›
›

Giáo trình Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Chương 2: Ly hợp ôtô

pdf 51 trang phuongnguyen 3690
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Chương 2: Ly hợp ôtô", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_ket_cau_va_tinh_toan_oto_phan_truyen_luc_tren_oto.pdf

Nội dung text: Giáo trình Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Chương 2: Ly hợp ôtô

  1. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Ch−ơng 2 Ly hợp ôtô 1 Công dụng - yêu cầu - phân loại : 1.1 Công dụng : Ly hợp ôtô là khớp nối giữa trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực. Ly hợp dùng để ngắt, nối truyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực. Ngoài ra, ly hợp còn đ−ợc dùng nh− một cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực khi quá tải. Nếu khớp nối ly hợp không ngắt đ−ợc truyền động từ trục khuỷu động cơ đến hệ thống truyền lực khi gài số thì việc gài số sẽ rất khó khăn và có thể gây ra sự dập răng; thậm chí có thể gây vỡ răng hộp số. Hơn thế nữa, nếu ly hợp không tự động ngắt khi phanh đột ngột thì có thể gây quá tải cho cả hệ thống truyền lực. Để thấy rõ hơn ảnh h−ởng và tác dụng của ly hợp đến việc gài số cũng nh− ảnh h−ởng của nó đến hệ thống truyền lực khi phanh ôtô đột ngột, ta hãy xét các quá trình gài số, quá trình phanh ôtô mà không mở ly hợp. a) Đối với quá trình gài số : Có thể mô tả quá trình gài số bằng mô hình nh− sau: 4 J Jlh e 1 Ja ωe ωb ωa 3 2 Hình H2-1 : Sơ đồ mô hình hoá quá trình gài số Chú thích : ωe : Tốc độ góc trục khuỷu động cơ, [rad/s]; GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 1
  2. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô ωb : Tốc độ góc trục ly hợp, [rad/s]; ωa : Tốc độ góc trục thứ cấp hộp số, [rad/s]; Je : Mô men quán tính khối l−ợng của bánh đà và các chi tiết chuyển động trong động cơ (cả phần chủ động của ly hợp gắn trên bánh đà) qui dẫn về trục bánh đà, thứ nguyên tính bằng [kg.m2]; Jlh : Mô men quán tính khối l−ợng của phần bị động ly hợp và các chi tiết quay trong hộp số (có liên quan động học với trục ly hợp) qui dẫn về trục ly hợp, [kg.m2]; Ja : Mô men quán tính khối l−ợng t−ơng đ−ơng; xét đến các khối l−ợng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực (tính từ bánh răng số (4) đến bánh xe chủ động) và khối l−ợng chuyển động tịnh tiến của xe qui dẫn về trục thứ cấp hộp số [kg.m2]; Mô men quán tính t−ơng đ−ơng Ja có thể đ−ợc xác định từ ph−ơng trình cân bằng động năng nh− sau : ω 2 G υ 2 J a = δ (2-1) a 2 g 2 Thay υ = (ωa.ip.io).rbx (2-2) 2 G ⎛ r ⎞ Suy ra : J = ⎜ bx ⎟ (2-3) a ⎜ ⎟ g ⎝ i pio ⎠ Trong đó : G : Trọng l−ợng toàn bộ xe, [N]; g : Gia tốc trọng tr−ờng, g = 9,81 [m/s2]; υ : Vận tốc chuyển động tịnh tiến của xe, [m/s]; rbx : Bán kính lăn của bánh xe, [m]; ip, io : Tỷ số truyền t−ơng ứng của hộp số phụ, truyền lực chính; δ : Hệ số xét đến các khối l−ợng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực; tính từ bánh răng số (4) đến bánh xe chủ động. Giả thiết việc gài số là trực tiếp (không có đồng tốc) và không ngắt ly hợp : bánh răng (4) vào ăn khớp với bánh răng (3), bỏ qua mô men xoắn động cơ và mô men cản chuyển động của đ−ờng (vì mô men xung kích trong tr−ờng hợp này là rất lớn so với GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 2
  3. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô chúng). áp dụng ph−ơng trình mô men xung l−ợng trong thời gian t[s] đối với chuyển động của hệ trục về phía bánh răng (4) : P4.r4.t = Ja.( ωa' - ωa) (2-4) Trong đó : P4 : Lực tác dụng lên răng bánh răng (4) trong thời gian gài số t, [N]; r4 : Bán kính vòng lăn của bánh răng (4), [m]; ωa : Tốc độ góc của trục thứ cấp hộp số tr−ớc khi gài số, [rad/s]; ωa' : Tốc độ góc của trục thứ cấp hộp số sau khi gài số, [rad/s]; T−ơng tự, ta có ph−ơng trình mô men xung l−ợng trong thời gian t[s] đối với chuyển động của hệ trục về phía bánh răng (3) : ⎛ω ⎞ 2 ⎜ b ' ⎟ P3.r3.t = ()(J e + J lh ).i12 .⎜ −ω a .i34 ⎟ (2-5) ⎝ i12 ⎠ Trong đó : P3 : Lực tác dụng lên răng bánh răng (3) trong thời gian gài số t, [N]; r3 : Bán kính vòng lăn của bánh răng (3), [m]; ωb : Tốc độ góc của trục ly hợp tr−ớc khi gài số, [rad/s]; i12 : Tỷ số truyền của cặp bánh răng (1) và (2) : i12 = r2/r1; i34 : Tỷ số truyền của cặp bánh răng (3) và (4) : i34 = r4/r3; Vì P3 = P4, nên từ hai ph−ơng trình (2-4) và (2-5) ta rút ra đ−ợc tốc độ góc của trục thứ cấp sau khi gài số ωa'. Thế trở lại vào ph−ơng trình (2-4) ta có mô men xung l−ơng tác dụng lên bánh răng (4) trong thời gian t là : J a .(J e + J lh ).ih .(ω b −ω a .ih ) P4 .r4 .t = 2 (2-6) (J e + J lh ).ih + J a Trong đó ih chính là tỷ số truyền của hộp số (ih = i12.i34) Cũng bằng lý luận t−ơng tự, ta xác định đ−ợc mô men xung l−ợng tác dụng lên bánh răng (4) trong thời gian t khi ngắt ly hợp. Lúc này mô men quán tính Je không còn tham gia trong các biểu thức (2-5) và (2-6); nghĩa là : GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 3
  4. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô ' J a .J lh .ih .(ω b −ω a .ih ) P4 .r4 .t = 2 (2-7) J lh .ih + J a So sánh (2-7) với (2-6), ta có : ⎡⎛ J ⎞ J ⎤ J ⎜1+ lh ⎟.i 2 + a ' lh ⎢⎜ ⎟ h ⎥ P ⎝ J e ⎠ J e 4 = ⎣ ⎦ (2-8) P ⎛ J ⎞ 4 2 ⎜ lh ⎟ ()J lh .ih + J a .⎜1+ ⎟ ⎝ J e ⎠ Nếu Jlh << Je thì (2-8) có thể viết gần đúng lại nh− sau : ⎛ 2 J a ⎞ ⎜ih + ⎟ P ' ⎜ J ⎟ 4 = ⎝ e ⎠ (2-9) P ⎛ J ⎞ 4 ⎜ 2 a ⎟ ⎜ih + ⎟ ⎝ J lh ⎠ ⎛ J ⎞ ⎛ J ⎞ ⎜ 2 a ⎟ ⎜ 2 a ⎟ Vì Jlh << Je, nên ⎜ih + ⎟ << ⎜ih + ⎟ . Nghĩa là P4' rất nhỏ so với P4; hay nói ⎝ J e ⎠ ⎝ J lh ⎠ cách khác, lực tác dụng lên răng của bánh răng gài số sẽ giảm đi rất nhiều lần khi ngắt ly hợp trong quá trình gài số. Nhờ vậy mà tránh đ−ợc sự va đập lớn gây dập hoặc gãy vở răng hộp số khi gài số; cho phép nâng cao tuổi thọ của các bánh răng gài số. 2 Chẳng hạn, với số liệu : tỷ số truyền của hộp số ih = 1,84; Je = 1,5 [kg.m ]; Ja = ' 2 2 P4 10[kg.m ]; Jlh = 0,02 [kg.m ] thì = 0,02 ; nghĩa là lực tác dụng lên răng của bánh răng P4 khi gài số có ngắt ly hợp giảm đ−ợc 50 lần. Từ ph−ơng trình (2-7) ta cũng thấy rằng : dù có ngắt ly hợp khi gài số, vẫn tồn tại xung lực do sự chênh lệch tốc độ góc giữa hai số truyền (ωb - ωa.ih). Xung lực này vẫn phụ thuộc vào mô men quán tính của ly hợp (Jlh). Vì vậy để tránh sự va đạp các răng khi gài số, tr−ớc hết cần phải làm đồng đều tốc độ góc tr−ớc khi gài số. Muốn thế, trong hộp số cần phải đặt bộ đồng tốc. Tuy nhiên việc làm đồng đều tốc độ khi có bộ đồng tốc vẫn phải phụ thuộc vào mô men quán tính Jlh và sự mở ly hợp có dứt khoát hay không. Hay nói cách khác, để làm đồng đều nhanh chóng tốc độ góc giữa các số truyền khi gài số, yêu cầu ly hợp phải bảo đảm hai yêu tố sau : GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 4
