
bảo dưỡng dễ dàng.
+Nhược điểm: Không truyền được mômen lớn, nếu muốn truyền được thì
đường kính ly hợp phải lớn. 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 mài mòn.
* Ly hợp ma sát một đĩa kiểu lò xo côn
Chỉ gồm duy nhất một lò xo hình côn (hoặc có thể một hoặc hai lò xo trụ) bố trí ở
giữa. Nhờ vậy áp suất sinh ra ở các bề mặt ma sát là đồng đều. Tuy nhiên độ tin cậy
thấp (nếu lò xo gẫy thì ly hợp mất tác dụng), kết cấu đòn mở phức tạp và điều chỉnh
rất khó khăn nên ít sử dụng.
* Ly hợp ma sát một đĩa dùng lò xo đĩa
Nguyên lý làm việc:
Dưới là sơ đồ nguyên lý ly hợp ma sát loại lò xo đĩa.

Khi 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 mômen truyền từ động cơ đến hộp só.

4


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
Khi 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 mômen truyền được qua hộp số.
Sơ đồ cấu tạo:

5

4

3

6

2
7

1

8
Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát loại 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.

+Ưu điểm: Lực ép là do lực của một lò xo truyền qua các đòn ép tạo ra 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.
+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). rất khó chế tạo
được lò xo có đặc tính theo yêu cầu, với lực ép lớn mà kích thước nhỏ.
b.Ly hợp ma sát loại hai đĩa dùng lò xo trụ bố trí xung quanh
Nguyên lý hoạt động:

5


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
Dưới là sơ đồ nguyên lý ly hợp ma sát loại hai đĩa .
Khi 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.
Khi 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.
Sơ đồ cấu tạo:

3

4

5

6

7

2

8

1

10

9

Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát loại hai 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.
+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 momen quay
lớn).
+Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, kích thước dài, hành trình mở và mômen
quán tính phần bị động lớn. Lực điều khiển tăng lên do phải thắng mômen ma sát ở

6


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
khớp trượt nối các đĩa chủ động với bánh đà. Khó đảm bảo yêu cầu mở dứt khoát,
hành trình bàn đạp tăng.
1.2.1.2. 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.
1.2.1.3. Ly hợp điện từ
Ly hợp điện từ là loại ly hợp mà mômen hình thành ở ly hợp nhờ mômen
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 mômen xoắn;
Không cần điều chỉnh tròng sử dụng.
+Nhược điểm: Hiệu suất thấp (do tổn hao năng lượng cho cuộn kích thích);
Mômen chịu ảnh hưởng nhiều của nguồn điện; Tốn kém kim loại màu và giá thành
cao. Nên việc sử dụng các ly hợp điện từ còn bị hạn chế.
1.2.2. Theo tính chất dẫn động
1.2.2.1. Ly hợp dẫn động kiểu cơ khí
Nguyên lý làm việc:
Dưới là sơ đồ nguyên lý ly hợp dẫn động kiểu cơ khí .

7


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách

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: chế tạo, bảo dưỡng, sửa chữa đơn giản. Làm việc tin cậy, giá
thành rẻ.
+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; Khi dùng dẫn động cơ
khí, vấn đề làm kín sàn xe và thực hiện truyền lực từ bàn đạp đến ly hợp phức tạp
hơn do đọng cơ được đặt trên các gối đỡ đàn hồi.
Sơ đồ nguyên lý:

1
2
5

6
4

3
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.
1.2.2.2. Ly hợp dẫn động kiểu thủy lực
Nguyên lý làm việc:
Dưới là sơ đồ nguyên lý ly hợp dẫn động kiểu thủy lực . Dưới tác dụng lực
của lái xe từ bàn đạp, dầu trong xylanh chính (3) sẽ theo đường ống đến xylanh làm
việc (4). Dầu cao áp sẽ đẩy piston và do đó đẩy cần piston quay nạng mở (5), tiến
hành mở ly hợp.

