Xem mẫu

  1. Lời nói đầu Sau khi học xong môn học lý thuyết ô tô máy công trình, kết cấu và tính toán ô tô. Sinh viên được giao làm đồ án môn học. Với nền công nghiệp phát triển ngày càng hiện đại, các nhu cầu trong lao động và cuộc sống của con người càng được nâng cao. Vấn đề vận chuyển hàng hóa, đi lại của con người là một trong những nhu cầu rất cần thiết. Ô tô là một loại phương tiện rất phát triển và phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay để đáp ứng cho nhu cầu đó. Trong các loại ôtô, xe tải là phương tiện chủ yếu dùng để chuyên chở hàng hóa. Là một sinh viên ngành động lực, việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính toán và thiết kế các bộ phận, cụm máy, chi tiết trong xe tải là rất thiết thực và bổ ích. Trong khuôn khổ giới hạn của một đồ án môn học, em được giao nhiệm vụ thiết kế và tính toán ly hợp xe tải. Công việc này đã giúp cho em bước đầu làm quen với công việc thiết kế mà em đã được học ở trường để ứng dụng cho thực tế, đồng thời nó còn giúp cho em cũng cố lại kiến thức sau khi đã học các môn lý thuyết trước đó. Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Th.s Nguyễn Văn Đông và sự nổ lực của bản thân, sau một khoảng thời gian cho phép em đã hoàn thành được đồ án của mình. Vì bước đầu tính toán thiết kế còn rất bỡ ngỡ cho nên không tránh khỏi những sai sót, nhầm lẫn. Do vậy, em rất mong các thầy thông cảm và chỉ bảo thêm để em được hoàn thiện hơn trong quá trình học tập của mình. 1.TỔNG QUAN VỀ LY HỢP TRÊN ÔTÔ 1.1 Công dụng ,phân loại,yêu cầu của ly hợp lắp trên ôtô: 1.1.1 Công dụng: Ly hợp là một trong những cụm chủ yếu của ôtô-máy kéo.Ly hợp dùng để nối trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực, để truyền mômen quay được êm dịu và cắt truyền
  2. động đến hệ thống truyền lực được nhanh chóng,dứt khoát. Ngoài ra ly hợp còn đảm bảo cho động cơ khi động cơ làm việc ở chế độ không tải cưỡng bức và hệ thống truyền lực không bị quá tải bởi những momen quá lớn. 1.1.2 Phân loại: Tuỳ theo tính chất truyền mômen ,đặc điểm kết cấu v.v..có thể phân loại ly hợp ra các loại sau: + Dựa theo tính chất truyền mômen,người ta phân ra các loại ly hợp ma sát cơ khí,ly hợp thuỷ lực,ly hợp điện từ. + Dựa theo hình dạng của bộ phận ma sát cơ khí,có thể chia ra :ly hợp ma sát đĩa ( đĩa phẳng ) ,ly hợp ma sát đĩa côn ( đĩa bị động có dạng hình côn ) ,ly hợp ma sát hình trống ( kiểu tang trông và guốc ma sát ép vào tang trông ). +Theo đặc điểm làm việc , có thể chia ra : loại thường đóng và không thường đóng. 1.1.3 Yêu cầu : Có 5 yêu chính cầu lớn đối với ly hợp là : -Đảm bảo truyền được mômen quay lớn nhất của động cơ mà không bị trượt ở bất cứ điều kiện sử dụng nào. -Đóng êm dịu để tăng từ từ momen quay lên trục của hệ thống truyền lực, không gây ra va đập ở các bánh răng. Ngoài ra khi ly hợp đóng êm dịu thì ôtô khởi hành hoặc tăng tốc từ từ không giật,làm cho người lái và hành khách đỡ mệt. -Mở dứt khoát và nhanh chóng nghĩa là cắt hoàn toàn truyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực trong thời gian rất ngắn. -Mômen quán tính của các chi tiết phần bị động của ly hợp phải nhỏ để giảm các lực va đập lên bánh răng khi sang số ,dễ gài số và giảm mài mòn các bề mặt ma sát của đồng tốc. -Phải làm được nhiệm vụ của bộ phận an toàn để tránh tác dụng lên hệ thống truyền lực những mômen quá lớn khi gặp quá tải.Vì vậy mômen ma sát phải không được lớn quá. Ngoài ra còn các yêu cầu khác như: +Điều khiển dễ dàng,lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ. +Hệ số ma sát cao và ổn định. +Thoát nhiệt tốt. +Làm việc bền vững tin cậy. +Hiệu suất cao. +Giá thành rẻ, kết cấu ,sửa chữa, bảo dưỡng đơn giản. +Kích thước nhỏ gọn. 1.2 Lựa chọn phương án thiết kế : 1.2.1 Lựa chọn cụm ly hợp : • Ly hợp ma sát cơ khí: -Ưu điểm : + Làm việc bền vững, tin cậy. +Hiệu suất cao. +Mômen quán tính của các chi tiết thụ động nhỏ.