  5. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô • Thành phần mô men quán tính của hệ trục ly hợp (Jlh) phải nhỏ đến mức thấp nhất có thể để rút ngắn thời gian làm đồng đều tốc độ của bộ đồng tốc. • Việc mở ly hợp phải đ−ợc tiến hành dứt khoát; nghĩa là phần bị động ly hợp phải tách hoàn toàn khỏi phần chủ động. Nh− vậy mô men quán tính qui dẫn của trục khuỷu (Je) cũng nh− mô men xoắn của động cơ (Me) trở nên triệt tiêu khỏi hệ trục của ly hợp khi gài số. b) Đối với quá trình phanh xe : Chúng ta có thể mô hình hoá hệ thống truyền lực trong quá trình phanh ôtô bằng sơ đồ sau : 3 4 1 2 5 Je ωe ω e 6 Hình H2-2 : Sơ đồ mô hình hệ thống truyền lực khi phanh Chú thích : 1 : Bánh đà động cơ; 2: Ly hợp; 3 : Hộp số; 4: Truyền động các đăng; 5 : Truyền lực chính và vi sai; 6: Cơ cấu phanh bánh xe; ωe: Tốc độ góc trục khuỷu động cơ, [rad/s]; ωb: Tốc độ góc trục bánh xe, [rad/s]; Khi phanh xe bằng cơ cấu phanh bánh xe (6), xe sẽ chuyển động chậm dần với gia dυ tốc tịnh tiến chậm dần là j = (υ là tốc độ tịnh tiến của xe trong quá trình phanh, tính p dt bằng [m/s]) và các chi tiết quay trong hệ thống truyền lực cũng quay chậm dần. Nếu ly hợp đang đóng thì trục khuỷu động cơ cũng quay chậm dần với gia tốc góc là : dωe dωb 1 dυ εe = = ihio = ihio (2-10) dt dt rbx dt GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 5
  6. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô ở đây : ip : Tỷ số truyền của hộp số; io : Tỷ số truyền của truyền lực chính; rbx : Bán kính lăn bánh xe chủ động, [m]; Các thông số khác đã chú thích ở trên. Vì vậy xuất hiện mô men lực quán tính (tính bằng[Nm]) của bánh đà bằng: 1 dυ Mj = Jeεe = Je.ihio (2-11) rbx dt Mô men này sẽ truyền qua ly hợp để tác dụng lên hệ thống truyền lực . Giá trị lớn nhất của chúng đạt đ−ợc khi gia tốc phanh jp đạt giá trị cực đại Jmax. Theo lý thuyết ôtô : ⎛ dυ ⎞ ϕ.g J max = ⎜ ⎟ = (2-12) ⎝ dt ⎠ max δ Trong đó : ϕ : Hệ số bám giữa lốp với mặt đ−ờng khi phanh; δ : Hệ số xét đến ảnh h−ởng của các khối l−ợng quay trong hệ thống truyền 2 lực; có thể tính gần đúng bằng : δ = 1+(0,04ữ0,06).ih ; với ih là tỷ số truyền của hộp số. g : Gia tốc trọng tr−ờng, g = 9,81 [m/s2]; Khi đó mô men lực quán tính cực đại có thể truyền qua ly hợp là : 1 ϕ.g Mjmax = J eihio (2-14) rbx δ Thực nghiệm chứng tỏ rằng Mjmax có giá trị lớn hơn mô men xoắn cực đại của động cơ rất nhiều lần và có thể ảnh h−ởng xấu đến hệ thống truyền lực. Tuy vậy, ly hợp chỉ cho truyền qua nó một giá trị mô men nhỏ hơn hoặc bằng chính momen ma sát của ly hợp; ng−ợc lại, ly hợp sẽ tr−ợt. Điều đod có nghĩa là ly hợp còn có tác dụng nh− một cơ cấu an toàn, bảo vệ cho hệ thống truyền lực không bị quá tải khi phanh đột ngột mà không kịp mở ly hợp. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 6
  7. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 1.2 Yêu cầu đối với ly hợp : Từ các công dụng và các tác dụng của ly hợp nh− đã nêu trên, ly hợp ô tô máy kéo ngoài các yêu cầu chung về sức bền, tuổi thọ; còn phải bảo đảm các yêu cầu chính sau : c Ly hợp phải truyền đ−ợc mô men quay lớn nhất của động cơ trong bất kỳ điều kiện làm việc nào. Hay nói cách khác, mô men ma sát của ly hợp phải luôn luôn lớn hơn mô men cực đại của động cơ. Tuy nhiên, mô men ma sát của ly hợp không đ−ợc lớn quá nhằm bảo đảm đ−ợc nhiệm vụ làm cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực. d Việc mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng. Nghĩa là khi mở ly hợp, phần bị động phải tách hoàn toàn khỏi phần chủ động trong thời gian ngắn nhất; ng−ợc lại sẽ gây khó khăn cho việc gài số. e Khi đóng ly hợp, yêu cầu phải êm dịu. Tức là, mô men ma sát hình thành ở ly hợp phải tăng từ từ khi đóng ly hợp; có vậy mới tránh đ−ợc hiện t−ợng giật xe và gây dập răng của các bánh răng trong hộp số cũng nh− các cơ cấu truyền động khác trong hệ thống truyền lực. f Mô men quán tính của các chi tiết phần bị động ly hợp phải nhỏ đến mức thấp nhất có thể nhằm giảm các lực va đạp lên bánh răng gài số (tr−ờng hợp không có bộ đồng tốc), giảm nhẹ điều kiện làm việc của bộ đồng tốc cũng nh− tăng nhanh thời gian gài số. g Kết cấu phải gọn nhẹ, điều khiển dễ dàng và nhẹ nhàng. 1.3 Phân loại ly hợp : Với yêu cầu nêu trên, hiện nay trên ôtô máy kéo sử dụng nhiều loại ly hợp. Và tuỳ theo tính chất truyền mô men, đặc điểm kết cấu v.v có thể có các cách phân loại sau : + Dựa theo tính chất truyền mô men, ng−ời ta phân ra các loại ly hợp ma sát cơ khí, ly hợp thủy 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 trống và guốc ma sát ép vào tang trống). + Theo đặc điểm làm việc, có thể chia ra : loại th−ờng đóng và không th−ờng đóng GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 7