8

Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
+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.
+Nhược điểm:
Kết cấu, bảo dưỡng, sửa chữa phức tạp.
Làm việc kém tin cậy hơn dẫn động cơ khí.
Sơ đồ nguyên lý:

3

2

6

7

1

4

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.
1.2.2.3. Điều khiển ly hợp có trợ lực
a)Ly hợp dẫn động kiểu cơ khí có trợ lực khí nén
Nguyên lý trợ lực:
Dưới là sơ đồ nguyên lý ly hợp kiểu cơ khí có trợ lực khí nén . Dưới tác dụng của
lực bàn đạp để mở ly hợp, cần đẩy (3) với van phân phối (2) sẽ dịch chuyển tương

9


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
đối với thanh đẩy (1) làm mở van cấp khí nén. Khí nén từ bình chứa (8) qua van
theo đường ống đến xylanh trợ lực khí nén (4). Lực do áp suất khí nén tạo trong
xylanh (4) sẽ đẩy cần piston (5) cùng với lực đẩy trên cần đẩy (3) tiến hành mở ly
hợp. Khi thôi tác dụng lên bàn đạp, dưới tác dụng của lò xo hồi vị các chi tiết trở về
vị trí ban đầu, còn khí nén từ xylanh trợ lực trở về van rồi qua các đường thông ra
ngoài khí quyển.
Phạm vi sử dụng: Ly hợp kiểu cơ khí có trợ lực khí nén được sử dụng trên
các xe tải trọng lớn.
Sơ đồ nguyên lý:

Sơ đồ nguyên lý ly hợp kiểu cơ khí có trợ lực khí nén
1-Thanh đẩy; 2-Van phân phối; 3-Cần đẩy; 4-Xylanh trợ lực;
b) Ly hợp dẫn động kiểu thủy lực có trợ lực khí nén:
Nguyên lý trợ lực:
Dưới là sơ đồ nguyên lý ly hợp dẫn động thủy lực có trợ lực khí nén . Dưới
tác dụng của lái xe từ bàn đạp, dầu trong xylanh chính (1) sẽ theo đường ống để đến
xylanh công tác (6). Dầu cao áp sẽ đẩy piston để tiến hành mở ly hợp. Đồng thời áp
suất dầu cũng tác dụng lên piston của xylanh (6) điều khiển mở van cấp khí nén cho

10


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
hệ thống trợ lực. Khí nén từ bình chứa (3) qua van rồi đến xylanh trợ lực khí nén (2)
hỗ trợ thêm lực mở ly hợp. Khi thôi tác dụng lên bàn đạp, dưới tác dụng của các lò
xo hồi vị, dầu trong xylanh sẽ trở về, còn khí nén từ xylanh trợ lực trở về van rồi
qua các đường thông ra ngoài khí quyển.
Sơ đồ nguyên lý:

Sơ đồ nguyên lý ly hợp dẫn động kiểu thủy lực có trợ lực khí nén
1-Xylanh chính; 2-Xy lanh điều khiển; 3-Bình chứa; 4-Máy nén;
5-Van phân phối; 6-Xylanh công tác; 7-Nạng mở.

11


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
Chương 2:TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU
2.1.Tính toán momen ma sát của ly hợp
Ly hợp phải có khả năng truyền hết momen xoắn lớn nhất của động cơ M e.
Để đảm bảo truyền hết momen xoắn lớn nhất của động cơ trong mọi điều
kiện làm việc, ta có: Mms = β.Memax
Trong đó:
+Mms: Mômen ma sát yêu cầu của ly hợp [N.m]
+Memax : Mômen xoắn lớn nhất của động cơ [N.m]
+β : Hệ số dự trữ của ly hợp.
Với xe khách có momen cực đại: Me = 462 [N.m]. Chọn hệ số dự trữ ly hợp:
β = 2,0 ( β = 1,6 ÷ 2,25 )

Vậy momen ma sát yêu cầu: Mms = 462. 2 = 924 [ N.m]
2.2.Đường kính ngoài của đĩa bị động (D)
Giả sử vòng ma sát có đường kính ngoài là D= 2R, đường kính trong là d=2r= KrD.
Trên vòng ma sát ta xét một phân tố vòng nằm cách tâm một bán kính ρ, chiều dày
dρ và giới hạn bởi góc dα.
d
R

d
r 0

Sơ đồ xác định quan hệ giữa momen với các thông số khác của vòng ma sát
2
M ms  ..q.Z ms. .R 3.(1  K 3r )
3
Mô men ma sát của ly hợp:

Trong đó:
+Đường kính ngoài D = 2.R

12


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
+Đường kính trong d = 2.r = Kr.D
+µ: hệ số ma sát. Hệ số ma sát µ phụ thuộc vào vật liệu và trạng thái bề mặt
ma sát( độ nhẵn, độ sạch,…) vào tốc độ trượt tương đối, nhiệt độ và áp suất,… đối
với vật liệu thép - Phe ra đô hoặc Phe ra đô – đồng: µ = 0,25 ÷ 0,3. Chọn µ = 0,25.
+q: áp lực tác dụng lên bề mặt ma sát. Để đảm bảo điều kiện 2 thì áp suất
trên bề mặt ma sát không được vượt quá giới hạn cho phép, tức là q < [q]. Ở ô tô

máy kéo, bề mặt ma sát thường là thép - Phe ra dô có [q] = 150 ÷ 250 [KN/m2] =
0,15 ÷ 0,25 [MPa]. Xe khách có đường đặc tính động lực tốt, chọn q= 200
[ KN/m2]
+Hệ số

Kr 

d
D nằm trong giới hạn 0,53 ÷ 0,75 , chọn Kr = 0,6

+Số lượng đôi bề mặt Zms = 4
D = 2.R = 2.

3

Vậy

3.β.M emax



2.Zms .μ.π.[ q]. 1 - K 3r

 = 0,282 [m] = 282 [mm]

Lực ép cần thiết tác dụng lên các bề mặt ma sát( P)
Lực ép cần thiết được tính theo công thức : P = q.π.R2.(1 - Kr2) = 7990 [N]
2.3.Sự trượt của ly hợp
Khi xác định các thông số cơ bản của ly hợp ta đã coi áp suất q là một thông
số đặc trưng cho ly hợp về phương diện chịu mài mòn. Nhưng thực tế q chưa đặc

trưng được đầy đủ cho khả năng chống mài mòn của ly hợp. Bởi vì, các ly hợp dù
có cùng một áp suất bề mặt q, nhưng nếu đặt chúng trên những ô tô máy kéo khác
nhau, có trọng lượng và điều kiện làm việc khác nhau, thì sự mài mòn và tuổi thọ
của chúng sẽ khác nhau.
Ly hợp trên ô tô máy kéo có trọng lượng lớn hơn, điều kiện làm việc nặng
nhọc sẽ bị mòn nhiều hơn, nhanh hơn, vì thời gian trượt( khi đóng ly hợp) dài hơn,
các chi tiết bị đốt nóng nhiều hơn.
Do đó, sự mài mòn và đốt nóng ly hợp phụ thuộc vào công trượt riêng, tức là
công trượt trên một đợn vị diện tích bề mặt ma sát của nó.
2.4.Công trượt của ly hơp

13


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
Khi ly hợp được mở ra rồi đóng lại trong quá trình khởi hành hoặc chuyển
số, thì đĩa chủ động đang quay theo số vòng quay của trục khuỷu, còn đĩa bị động
chưa quay hoặc quay với tốc độ khác. Trước khi hai đĩa nối thành một khối thì bao
giờ cũng có sự trượt tương đối giữa chúng.
Để xác định công trượt ly hợp, ta khảo sát mô hình tương đương: Động cơ –
Hệ thống truyền lực như hình 2.3.

Hình 2.2 - Mô hình tương đương: động cơ - hệ thống truyền lực
Công trượt tổng cộng của ly hợp Lδ [J]
Công trượt tổng cộng của ly hợp Lδ [J] được xác định theo [3]

�t1 2 � 1
+ J a .(ω e - ω a ) 2
L = M a .(ω e - ω a ). � + t 2 �
�2 3 � 2

(2-5)

Trong đó :
+Ma: Mômen cản chuyển động qui dẫn [N.m]
+ωe: Tốc độ động cơ khi đóng ly hợp, khi tính toán lấy bằng tốc độ góc ứng
với moment cực đại ωe= ωm. Theo đề ωm=nm.π/30 = 1700.π/30 =178 [rad/s]
+ωa: Tốc độ góc của trục ly hợp. Khi xe khởi hành thì ωa = 0
+Ja: Mômen quán tính qui dẫn [kg.m2]
+t1: Thời gian trượt của giai đoạn I
+t2: Thời gian trượt của giai đoạn II
2.5.Mô men quán tính quy dẫn Ja

14


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
▪ Mô men quán tính các khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô máy kéo và
rơ mooc quy dẫn về trục ly hợp

Ja =

�
G a +G m � rbx 2
.
.δ t
�
�
2
� g

� i h .i p .i o 

(2.1)

