Thiết kế môn học kết cấu tính toán ô tô thiết kế ly hợp

Bộ môn cơ khí ôtô

Thiết kế môn học kết cấu tính toán ôtô
Sinh viên thực hiện

: Hoàng Tiến Đức

Lớp : CKÔTÔ A-K38

Giáo viên hớng dẫn : TS Nguyễn Đức Toàn
Đề số : 8
Nhiệm vụ : Thiết kế ly hợp đĩa ma sát khô của hệ thống truyền
lực ôtô với các số liệu ban đầu nh sau :
Ph.á
n
8

Loại
ôtô
Tải

Ga
Memax
(KG) (KGm)
15305
65

nemax
(v/p)
2600

Bánh xe
260508P

ih1

io

7,2 5,4
2
3

*Yêu cầu:
-Thuyết minh từ 15ữ 20 trang soạn thảo trên máy vi tính
-Bản vẽ :01 bản vẽ Ao gồm các hình chiếu chính và phụ để rõ kết
cấu của truyền lực chÝnh


Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

I - Xác định mô men ma sát của ly hợp

Mô men ma sát của ly hợp đợc tính theo công thức:
Ml = .Mđ
Trong đó
+ Ml : Mô men ma sát của ly hợp
+ Mđ : Mô men xoắn của động cơ.

Mđ = Memax = 65KG.

+ β : HƯ sè dù tr÷ cđa ly hỵp , chän β = 2
⇒ Ml = 2.65 = 130 KG.
II - Xác định kích thớc cơ bản của ly hợp.
1) Mô men ma sát của ly hợp đợc xác định theo công thức
Ml =.Mđ = à .P . Rtb.i

dR

Trong đó
+ à : Hệ số ma sát ,chọn = 0,3.

R

+ P : Tổng lực ép lên các đĩa ma sát

R1
R2

+ Rtb: Bán kính ma sát trung bình

Sơ đồ tính toán Rtb
Chọn đờng kính ngoài của đĩa ma sát D2 = 2.R2 = 350mm ⇒ R2=
175mm
⇒ §êng kÝnh trong cđa ®Üa ma s¸t b»ng D1 = 2.R1 =0,53.R2 = 90mm
do đó
Rtb = (R1+R2)/2 =133,88mm.

2) Chọn số lợng đĩa bị động (số đôi bề mặt ma sát )
Số lợng đĩa bị động đợc chọn sơ bộ theo công thức

2


Thiết kế môn học

i=

Lớp CKÔ-TÔ A38

Md
Ml =
à R tb 2 R 2tb bà[ q ]

Trong đó
+ b: Bề rộng tấm ma sát gắn trên đĩa bị động đợc tính theo công
thức
b = R2 - R1 = 8,5cm
+ [q]: áp lực riêng trên bề mặt ma sát chọn theo bảng 3 [q] =
150KN/m2
Vậy nên:
i = 1,98
lấy i = 2

III - Xác định công trợt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp
1) Công trợt đợc xác định theo c«ng thøc sau.
Theo c«ng thøc kinh nghiƯm cđa viƯn HAMIT tính công trợt của ly hợp
khi khởi động ô tô tại chỗ :
2

n

5,6.G. M e max o . r 2b
 100 
L=
i o . i h . i f .[ 0,95. M e max . i t − G. r b .ψ ]

Trong ®ã
+ G : Träng lợng toàn bộ của ô tô G = 18425KG
+ Memax : Mô men xoắn cực đại của động cơ Memax = 65KG.
+ no : Số vòng quay cực đại của động cơ khi khởi động ô tô tại chỗ
Chọn no = 0,75.nemax = 0,75.2600 = 1950 vg/p
+ rb : B¸n kính làm việc của bánh xe
Theo số liệu đề bài cho với ký hiệu lốp là 260-508P thì
rb = .ro = 0,95.(260 + 508/2) = 490mm = 0,49m
+ it : TØ sè trun cđa hƯ thèng trun lùc
3


Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

it = io.ih.if
Trong đó
+ io : TØ sè trun cđa trun lùc chÝnh = 5,43
+ ih : TØ sè trun cđa hép sè chÝnh = ih1 = 7,22
+ if : TØ sè trun cđa hép sè phơ = 1.
+ Ψ: HƯ sè c¶n tỉng céng của đờng = 0,16
Thay vào công thức trên ta có đợc L = 16000KGm
2) Xác định công trợt riêng
Để đánh giá độ hao mòn của đĩa ma sát ta phải xác định công trợt

riêng theo công thức
l0 = L/(F.i) [l0]
Trong đó
+ l0 : Công trợt riêng
+ L = 16000KGm
+ i: Số đôi bề mặt ma sát = 2

+ F : Diện tích bề mặt ma sát của đĩa bị ®éng
F = π.(R22 - R12) = 710cm2
[l0] = 4,0 ÷ 6,0 KGm/cm2
thay vào ta đợc
l0 = 5,5KGm/cm2 [l0]

IV - Kiểm tra theo nhiệt độ các chi tiết
Kiểm tra nhiệt độ của các chi tiết theo công thức
T =

.L
.L
=
c. m t
427.c. G t

≤ [∆T]

Trong ®ã
4


Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

+ c: Tỉ nhiệt của chi tiết bị nung nóng
+ mt : Khối lợng của chi tiết bị nung nóng
+ Gt : Trọng lợng của chi tiết bị nung nóng tra bảng ta lấy = 5,0KG
+ : Hệ số xác định phần công trợt dùng nung nóng chi tiết cần tính
1)Đối

với đĩa ép ngoài γ = 1/4 = 0,25

∆T =

γ.L
= 1,60 0C
c. m t

2) §èi víi ®Üa Ðp trung gian γ = 1/2 = 0,5
T =

.L
= 3,260C
c. m t

Ta thấy độ tăng nhiệt độ của các chi tiết đều nằm trong giới hạn cho
phép [T] = 80ữ 100
V - Tính toán hệ thống dẫn động ly hợp
Đây là loại ly hợp dẫn động thuỷ lực cơ khí kết hợp có cờng hoá khí
nén
1) Xác ®Þnh tØ sè trun chung cđa hƯ thèng

TØ sè trun chung của hệ thống đợc xác định theo công thức
ic = a/b.c/d.e/f.d22/d12
Trong đó
+ a,b,c,d,e,f,:Lần lợt là kích thớc của các đòn dẫn động và đòn mở
(mm)
+ d1,d2: Là đờng kính cđa c¸c xi lanh thủ lùc (mm)

+ a = 200

c

d

Ta chọn

d2

+ b = 35

e

a
b

f

d1

5
s

Sơ đồ dẫn động ly hợp


Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

+ c = 60
+ d = 35
+ e = 125
+ f = 30
+ d1 = d2 =20
ic = 40,82
2) Xác định lực tác dụng lên pittông xi lanh cờng hoá
* Lực tác dụng lên bàn đạp khi cha có cờng hoá
Qbđ =

'
i c .

Trong đó
+ ' : Tổng lực ép cực đại lên các lò xo ép
' = 1,2P

M

l

= 1860KG

' =1,2. µ.i.
Rtb
+ ic : TØ sè trun chung cđa hƯ thèng dÉn ®éng = 40,82
+ η :HiƯu st thn cđa hệ thống dẫn động = 0,95
Qbđ = 26 KG
Đây là lực tác dụng lên bàn đạp khi cha có cờng hoá.
Khi có cờng hoá, chọn lực tác dụng lên bàn đạp là Qbđ.. Lực này vừa
để khắc phục sức cản của các lò xo kéo bàn đạp, lò xo của van
phân phối , ma sát trong các khâu khớp dẫn động , vừa để tạo cảm
giác mở ly hợp cho lái xe .
Chọn Qbđ = 9KG
Do đó lực sinh ra bởi cờng hoá phải thắng đợc tổng lực ép của các
lò xo ép và các lò xo hồi vị trong xi lanh cêng ho¸