  8. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 2. Phân tích đặc điểm kết cấu và xác định các thông số cơ bản của ly hợp : 2.1 Phân tích đặc điểm kết cấu các loại ly hợp: 2.1.1 Ly hợp ma sát cơ khí : Đây là loại ly hợp mà mô men ma sát hình thành ở ly hợp nhờ sự ma sát của các bề mặt ma sát cơ khí. Loại này đ−ợc sử dụng phổ biến trên hầu hết các ôtô nhờ kết cấu đơn giản, dễ bảo d−ỡng sữa chữa thay thế (hình H2-3). Tuỳ theo hình dạng và đặc điểm kết cấu, có thể chia chúng ra làm các kiểu sau : ) Theo hình dạng của bộ phận ma sát, 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 trống và guốc ma sát ép vào tang trống). Ly hợp ma sát đĩa có dạng hình côn và hình trống ngày nay không dùng nữa vì mô men quán tính của phần bị động khá lớn, ảnh h−ởng không tốt đến việc gài số. 1 Ly hợp ma sát đĩa phẳng dùng phổ 2 biến. Tuỳ theo cấu tạo có thể có kiểu một 3 đĩa, kiểu hai đĩa hoặc có thể nhiều đĩa. 4 Ly hợp ma sát một đĩa bị động 5 đ−ợc sử dụng phổ biến ở hầu hết các loại 6 ôtô và máy kéo nhờ kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, việc mở ly hợp dễ dứt khoát và mô men quán tính của phần bị động nhỏ (hình H2-3) ít ảnh h−ởng đến việc gài số. 7 Các vành ma sát của đĩa bị động 8 đ−ợc gắn lên x−ơng đĩa bị động (1) bằng 9 ph−ơng pháp dán hoặc đinh tán. Đĩa bị động đ−ợc nối với trục ly hợp thông qua một may-ơ (6) di tr−ợt đ−ợc trên trục nhờ Hình H2-3: Kết cấu đĩa bị động mối ghép then hoa. May -ơ đ−ợc liên kết GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 8
  9. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô mềm với x−ơng đĩa bị động thông qua các lò xo đàn hồi (3) bố trí tiếp tuyến quanh may- ơ (hình H2-3). Nhờ sự đàn hồi của các lò xo này mà độ cứng chung của hệ thống truyền lực giảm tránh đ−ợc sự cộng h−ởng ở vùng làm việc th−ờng xuyên với tần số cao của động cơ. Tuy nhiên do giới hạn bởi độ cứng tối thiểu của lò xo nên hệ thống truyền lực không thể tránh khỏi sự dao động cộng h−ởng ở tần số thấp. Bởi vậy cần phải có các vành ma sát (5) hoặc (9) để tiêu hao năng l−ợng dao động cộng h−ởng ở tần số thấp. Tổ hợp các lò xo đàn hồi (3) cùng các vành ma sát gọi chung là bộ giảm chấn. Khi có bộ giảm chấn, thì khối l−ợng và do đó mô men quán tính của cụm đĩa bị động tăng lên, ảnh h−ởng không tốt đến quá trình gài số cho hộp số. Do vậy đĩa bị động có thể có hoặc không có bộ giảm chấn. Kiểu ly hợp ma sát hai đĩa chỉ đ−ợc dùng trên xe tải lớn (vì cần truyền mô men quay lớn). Nh−ợc điểm của kiểu này là kết cấu phức tạp, việc mở ly hợp khó dứt khoát (khó cách ly các đĩa bị động khỏi phần chủ động); tuy nhiên việc đóng ly hợp là êm dịu hơn loại một đĩa (nhờ sự tiếp xúc của các bề mặt ma sát đ−ợc tiến hành từ từ hơn). Hình H2-4 : Ly hợp ma sát hai đĩa bị động. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 9
  10. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô ) Theo đặc điểm kết cấu của lò xo ép, có thể chia ly hợp ma sát cơ khí ra : + Ly hợp ma sát cơ khí kiểu nhiều lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh (xem các hình H2-3 và H2-4) : Kiểu này có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, có độ tin cậy cao (nếu một lò xo bị gẫy ly hợp vần làm việc đ−ợc). Nh−ợc điểm là áp lực sinh ra ở các bề mặt ma sát dễ không đều. Loại này đ−ợc sử dụng phổ biến trên xe tải, máy kéo và một số xe con. + Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép trung tâm: 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 cơ khí kiểu lò xo ép đĩa nón cụt (xem hình H2-5) chỉ có một lò xo kiểu đĩa nón cụt bố trí ở giữa nên áp lực phân bố đều lên bề mặt ma sát. Ly hợp với lò xo kiểu này có nhiều −u điểm nổi bậc: Lò xo làm luôn nhiệm vụ đòn mở nên kết cấu rất gọn nhẹ. Đặc tính của là xo là phi tuyến (xem hình H2-6) nên lực để mở ly hợp hầu nh− không tăng thêm nh− loại lò xo hình trụ; vì vậy điều khiển nhẹ nhàng hơn. Nh−ợc điểm cơ bản là không thể điều chỉnh khe hở giữa đòn mở và bạc mở khi tấm ma sát bị mòn nên ly hợp kiểu này chỉ sử dụng trên xe du lịch và khách cở nhỏ có đặc tính động lực tốt, sử dụng trong điều kiện đ−ờng tốt (ít phải sang số). Hình H2-5 : Ly hợp ma sát kiểu lò xo ép đĩa côn. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 10
  11. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Flx [N] Đặc tính lò xo đĩa nón cụt thiết kế. 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 λ [m] 0 0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 0.0030 0.0035 0.0040 Hình H2-6 : Đặc tính phi tuyến của lò xo ép đĩa côn. ) Theo đặc điểm làm việc, có thể chia ra : Loại ly hợp th−ờng đóng và ly hợp không th−ờng đóng. + Ly hợp th−ờng đóng là loại ly hợp kiểu lò xo ép th−ờng xuyên đóng trong quá trình làm việc nh− các loại đã nêu ra ở trên. Ly hợp chỉ đ−ợc mở thông qua hệ thống dẫn động d−ới tác dụng của lực đạp ở bàn đạp ly hợp. + Ly hợp không th−ờng đóng là loại ly hợp không có lò xo ép. Đĩa bi động và chủ động đ−ợc ép vào nhau thông qua một hệ thống đòn đặc biệt. Việc đóng hoặc mở ly hợp đều phải thông qua hệ thông đòn này d−ới tác động lực điều khiển của ng−ời lái. Đối với máy kéo xích trong nông nghiệp hoặc các máy kéo xích chuyên dùng trong ngành xây dựng, chúng th−ờng có hệ thống điều khiển riêng biệt nhờ các ly hợp chuyển h−ớng và phanh. Mặc khác, trong quá trình làm việc, chúng không những làm việc nhiều với các số tiến mà cả với số lùi thậm chí cả số “Mo” nh− khi điều khiển các liên hợp máy đào hố xúc đất hay những công việc trồng cây chăm bón cây trong nông nghiệp. Loại ly hợp không th−ờng đóng có mô men quán tính của phần bị động ly hợp GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 11
  12. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô khá lớn nên th−ờng phải có phanh con riêng để hãm trục ly hợp tr−ớc khi gài số nhằm tránh sự va đập răng của các bánh răng gài số. 2.1.2 Ly hợp ma sát thuỷ lực : Đây là loại ly hợp mà mô men ma sát hình thành ở ly hợp nhờ ma sát thủy lực. −u điểm nổi bậc của ly hợp thủy lực là ly hợp làm việc rất êm dịu (nhờ tính chất dễ tr−ợt của chất lỏng) vì vậy giảm tải trọng động cho hệ thống truyền lực cũng nh− cho động cơ. Tuy vậy ly hợp thủy lực lại mở không dứt khoát vì luôn có mô men d− (dù số vòng quay của động cơ rất thấp) làm ảnh h−ởng đến việc gài số. Vì vậy ly hợp thủy lực th−ờng đ−ợc dùng kết hợp với một ly hợp ma sát cơ khí để cho phép ngắt hoàn toàn ly hợp khi gài số. Ngoài ra ly hợp thuỷ lực luôn luôn có sự tr−ợt (ít nhất 2ữ3%) do vậy gây ra tổn hao công suất động cơ và do đó tăng tiêu hao nhiên liệu của xe. Mặc khác ly hợp thủy lực đòi hỏi cao về độ chính xác và kín khít đối với các mối ghép, yêu cầu có 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 cao hơn ly hợp ma sát cơ khí thông th−ờng. Do đó, ly hợp loại này chỉ sử dụng hạn chế trên các loại xe đặc biệt có công suất riêng lớn. 2.1.3 Ly hợp điện từ : Đây là loại ly hợp mà mô men hình thành ở ly hợp nhờ mô men điện từ. Ly hợp điện từ truyền động êm dịu. Tuy vậy kết cấu kồng kềnh và trọng l−ợng trên đơn vị công suất truyền là lớn nên ít dùng trên ôtô mà th−ờng đ−ợc sử dụng trên tàu hoả hoặc xe máy công trình cỡ lớn. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 12
