Đồ án thiết kế ly hợp ô tô

Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển kinh tế mạnh mẽ không ngừng, nhu cầu đi lại, vận
chuyển hàng hóa của con người càng tăng cao hơn. Trong đó, các phương tiện giao
thông nói chung và ôtô nói riêng, chiếm một số lượng lớn trong việc giải quyết các
nhu cầu của con người. Đặc biệt là dòng xe du lịch 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 Lê Văn Tụy 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 bản thân mình được học hỏi them nhiều kiến thức và được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày … tháng 05, 2018.
Sinh viên thực hiện

Hồ Nguyễn Khánh Hân

1


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ LY HỢP ÔTÔ

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
◦ Dựa theo tính chất điều khiển: Ly hợp dẫn động kiểu cơ khí; Ly hợp dẫn
2


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
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.
) 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

Hình 1.1 – Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát loại một đĩa
1-Bánh đà; 2-Đĩa ma sát; 3-Khớp nối đĩa chủ động với vỏ ly hợp;
3


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
4-Đĩa ép; 5-Lò xo ép; 6-Đòn mở (ép); 7-Ổ (bạc) mở; 8-Thân ly hợp
▪ Nguyên lý hoạt động:
Trên hình 1.1 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:
Trên hình 1.2 là sơ đồ nguyên lý ly hợp ma sát loại lò xo đĩa.

4


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
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.
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
Hình 1.2 – 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.

5


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
▪ 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
▪ Nguyên lý hoạt động: Trên hình 1.3 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

1

10

6

9

8

Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
Hình 1.3 – 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 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
Ly hợp thuỷ lực truyền mômen thông qua chất lỏng.
▪ Sơ đồ cấu tạo

Hình 1.4 - Sơ đồ nguyên lý ly hợp thuỷ lực.
Cấu tạo của ly hợp thuỷ lực gồm 2 phần:
+ Phần chủ động là phần bánh bơm, bánh đà.
+ Phần bị động là bánh tuốc bin nối với trục sơ cấp của hộp giảm tốc.

7


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
▪ Nguyên lý hoạt động :
Ly hợp thủy lực gồm có 2 bánh công tác: Bánh bơm ly tâm và bánh tua bin
hướng tâm, tất cả được đặt trong hộp kín điền đầy chất lỏng công tác. Trục của bánh
bơm được nối với động cơ và trục của bánh tua bin nối với hộp số.

Khi động cơ làm việc, bánh bơm quay, dưới tác dụng của lực ly tâm chất
lỏng công tác bị dồn từ trong ra ngoài dọc theo các khoang giữa các cánh bơm. Khi
ra khỏi cánh bơm, chất lỏng có vận tốc lớn và đập vào các cánh của bánh tua bin
làm bánh này quay theo, nhờ đó năng lượng được truyền từ bánh bánh bơm sang
bánh tua bin nhờ dòng chảy chất lỏng.
Ly hợp thủy lực không có khả năng biến đổi mômen, nó chỉ làm việc như
một khớp nối thuần túy nên còn gọi là khớp nối thủy lực.
▪ Ưu điểm :
+ Có thể thay đổi tỉ số truyền một cách liên tục.
+ Có khả năng truyền tải mô men lớn.
+ Cấu tạo đơn giản, giá thành sản xuất thấp, dễ bảo dưỡng sữa chữa.
+ Có tính êm dịu cao.
▪ Nhược điểm :
+ Không có khả năng biến đổi mômen nên đã hạn chế phạm vi sử dụng của
nó trên các hộp số thủy cơ ôtô.
+ Hiệu suất thấp ở vùng làm việc có tỉ số truyền nhỏ.
+ Độ nhạy quá cao làm ảnh hưởng xấu đến đặc tính làm việc kết hợp với
động cơ đốt trong.
1.2.1.3. Ly hợp điện từ

8


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
Ly hợp điện từ là loại ly hợp mà mômen hình thành ở ly hợp nhờ mômen điện từ
▪ Sơ đồ cấu tạo:

3
4

1

5

2

6

Hình 1.5 - Sơ đồ nguyên lý ly hợp điện từ.
1.Bánh đà.