6


Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

Lực tác dụng lên đầu trong của đòn

mở khi cờng hoá làm việc với

lực cực đại
P = Qbđ .ic + Pc.it

Trong đó
+ Qbđ = 9 KG

+ i4: Lµ tØ sè trun tõ bé phËn cờng hoá đến đầu trong của bạc mở
+ Pc : Là lực sinh ra bởi cờng hoá
Ta chọn đờng kính cđa xi lanh cêng ho¸ D = 25mm
⇒ Pc = 0,785.pmax.D2
Trong đó
+ pmax : Là áp suất cực đại của khí nén pmax = 0,8.p
+ p : Là áp suất giíi h¹n cđa khÝ nÐn trong bng chøa p = 8 KG/cm 2
⇒ pmax = 6,4KG/cm2
VËy
P c = 32KG ⇒ i4 = 1,2.(P- Qc.ic)/Pc = 24
3) Xác định hành trình của bàn đạp St
St = Slv+S0+ Sv
Với
+ Sv Là hành trình của bàn đạp dùng để mở van phân phối khí đợc
xác định theo công thức
S v = i3.iv.(v + 0v )
Trong đó
+ iv : Là tỉ số truyền của ®ßn më van khÝ ,chän = 2
+ δ0v :Khe hë giữa cần đẩy van và đầu đòn mở van = 0,5mm
+ v :Hành trình làm việc của van = 2,5 + 3 = 5,5mm
+ i3: TØ sè trun cđa bµn ®¹p i3 = a/b = 5,7
7


Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

Sv = 68,4mm
+ S0 : Là hành trình chạy không của bàn đạp để khắc phục khe hở

giữa đầu đòn mở và bạc mở
S0 = .a/b.c/d. d22/d12
Với
+ Là khe hở giữa đầu đòn mở và bi tì = 4mm
S0 = 35mm

+ Slv : Là hành trình làm việc của bàn đạp để khắc phục khe hở
giữa các bề nặt ma sát L
Slv = l.ic
Với l :Là khe hở giữa các bề mặt ma s¸t = 2,3mm
⇒ Slv = 95mm
VËy
St = 168mm

4)TÝnh van điều khiển.
Khi tác dụng lực lên bàn đạp để mở van , lực đạp của ngời lái phải
thắng các lực sau:
Qc = Pk + Flx1 + Flx2
Trong ®ã
*Pk: Lùc khÝ nén tác dụng vào mặt van 3 (theo sơ đồ hình vẽ) và đợc xác định theo công thức sau:
Pk = p.d2/4
với
+ d:Là đờng kính van ,d = 25mm
+ p:áp suÊt cña khÝ nÐn p = 8KG/cm2
8


Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

Pk = 40KG
* Flx1 Là lực nén sơ bộ của lò xo để giữ van luôn đóng kín , khi
không làm việc lực này đợc chọn = 1,5KG
* Flx2 là lực lò xo hồi vị của cần đẩy van ,chọn bằng 2,5KG
Vậy
Qc = 40 + 1,5 + 2,5 = 44KG

VI - TÝnh to¸n søc bỊn mét sè chi tiÕt chđ u cđa ly hỵp
1) Tính sức bền đĩa bị động
Đĩa bị động gồm các tấm ma sát và xơng đĩa.
Chọn vật liệu làm xơng đĩa là thép các bon C50 , chiều dày xơng
đĩa thêng chän tõ 2,0 mm
Chän vËt liƯu lµm tÊm ma sát là phê ra đô , có chiều dày 5mm
Tấm ma sát đợc gắn với xơng đĩa bị động bằng đinh tán , vật liệu
làm đinh tán bằng nhôm có đờng kính 6mm
Đinh tán bố trí hai dÃy trên đĩa, tơng ứng với các bán kính ở vòng
trong là r1 = 12cm, vòng ngoài là r2 = 14,5 cm
Lực tác dụng lên mỗi dÃy đinh tán đợc xác định theo c«ng thøc
F1 =