  13. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 2.2 Xác định các thông số cơ bản của ly hợp : Việc xác định các thông số cơ bản của ly hợp chính là xác định số l−ợng và kích th−ớc bề mặt ma sát nhằm bảo đảm yêu cầu truyền hết mô men quay của động cơ trong mọi điều kiện làm việc. 2.2.1 Mô men ma sát yêu cầu của ly hợp : Để bảo đảm yêu cầu truyền hết mô men quay của động cơ trong mọi điều kiện làm việc, thì ly hợp phải có khả năng truyền đ−ợc mô men quay lớn hơn mô men xoắn lớn nhất của động cơ Memax. Nghĩa là ta phải có : Mms = Memax.β (2-15) Trong đó : Mms : Mô men ma sát cần thiết ly hợp, [N.m]; Mmax : Mô men xoắn lớn nhất của động cơ, [N.m]. Đối với máy kéo mô men này lấy bằng mô men danh nghĩa Mn của động cơ; β : Hệ số dự trữ của ly hợp. Hệ số dự trữ ly hợp β phải đủ lớn (β>1) để bảo đảm cho ly hợp truyền hết mô men xoắn 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.v.v ). Tuy nhiên hệ số β cũng không đ−ợc lớn quá, vì nh− thế ly hợp không làm tốt chức năng bảo vệ an toàn cho hệ thống truyền lực khi quá tải. Hệ số β th−ờng đ−ợc xác định bằng thực nghiệm; có tính đến các yếu tố nh− đã nêu cũng nh− có xét đến điều kiện làm việc nặng nhọc của xe. Giá trị của β có thể tham khảo theo số liệu ở bảng B2-1 nh− sau : Bảng B2-1 : Số liệu hệ số dự trữ thực nghiệm β Loại xe Trị số β Xe du lịch 1,35 ữ 1,75 Xe tải, khách, máy kéo vận tải (không kéo mooc) 1,60 ữ 2,25 GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 13
  14. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Ô tô tải có mooc (hoặc tính năng thông qua cao) 1,80 ữ 3,00 Máy kéo nông nghiệp kiểu ly hợp th−ờng đóng 2,00 ữ 2,50 Chú ý : Giá trị về phía giới hạn lớn đ−ợc chọn cho xe làm việc trong điều kiện nặng nhọc (nh− tải trọng lớn, xe hoạt động trong nhiều loại đ−ờng, hoặc kiểu ly hợp không điều chỉnh đ−ợc). Nh− vậy, căn cứ vào chủng loại xe và điều kiện làm việc th−ờng xuyên của nó mà ta chọn hệ số β thích hợp; từ đó xác định đ−ợc mô men ma sát cần thiết của ly hợp theo công thức (2-15). Thực tế, để tạo ra mô men ma sát này, ly hợp phải nhờ một cơ cấu ép; với ly hợp th−ờng đóng thì đó là lò xo ép, còn với ly hợp không th−ờng đóng, phải thông qua một hệ thống đòn đặc biệt nh− đã chỉ ra trên hình H2-7. Nếu gọi lực ép tổng cộng do cơ cấu ép tạo ra là P [N], đặt tại bán kính trung bình Rtb [m] của đĩa ép, thì mô men ma sát của ly hợp Mms [N.m] do cơ cấu ép tạo ra là : Mms = à.P.Rtb.zms (2-16) Trong đó : à : Hệ số ma sát tr−ợt giữa tấm ma sát và đĩa ép hoặc bánh đà; zms : Số đôi bề mặt ma sát; phụ thuộc vào số đĩa bị động của ly hợp: + Ly hợp một đĩa bị động : zms = 2 + Ly hợp hai đĩa bị động : zms = 4 Mặc khác, nếu gọi p [N/m2] là áp suất pháp tuyến sinh ra ở các đôi bề mặt ma sát d−ới tác dụng lực ép P, và với giả thiết áp suất p là phân bố đều trên toàn bộ bề mặt ma sát (p = const) thì ta lại có : R2 2 M = z àp2πR2dR = z àpπ ()R3 − R3 (2-16') ms ms ∫ ms 3 2 1 R1 Từ (2-16) và (2-16') ta suy ra bán kính trung bình Rtb : 3 3 2 R2 − R1 Rtb = 2 2 (2-17) 3 R2 − R1 GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 14
  15. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô ở đây : R1,R2 là bán kính trong và bán kính ngoài bề mặt ma sát [m]; Nh− vậy, nếu kích th−ớc của bề mặt ma sát đã xác định, từ (2-15,16 và 17) ta suy ra lực ép cần thiết P [N] mà cơ cấu ép phải tạo ra để bảo đảm cho ly hợp có đ−ợc mô men ma sát cần thiết theo (2-15) là : β.M F = e max (2-18) à.Rtb zms Khi đó, áp suất làm việc trung bình của các bề mặt ma sát p [N/m2] là : F p = 2 2 (2-18') π(R 2 − R1 ) Vậy, để cho áp suất làm việc không v−ợt quá giới hạn cho phép, với ly hợp một đĩa (zms = 2) thì lực ép F và do đó kích th−ớc của đĩa ép (R2) phải tăng khi mô men xoắn của động cơ tăng. 2.2.2 Bán kính bề mặt ma sát của ly hợp : Các bán kính trong R1 và bán kính ngoài R2 của bề mặt ma sát ly hợp đ−ợc xác định tr−ớc hết bảo đảm sao cho áp suất làm việc của các bề mặt ma sát (nh− đã nêu ra ở trên) không v−ợt quá giới hạn cho phép. Từ (2-15) và (2-17) suy ra : 3.β.M e max 3 R2 = 3 (2-19) 2.z ms .à.π.p.()1− k R Trong đó : p : áp suất làm việc cho phép của các bề mặt ma sát, [N/m2]; R1 kR : Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát, kR = ; R2 Bán kính R2 hoàn toàn đ−ợc xác định khi biết các đại l−ợng trong biểu thức (2-19) Giá trị áp suất làm việc của các bề mặt p là một trong những thông số quan trọng quyết định đến l−ợng mòn của các bề mặt ma sát khi ly hợp tr−ợt trong quá trình đóng ly hợp sau gài số. Trong đó vành ma sát th−ờng làm bằng vật liệu có hệ số ma sát cao nh−ng mềm hơn thép và gang. Vì vậy trong tính toán thiết kế phải chọn giá trị áp suất làm việc p nhỏ hơn hoặc bằng giá trị cho phép [p] = 1,4.105 ữ 2,5.105 [N/m2] nhằm bảo đảm tuổi thọ cần thiết cho chúng giữa hai lần sữa chữa thay thế. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 15