2.Khung từ.

3.Cuộn dây.

4.Mạt sắt.

5.Lõi thép bị động nối với hộp số.

6.Trục ly hợp.
- Nguyên lý hoạt động:
+ Khi mở ly hợp : Khi không cấp điện cho cuộn dây 3 nên không có lực
từ trong cuộn dây, nên phần chủ động 1 là bánh đà và phần bị động 5 là lõi thép
không hút nhau nên khi động cơ không quay mômen không truyền ra trục ly hợp.
+ Khi đóng ly hợp : Khi cấp điện cho cuộn dây 3 làm xuất hiện lực
điện từ trong cuộn dây nên xuất hiện lực hút giữa bánh đà 1 và lõi thép bị động 5.
Như vậy khi bánh đà quay làm cho lõi thép quay theo. Do đó mômen được truyền
từ động cơ sang trục ly hợp. Tuy vậy lực hút giữa bánh đà và lõi thép không đủ lớn
nên giữa khe hở bánh đà và lõi thép người ta đưa vào những mạt sắt. Khi có từ
trường, chúng tạo thành những đường sức tạo thành dây sắt cứng nối bánh đà và lõi

thép với nhau làm tăng ma sát nên việc truyền mômen giữa bánh đà và lõi thép
được tăng lên.

9


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
▪ 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

1

▪ Sơ đồ nguyên lý:

2
5

6
4

3
Hình 1.6 – 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:
Trên hình 1.6 là sơ đồ nguyên lý ly hợp dẫn động kiểu cơ khí . 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.
10


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
1.2.2.2. Ly hợp dẫn động kiểu thủy lực
▪ Sơ đồ nguyên lý:

3

2

6

7

1

4

5

Hình 1.7 – 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:
Trên hình 1.7 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.
▪ 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.

11


Tính toán 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.
1.2.2.3. Điều khiển ly hợp có trợ lực
a) Ly hợp dẫn động kiểu cơ khí có trợ lực khí nén
▪ Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.8 – 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;
▪ Nguyên lý trợ lực:
Trên hình 1.8 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 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.
b) Ly hợp dẫn động kiểu thủy lực có trợ lực khí nén:

12


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
▪ Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.9 – 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.
▪ Nguyên lý trợ lực: Trên hình 1.8 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 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.

13


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô

CHƯƠNG 2.

TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU

2.1. Tính toán xác định các thông số yêu cầu ban đầu
 Dựa vào tài liệu [2] ta thấy rằng:
-

Để đảm bảo cho ly hợp truyền hết mômen quay của động cơ trong mọi điều kiện
làm việc, thì ly hợp phải có khả năng truyền được momen quay lớn hơn momen
xoắn lớn nhất của động cơ Memax. Nghĩa là ta phải có:
M ms = β .M e max

[N.m]

(2.1)

Trong đó:

14

Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô

o

M ms

: mômen ma sát cần thiết ly hợp, [Nm].

o M e max : mômen xoắn lớn nhất của động cơ, [Nm]. Đối với máy kéo momen này
lấy bằng momen danh nghĩa Mn của động cơ. Theo đề, xe du lịch thiết kế có
momen cực đại : Me = 168 [N.m].
o

β: hệ số dự trữ của ly hợp.
Hệ số dự trữ ly hợp β phải đủ lớn (β>1) để đảm bảo cho ly hợp truyền hết
momen xoắn động cơ trong mọi 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 tấm ma sát
bị mòn,…). Tuy nhiên hệ số β củng không được quá lớn, vì như thế ly hợp
không làm tốt chức năng bảo vệ an toàn cho hệ thống truyền lực khi quá tải.
Từ bảng B1-1, theo [2], loại xe du lịch có trị số β = 1,3 ÷ 1,75
Chọn hệ số dự trữ ly hợp : β = 1,5