Trong đó:
+Ga: trọng lượng toàn bộ của xe, Ga = 11000. 9,81= 107910 [kG]
+Gm: trọng lượng toàn bộ rơ mooc hay đoàn xe kéo theo, Gm= 0 [kG]
+rbx: bán kính làm việc bánh xe, rbx = 450 [mm]
+ih: tỷ số truyền của hộp số, tính công trượt cho số một.
+ip: Tỷ số truyền của hộp số phụ. Không có hộp số phụ: ip= 1
+i0: tỷ số truyền của truyền lực chính.
+g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 [m/s2].
+

δt

: Hệ số tính đến các khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền

lực. Trong tính toán có thể lấy bằng  t =1,05 �1,06. Chọn δ t =1,05
a.Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính i0
Giá trị tỷ số truyền lực chính i0 cùng với tỷ số truyền cao nhất của hộp số ihn
được xác định theo tốc độ chuyển động lớn nhất của động cơ e max :

ωemax .rbx
i0 = i hn .v max
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.
+

e max : Tốc độ góc lớn nhất của động cơ ứng với vận tốc lớn nhất của ô tô.

Với  N là tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ, chọn e max   .N

15


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
( đối với ô tô dùng động cơ điesel không hạn chế số vòng quay thì   1,1 �1, 3 .
Chọn   1, 0 )
ωemax = .ω N =1,0.

2.π.n N
π.2600
=1,0.
 272,13
60
30
[rad/s]

vmax: Tốc độ lớn nhất của xe. Theo đề, ta có vmax = 110 [km/h] = 30,55 [m/s]. Thay
các đại lượng trên vào, ta có:
i0 

272,13.0, 45
4
1.30,55

b) Xác định tỷ số truyền của tay số 1 - ih1
Xác định ih1 theo khả năng thắng sức cản lớn nhất trong điều kiện sử dụng cho

trước:

ih1

ψ .G .r
� max a bx
M emax .io .i p .η t

Trong đó:
+ ψ max : Hệ số cản lớn nhất của đường. Theo đề: ψ max = 0,2
+ ηt : Hiệu suất của hệ thống truyền lực. Theo [3], với ôtô khách thì
ηt

= 0,85 ÷0,93. Chọn ηt = 0,89

Thay các đại lượng vào công thức trên, ta có:
0, 2.107910.0, 45
�
462.4.1.0,89
ih1
� ih1 �5,9

Xác định ih1 theo khả năng tạo được lực kéo lớn nhất theo điều kiện bám:

ih1

G φ .φ.rbx
�
M emax .i o .i p .η t

Trong đó:
G  Gcd .mcd

: Trọng lượng bám của xe, [N]

Với: mcd : Hệ số phân bố lại tải trọng lên các cầu khi xe chuyển động. Theo
[3], m = 1,2 �1,35. Ta chọn mcd = 1,25.

16


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách

Gcd

: Trọng lượng phân bố lên cầu chủ động, [N]. Gcd �(0,5 �0,55).Ga

Chọn:

Gcd  0,55.Ga  0,55.107910  53955  N 

 : Hệ số bám giữa lốp và mặt đường. Theo [3], với loại đường nhựa hoặc bê
tông khô và sạch thì  = 0,7  0,8. Ta chọn  = 0,75.
Thay các đại lượng trên vào công thức, ta có :
1, 25.53955.0, 75.0, 45
�
462.4.1.0,89

ih1

� ih1  13,8

Xác định ih1 theo khả năng chuyển động với tốc độ ổn định tối thiểu để cơ động
trong điều kiện địa hình chật hẹp:
0,377.n emin .rbx
i h1 �
va min .i o .i p

Trong đó:
+ nemin : Số vòng quay tối thiểu của động cơ [v/ph]; Động cơ điesel nemin=
1300 ÷ 1800 [v/ph]. Chọn nemin = 1300 [v/ph].
+ va min: Tốc độ chuyển động ổn định nhỏ nhất [km/h] mà xe có thể thực hiện
được dễ dàng cơ động khi địa hình chật hẹp. Khi tính toán thừa nhận va min ≤ 4 ÷ 5
[km/h]. Chọn va min = 4,5 [km/h].
Thay các đại lượng vào công thức trên, ta có:
0,377.1300.0, 45
i h1 �
4,5.4
� ih1 ≥ 12,25