  16. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Giá trị giới hạn trên đ−ợc áp dụng cho ôtô có động cơ nhiều xy lanh (lớn hơn 4), đặc tính động lực của xe tốt và làm việc trong điều kiện đ−ờng sá tốt (ít phải sang số) và ng−ợc lại ôtô có động cơ ít xy lanh, đặc tính động lực của xe không tốt và làm việc trong điều kiện đ−ờng sá xấu. Hệ số tỷ lệ kR có thể chọn theo kinh nghiệm bằng kR = 0,53 ữ 0,75. Giá trị nhỏ chỉ dùng cho xe có động cơ tốc độ trung bình và thấp và đặc tính động lực xe tốt (ít phải sang số). Với động cơ cao tốc, nếu chọn hệ số kR bé (tức R1 và R2 khác nhau lớn) thì chênh lệch tốc độ tr−ợt tiếp tuyến ở mép trong và mép ngoài của tấm ma sát sẽ lớn, gây ra sự mòn không đều từ trong ra ngoài tấm ma sát, thời hạn phục vụ của tấm ma sát sẽ giảm. Vì vậy đối với động cơ cao tốc nên chọn hệ số tỷ lệ kR về phía giới hạn trên. Hệ số ma sát à phụ thuộc vào nhiều yếu tố : vật liệu và tình trạng của đôi bề mặt ma sát, tốc độ tr−ợt t−ơng đối, nhiệt độ và áp suất trên bề mặt ma sát. Đối với ly hợp ma sát cơ khí ôtô máy kéo, hệ số ma sát giữ phê-ra-đô đồng với gang (hoặc thép) thì hệ số ma sát à có thể đạt đến 0,35. Tuy vậy, do ảnh h−ởng của các yếu tố nhiệt độ, tốc độ tr−ợt .v.v nên khi tính toán chỉ chọn trong khoảng à = 0,22 ữ 0,30. Số đôi bề mặt ma sát zms thông th−ờng bằng 2 (tức ly hợp một đĩa bị động, vì nh− vậy dễ ngắt nhanh và hoàn toàn). Chỉ đối với máy kéo hoặc ôtô tải lớn; có mô men cực đại của động cơ từ 465 [N.m] trở lên và làm việc trong điều kiện nặng nhọc (phải sang số nhiều) thì mới chọn zms = 4 (tức là ly hợp có hai đĩa bị động). Trong tính toán thiết kế, với việc −u tiên chọn zms = 2, bán kính ngoài R2 xác định theo biểu thức (2-19). Nếu R2 có giá trị quá lớn, có thể v−ợt quá giới hạn đ−ờng kính cho phép của bánh đà động cơ. Vì vậy, giá trị R2 sau khi tính toán phải đ−ợc kiểm tra so sánh với số liệu kinh nghiệm; đ−ợc cho theo bảng B2-2 ở phần phụ lục. Nếu R2 lớn quá giới hạn, cần thiết phải chọn lại zms = 4 và tính lại bán kính R2 theo (2-19). Bán kính trong của bề mặt ma sát R1 đ−ợc xác định thông qua hệ số tỷ lệ kR khi chọn để tính bán kính ngoài R2 ở trên; nghĩa là R1 = kRR2. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 16
  17. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 2.2.3 Công tr−ợt riêng của ly hợp : Việc xác định kích th−ớc của bề mặt ma sát theo điều kiện áp suất làm việc không v−ợt quá giá trị cho phép nh− trên ch−a đủ để đánh giá khả năng chống mòn của ly hợp. Khi các ly hợp khác nhau có cùng áp suất làm việc nh−ng với ôtô máy kéo có trọng l−ợng khác nhau thì sự hao mòn của ly hợp sẽ khác nhau. Ta biết rằng, quá trình đóng êm dịu ly hợp bao giờ cũng kèm theo sự tr−ợt ly hợp giữa các đôi bề mặt ma sát. Sự tr−ợt của ly hợp sẽ làm cho các bề mặt ma sát mòn, đồng thời sinh nhiệt nung nóng các chi tiết tiếp xúc trực tiếp với các bề mặt trựơt. Nếu c−ờng độ tr−ợt quá mạnh sẽ làm mòn nhanh các bề mặt ma sát và nhiệt sinh ra sẽ rất lớn, có thể làm cháy cục bộ các tấm ma sát, làm nung nóng lò xo ép từ đó có thể làm giảm khả năng ép của chúng. Vì vậy, việc nghiên cứu xác định công tr−ợt, công tr−ợt 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. a) Công tr−ợt riêng: Để đánh giá tuổi thọ của ly hợp theo điều kiện tr−ợt, ng−ời ta dùng chỉ tiêu công tr−ợt riêng; đ−ợc xác định bằng công tr−ợt trên một đơn vị diện tích 2 làm việc của các bề mặt ma sát, kí hiệu lr [J/m ] : L lr = 2 2 (2-20) zmsπ (R2 − R1 ) Trong đó : L : Công tr−ợt của ly hợp, [Jun]; zms : Số đôi bề mặt ma sát; R2 : Bán kính ngoài của bề mặt ma sát, [m]; R1 : Bán kính trong của bề mặt ma sát, [m]. Sự tr−ợt của ly hợp diễn ra ngay sau khi gài số và thực hiện đóng ly hợp. Điều đó có thể xẫy ra lúc xe đang chạy hoặc khi bắt đầu khởi hành xe; trong đó tr−ờng hợp xe bắt đầu khởi hành sẽ có công tr−ợt lớn nhất vì lúc này sự chênh lệch tốc độ giữa bánh đà động cơ và tốc độ trục ly hợp (xe đang đứng yên) là lớn nhất. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 17
  18. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô b) Công tr−ợt ly hợp: Sự tr−ợt ly hợp khi khởi hành xe cũng có thể có hai tr−ờng hợp : sự tr−ợt ly hợp do đóng ly hợp đột ngột hoặc sự tr−ợt ly hợp do đóng ly hợp từ từ. - Khi đóng ly hợp đột ngột (lái xe thả nhanh bàn đạp ly hợp) làm cho đĩa ép lao nhanh vào đĩa bị động, thời gian tr−ợt ngắn nh−ng lực ép tăng lên nhanh làm cho xe bị giật mạnh, gây tải trọng động lớn đối với hệ thống truyền lực (do quán tính lao vào của đĩa ép, nên làm tăng thêm lực ép tác dụng lên đĩa bị động, mô men ma sát của ly hợp lúc tăng lên và do vậy ly hợp có thể truyền qua nó một mô men quán tính lớn hơn mô men ma sát tính toán theo 2-15). - Khi đóng ly hợp từ từ : Việc đóng ly hợp hợp từ từ tạo đ−ợc sự êm dịu cần thiết cho ly hợp và hệ thống truyền lực. Đó là một trong những yêu cầu quan trọng của ly hợp nhằm bảo đảm tính êm dịu và không sinh ra va đập cho hệ thống truyền lực. Tuy nhiên sự đóng từ từ ly hợp làm cho thời gian tr−ợt kéo dài và do vậy công tr−ợt sẽ tăng lên. Để khảo sát công tr−ợt ly hợp trong tr−ờng hợp đóng từ từ, ta xét mô hình tính toán nh− trên hình H2-9 : M, ω M (t) M ωe(t) ms ms ωe Je Ja A M a ωa ω (t) ωe Ma a O t ωa t1 t2 a) Mô hình tính toán b) Quan hệ M(t), ω(t) theo t khi đóng ly hợp. Hình H2-9 : Mô hình tính toán công tr−ợt ly hợp Chú thích : 2 Je : Mô men quán tính khối l−ợng qui dẫn của bánh đà, [kg.m ]; Ja : Mô men quán tính khối l−ợng của xe qui dẫn về trục ly hợp; ωe(t) : Biến thiên tốc độ góc trục khuỷu động cơ, [rad/s]; GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 18