  3. +Kích thước nhỏ gọn. + c +Giá thành rẻ. + r +Sử + dụng ,bảo dưỡng ,s chữa dể dàng. sửa ể The hình dạn của bộ ph ma sát ,ly hợp ma sát có ba lo : ly hợp ma sát đĩa ( đĩa eo ng hận oại phẳng ) ,ly hợp ma sát đĩa côn ( đĩa bị độn có dạng hình côn ) ,ly hợp ma sát hình trố ( n ng ống kiểu tang trông và guốc ma sát ép vào tan trông ). g g t ng Ly hợp ma sát có dạng hình côn và hình trống môm quán tí của phầ bị động q p h men ính ần quá lớn ,ảnh hưởng khô tốt đến việc gài số nên ngày n người ta không dùn nữa . ông nay a ng Ly hợp ma sát đĩa phẳng dùn phổ biến .Tuỳ theo cấu tạo có thể có kiểu một đĩa ,ki p a ng n iểu hai đĩa h hoặc có thể nhiều đĩa. Hình 1.1 Sơ đồ ly hợp loạ một đĩa v hai đĩa h ồ ại và huỷu; 2-bán đà; 3-đĩa bị động; 4 1-trục kh nh a 4-đĩa ép; 5-c cácte ly hợp 6-chụp bá trớn; 7- p; ánh - bulông é 8-gối đỡ cần ép; 9-cần ép; 10- ép; ỡ -vòng nhả li hợp; 11-tr ly hợp; 12-bàn đạp; 13- i rục thanh ké 14-đòn bẩy; 15-lò x hồi vị; 16-lò xo ép; 17,23-chốt dẫn hướng 18-gối đỡ éo; b xo t g; ỡ; 19-lò xo ép tách đĩa trung gian 20-bu lôn điều chỉn đĩa ép tru gian; 21-đĩa chủ đ o a n; ng nh ung động; 22-đĩa b động sau; 24-đĩa trun gian; ,25 bị ng 5-đĩa bị độn trước. ng Ly hợ ma sát một đĩa bị độ được sử dụng phổ biến ở hầu hết các loạ ôtô và má ợp m ộng ử ại áy kéo nhờ kết cấu đơn giản ,gọn nhẹ ,việc m ly hợp d dứt khoá và mômen quán tính của n n mở dễ át n phần bị đđộng nhỏ ít ảnh hưởng đến việc g số. t g gài Kiểu ly hợp ma sát hai đĩa b động chỉ được dùng trên xe tải lớn (vì cần truyền mô bị ỉ g i n ômen quay lớn ).Nhược điểm của loạ ly hợp nà là kết cấu phức tạp , việc mở ly hợp khó d n đ ại ày u y dứt khoát (k cách ly đĩa bị động khỏi phần chủ động), khó g ,tuy nhiên v đóng ly hợp là êm dịu việc y m hơn loại một đĩa(nh sự tiếp x các bề m ma sát đ i hờ xúc mặt được tiến hà từ từ hơ ành ơn). Th đặc điểm kết cấu c lò xo ép ,có thể chi ly hợp ma sát cơ khí ra : heo m của p ia a í + Ly h ma sát cơ khí kiểu nhiều lò xo ép hình trụ bố trí xun quanh .k này có k hợp c o ụ ng kiểu kết cấu đơn giản ,gọn nhẹ ,độ tin c cao (nếu một lò xo bị gẫy ly h vẫn làm việc được n cậy u o hợp m c ).Nhược điểm là áp lực sinh ra ở các bề m ma sát d không đề c p a mặt dễ ều.loại này được sử dụ ụng phổ biến trên xe tải ,máy kéo v một số x con. n i và xe
  4. +Ly hợ ma sát cơ khí kiểu l xo ép tru tâm : Ch gồm duy nhất một lò xo hình c ợp c lò ung hỉ y côn (hoặc có thể một ho hai lò x trụ )bố trí ở giữa .Nh vậy áp su sinh ra ở các bề mặ ó oặc xo í hờ uất ặt ma sát là đồng đều .Tuy nhiên độ tin cậy thấp (nếu lò xo bị gảy thì ly hợp mất tác dụn ), à n ò y ng kết cấu đ mở phứ tạp và đi chỉnh rấ khó khăn nên ít sử dụ đòn ức iều ất ụng. +Ly hợ ma sát cơ khí kiểu l xo ép đĩa nón cut : C có một lò xo kiểu đĩa nón cụt bố ợp c lò a Chỉ t trí ở giữa nên áp lực phân bố đ lên bề m ma sát . đều mặt Ly hợp lò xo kiểu này có nhiều ưu điểm nổi bật :Lò xo làm luô nhiệm v đòn mở n p m ò ôn vụ nên kết cấu r gọn nhẹ .Đặc tính c lò xo là phi tuyến n lực để m ly hợp h như khô rất của nên mở hầu ông tăng thêm như loại lò xo hình trụ , vì vậy điều khiển nhẹ nhàng hơn .Nhượ điểm cơ bản m y n g ợc là không thể điều ch g hỉnh khe hở giữa đòn m và bạc m khi tâm ma sát bị m nên ly hợp ở mở mở m mòn kiểu này chỉ sử dụn trên xe d lịch và kh y ng du hách cở nhỏ có đặc tín động lực tốt ,sử dụng ỏ nh g trong điề kiện đườ tốt (ít phải sang số ều ờng ố) Hì 1.2 Biểu đồ so sán khả năn làm việc của lò xo đ và lò xo trụ ình u nh ng đĩa o Để hiểu rõ hơn các ưu điểm nổ bật của lò xo đĩa so với lò xo tr chúng ta hãy xem b ổi ò rụ, a biểu đồ trên. Ở điều kiện làm việc b n bình thường nghĩa là k đĩa ly hợp hoàn toà mới, khi đặt g, khi àn vào đĩa é ly hợp một lực ép (P như nhau đối với c hai loại: loại lò xo t và loại lò xo ép m P0) cả trụ ò đĩa, khi ấn hết cỡ bàn đạp ly hợp, mỗi sức ép trở thàn P2 và P’ c nh ’2. Điều này có nghĩa là đối với lo lò xo đĩa lực cần p ấn vào bàn đạp ly hợp nhỏ hơ y l oại a, phải ơn đối với l xo trụ vớ mức chính lệch được thể hiện b lò ới h c bằng “a”. Còn khi độ mòn ở bề mặt tiếp xúc của đĩa ly hợp vượt qua một giới hạn ch phép, sức ép b a ho c đặt lên đ ép ly hợ của loại l xo trụ giả đến P’1. Mặt khác, sức ép đặt lên đĩa ép l đĩa ợp lò ảm ly hợp của loại lò xo đĩa là P1, cũ bằng P0 Điều đó có nghĩa là, khả năng t đ ũng 0. truyền côngg suất của ly hợp kiểu lò xo đĩa k u không bị gi cho tới giới hạn m của đĩa. Ngược lại, sức iảm mòn . , ép đặt lê đĩa ép ly hợp lò xo trụ giảm xu ên uống P’1. D đó, khả n Do năng truyền công suất n giảm xuống, làm ch ly hợp bị trượt. ho ị
  5. Theo đặc điểm làm việc ,có thể chia ra : Ly hợp thường đóng và ly hợp không thương đóng . + Ly hợp thường đóng là loại ly hợp kiểu lò xo ép thường xuyên đóng trong quá trình làm việc.Ly hợp chỉ được mở thông qua hệ thống dẫn động dưới tác dụng của lực bàn đạp ở bàn đạp đạp ly hợp. + Ly hợp không thường đóng là loại ly hợp không có lò xo ép .Đĩa bị động và chủ động được ép vào nhau thông qua một hệ thông đòn đặc biệt .Việc đóng hoặc mở ly hợp đều phải thông qua hệ thống đòn này dưới tác động lực điều khiển của người lái.Loại ly hợp này có mômen quán tính của phần bị động ly hợp khá lớn nên thường phải có phanh con riêng để hảm trục ly hợp trước khi gài số nhằm tránh sự va đập răng của các bánh răng gài số. • Ly hợp ma sát thuỷ lực : Đây là loại ly hợp mà mômen ma sát hình thành ở ly hợp nhờ ma sát thuỷ lực là ly hợp làm việc rất êm dịu ( nhờ tính chất dể trượt của chất lỏng ) vì vậy giảm tải trọng động cho hệ thống truyền lực củng như cho động cơ. Tuy vậy ly hợp thuỷ lực lại mở không dứt khoát vì luôn có mômen dư (dù số vòng quay của động cơ rất thấp)làm ảnh hưởng đến việc gài số Ngoài ra ly hợp thuỷ lực luôn luôn có sự trượt (ít nhất 2-3%)do vậy gây ra tổn hao công suất động cơ và do đó tăng tiêu hao nhiên liệu của xe.Mặt khác ly hợp thuỷ lực đòi hỏi cao về độ chính xác va kín khít đối với các mối ghép, yêu cầu có các loại dầu đặc biệt (dầu có độ nhờn và nhiệt độ đông đặc thấp,không sủi bọt .v.v...)nên giá thành ly hợp nói riêng và giá thành ôtô nói chung là cao hơn ly hợp ma sát cơ khí thông thường.Do đó ,loại ly hợp này chỉ sử dụng hạn chế trên các xe đặc biệt có công suất riêng lớn. • Ly hợp điện từ : đây là loại ly hợp mà mômen hình thành ở ly hợp nhờ mô men điện từ .Ly hợp điện từ truyền động êm dịu ,Tuy vậy kết cấu công kềnh và trọng lượng trên đơn vị công suất truyền là lớn nên ít dùng trên ôtô mà thường được sử dụng trên tàu hoặc xe máy công trình cỡ lớn. Ly hợp động cơ thiết kế dùng để lắp trên xe tải nhỏ .Qua phân tích và tham khảo động cơ mẫu ta chọn cụm ly hợp thiết kế là ly hợp thường đóng,ly hợp ma sát cơ khí loại một đĩa bị động ,sử dụng cơ cấu ép lò xo đĩa côn. 1.2.2 Lựa chọn dẫn động ly hợp. Trên ô tô 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 : 11 10 9 8 7 1.Bàn đạp 2.Thanh kéo 1 12 3.Đòn trung gian 4.Thanh đẩy 2 13 5.Càng mở (bên ngoài) 6.Càng mở (bên trong) 3 7.Lò xo hồi vị 6 4 5