Từ ba điều kiện trên, chọn tỷ số truyền số một của hộp số: ih1 = 13
Từ các đại lượng trên, ta thay vào công thức (2.1) ta sẽ xác định được
mômen quán tính khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô máy kéo và rơ mooc
quy dẫn về trục ly hợp:
107910  0 0, 452
.
.1,05
(13.4)2
Ja = 9,81
� Ja = 0,865 [kg.m2]

17


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
2.6. Mômen cản chuyển động qui dẫn Ma
Mômen cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp được tính theo công thức:
rbx
Ma = [(Ga + Gm). Ψ + Pω]. it .t

(2-2)

Trong đó:
P: Lực cản của không khí [N]. Khi xe khởi hành thì P = 0 vì tốc độ quá
nhỏ.
Ψ: Hệ số cản tổng cộng của đường. Theo [1], tính cho đường có Ψ = 0,02
Thay các đại lượng vào công thức (2-2), ta có:

0, 45
Ma = [(107910+ 0). 0,02 + 0]. 4.13.0,89
 Ma = 21 [N.m]
2.7. 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 = 2,5 [s].
Tính hệ số kết thúc trượt ly hợp kd (kd > 1) của ly hợp theo công thức:
k d .M emax .(ωe - ωa ).2.J a
(k d .M emax - M a ) 2
to =

(2-3)

Trong đó:
+ kd: Hệ số kết thúc trượt
+ ωe: Tốc độ động cơ khi đóng ly hợp, ωe = ωm = 178 [rad/s]
+ ωa: Tốc độ góc của trục ly hợp. Khi xe khởi hành thì ωa = 0
2
2
2
Từ (2-3), ta có : t 0 (k d .M emax -2.k d .M emax .M a +M a )-k d .M emax .(ωe -ωa ).2.J a = 0

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

(2-4)

2

Đặt : A = M emax .t 0 = 4622.2,5 = 533610.
B=

-2.(t 0 .M emax .M a +M emax .ω e.J a ) =-2.(2,5.462.21 + 462.178.0,865)

18


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
= -190778,28

2

C = t 0 .M a = 2,5.212 = 1102.5
2
Từ (2-4), ta có phương trình: 533610.k d - 190778,28.k d +1102,5= 0

Giải phương trình trên ta có hai nghiệm như sau:
kd1 = 0,35 ( nhận).
kd2 = 5,7.10-3 ( loại nghiệm).
Vậy kd = 0,35 (Thỏa điều kiện kđ > 1).
Thay kd = 0,35 vào công thức tính thời gian trượt t1, t2 ta được:
t2 =


(ω e - ω a ).2.J a
k d .M emax - M a
178.2.0,865
 2, 2
0,35.462  21
[s]

t1 = t 2 .

Ma
k d .M emax - M a

 2, 2.

21
 0,33

0,35.462  21
[s]

2.8. Công trượt tổng cộng của ly hợp Lδ [J]
Công trượt tổng cộng của ly hợp Lδ [J] được xác định theo [3]

�t1 2 � 1
+ J a .(ωe - ω a ) 2
L = M a .(ωe - ωa ). � + t 2 �
�2 3 � 2

(2-5)

Trong đó :
Ma: Mômen cản chuyển động qui dẫn [N.m]
ωe: Tốc độ động cơ khi đóng ly hợp, khi tính toán lấy bằng tốc độ góc ứng
với moment cực đại ωe= ωm. Theo đề ωm=nm.π/30 = 2600.π/30 =178 [rad/s]
ωa: Tốc độ góc của trục ly hợp. Khi xe khởi hành thì ωa = 0
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 (2-5) ta được:

19


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
�0,33 2
�1
2

� + .2,2 �+ .21.178
�2
Lδ = 21.178. � 2 3
= 19802,5 [J]

2.9.Công trượt riêng
Giá trị tuyệt đối của công trượt L chưa phản ánh được khả năng chống mòn và
điều kiện làm việc của ly hợp. Các ly hợp có kích thước khác nhau, dù có cùng L sẽ
có điều kiện làm việc khác nhau và bị mài mòn khác nhau. Vì thế, để đánh giá ly
hợp về những phương diện trên, dùng đại lượng tương đối gọi là công trượt riêng:
4.19802,5
4.L