M e max . r1
2. r12 + r 22

)

Thay sè vµo ta cã F1 = 110KG

F1 =

M e max . r 2
2. r12 + r 22

Thay sè vµo ta có F2 = 133KG

(

và

(

)

Đinh tán đợc kiểm tra theo ứng suất cắt và chèn dập
* ứng suất cắt và chèn dập đối với đinh tán ở vòng trong:
c1 =

F1 ≤ [ ]
τc
π. d 2
n1.
4
9


Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

F1

[ cd ]
n1.l.d

cd1 =

Trong đó
+ c1 :ứng suất cắt của đinh tán ë vßng trong
+ δcd1 : øng st chÌn dËp cđa đimh tán.
+ n1:Số đinh tán bố trí ở vòng trong chọn n1 = 8
+ d: Đờng kính đinh tán d = 5mm = 0,5cm
Thay vào công thức trên ta có :
τc1 = 70KG/cm2 <[τc] = 100KG/cm2
δcd1 = 110 KG/cm2 < [cd] = 250 KG/cm2
* ứng suất cắt và chèn dập đối với đinh tán ở vòng ngoài:
c2 =

F2 [ ]
τc
π. d 2
n 2.
4

δ cd 2 =

F2
≤ [ δ cd ]
n 2 .l.d

Trong đó
+ c1 :ứng suất cắt của đinh tán ở vòng trong

+ cd2 : ứng suất chèn dập của đimh tán.
+ n2:số đinh tán bố trí ở vòng trong chän n2 = 12
+ d : ®êng kÝnh ®inh tán d = 5mm = 0,5cm

Thay vào công thức trên ta cã :
τc2 = 57KG/cm2 <[τc] = 100KG/cm2
δcd2 = 89 KG/cm2 < [cd] = 250 KG/cm2
Nh vậy đinh tán đủ bÒn
10


Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

2) Mayơ đĩa bị động
May ơ đợc làm từ vật liệu là thép 40X có các ứng suất cho phép
[c] = 100KG/cm2
[cd] = 200KG/cm2
Đây là ly hợp hai đĩa ma sát nên chiều dài mỗi mayơ riêng biệt chọn
nhỏ để đẩm bảo cho kích thớc theo chiều trục của ly hợp nhỏ
* Khi làm việc then hoa của mayơ đĩa bị động chịu ứng suất chèn
dập và ứng suất cắt đợc xác định theo công thøc :
τc =

4. M e max
≤ [ τ c]
Z1. Z 2 .L.b.(D + b)

δ cd =

8. M e max
≤ [ δ cd ]
Z1. Z 2 .L. D 2 − d 2

(

)

Trong đó
+ Z1 = 2 là số lợng may ơ riêng biệt
+ Z2 =18 là số then hoa của một may ơ
+ L = D = 4cm là chiều dài của may ơ
+ d = 3 cm là đờng kính trong cđa then hoa
+ b = 0,3cm lµ bỊ réng của một then hoa
Thay vào công thhức trên ta có :
τc = 86KG/cm2
δcd = 52 KG/cm2
Nh vËy c¸c then hoa của may ơ đủ bền để truyền lực
* Đinh tán nối may ơ với xơng đĩa bị động thơpng làm bằng thép
có đờng kính d = 8mm
Lực tác dụng lên đinh tán đợc xác định theo công thức
F=

M e max .
2.r

thay sè vµo ta cã F = 540KG

11

Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

Đinh tán đợc kiểm tra theo ứng suất cắt và chèn dập
ứng suất cắt và chèn dập đối với đinh tán bằng:
c =