  6. 8.Ổ bi tỳ 9. Giá tùy động 10. Nạng mở 11.Đĩa ép 12.Bánh đà 13.Tấm masát. -Ưu điểm :đơn giản ,rẻ tiền ,làm việc tin cậy -Nhược điểm : hiệu suất thấp nhất là khi dẫn động dài do động cơ đặt xa người lái ( do có nhiều khâu khớp).Độ cứng của dẫn động thấp hơn so với dẫn động thủy lực do nhiều khe hở trong các khâu khớp. Khó lắp đặt nhất là khi ca bin kiểu lật +Dẫn động thủy lực: 3 4 5 6 7 8 1 2 9 12 11 10 Hình 1.4 Sơ đồ ly hợp dẫn động kiểu thuỷ 1: Bánh đà. 2: Đĩa bị động. 3: Đòn mở. 4: Giá tùy động. 5: Bạc mở và ổ bi tỳ. ; 6: Lò xo hồi vị và ổ bi tỳ; 7: Bàn đạp; 8: Xilanh chính. 9: Xi lanh công tác: 10: Nạng mở. 11: Ống trượt. 12: Đĩa ép. -Ưu điểm: Hiệu suất cao ,độ cứng vững cao. Dễ lắp đặt (nhờ có thể sử dụng đường ống và các khớp nối mềm. ). Có khả năng hạn chế tốc độ dịch chuyển của đĩa ép khi đóng ly hợp đột ngột, giảm tải trọng động. -Nhược điểm: Kết cấu phức tạp ,đòi hỏi độ kín khít cao,lực dẫn động lớn hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp ,sự dao động của chất lỏng làm việc có thể làm cho các đường ống bị rung động , giá thanh cao . Làm kém việc tin cậy khi có rò rỉ ,bảo dưỡng sửa chữa phức tạp. + Dẫn động thuỷ lực trợ lực khí nén:
  7. H.1.5 Sơ đồ ly hợp dẫn động thuỷ lực (có trợ lực khí nén) 1: Bánh đà. 2: Đĩa bị động. 3: Đòn mở. 4: Giá tùy động. 5: Bạc mở và ổ bi tỳ. 6: Lò xo hồi vị ổ bi tỳ. 7: Xi lanh công tác. 8: Xi lanh trợ lực. 9: Cơ cấu phân phối. 10: Đường thông khí trời. 11: Buồng tỷ lệ. 12: Màng tỷ lệ. 13: Xilanh dẫn động cơ cấu trợ lực. 14: Bình khí nén. 15: Bàn đạp. 16: Xilanh chính. 17: Tiết lưu. 18: Nạng mở. 19: Ống trượt. 20: Đĩa ép. -Ưu điểm :Điều khiển đóng mở ly hợp nhẹ nhàng ,hiệu suất cao -Nhược điểm : Bố trí phức tạp,giá thành cao Qua các phân tích trên , đồng thời tham khảo dẫn động ly hợp của xe tham khảo tương đương ta chọn dẫn động ly hợp là dẫn động thủy lực. 2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM LY HỢP 2.1 .Xác định mô men ma sát của ly hợp : Ly hợp phải có khả năng truyền hết mô-men xoắn lớn nhất của động cơ Memax Để đảm bảo điều kiện này, momen ma sát ( Mms) của ly hợp định được xác theo [2] : Mms = β .Me max (2.1) Trong đó : Mms :Mô men ma sát cần thiết 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 ly hợp β phải đủ lớn ( β f 1)để đảm bảo ly hợp truyền hết mô men xoắn của động cơ trong mọi điều kiện làm việc của nó(khi các bề mặt ma sát bị dầu mở rơi vào,khi các lò xo ép bị giảm tính đàn hồi,khi các tấm ma sát bị mòn...).Mặt khác nếu hệ số β lớn quá thì phải tăng lực ép do đó cần tăng lực điều khiển ly hợp nên gây mệt mỏi cho người lái đồng thời ly hợp không làm tốt chức năng bảo vệ an toàn cho hệ thống truyền lực khí quá tải. Đối với xe tải nhẹ ,theo [2] β = 1,6 ÷ 2,25 Chọn β =2
  8. Theo đề bài Memax= 172[Nm] thế số vào [2.1] ta có : Mms=172.2=344(Nm) 2.2. Xác định các thông số và kích thước cơ bản của ly hợp 2.2.1 Bán kính vành khăn của bề mặt ma sát đĩa bị động Xác định quan hệ giữa Mms, D và các thông số khác ta xác định như sau: Xét 1 phân tố diện tích vô cùng bé trên bề mặt ma sát như hình 2.1 Diện tích phân tố có chiều dài ρ.dα , chiều rộng dρ là: ds = ρ.dα.dρ Nếu áp suất trên bề mặt ma sát là p thì áp lực tác dụng lên bề mặt phân bố là dN: dN = p.ds = p.ρ.dα.dρ Dưới tác dụng của áp lực này, trên phân bố xuất hiện lực ma sát dT: dT= μ .dN = μ p.ρ.dα.dρ. với μ : hệ số ma sát: Theo [2] ta có μ = 0,25 ⎟ 0,35. Chọn μ = 0,3 dα R2 dρ ρ R1 0 Hình 2.1: Sơ đồ tính toán các kích thước cơ bản của đĩa bị động. Momen ma sát do phân bố sinh ra sẽ là dM1: dM1 = ρ.dT = μ .p. ρ2. dα.dρ.