  19. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô ωa(t) : Biến thiên tốc độ góc trục ly hợp, [rad/s]; Mms : Mô men ma sát của ly hợp, [N.m]; Ma : Mô men cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp, [N.m]. Mô men quán tính khối l−ợng qui dẫn Ja đ−ợc xác định từ điều kiện cân bằng động năng nh− sau : ⎛ G + G ⎞ r 2 J = ⎜ a m ⎟ bx δ a ⎜ ⎟ 2 (2-20') ⎝ g ⎠ (ihi pio ) Trong đó : Ga : Trọng l−ợng toàn bộ của ôtô, [N]; Gm : Trọng l−ợng toàn bộ của rơ mooc hoặc đoàn xe kéo theo, [N]; g : Gia tốc trọng tr−ờng, g = 9,81 [m/s2]; rbx : Bán kính làm việc của bánh xe chủ động, [m]; ih,ip,io : Tỷ số truyền t−ơng ứng của hộp số, hộp số phụ và truyền lực chính. δ : Hệ số tính đến các khối l−ợng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực; trong tính toán có thể lấy bằng δ = 1,05 ữ 1,06. Mô men cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp đ−ợc tính bằng : rbx M a = [](Ga + Gm )ψ + Pω (2-20") itηt Trong đó : ψ : Hệ số cản tổng cộng của đ−ờng; Pω : Lực cản của không khí, [N]; it : Tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực; ηt : Hiệu suất thận của hệ thống truyền lực; Các thông số khác đã đ−ợc chú thích. Chúng ta có thể chia quá trình tr−ợt ly hợp làm hai giai đoạn : • Giai đoạn I : Tính từ lúc các bề mặt ma sát bắt đầu chạm vào nhau cho đến lúc tốc độ góc trục ly hợp bắt đầu tăng (khi mô-men ma sát ly hợp Mms vẫn còn nhỏ hơn hoặc bằng mô-men cản qui dẫn Ma). GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 19
  20. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Diễn biến giai đoạn này có thể đặc tr−ng bởi các thông số sau : - Mô men ma sát ly hợp tăng từ 0 đến Ma (0 ≤ Mms(t) ≤ Ma); - Tốc độ góc trục ly hợp ch−a tăng (ωa = const); - Tốc độ góc trục khuỷu động cơ giảm. - Thời gian tr−ợt giai đoạn I là t1; • Giai đoạn II : Tính từ lúc tốc độ góc trục ly hợp bắt đầu tăng cho đến khi bằng tốc độ góc trục khuỷu động cơ (lúc mô-men ma sát ly hợp Mms lớn hơn mô-men cản qui dẫn Ma). Diễn biến giai đoạn này có thể đặc tr−ng bởi các thông số : - Mô men ma sát ly hợp tiếp tục tăng từ Ma đến giá trị định mức Mms; - Tốc độ góc trục ly hợp tăng từ ωa đến ωe (tức ωa ≤ ωa(t) ≤ ωe) ; - Tốc độ góc trục khuỷu động cơ tiếp tục giảm. - Thời gian tr−ợt giai đoạn II là t2; Trong giai đoạn II, mô men ma sát hình thành ở ly hợp đã lớn hơn mô men cản chuyển động qui dẫn của ôtô (Mms(t) > Ma) làm gia tốc trục ly hợp và do đó gia tốc chuyển động của xe mặc dầu tốc độ góc ωa(t) của chúng vẫn còn nhỏ hơn tốc độ góc của trục khuỷu động cơ ωe (nghĩa là vẫn còn tr−ợt). Ta có ph−ơng trình xác định công tr−ợt của ly hợp trong tr−ờng hợp tổng quát là : t0 L = M (t). ω (t) −ω (t) .dt ∫ ms ()e a (2-21) 0 Trong đó : Mms(t) Mô-men ma sát ly hợp; biến thiên theo t trong khi đóng ly hợp, [N.m]; t0 : Thời gian tr−ợt tổng cộng của ly hợp : t0 = t1 + t2 [s] Tuỳ theo chế độ đóng ly hợp mà thời gian tr−ợt t0 có thể có những giá trị nằm trong khoảng xác định theo kinh nghiệm nh− sau : - Khi đóng ly hợp đột ngột : t0 = 0,5 ữ 1,0 [s]; - Khi đóng khi hợp êm dịu : t0 = 1,1 ữ 2,5 [s]; GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 20
  21. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Do quan hệ biến thiên của các đại l−ợng trong tích phân (2-21) là rất phức tạp, nó không chỉ phụ thuộc vào đặc tính làm việc của ly hợp (qui luật hình thành mô-men ma sát Mms) , chế độ làm việc của động cơ (Me, ), mà còn phụ thuộc vào trình độ chủ quan của lái xe khi đóng ly hợp (đóng đột ngột hay từ từ). Để có thể xác định đ−ợc công tr−ợt ly hợp theo ph−ơng trình (2-21), chúng ta cần thiết phải đ−a ra một số giả thiết tr−ớc theo một số điều kiện nhất định có thể chấp nhận đ−ợc. Với mục đích đó, Giáo s− N.A. Bukharin đ−a ra một số giả thiết cho quá trình đóng ly hợp êm dịu nh− sau: - Tốc độ góc trục khuỷu động cơ không đổi (ωe = const); - Mo men ma sát ly hợp biến thiên tuyến tính; - Tốc độ góc trục ly hợp trong giai đoạn đầu (khi Mms(t) ≤ Ma) là không đổi; tức là ωa = const (xem hình H2-10). - Ly hợp kết thúc tr−ợt tại một thời điểm nào đó khi mà mômen ma sát Mms lớn hơn hoặc bằng mô-men cực đại của động cơ (Mms = kd.Memax; 1≤ kđ phụ thuộc vào c−ờng độ hình thành mô men ma sát). M, ω st kdMemax ωe = c Hình H2-10 : Mms(t) Ma st ωa = c Mô hình tính toán công tr−ợt ωa(t) O t ly hợp ôtô (khi đóng êm dịu). t1 t2 Với giả thiết trên, công tr−ợt ly hợp sẽ đ−ợc tính theo hai giai đoạn nh− sau: + Giai đoạn I : Với tốc độ góc trục khuỷu và trục ly hợp là hằng số, công tr−ợt đ−ợc xác định bằng : t1 M t L = (ω −ω ) a .t.dt = M (ω −ω ) 1 1 e a ∫ a e a (2-21') 0 t1 2 GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 21
  22. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô + Giai đoạn II : Mô men ma sát hình thành ở ly hợp lớn hơn mô men cản chuyển động qui đẫn về trục ly hợp (Mms(t) > Ma) dùng để gia tốc trục ly hợp từ ωa lên bằng tốc độ góc trục khuỷu động cơ ωe; tức là : ⎧ dω (t) M (t) − M = J a ⎪ ms a a dt (2-22) ⎨ (k .M − M ) ⎪ d e max a M ms (t) = (t − t1 ) + M a ⎩⎪ t2 Từ (2-22) suy ra biến thiên tốc độ góc của trục ly hợp trong giai đoạn này là : 2 ⎧ (kd .M e max − M a ) (t − t1 ) ⎪ω a (t) = + ω a ; t1 ≤ t ≤ (t1 + t2 ) ⎪ J at2 2 ⎨ (2-22') (ω −ω ).2.J ⎪t = e a a ⎪ 2 ⎩ (kd .M e max − M a ) Khi đó công tr−ợt trong giai đoạn II đ−ợc xác định theo ph−ơng trình : (t1 +t2 ) 2 1 L = M (t).()ω −ω (t) .dt = M .(ω −ω ).t + J .(ω −ω ) 2 (2-23) 2 ∫ ms e a 3 a e a 2 2 a e a t1 Và công tr−ợt ly hợp trong toàn bộ thời gian t0 = t1 + t2 sẽ là : ⎛ t1 2 ⎞ 1 2 L = L1 + L2 = M a .(ω e −ω a ).⎜ + t2 ⎟ + J a .(ω e −ω a ) (2-23') ⎝ 2 3 ⎠ 2 Trong đó : t2 : Thời gian tr−ợt của giai đoạn II, đ−ợc xác định từ (2-22'); t1 : Thời gian tr−ợt của giai đoạn I, đ−ợc xác định theo giả thiết ban đầu : M k .M − M k .M a = d e max a = d e max = K (2-24) t1 t2 t1 + t2 Với : K là hệ số tỷ lệ, đặc tr−ng cho c−ờng độ tăng mô men ly hợp. Từ (2-22') và (2-24) ta có thể xác định đ−ợc thời gian tr−ợt t1: ⎡ kd .M e max ⎤ ⎡ M a ⎤ t1 = t2 ⎢ −1⎥ = t2 ⎢ ⎥ (2-25) ⎣(kd .M e max − M a ) ⎦ ⎣(kd .M e max − M a )⎦ Từ đó, thời gian tr−ợt toàn bộ t0 = t1 + t2 trong quá trình đóng ly hợp êm dịu là : kd .M e max (ω e −ω a ).2.J a t0 = 2 (2-25') (kd .M e max − M a ) GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 22