F
[ c]
π. d 2
n .
4

δ cd =

F
≤ [ δ cd ]
n.l.d

Trong đó
+ c :ứng suất cắt của đinh tán ở vòng trong
+ cd : ứng suất chèn dập của đimh tán.
+ n:số đinh tán bố trí ở vòng trong chọn n = 4
+ d: đờng kính đinh tán d = 8mm = 0,8cm
Thay vào công thức trên ta có :
c = 270KG/cm2 <[τc] = 300KG/cm2
δcd = 112,5 KG/cm2 < [δcd] = 800 KG/cm2

Nh vậy các chi tiết của may ơ đĩa bị động đều đảm bảo đủ bền.
3)Lò xo ép đĩa ly hợp
Dùng loại lò xo trục , đợc đặt hai dÃy xung quanh đĩa ép
Số lợng lò xo ép chọn b»ng 18 chiÕc

12


Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

Sơ đồ hình trên trình bày đặc tính chịu tải của lò xo và biến
dạng của nó khi đóng và mở ly hợp đó là đờng đặc tuyến tuyến
tính trong đó
+ Plx:là lực tác dụng lên lò xo khi đóng ly hợp
+ Plx:là lực tác dụng lên lò xo khi mở ly hợp
+ l: là biến dạng của lò xo khi đóng ly hợp
+ l:là biến dạng của lò xo khi mở ly hợp
Tổng lực ép trên tất cả các lò xo khi ly hợp làm việc đợc xác định
theo công thức
P =

M1
= 833KG
à.i. R tb

Khi mở ly hợp lò xo lại biến dạng thêm một lợng l và tơng ứng với lực
ép là
P = 1,2.P = 100KG

Độ cứng của lò xo đợc xác định theo c«ng thøc
C = Plx/∆l = 0,2.Plx/(l’ – l ) = Gd4/8noD3
trong đó
+ Plx: Lực tác dụng lên một lò xo Plx = PΣ /z , víi z lµ sè l]ợng lò xo bố trí
trên đĩa khi ly hợp làm viƯc
+ z = 18 ⇒ Plx = 170 KG
T¬ng øng khi mở ly hợp lực tác dụng lên một lò xo là Plx = 83,3KG
+ d: là đờng kính dây lò xo đợc xác định theo công thức
13


Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

P 'lx . D
0,4.[ x ] d

d=

với D là đờng kính trung bình của vòng lß xo
chän D/d = 5
[τx] = 6000KG/cm2
⇒ d = 0,7cm
⇒D = 3,5cm
Chọn độ cứng của lò xo bằng c = 60KG/cm2
l = 1,2 cm
số vòng làm việc của lò xo đợc xác định theo công thức
no =

l.G. d 4
=3
1,6. P lx . D 3

* ChiỊu dµi cđa toµn bé lò xo ở trạng thái tự do
L = (no+ 2)/d + 1(no+ 1) + l
ở đây
+ 1 là khe hở cực tiểu giữa vòng lò xo khi mở ly hợp chän b»ng
0,5mm
⇒ L = 5,7cm
*TÝnh lß xo theo øng suÊt cắt
=

8. P lx .D.k
[ ]
. d 3

trong đó
+ : øng st sinh ra øng víi trêng hỵp khi më ly hợp
+ k là hệ số tập trung ứng suất
k chọn bằng 1,3
= 5800 KG/cm2 thoả mÃn
4) Lò xo gi¶m chÊn
14


Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

Lò xo giảm chấn đợc đặt ở đĩa bị động để tránh sự cộng hởng ở
tàn số cao của dao động
xoắn do sự thay đổi mô men của động cơ và của hệ thống truyền
lực đảm bảm truyền mô men
một cách êm dịu từ đĩa bị động đến may ơ trục ly hợp
Mô men cực đại có khả năng ép lò xo giảm chấn đợc:
Mmax =