-

Thay số vào (2.1) ta tính được momen ma sát yêu cầu của ly hợp:
Mms = 200. 1,5 = 300 [ N.m]
2.2. Phân tích chọn kiểu/loại cho ly hợp

-

2.2.1. Chọn loại ly hợp
Đối với ly hợp ma sát có nhiều loại như:
+ Ly hợp lò xo trụ bố trí xung quanh chu vi đĩa ép có ưu điểm là kết cấu gọn, có
chổ rộng 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 biến dạng (cong) dưới tác dụng của lực ly tâm làm giảm lực ép, gây
trượt và mài mòn ly hợp.
+ Ly hợp lò xo côn dùng một lò xo côn bố trí ở tâm, 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 tri cốc ép khó khăn hơn do không gian phần giữa chật hẹp hơn.
Qua việc phân tích sơ bộ và xe có momen ma sát Mms =300 [N.m], khối lượng toàn
bộ G =2530 (kg). Ta chọn loại ly hợp ma sát một đĩa kiểu lò xo đĩa côn để thiết kế

15


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
cho loại xe buýt mà đề yêu cầu vì: xe buýt chủ yếu hoạt động trong điều kiện
không nặng nhọc, hoạt động trên đường tốt, có đặc tính động lực học tốt.
2.2.2. Chọn phương án dẫn động ly hợp.
Trên ôtô máy kéo hiện nay thường dùng hai loại dẫn động là dẫn động cơ khí và dẫn
động thủy lực. Ngoài ra để đảm bảo sự điều khiển nhẹ nhàng, giảm cường độ lao
động cho người lái và tăng tính tiện nghi người ta còn dùng trợ lực khí nén hoặc trợ
lực chân không.
+ Dẫn động cơ khí: có ưu điểm là đơn giản, rẻ tiền, làm việc tin cậy. Tuy nhiên,
củng có nhược điểm hiệu suất thấp nhất là khi dẫn động dài do chổ ngồi của người
lái nằm xa ly hợp thì chiều dài và số lượng khâu khớp dẫn động lớn, giảm độ cứng
và tăng hành trình tự do của bàn đạp. Ngoài ra, khi dùng dẫn động cơ khí thì vấn đề
làm kín dàn xe và truyền lực từ bàn đạp đến ly hợp phức tập hơn do động cơ đặt

trên các gối đỡ đàn hồi.
+ Dẫn động thủy lực: có ưu điểm là hiệu suất cao, độ cứng vững cao nên giảm được
hành trình tự do của bàn đạp. Dẫn động thủy lực còn hạn chế 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 là kết cấu phức tạp và đòi hỏi độ kín khít cao, đắt
tiền, làm việc kém tin cậy hơn dẫn động cơ khí (khi có rò rỉ trên đường ống).
Do có nhiều ưu điểm được phân tích ở trên nên ta chọn phương án dẫn động thủy
lực dùng để thiết kế hệ thống dẫn động ly hợp cho xe thiết kế. Sơ đồ dẫn động ly
hợp:

16


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô

Hình 2.1- Sơ đồ dẫn động ly hợp lò xo đĩa côn
1-Bánh đà ;2-Xương đĩa ;3-Moay-ơ ;4-Đĩa bị động ;5-Đai ốc ;6-Đĩa ép ;7-Cơ cấu
ép ;8-Ổ mở ly hợp ;9-Xy lanh chính ;10-Cần bàn đạp ;11-Xy lanh làm việc

17


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
Chương 3. TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LY
HỢP
3.1. Tính toán đĩa bị động và đĩa ép
3.1.1. Tính toán momen ma sát của ly hợp
Tính toàn từ công thức (2.1) ở trên, ta có :
Momen ma sát yêu cầu : Mms = 300 [ N.m]
3.1.2. Bán kính hình vành khan của bề mặt ma sát đĩa bị động