  23. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Theo kinh nghiệm, có thể lấy t0 = 1,1 ữ 2,5 [s] và hệ số tỷ lệ K (theo 2-24) có giá trị nằm trong phạm vi sau: - Xe du lịch : K = 50 ữ 150 [N.m/s]; - Xe vận tải : K = 150 ữ 750 [N.m/s]. Để ý rằng, từ (2-24) và (2-22') ta cũng rút ra đ−ợc : ⎧ M t = a ⎪ 1 K ⎨ (2-25") ⎪ 2J a (ω e −ω a ) t2 = ⎩⎪ K Nh− vậy, từ biểu thức xác định công tr−ợt ly hợp (2-23') cùng với các biểu thức tính thời gian đã nêu, ta có những nhận xét sau : c Khi đóng ly hợp êm dịu, công tr−ợt L phụ thuộc rất lớn vào trọng l−ợng của xe. Khi tăng trọng l−ợng (hoặc kéo thêm đoàn xe) thì công tr−ợt tăng nhanh (vì L tỷ lệ với Ma, Ja, t1, t2 mà tất cả các thông số này đều tăng theo trọng l−ợng của xe). d Khi tăng giá trị tỷ số truyền của hệ thống truyền lực thì công tr−ợt giảm (vì Ma, Ja, t1, t2 tỷ lệ nghịch với tỷ số truyền). Điều đó cho ta đi đến kết luận rằng khi khởi hành xe, ta phải khởi hành với số truyền thấp của hộp số ihI để giảm công tr−ợt của ly hợp. e Khi khởi hành xe tại chỗ công tr−ợt là lớn hơn cả (vì lúc đó ωa = 0 nên hiệu số ωe - ωa là lớn nhất). Động cơ càng cao tốc, công tr−ợt càng lớn. Trong tính toán, có thể lấy tốc độ góc động cơ ωe bằng tốc độ góc ứng với mô men cực đại (ωe = ωM) và tính toán kiểm tra công tr−ợt riêng ứng với chế độ khởi hành xe tại chỗ với thời gian tr−ợt tổng cộng nằm trong khoảng t0 = 1,1 ữ 2,5 [s]. Giá trị công tr−ợt riêng tính theo công thức (2-20) phải nằm trong giới hạn cho phép (tính cho số truyền thấp ihI với hệ số cản tổng cộng của đ−ờng ψ = 0,16). 2 Xe con : lr ≤ 1000 [kJ/m ] 2 Xe khác tải và khách : lr ≤ 800 [kJ/m ] Ngoài ra, để có thể đơn giản hơn trong tính toán, Giáo s− A.I Gri-skê-vich đề nghị sử dụng công thức tính công tr−ợt L (tính bằng [J]) nh− sau: GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 23
  24. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 2 M e max ω e L = J a (2-26) (M e max − M a ) 2 Trong đó : Memax : Mô men quay cực đại của động cơ, [Nm]; Ma : Mô men cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp, [Nm]; 2 Ja : Mô men quán tính khối l−ợng của xe qui dẫn về trục ly hợp, [kgm ] ωe : Tốc độ góc của trục khuỷu động cơ khi đóng ly hợp êm dịu, [rad/s]. Tốc độ góc ωe đ−ợc xác định theo chủng loại động cơ : - Đối với động cơ xăng : ωe = ωM /3 + 50π - Đối với động cơ diêzel : ωe = 0,75ωN Với ωM, ωN là tốc độ góc trục khuỷu động cơ ứng với mô men cực đại, công suất cực đại. Công tr−ợt riêng trong tr−ờng hợp này cũng kiểm tra theo công thức (2-20) và kết quả tính công tr−ợt, công tr−ợt riêng của một số xe đ−ợc cho trên bảng phụ lục B2-4. Đối với máy kéo, kiểm tra công tr−ợt riêng cũng theo công thức (2-20), còn công tr−ợt L [J] đ−ợc tính theo công thức của Giáo s− Lơ-vốp : ω 2 L = n (2-27) ⎛ 1 ⎞ ⎛ 1 1 ⎞ 2⎜1− ⎟.⎜ + ⎟ ⎝ β ⎠ ⎝ J e J a ⎠ Trong đó : ωn : Tốc độ góc định mức của động cơ, [rad/s]; β : Hệ số dự trữ ly hợp; Đối với máy kéo, mô men quán tính khối l−ợng qui dẫn về trục khuỷu động cơ Je đ−ợc xác định gần đúng theo mô men quán tính của bánh đà Jbd nh− sau : Je = 1,2.Jbd (2-28) 2 Mô men quán tính khối luợng của bánh đà Jbd [kg.m ] bằng : (3) 4 4 2.π.ρ.b(i) .(R2(i) − R1(i) ) Jbd = ∑ (2-28') i=(1) 4 Trong đó : GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 24
  25. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô b(i) : Chiều dày của khối l−ợng thành phần thứ i (i=1ữ3), [m]; R1(i) : Bánkính trong của vành có khối l−ợng thành phần thứ i, [m]; R2(i) : Bánkính ngoài của vành có khối l−ợng thành phần thứ i, [m]; ρ : Khối l−ợng riêng của vật liệu làm bánh đà, đối với thép hoặc gang thì khối l−ợng riêng ρ = 7800 [kg/m3]. b(3) R2(3) b(2) R2(2)=R1(3) R2(1)=R1(2) R1(1) b(1) Hình H2-11 : Sơ đồ tính mô men quán tính bánh đà 2 Mô men quán tính khối l−ợng qui dẫn của liên hợp máy Ja [kg.m ] có thể đ−ợc tính bằng biểu thức : ⎛ G ⎞ r 2 J = ⎜ ∑ ⎟. bx .δ a ⎜ ⎟ 2 (2-29) ⎝ g ⎠ i∑ Trong đó : G∑ : Trọng l−ợng toàn bộ của liên hợp máy, [N]; g : Gia tốc trọng tr−ờng, g = 9,81 [m/s2]; rbx : Bán kính làm việc của bánh xe chủ động, [m]; i∑ : Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực; δ : Hệ số tính đến các khối l−ợng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực; khi tính toán có thể lấy bằng δ = 1,05. Công tr−ợt riêng của máy kéo khi tính kiểm tra với hệ số cản tổng cộng của đ−ờng ψ = 0,16 ở số truyền thấp không v−ợt quá 300 [KJ/m2]. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 25
  26. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 2.2.4 Nhiệt độ sinh ra do tr−ợt ly hợp : Ngoài việc kiểm tra công tr−ợt riêng của ly hợp, còn cần phải kiểm tra nhiệt độ nung nóng các chi tiết của ly hợp trong quá trình tr−ợt ly hợp để bảo đảm sự làm việc bình th−ờng của ly hợp, không ảnh h−ởng nhiều đến hệ số ma sát, không gây nên sự cháy các tấm ma sát hoặc ảnh h−ởng đến sự đàn hồi của lò xo ép.v.v Để tính toán nhiệt do tr−ợt ly hợp, cần giả thiết rằng : + Thời gian tr−ợt ly hợp là rất ngắn (t0 = 1,1 ữ 2,5); nghĩa là nhiệt sinh ra không kịp truyền cho các chi tiết và môi tr−ờng xung quanh mà chỉ truyền cho các chi tiết trực tiếp xẫy ra sự tr−ợt. + Th−ờng các tấm ma sát có độ dẫn nhiệt rất kém nên có thể coi tất cả nhiệt phát sinh sẽ truyền cho đĩa ép, đĩa ép trung gian (ly hợp hai đĩa bị động) và bánh đà động cơ. + Công tr−ợt ở các bề mặt ma sát là nh− nhau nên nhiệt sinh ra ở các đôi bề mặt ma sát là nh− nhau. Với các giả thiết đó, ta có l−ợng nhiệt mà đĩa ép hoặc bánh đà nhận đ−ợc : ν.L = m.c.∆T (2-30) Trong đó : L : Công tr−ợt của toàn bộ ly hợp, [J]; ν : Hệ số xác định phần công tr−ợt để nung nóng bánh đà hoặc đĩa ép; - Với ly hợp một đĩa bị động : ν = 0,50; - Với ly hợp hai đĩa bị động : ν = 0,25 cho đĩa ép; : ν = 0,50 cho đĩa ép trung gian; 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 l−ợng chi tiết bị nung nóng, [kg]; ∆T : Độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng, [0K]. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 26