G b .. r b
it

Trong đó
+ Gb: là trọng lợng bám của ô tô Gb = Ga = 18425 KG
Mmax = 18400KGcm
Mô men quay mà giảm chấn có thể truyền đợc bằng tổng mô men
quay của các lực lò xo
giảm chấn và mô men ma sát
Mmax = M1 + M2 = P1R1Z1+ P2R2Z2
trong đó
+ M1 là mô men quay của lực lò xo giảm chấn dùng để dập tắt
cộng hởng ở tần số cao
+ M2 là mô men ma sát dùng để dập tắt cộng hởng ở tần số thấp
+ P1 là lực ép của một lò xo giảm chấn
+ R1 = 60mm là bán kính đặt lò xo
+ Z1 là số lợng lò xo giảm chấn đặt trên may ơ Z1 = 10
+ P2 là lực tác dụng trên vòng ma sát
+ R2 là bán kính trung bình đặt các vòng ma sát
+ Z2 số lợng vòng ma sát
+ à hệ số ma sát giữa vòng ma sát và đĩa bị động
Chọn M2 = 25%.Mmax = 4600KGcm

15


Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

M1 = Mmax - M2 = 13800KGcm
P1 = M1/(R1Z1) = 230KG
Số vòng làm việc của lò xo
no =

.G.d 4
1,6. P1.d3

trong đó
+ G =8.105KG/cm2 là mô đuyn đàn hồi dịch chuyển
+ độ biến dạng của lò xo giảm chấn từ vị trí cha làm việc đến vị
trí làm việc ,
Chọn = 3,0 mm
+ Po lực căng ban đầu khi lắp lò xo giảm chấn, mô men tạo ra lực
căng Po bằng 20%Memax
Po = 0,2.Memax/r = 215KG
no = 5
do đó chiều dài vòng làm việc của lò xo l1 = no .d = 20 mm
chiều dài vòng lò xo ở trạng thái tù do l2 = l1 + λ + 0,5.d = 20 +3 +2
= 25mm
Vậy ứng suất xoắn của lò xo ®ỵc tÝnh :
8. P.1 D ' .k
≤ [ τ]

τ=
π. d '3

thay sè cã
τ = 7380 KG/cm2
5)TÝnh chi tiÕt truyÒn lùc tới đĩa chủ động
Loại ly hợp này dùng hình thức truyền lực bằng chốt
Lực tác dụng lên chốt đợc tính theo c«ng thøc
Q =

M e max
2. R n .n
16


Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

M e max
4.n. R n

Qv =
trong đó

+ n: là số chốt trên đĩa n = 4
+ Rn = 185mm là khoảng cách từ tâm bu lông đến trục ly hợp
Tính ứng suất uốn sinh ra ë ch©n chèt
σ=

M u = M e max .(2.a + b) ≤ [ ]
σu
0,1. d 3
4.n.0,1d 3 . R n

trong đó
+ d:đờng kính tại tiết diện chân chốt d = 10mm
+ a,b : cánh tay đòn tơng ứng của lực Q’,Q”
a = 22mm
b = 54mm
⇒ σ = 2200KG/cm2
* øng suÊt kéo tại tiết diện chân chốt do lực cực đại cđa lß xo Ðp
σk =

4. P 'Σ
≤ [σk]
n.π. d 2

víi P đà tính ở trên thì k = 590 KG/cm2
ứng suÊt chÌn dËp sinh ra ë chèt
σ’cd =
σ”cd =

Q
≤ [σcd]
S1. d o
Qv
S2 d o

[cd]

trong đó
+ do :là đờng kính tại chỗ lắp với đĩa chủ động d0 = 12mm
+ S1, S2: là chiều dày của các đĩa trung gian và đĩa chủ động tại
chỗ tiếp xúc với đĩa

17


Thiết kế môn học

Lớp CKÔ-TÔ A38

S1 = 20mm
S2 = 25mm
+ Q,Qv :là lực tác dụng lên chốt
Chọn vật liệu chế tạo chốt là thép 35, ứng suất cho phép lấy nh trên
Thay các vào các công thức trên ta có
cd = 18KG/cm2
cd = 7,3KG/cm2
Do đó chốt đảm bảo đủ bền

18