2
2
2
2
lδ = Z ms .π.D (1 - K r ) 4. .0, 282 (1  0,6 ) = 123848,84 [J/m2]
2.10.Chế độ nhiệt của ly hợp
Công trượt của ly hợp sẽ biến thành nhiệt đốt nóng các chi tiết của nó. Vì
vậy, khi tính toán ly hợp phải kiểm tra xem nhiệt độ của chi tiết bị đốt nóng có vượt
qua giới hạn cho phép hay không. Thực tế, chi tiết bị đốt nóng mạnh nhất là các đĩa
chủ động vì chúng trực tiếp thu nhận nhiệt.
Để xác định mức tăng nhiệt độ của các đĩa chủ động, ta giả thiết rằng trong
quá trình trượt ly hợp không xảy ra sự truyền nhiệt vào môi trường xung quanh , khi
đó:
0
Δt =

 .L 

mc.C

Trong đó:
∆t0: Độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng, [K]
γ: Hệ số xác định phần công trượt nung nóng chi tiết cần tính. Với ly hợp hai
đĩa bị động γ = 0,5
Lδ : Công trượt toàn bộ ly hợp, [J]
+mc: Khối lượng chi tiết bị nung nóng, [kg]
+C: Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng, với vật liệu bằng thép hoặc
gang có thể chọn C = 481,5 [J/kgđộ]

20


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
Đối với ô tô đơn, sau mỗi lần đóng ly hợp ∆t không được lớn hơn [∆t] =
10C

 .L
m c �۳ 0
t .C

mc

0,5.19802,5
10.481,5

2,05 [kg]

mc

2.11.Bề dày tối thiểu của đĩa ép (theo chế độ nhiệt)
Bề dày tối thiểu đĩa ép δ [m] được xác định theo công thức:
mc
δ�
π.  R 2 -r 2  .ρ

Trong đó:
ρ: Khối lượng riêng của đĩa ép. Với vật liệu làm bằng gang ρ  7800 [kg/m3].
Thay số các đại lượng đã biết vào công thức, ta được:

2,05
δ�
 .(0,1412  0,08642 ).7800

δ 0,00503 m 

5,038  mm 

2.12.Lò xo ép
a.Lực ép cần thiết tính cho một lò xo trụ được xác định :
Flx 

k0 .F 1, 06.7990

 564, 6  N 
Zlx
15

Trong đó :

+F :Lực ép cần thiết của ly hợp
+ k0 :Hệ số tính đến sự giãn nở ; k0  1, 05 �1, 08 ;Chọn k0 =1,06
+ Z lx :Số lượng lò xo để tạo ta lực ép.
+Đối với xe khách có tải trọng 11 tấn ta chọn Z lx =15.
b.Độ cứng của một lò xo ép
Clx 

Clx  N / m 

Flx �  min
.�
1
lm � 

:

� 564, 6
.  1  0,8   18220  N / m 
�
� 0, 006

Trong đó :
+  :Hệ số dữ trữ tính toán của ly hợp

21


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
+  min :Hệ số dự trữ của ly hợp khi tấm ma sát mòn đến giớn hạn phải thay.
Theo kinh nghiệm:  min  (0,8 �0,85). Chọn  min  0,8  .

+

lm  0,5. ms .Zms  0,5.3.4  6  mm

+  ms :Độ dày của một tấm ma sát.
c.Lực lớn nhất tác dụng lên một lò xo:
Flx max  Flx  Clx .m  564, 6  18220.0, 0036  630, 2  N 

Trong đó:
+ Clx :Độ cứng của một lò xo 

N / m

.

+ m :Độ biến dạng thêm của lò xo khi mở ly hợp.
+
Với

m   m .Z ms   dh  0, 0007.4  1  3, 6  mm 

+  m =khe hở hoàn toàn giữa mỗi đôi bề mặt.
+  dh :Độ dịch chuyển thêm cần thiết của đĩa ép do dộ đàn hồi của đĩa bị

  1 mm 
động.  dh  0, 25 �1 .Chọn dh 

  0,7  mm 
+Với ly hợp 2 đĩa Z ms  4 ; m

c.Kích thước động học của lò xo trụ :
* Đường kính dây lò xo

d  mm

và đường kính trung bình

D  mm 

được xách định

�
N / m2 �
�.
từ công thức tính ứng suất �


8.k .D
.Flx max �  
 .d 3

Lò xo được chế tạo từ các loại thép cacbon cao như :85,65C…có ứng suất
   650 �850 �
MN / m 2 �
   750 �
MN / m 2 �


�
�

�
�
cắt cho phép
.Chọn

Trong đó:
+d :Đường kính dây lò xo

 m

.