  9. Toàn bộ vòng ma sát sinh ra một mômen là M1 2π R M1 =μ.p ∫ dα.∫ ρ 2 .dρ 0 r 3 3 R -R1 M1 =μ.p.2π. 2 3 Toàn bộ ly hợp sẽ sinh ra một mômen ma sát Mms : 2π 3 3 M ms =Zms .M1 =μ.p (R 2 - R1 ).Zms 3 R D Nếu đặt : k r = 1 = 1 : là hệ số đường kính. R 2 D2 2π ta có: M ms =μ.p R 3 (1-k 3 ).Zms r 3 2 Với Zms : Số đôi bề mặt ma sát. Zms=2 3.M ms ⇒ R2 = 3 [m] (2.2) 2.π.μ.p.(1- k 3 ).Zms r Theo tài liệu [2] kr = 0,53 ÷ 0,75 vì động cơ có tốc độ trung bình nên chọn Kr = 0,65 Đảm bảo tuổi thọ cần thiết. Một trong các chỉ tiêu để đánh giá tuổi thọ của đĩa bị động là áp suất tác dụng lên vòng ma sát (p) .Áp suất trên bề mặt đĩa bị động (p) phải thỏa mãn điều kiện p ≤ [p].[KN/m2]. Theo tài liệu [2] ta có: [p]=140÷250 [kN/m2] Chọn [p]=220 [kN/m2] Thế số vào (2.2) ta tính được : 3.344 R2= 3 =0,12(m)=120(mm) 2.2.0,3.π.2,2.105 .(1-0.653 ) ⇒ R2=120 (mm) Theo [2] bán kính R2 = 90 ÷ 120 vậy R2=120 (Thảo mãn) Bán trính trong tấm ma sát R1 R1=R2.kr=120.0,65=78(mm) 2.2.2 Diện tích và bán kính trung bình của hình vành khăn tấm ma sát: Theo [2]: -Diện tích hình vành khăn tấm ma sát S(mm2 ) được xác định : S= π.(R 2 -R 1 ) 2 2 S= π.(1202 − 782 ) = 0, 026(m2 ) -Bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát Rtb (mm) được xác định : 2.R 3 -R1 2.(1203 − 783 ) 3 Rtb= 2 = = 100 (mm) 3.R 2 -R 1 3.(1202 − 782 ) 2 2 2.2.3 Lực ép của cơ cấu ép : Lực ép cần thiết đươc xác định theo [2]:
  10. M ms βM e max P= = (2.3) μR tb Z ms μR tb Z ms 2.172 P= = 5719, 6 [N] 0,3.100.10−3.2 2.3 Xác định công trượt sinh ra trong quá trình đóng 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 trên 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 ôtô máy kéo có trọng lượng khác nhau thì sự hao mòn của ly hợp sẻ khác nhau. Quá trình đóng êm dịu ly hợp bao giờ củng 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 sẻ làm mòn nhanh các bề mặt ma sát và nhiệt sinh ra sẻ 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. Me Mm, ω m Ma,ωa Jm Ja a) Hình 2.2. Sơ đồ tính công trượt của ly ω a)Mô hình hóa hệ động cơ - truyền lực. b) Đồ thị tốc độ góc. Ôtô chuyển Ly hợp bị Ôtô tăng động với tốc độ trượt tốc ổn định b)
  11. 2.3.1 Mô men quán tính quy dẫn Ja [ kg.m2 ] : Theo tài liệu [2] Mômen quán tính Ja được tính theo công thức: 2 G +G m rbx J a =( a ). 2 .δ t [N.m/s2 ] (2.4) g (i h1.i p .i0 ) Trong đó : Ga :Trọng lượng toàn bộ của ôtô , Ga= 2985.9,81 =29282,85 [N] Gm: trọng lượng toàn bộ của rơmooc hoặc đoàn xe kéo theo,Gm = 0 (N) g :gia tốc trọng trường , g =9,81 [m/s2] δ t : hệ số tính đến các khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực ,theo [2] δ t =1,05 ÷ 1,06. chọn δ t =1,05 rbx - Bán kính làm việc của bánh xe.Tra thông số kỹ thuật về xe tham khảo, ta có :Ký hiệu lốp là Trước/Sau 6.00-14/Dual 5.00-12 Theo [3] bán kính thiết kế của xe tính theo công thức: d r0 = ( B + ).25,4 (2.5) 2 Trong đó : B_chiều rộng của lốp , B = 5 [insơ] d_đường kính vành bánh xe , d= 12 [insơ] 12 Suy ra : r0 = (5 + ).25, 4 = 279,4 [mm] 2 Và bán kính làm việc của bánh xe là: rbx = λ.r0 Với λ _hệ số làm việc kể đến sự biến dạng của lốp .Theo [3] λ =0,93-0,935_Ứng với lốp có áp suất thấp. λ =0,945-0,95_Ứng với lốp có áp suất cao. Chọn λ =0,935 Vậy , ta có : rbx = 0,935.279, 4 = 261[mm] = 0,261[m] ip : Không có hộp số phụ , ip = 1 : i0 :Tỷ số truyền của truyền lực chính được xác định theo biểu thức sau : ω .r iO = emax bx i v hn amax ở đây : ihn : tỷ số truyền của số cao nhất ,ihn=1