Nếu gọi lực ép tổng cộng do cơ cấu ép tạo ra là F [N], đặt tại bán kính trung
bình Rtb [m] của đĩa bị động, thì mômen ma sát của ly hợp M ms [N.m] do cơ cấu ép
tạo ra là:
Mms = μ.F.Rtb.zms
(3.1)
Trong đó:
+ μ: hệ số ma sát trượt giữa các đôi bề mặt ma sát (tấm ma sát với đĩa ép và tấm ma
sát với bánh đà) và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: vật liệu và tình trạng của đôi bề
mặt ma sát; tốc độ trượt tương đối; nhiệt độ, áp suất trên bề mặt ma sát… Tuy nhiên
khi thiết kế chỉ chọn hệ số ma sát trong khoảng: μ = 0,22 – 0,3. Ta chọn μ =0,28
+

zms: số đôi bề mặt ma sát, vì chọn ly hợp một đĩa bị động nên zms = 2.

+ p [N/m2] là áp suất pháp tuyến sinh ra ở các đôi bề mặt ma sát dưới tác dụng của lực
ép F, và với giả thiết áp suất p là phân bố đều trên toàn bộ bề mặt ma sát (p=const).
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 nhẹ nên có thể chọn áp suất theo giới hạn
trên p=2,2.105 [N/m2].
Với R1,R2 là bán kính trong và ngoài của hình vành khăn thì momen ma sát của đĩa
bị động ly hợp Mms do cơ cấu ép tạo ra được viết lại ở dạng triển khai theo kích
thước tấm ma sát:
Mms
=
μ.p.π.R23.(1-K3p).Zms
(3.2) Trong đó : Kr là hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát
Kr=R1/R2. Giá trị nhỏ dùng cho xe có động cơ tốc độ trung bình và đặc tính động
lực xe tốt (ít phải sang số), có thể chọn K r theo kinh nghiệm: Kr= 0,53 – 0,75. Ta
chọn Kr= 0,59
Suy ra bán kính ngoài R2 [m] của bề mặt ma sát đĩa bị động ly hợp được xác định

theo áp suất làm việc của các bề mặt ma sát, từ [2] ta có:
R2 ≥ 3

R2=

3.β .M e max
2 zms .µ.π [ p ] .(1 − K R 3 )

(3.3)
18


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
Thay các giá trị đã có vào công thức (2.4), ta có
R2 = 3

3.1,5.168
2.2.0,28.π .1,4.10 5. 1 − 0,593

(

)

= 0,131 [m]
= 131 [mm]
Do đó: Bán kính trong của đĩa ma sát là
R1 = Kr.R2

(3.4)

R1 = 0,59.131 = 77 [mm]
3.1.3. 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 (1-3), từ [2] ta có
S = π .( R22 − R12 )
(3.5)
= π .(0,1312 – 0,0772 )
= 0,0353 [m2]

-

Bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát Rtb [m] được tính theo [1-3]:
Rtb =

(
(

)
)

(
(

)
)

2. R23 − R13
2. 0,1313 − 0,077 3
=
= 0,106
3. R22 − R12

3. 0,1312 − 0,077 2
[m]

(3.6)

3.1.4. Lực ép của cơ cấu ép
Lực ép cần thiết của cơ cấu ép phải tạo ra mà theo đó đảm bảo áp suất làm
việc và mô-men ma sát yêu cầu, lực ép của cơ cấu ép được xác định theo
công thức (1-4) từ [2] , ta có :
F=

F=

βM e max
µRtb Z ms

(3.7)

1,5.168
= 4245,28
0,28.0,106.2
[N]

3.1.5. Công trượt riêng của 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 tính toán trên là 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.

19

Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
Quá trình đóng mở ly hợp êm dịu bao giờ củng kèm theo sự trượt ly hợp giữa
các bề mặt ma sát. Sự trượt ly hợp làm cho các bề mặt ma sát mòn, đồng thời sinh
ra nhiệt nung nóng các chi tiết tiếp xúc với các bề mặt trượt. Nếu cường độ trượt
mạnh sẽ làm mòn nhanh các bề mặt ma sát và nhiệt sinh ra sẽ 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 kiểm tra giá trị của chúng
có nằm trong giới hạn cho phép hay không 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 tổng cộng trên một đơn vị diện tích
làm việc của các bề mặt ma sát, kí hiệu lr , theo [2] ta có :
lr =

(3.8)

Trong đó :
+
+
+
+

L : Công trượt tổng cộng của ly hợp, [J].
zms : Số đôi bề mặt ma sát.
R2 : Bán kính ngoài hình vành khăn của bề mặt ma sát, [m].
R1 : Bán kính trong hình vành khăn của bề mặt ma sát, [m].