+D :Đường kính trung bình của lò xo

22

 m .


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
+
+k :Hệ
số tăng
ứng
suất
tiếp do
lò xo bị
xoắn
khi chịu
tải.Đượ

c chọn
theo tỉ
số D/d
từ bảng
sau
:XD/d
k



�
MN / m 2 �
�.
:Ứng suất tiếp cho phép của lò xo �

3

4

5

6

7

8

9

10

1,58

1,4

1,31

1,25

1,21

1,18

1,16

1,1
4

Chọn D/d=7 ta được k=1,21.
Thế số ta được :
d�

Chọn

d  4.103  m 

8.1, 21.4.630, 2
�3, 6.10 3
 .750.106

ta được đường kính trung bình của lò xo

D  28.103  m

*Số vòng làm việc của lò xo trụ :
Số vòng làm việc của lò xo được tính theo
Clx 

Clx  N / m 

G.d 4
8.D 3 .n lv

Trong đó :
+ nlv :Số vòng làm việc của lò xo.
+G :Modun trượt đàn hồi của vật liệu làm lò xo.

G  0,81.1011 �
N / m2 �
�
�

Suy ra số vòng làm việc của lò xo :
0,81.1011.  4.10 3 
G.d 4
nlv 

 6, 4
8.D 3 .Clx
8.28.18220

(vòng)
4

23


Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách
*Chiều dài tối thiểu của lò xo

Lmin  mm 

được xác định khi lò xo chịu tải lớn nhất

với khe hở tối thiểu giữa các vòng là 1 mm.
Lmin   nlv  1 .  d  1   1,5 �2  .d  2  37  mm

Trong đó :
+

nlv  1

:Số bước lò xo.

+d :Đường kính dây lò xo .
+

1,5 �2 

:Số vòng không làm việc của lò xo .Chọn =2.

+2 :Khe hở giữa các vòng tì và vòng làm việc.
*Chiều dài tự do của lò xo Lmax được xác định khi lò xo không chịu tải :
Lmax  Lmin  max  37  34,58  71,58  mm 

Trong đó :
+ max :Độ biến dạng lớn nhất của lò xo khi chịu lực ép Flx max .
+

max 

Flx max 630, 2

 34,58  mm 
Clx
18220
.

*Chiều dài làm việc của lò xo Llv khi chịu lực ép Flx :
Llv  Lmax  lv  71,58  30,98  40, 6  mm 
lv 

Flx 564, 6

 30,98  mm
Clx 18220

+Với
2.13.Bộ phận giảm chấn xoắn

24

Tính toán, thiết kê hệ thống ly hợp ô tô khách

Rtbgc

R2

Sơ đồ lò xo giảm chấn
Mô men khóa giảm chấn xác định biến dạng lớn nhất của các lò xo, để giảm
chấn không bị khóa cứng khi ô tô máy kéo chuyển động trong những điều kiện
đường xá khác nhau:

M kgc �M e max  Mj  (1, 2 �1, 4).M e max . Chọn M kgc = 1,3. 462 = 600,6 [N.m]
Mô men ma sát của giảm chấn được xác định theo điều kiện đảm bảo cho
biên độ các dao động cộng hưởng xuất hiện là nhỏ nhất.

M msgc  (0,06 �0,17).M e max . Chọn M msgc = 0,1.462 = 46,2 [N.m]
Góc dịch chuyển tương đối của các bề mặt ma sát:
Chọn

 gc

 gc

= ( 230’ ÷ 340’).

=3

Mô men ép ban đầu của các lò xo: M lx = (0,08 ÷ 0,15). M e max . Chọn M lx =

0,1.462= 46,2 [N.m]
Số lượng lò xo Zlx =6 ÷ 10, chọn Zlx = 8
Đường kính dây lò xo: d = 2,5 ÷ 4 [mm]; chọn d = 3 [mm]; Đường kính
trung bình của lò xo: D = 13 ÷ 19 [mm], chọn D = 16 [mm]
Số vòng lò xo nlv = 3 ÷ 4, chọn = 3; Khe hở giữa các vòng là δ = 3,9 [mm]

25