  12. ωemax : tốc độ góc lớn nhất của động cơ. ωemax = λ . ωN Theo [3] đối với ôtô dùng động cơ điêdel thì λ =0,8 ÷ 0,9 2π.4150 Chọn λ =0,9 ⇒ ωemax =0,9. =391,128(rad/s) 60 391,128.0, 261 ⇒ i0= .3600 =2,8 131.1000 ih1 :Tỷ số truyền của số I : ih1 phải đảm bảo thoả mãn - điều kiện kéo - điều kiện bám - điều kiện tăng tốc tối thiểu của ôtô ψ max .G .r nghĩa là : - ih1 ≥ a bx M .i .η emax 0 t φ.G .r φ bx - ih1 ≤ M .i .η emax 0 t ω .r - ih1 ≤ emin bx v .i amix 0 Với ψmax hệ số cản lớn nhất của đường ,theo đề ra ψmax =0,3 Ga=29282,85[N] Memax=172 i0 =2,8 ηt hiệu suất hệ thống truyền lực ,theo [3] với xe tải : - ηt =0,89 - φ =0,6 ÷ 0,8 chọn φ =0,7 G φ :Trọng lượng bám của xe,Theo [ 2 ] : G φ = Gcd.mcd Gcd :Trọng lượng phân bố lên các cầu chủ động mcd :Hệ số phân bố lại tải trọng lên cầu chủ động , mcd=1,2 ÷ 1,35 chọn mcd=1,2 vậy G φ = 0,5.29282,85.1,2=17570 (N) ωemin :tốc độ ổn định nhỏ nhất khi đầy tải.Theo [2] với ôtô tải cở trung π.600 ωemin =500 ÷ 600 (v/ph) chọn ωemin =600(v/ph) = =62,832(rad/s) 30 vamin tốc độ chuyển động tịnh tiến nhỏ nhất của ôtô. Theo [2] với ôtô tải cở trung vamin = 4 ÷ 5 (km/h) chọn vamin = 4(km/h )=1,1(m/s) Vậy ta có :
  13. 0,3.29282,85.0, 261 ih1 ≥ =5,3 172.2,8.0,89 0, 7.17570.0, 261 ih1 ≤ =7,4 172.2,8.0,89 62,832.0, 261 ih1 ≤ =5,32 1,1.2,8 Vậy chọn ih1=5,3 Thay các số liệu trên vào công thức (2.4) ta có: ⎡ 29282,85+0 ⎤ 0,2612 Ja = ⎢ ⎥ (5,3.1.2,8) 2 .1,05 ⎣ 9,81 ⎦ = 0,97[kg/s2] 2.3.2 Mô men cản chuyển động quy dẫn Ma [N.m] : Mômen cản chuyển động quy dẫn về trục ly hợp, theo tài liệu [2] được tính theo công thức: r M =[(G +G ).ψ+k.F.V 2 ]. bx [Nm] (2.6) a a m i .i .i .η hI p 0 t Với: Ga :Trọng lượng toàn bộ của ôtô, Ga=29282,85 [N] Gm :Khối lượng rơmoóc, Gm = 0 k.F.V2 = 0 :Khi khởi động tại chỗ V = 0. rbx = 0,261 [m] ihI = 5,3 ip = 1 i0 = 2,8 Theo tài liệu [3] Ta có: Hiệu suất của hệ thống truyền lực ηt= 0,8÷0,9 chọn ηt= 0,89 ψ=f+i (2.7) Vì khi tính công trượt của ly hợp ta tính trong trường hợp xe khởi động tại chỗ, nên ta có: f = f0 Theo [3] f0 =0,015 ÷ 0,02 . chọn f0 =0,02 ⇒ f= f0 =0,02 Khảo sát ôtô trên đường bằng nên i= 0 Vậy ψ = 0,02 Thay các số liệu trên vào công thức (2.6) ta có: 0,261 M a =29282,85.0,02. = 11,57 [Nm] 5,3.1.2,8.0,89 2.3.3 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 trước thời gian trượt ly hợp êm dịu t0=2 (s)
  14. Theo [2] Tính hệ số kết thúc trượt ly hợp kđ(kđ f 0) theo phương trình : k .M .(ω -ω ).2.J t0= d emax e a a ( 2.8) (k .M -M ) 2 d emax a Trong đó Memax=172(N.m) ωe :tốc độ góc của động cơ khi đóng ly hợp ,khi tính toán ta lấy ωe = ωM n M .π 2400.π ωM = = =251,327 (rad/s) 30 30 ωa :tốc độ góc của trục ly hợp ,tính toán cho lúc khởi hành nên chọn ωa =0 Ja=0,97 (kg/m2) Ma=11,57 (N.m) Sử dụng công cụ solver của Excel cho trước giá trị kđ = x f 0 bất kỳ Thiết lập bài toán tối ưu ,theo (2.8) và t0 =2 như đã chọn . Kết quả tối ưu nhờ công cụ (Solver) ta có được hệ số kết thúc trượt ly hợp kd = 1,549 vậy ta có thời gian trượt : (ω - ω ).2.J t2= e a a = (251,327 − 0).2.0,97 =1,912 (s) (k .M - M ) (1,549.172 − 11,57) d emax a M 11,57 t1=t2. a =1,912. =0,088 (s) k .M -M 1,549.172 − 11,57 d emax a 2.3.4 Tính công trượt tổng cộng của ly hợp Theo [2] công trượt tổng cộng của ly hợp L(J) được xác định : t 2 1 L = Ma. (ω - ω ).( 1 + .t )+ .J .(ω - ω )2 (2.9) e a 2 3 2 2 a e a Trong đó : Ma=11,57 (N.m) Ja=0,97 (kg/m2) t2 =1,912 (s) t1=0,088 (s) ωe = 251,327 (rad/s) Thay số vào (2.9) ta được: 0, 088 2 1 L = 11,57. 251,327.( + .1,912) + .0,97.(251,327) 2 =34453,62 (J) 2 3 2 2.3.5 Tính công trượt riêng của ly hợp Theo [2] công trượt riêng của ly hợp được tính theo công thức :