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 3.1 - Mô hình tương đương: động cơ - hệ thống truyền lực
3.1.5.1. Mô men quán tính quy dẫn Ja [kg.m2]
20


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
Mô men quán tính khối lượng qui dẫn Ja được xác định từ điều kiện cân bằng
động năng khi ô tô đang chuyển động

Ja =

 G a +G m 
rbx 2
.
.δ t

÷
2
g

 ( i h .i p .i o )

(3.9)

Trong đó:
◦ Ga: trọng lượng toàn bộ của xe, ta có
Ga = G. g = 2530. 9,81= 24819,3 [kg]
Với G là khối lượng toàn bộ xe, theo đề G = 2530 [kg]

g là gia tốc trọng trường, g = 9,81 [m/s2]
+ Gm: trọng lượng toàn bộ rơ mooc hay đoàn xe kéo theo, Gm= 0 [kg]
+ rbx: bán kính làm việc bánh xe, rbx = 300 [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.
+ 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 .
) Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính i0
Giá trị tỷ số truyền lực chính i 0 cùng với tỷ số truyền cao nhất của hộp số i hn
được xác định theo tốc độ chuyển động lớn nhất của động cơ ωe max , theo [2] :

ωemax .rbx
i0 = i hn .vmax

(3.10)

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 ωN là tốc độ góc ứng với công suất cực đại của động cơ, chọn
ωe max = λ.ω N ( đối với ô tô dùng động cơ xăng không hạn chế số vòng quay thì

21


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
λ = 1,1 ÷ 1,3 . Chọn λ = 1, 2 )

ωemax = λ.ωN =1,2.

2.π.n N π.6500
=1,2.
= 816,4
60
30
= = 703,7 [rad/s]

+ vmax: Tốc độ lớn nhất của xe. Theo đề, ta có vmax = 150 [km/h] = 41,67 [m/s].
+ rbx : bán kính làm việc của bánh xe, theo đề rbx = 300 [mm] = 0,3 [m].
Thay các đại lượng trên vào, ta có:
i0 =

703,7.0,3
= 5,07
1.41,67

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, theo [4] :
≥

ih1

ψ max .G a .rbx
M emax .i o .i p .η t

(3.11)

Trong đó:
+ ψ max : Hệ số cản lớn nhất của đường. Theo đề: ψ max = 0,45
+ ηt : Hiệu suất của hệ thống truyền lực. Theo [4], với ôtô du lịch thì
ηt = 0,85 ÷0,93. Chọn ηt = 0,93

Thay các đại lượng vào công thức trên, ta có:
ih1 ≥
⇒

0,45.24819,3.0,3
168.5,07.1.0,93

ih1 ≥ 3,13 4,23

 Xác định ih1 theo khả năng tạo được lực kéo lớn nhất theo điều kiện bám,
theo [4], ta có :
≤

ih1

G φ .φ.rbx
M emax .i o .i p .η t

(3.12)

Trong đó:
22


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô

◦

Gϕ = 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 = 1,3.
Gcd : Trọng lượng phân bố lên cầu chủ động, [N]. Gcd ≈ (0,5 ÷ 0,55).Ga

Chọn:

Gcd = 0,55.Ga = 0,55.19767,15 = 10871.93[ N]

0,55.24819,3 = 13650,6 [N].

 Gφ = 13650,6.1,3 =17745,8 [N]
◦ ϕ : Hệ số bám giữa lốp và mặt đường. Theo [4], với loại đường nhựa hoặc bê
tông khô và sạch thì ϕ = 0,7 ÷ 0,8. Ta chọn ϕ = 0,75.
Thay các đại lượng trên vào công thức, ta có :
ih1 ≤
⇒

17745,8.0,75.0,3
= 5,04
168.5,07.1.0,93

ih1 ≤ 5,04

Từ các điều kiện trên, chọn tỷ số truyền số một của hộp số 1 : ih1 = 4,23
Từ các đại lượng trên, ta thay vào công thức (3.9) ta sẽ xác định được mômen quán
tính quy dẫn :
0,3 2
 24819,3 + 0 
Ja = 
.1,05 = 0,52
.
2
 9,81  ( 4,23.1.5,07 )
⇒ Ja = 0,52 [kg.m2]

3.1.5.2. Mômen cản chuyển động qui dẫn Ma [N.m]
Mômen cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp, theo [2] được tính
theo công thức:
rbx
Ma = [(Ga + Gm). Ψ + Pω]. it .ηt
(3.13)
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. Theo [1], tính cho đường có Ψ = 0,02.

(i = i .i .i )
+ it :Tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực t h1 p 0 .
23


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
+ �t: hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực. Xe du lịch, chọn �t=0,9.

Thay các đại lượng vào công thức (3.13), ta có:
M a = [ ( 24819,3 + 0).0,02 + 0].

0,3
4,5.5,07.0,9

⇒ Ma = 7,02 [N.m]
3.1.5.3. 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: t 0= 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 [2] có công thức:
k d .M emax .(ωe - ωa ).2.J a
(k d .M emax - M a ) 2
to =

(3.14)

Trong đó:
+ kd: Hệ số kết thúc trượt
◦ ωe: Tốc độ động cơ khi đóng ly hợp
ωe=ωM=(nM.π)/30= (3050.π)/30=319,4 [rad/s]
+ ωa: Tốc độ góc của trục ly hợp. Khi xe khởi hành thì ωa = 0
Từ

(3.14),

ta

có

:

2
t 0 (k d2 .M emax
-2.k d .M emax .M a +M 2a )-k d .M emax .(ωe -ω a ).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

Đặt :

2

A = M emax .t 0 = 1682.2 = 70560
B=

-2.(t 0 .M emax .M a +M emax .ω e.J a )

= -2.(2,5.168.7,02 + 168.319,4.0,52)
= -61702,4
2

C = t 0 .M a = 2,5.7,022 = 123,2
Từ (3.15), ta có phương trình: 70560kd2 - 61702,4kd + 123,2 = 0
Giải phương trình trên ta có hai nghiệm như sau:

24

(3.15)


Tính toán thiết kế hệ thống ly hợp ô tô
kd1 = 0,87 ( nhận).
kd2 = 2,14.10-3 ( loại nghiệm).
Vậy kd = 0,87 (Thỏa điều kiện kđ > 0).
Thay kd = 0,87 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

(3.16)

(319,4 − 0).2.0,52

=

0,87.168 − 7,02

Ma
1,06.13,3
= t 2.
=
= 0,036( s)

Kd .Me max . − Ma (1,644.248 − 13,3)

= 2,387 (s)
t1 = t 2 .

Ma
k d .M emax - M a

(3.17)

(319,4 − 0).2.0,52

=

0,87.168 − 7,02

Ma
7,02
t1 = t 2.
= 2,387.
= 0,036( s)
Kd.Me max . − Ma
0,87.168 − 7,03


= 0,120 (s)
3.1.5.4. Công trượt tổng cộng của ly hợp Lδ [J]
Công trượt tổng cộng của ly hợp Lδ [J] được xác định theo [2]

 t1 2  1
2
L δ = M a .(ωe - ω a ).  + t 2 ÷+ J a .(ω e - ω a )

2 3  2

(3.18)

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 = 3500.π/30 =366,5 [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 đã tính ở trên vào công thức (3.18) ta được:
 0,12 2.2,387  1
2
= 7,02.( 319,4 − 0).
+
 + .0,52.( 319,4 − 0 ) = 30226,85
3  2
 2
Lδ
[J]

25