  15. L lr= (2.10) Z .π.(R 2 -R 2 ) ms 2 1 Trong đó L :công trượt tổng cộng của ly hợp ,L =34453,62 (J) Zms :số đôi bề mặt ma sát , Zms=2 R1 :bán kính trong tấm ma sát R1=78 (mm)=0,078(m) R2 :bán kính ngoài tấm ma sát R2=120 (mm)=0,120 (m) Thay số vào (2.10) ta được 34453,62 lr= =450(KJ/m2) theo [2] lr ≤ 1000(KJ/m2) 2.π.(0,1202 -0,0782 ) vậy lr = 450 (KJ/m2) (thoã mãn) 2.4 Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp Với giả thiết công trượt ở các bề mặt ma sát là như nhau nên nhiệt sinh ra ở các đôi bề mặt ma sát là bằng nhau . Theo [2 ] lượng nhiệt mà đĩa ép hoặc bánh đà nhận được là : ν.L=m.c.ΔT Trong đó : L :Công trượt của toàn bộ ly hợp ,(J). ν :Hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng bánh đà hoặc đĩa ép . -Với ly hợp một đĩa bị động ν =0,5 c :Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng ,với vật liệu bằng thép hoặc gang có thể lấy c=481,5 (J/kg0K). m : Khối lượng chi tiết bị nung nóng . 0 ΔT :Độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng, ( K) Độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết tính toán đối với mổi lần khởi hành của ôtô (ứng với hệ số cản ψ = 0, 02 ) nằm trong khoảng (10÷15)0C . Từ đó suy ra khối lượng đĩa ép tối thiểu phải là: ν.L 0,5.34453, 62 m≥ ⇒m ≥ ⇒ m ≥ 3,577 (kg) c.ΔT 481,5.10 Theo [2] bề dày tối thiểu đĩa ép (theo chế độ nhiệt) được xác định theo công thức : m δ ≥ (2.11) π.(R 2 -R 2 ).ρ 2 1 Trong đó : ρ :Khối lượng riêng của đĩa ép . Với vật liệu làm bằng gang ρ =7800(kg/m3) Thay số vào (2.11) ta được : 3,577 δ≥ =0,01764 (m)=17,64(mm) π.(0,120 2 -0,0782 ).7800
  16. 2.5 Tính toán sức bền một số chi tiết chủ yếu của ly hợp 2.5.1 Đĩa bị động Các vòng ma sát (3) được gắn lên xương đĩa (1) bằng mối ghép đinh tán (5), xương đĩa được gắn với moay ơ (2) của đĩa bị động thông qua mối ghép đinh tán và bộ phận giảm chấn xoắn (4). 2.5.1.1. Xương đĩa: Xương đĩa chế tạo bằng thép lá, dày 1,5÷3 [mm] có thành phần cacbon trung bình hoặc cao, để có thể tạo cho đĩa tính đàn hồi cần thiết đảm bảo yêu cầu êm dịu khi đóng ly hợp. Xương đĩa có hai loại đàn hồi và không đàn hồi. Loại không đàn hồi ít dùng. Để đảm bảo bề mặt ma sát tiếp xúc tốt, không cong vênh khi bị đốt nóng và đảm bảo yêu cầu êm dịu khi Hình 2.3 Kết cấu đĩa bị động đóng ly hợp người ta dùng xương đĩa loại đàn hồi: . xương đĩa chia ra nhiều phần rẻ quạt bằng rãnh hướng kính hay chữ T. Đối với xương đĩa đàn hồi, để tăng độ đàn hồi theo chiều trục, nhờ đó tăng độ êm dịu khi đóng ly hợp người ta sử dụng các biện pháp sau : Uốn cong các phần rẻ quạt của xương đĩa về các phía khác nhau tạo cho nó một hình dáng xác định. Loại này rất khó tạo độ cứng giữa các phần. Để khắc phục nhược điểm trên, người ta sử dụng các lò xo lá dạng sóng đặc giữa xương và vòng ma sát. Một vòng ma sát được gắn trực tiếp trên xương và một vòng gắn với lò xo lá. Tuy nhiên sử dụng biện pháp tăng độ đàn hồi của đĩa ép làm tăng hành trình cần thiết của đĩa ép để đảm bảo cho ly hợp mở dứt khoát, tăng mômen quán tính của đĩa và yêu cầu mối lắp ghép giữa vòng ma sát với xương đĩa phải lớn.
  17. Ngoà ra có một kết cấu xư ài t ương đĩa ho thiện hơ cho phép giảm khối lượng và oàn ơn, p mômen quá tính của đĩa bị động mà vẫn đảm bảo độ đàn hồi cần t m án đ m thiết. Đĩa bị động có những phần cung mỏng dạng sóng gắn với ph xương chính bằng đinh tán. C vòng m sát n n g g hần g Các ma được gắn lê cung này sẽ có một k đ ên y khoảng các nhất định ch h. Qua phân tích kết cấu các l xương đĩa ta chọn loại xương đĩa đàn hồ dạng sóng k loại n g ồi g dùng cho lo ly hợp ta thiết kế. d oại a 2.5.1.2. Đin tán : 2 nh • Giới thiệu kết cấu chung: i c : Đinh tá thường được chế tạ từ các kim loại mềm như đồng, nhôm để tr án đ ạo m m , ránh xướt đ đĩa ép é và bánh đ khi vòng ma sát quá mòn. đà g á Đinh tá có dạng hình trụ trò đặc hoặc rỗng, đườn kính từ 4 ÷ 6 [mm]. án òn c ng . Ở đây, ta chọn loạ đinh tán c tạo bằn vật liệu đ ại chế ng đồng đỏ, dạn đinh tán hình trụ đặ ng n ặc, có c đường kí d = 4 [m ính mm]. • Tính toán mối ghép đinh tán h Các C đinh tán được tính toán theo c và dập, sơ đồ tính t n h cắt toán như trê hình 2.4 ên d Dmd l Hìn 2.4.Sơ đ tính bền đinh tán. nh đồ Đường kính đinh tán : d = 4 [ t [mm]. Đường kính mũ đi : Dmd = (1,6 ÷ 1,75 chọn Dm = 1,6d = 1,6.4 = 6,4 inh 5)d; md 4[mm].
  18. Lực tác dụng lên mỗi đinh tán của dãy thứ i được tính theo công thức sau [2]: M ms ri Fi = k (2.15) Z d ∑ ri 2 i =1 Trong đó : Zd - Số dãy đinh tán; chọn Zd = 2. ri - Bán kính lắp các dãy đinh tán. b- Chiều dày tấm ma sát ,b=R2-R1=0,120-0,078=0,042[m] b 0,042 r1 = R1 + = 0,078 + = 0,092[m] 3 3 b 0,042 r2 = R2 − = 0,12 − = 0,106[m] 3 3 Lực tác dụng lên mỗi dãy là: M ms .ri F1 = Z d .∑ ri 2 Lực tác dụng lên dãy đinh thứ nhất : 2.172.0,092 F1 = = 803[ N ] 2.(0,0922 + 0,1062 ) Lực tác dụng lên dãy đinh tán thứ hai : 2.172.0,106 F2 = = 925,5( N ) 2.(0,0922 + 0,1062 ) Chu vi đường tròn bố trí các dãy đinh tán : C1 = 2 π r1 = 2.3,14.92= 578[mm]. C2 = 2 π r2 = 2.3,14.106= 666[mm]. Số đinh tán có thể bố trí tối đa trên các chu vi trên là : n1 = C1/Dmd = 578/6,4 = 90(đinh); chọn n1 = 12(đinh) n2 = C2/Dmd = 666/6,4 = 104(đinh); chọn n2 = 12(đinh). Ứng suất dập tác dụng lên mỗi đinh của của dãy được tính theo công thức sau [2] Fi σd = (2.16). ni l d d
  19. Trong đó : ld - chiều dài chịu dập của đinh tán, và được xác định theo công thức: ld = (1,5-1,7)d + δ Chọn: l d = δ + 1,5.d δ - chiều dày lắp ghép, δ =1.,5-3;chọn δ = 2 [mm]. ld = 2+1,5.4 = 8 [mm]. Như vậy ta có : F1 803 σ d1 = = −6 = 2,1.106 [ N / m 2 ] = 2,1 ⎡ MN / m 2 ⎤ ⎣ ⎦ n1ld d 12.8.4.10 F2 925,5 σd2 = = −6 = 2, 4.106 [ N / m 2 ] = 2, 4 ⎡ MN / m 2 ⎤ ⎣ ⎦ n2ld d 12.8.4.10 Ứng suất cắt tác dụng lên mỗi đinh của dãy : 2.Fi τc = (2.17) πni d 2 + Đối với dãy đinh thứ nhất : 2.F1 2.803 τ c1 = = = 2,66106 [ N / m 2 ] = 2,66[ MN / m 2 ] π n1d 3,14.12.4 .10 2 2 −6 + Đối với dãy đinh thứ hai : 2.F2 2.925,5 τ c2 = = = 3.106 [ N / m 2 ] = 3[ MN / m 2 ] π n2 d 3,14.12.4 .10 2 2 −6 So sánh các kết quả tính được ta thấy : σ d 1 , σ d 2 < [ σ d ] = 25 [MPa] τ c1 , τ c 2 < [ τ c ] = 10 [MPa] Vậy mối ghép đinh tán đảm bảo độ bền khi làm việc. 2.5.1.3. Giảm chấn xoắn: Giảm chấn xoắn được dùng để :
  20. - Tránh cho hệ thống truyền lực khỏi những dao động xoắn cộng hưởng nguy hiểm ở tần số cao, sinh ra khi một trong các tần số dao động riêng của hệ thống truyền lực trùng với tần số của momen lực kích thích (momen thây đổi của động cơ) - Dập tắt các dao động cộng hưởng ở tần số thấp. Bộ phận giảm chấn xoắn gồm hai bộ phận chính là bộ phận đàn hồi và bộ phận tiêu tán năng lượng. Bộ phận đàn hồi dùng để giảm độ cứng xoắn của hệ thống truyền lực, nhờ đó giảm được tần số dao động riêng của nó và loại trừ khả năng xuất hiện cộng hưởng ở tần số cao. Do độ cứng tối thiểu của chi tiết đàn hồi bị giới hạn bởi điều kiện kết cấu của ly hợp, nên hệ thống truyền lực không tránh khỏi cộng hưởng ở tần số thấp. Vì thế ngoài bộ phận đàn hồi giảm chấn xoắn còn có bộ phận tiêu tán năng lượng để dập tắt những dao động cộng hưởng này. Với ly hợp thiết kế các giảm chấn xoắn với phần tử đàn hồi là các lò xo trụ đặt trong lổ khoét trên vành moay ơ và trên đầu xương của đĩa bị động, còn phần tử ma sát là các đĩa nhỏ bằng thép đặt giữa moay ơ và đĩa bị động. Để mở rộng vùng hiệu quả của giảm chấn, có đặt tính đàn hồi phi tuyến. Độ cứng của phần tử đàn hồi được làm thay đổi bằng cách : đặt các lò xo có chiều dài khác nhau vào các lổ khoét có kích thước như nhau hoặc chọn kích thước các lổ trên xương đĩa bị động và trên vành moay ơ cho thích hợp. Với kết cấu như vậy, số lượng các lò xo tham gia làm việc sẽ thay đổi theo giá trị mômen xoắn. Theo sự tăng mô men, số lượng các lò xo tham gia truyền lực tăng lên, làm tăng độ cứng của giảm chấn.