  27. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết tính toán đối với mỗi lần khởi hành của ôtô (ứng với hệ số cản của đ−ờng ψ = 0,02) không đ−ợc v−ợt quá 8 ữ 100K (khi có kéo mooc không đ−ợc v−ợt quá 200K). Còn đối với máy kéo, phải nhỏ hơn 50K với ψ = 0,16. 2.2.5 Tính toán lò xo ép : Ly hợp ma sát cơ khí ôtô máy kéo có thể sử dụng các loại lò xo hình trụ, hình côn và lò xo đĩa. Loại lò xo trụ bố trí xung quanh đ−ợc sử dụng rộng rãi hơn cả nhờ kết cấu chung của ly hợp đơn giản, độ tin cậy cao và cho phép điều chỉnh thuận lợi. Để tránh nung nóng các lò xo khi ly hợp tr−ợt thì ở mặt tựa các lò xo với đĩa ép th−ờng có đặt tấm đệm cách nhiệt (xem hình H2-12). Để cho lò xo làm việc tốt không bị lệch hoặc bậc khỏi vị trí d−ới tác dụng của lực ly tâm, cần phải làm bộ phận định vị lò xo (hình H2-12) a) Lò xo hình trụ b) Lò xo đĩa Hình H2-12 : Kết cấu lò xo ép : Chú thích hình a) Chú thích hình b) 1 : Đĩa chủ động (đĩa ép); 1 : Đĩa chủ động (đĩa ép); 2 : Lò xo hình trụ bố trí xung quanh; 2 : Lò xo đĩa nón cụt; GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 27
  28. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 3 : Tấm cách nhiệt; 3 : Gối tựa vòng; 4 : Thân ly hợp; 4 : Đinh tán; Lò xo đĩa nón cụt có độ cứng tất lớn nên th−ờng phải xẻ rãnh h−ớng tâm để tăng độ đàn hồi. Lò xo này có đặc tính phi tuyến (xem hình H2-13) rất phù hợp với điều kiện làm việc của ly hợp. Hơn nữa, nó có kết cấu gọn với nhiều −u điểm nổi bậc (nh− đã phân tích ở mục phân tích đặc điểm kết cấu ly hợp 2.1 của ch−ơng này) nên đ−ợc sử dụng phổ biến trên xe du lịch (và xe khách hoặc tải nhỏ có đặc tính động lực tốt). Flx [N] Đặc tính lò xo đĩa nón cụt thiết kế. 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 λ [m] 0 0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 0.0030 0.0035 0.0040 Hình H2-13 : Đặc tính phi tuyến của lò xo đĩa nón cụt. Lò xo ly hợp th−ờng đ−ợc chế tạo bằng thép silic 60C, 60C2A hoặc thép măng- gan 65 hay các bon 85 có ứng suất cho phép [τ] = 650 ữ 850 [MN/m2]. Các thông số kích th−ớc của lò xo ép cần đ−ợc tính toán để có đ−ợc độ cứng bảo đảm tạo ra lực ép làm việc yêu cầu P cho ly hợp. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 28
  29. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô a) Tính toán lò xo trụ bố trí xung quanh : Lực ép yêu cầu của một lò xo Plx [N] khi làm việc : k0 P Plx = (2-31) zlx Trong đó : P : Lực ép yêu cầu của ly hợp, [N]; k0 : Hệ số tính đến sự giãn và nới lỏng của lò xo, k0 = 1,05 ữ 1,08; zlx : Số l−ợng lò xo bố trí xung quanh, có thể có từ 12 đến 28 lò xo tuỳ theo loại xe. Đối với xe du lịch : zlx = 12 ữ 18; Đối với xe vận tải : zlx = 16 ữ 28; Lực nén lớn nhất tác dụng lên một lò xo Plxmax [N] bằng : Plxmax = Plx + clxλm (2-31') Trong đó : clx : Độ cứng của một lò xo, [N/m]; λm : Độ biến dạng thêm của lò xo khi mở ly hợp, [m]. Độ biến dạng thêm λm chính bằng dịch chuyển của đĩa ép khi mở ly hợp : λm = δmzms + δdh (2-31") Trong đó : δm : Khe mở hoàn toàn giữa mỗi đôi bề mặt ma sát, [m]; zms : Số đôi bề mặt ma sát; δdh : Độ dịch chuyển cần thiết của đĩa ép do độ đàn hồi của đĩa bị động; Khi tính toán có thể lấy : δdh = 1 [mm]; + Đối với ly hợp một đĩa : zms = 2; δ = 0,75 ữ 1,0 [mm]; + Đối với ly hợp hai đĩa : zms = 4; δ = 0,60 ữ 0,7 [mm]; GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 29
  30. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Độ cứng của một lò xo clx đ−ợc xác định theo ép yêu cầu và điều kiện ép tối thiểu (đặc tr−ng bởi hệ số dự trữ ly hợp βmin) khi tấm ma sát đã mòn đến giới hạn phải thay thế. Nghĩa là ta phải có : Plx ⎛ β min ⎞ clx = ⎜1− ⎟ (2-32) lm ⎝ β ⎠ Trong đó : β : Hệ số dự trữ tính toán của ly hợp; βmin : Hệ số dự trữ tối thiểu của ly hợp khi tấm ma sát mòn đến giới hạn phải thay thế (βmin ≥ 1). Trong tính toán có thể chọn: βmin = (0,8ữ0,85)β; lm : L−ợng mòn tổng cộng cho phép của các tấm ma sát, [m]: + lm = 0,5.δms.zms khi tấm ma sát gắn vào đĩa bị động bằng đinh tán; + lm = 1,0.δms.zms khi tấm ma sát gắn vào đĩa bằng ph−ơng pháp dán; Với δms là độ dày của các tấm ma sát, có giá trị nằm trong khoảng sau : - Xe du lịch : δms = 2,5 ữ 4,5 (giá trị nhỏ khi dùng ph−ơng pháp dán). - Xe vận tải : δms = 3,5 ữ 6,0 (giá trị lớn khi dùng đinh tán). Các thông số khác của lò xo xác định từ các công thức ở bảng B2-5; trong đó: d : Đ−ờng kính dây lò xo, [m]; D, D1,2 : Các đ−ờng kính trung bình của lò xo, [m]; a, b : Kích th−ớc dây lò xo dạng chữ nhật, [m]; τ : ứng suất của lò xo, [N/m2]; k : Hệ số tăng ứng suất; ν, γ : Các hệ số tra bảng; nlx : Số vòng làm việc của lò xo; G : Mô-duyn đàn hồi tr−ợt của vật liệu làm lò xo, G=0,81.1011 [N/m2]; Các thông số khác đã chú thích. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 30
  31. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Bảng B2-5 : Các công thức tính toán lò xo. d d Kiểu D1 D1 lò D xo a D2 D2 b ứng suất 8kD 8D2 D2 ( ) τ = Plx (*) τ = P τ = P [N/m2] πd 3 πd 3 lx 2νab 2 lx Độ cứng Gd 4 Gd 4 4Gd 4 ( ) c = c = clx = [N/m] lx 3 lx 2 2 γ (D + D )(D 2 + D 2 )n 8D nlx 2(D1 + D2 )(D1 + D2 )nlx 1 2 1 2 lx D a Các hệ số k và ν, γ trong bảng B2-5 đ−ợc xác định theo tỷ số và : d b (*) D/d 3 4 5 6 7 8 9 10 k 1,58 1,40 1,31 1,25 1,21 1,18 1,16 1,14 ( ) a/b 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 - - ν 0,208 0,231 0,246 0,258 0,267 0,282 - - ( ) γ 5,57 2,67 1,713 1,256 0,995 0,698 - - b) Tính toán lò xo đĩa nón cụt : Sơ đồ áp dụng để tính toán lò xo đĩa nón cụt có xẻ rãnh h−ớng tâm đ−ợc thể hiện trên hình H2-14. Lực nén do lò xo tạo ra Plx (Plx = P) ở diểm tỳ đáy nón khi nén lên đĩa ép đ−ợc xác định theo các thông số của lò xo nh− sau : 2 πE δλ ln(1/ k ) ⎡ ⎛ (1− k ) ⎞ ⎛ λ (1− k ) ⎞⎤ P = 1 δ 2 + ⎜h − λ 1 ⎟.⎜h − 1 ⎟ (2-33) lx 2 2 2 ⎢ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎥ 3 (1− à p ) De (1− k2 ) ⎣ ⎝ (1− k2 ) ⎠ ⎝ 2 (1− k2 ) ⎠⎦ Trong đó : De : Đ−ờng kính lớn của nón cụt ứng với vị trí tỳ lên đĩa ép, [m]; λ : Độ dịch chuyển (biến dạng) cuả lò xo, [m]; E : Mô-duyn đàn hồi kéo nén, E = 2,1.1011 [N/m2]; GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 31
  32. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô àp : Hệ số poat-xông, đối với thép lò xo : àp = 0,26; δ : Độ dày của lò xo đĩa, [m]; (th−ờng δ =2ữ4 mm) h : Hình chiếu của phần không xẻ rãnh lên trục của nón cụt, [m]; k1, k2 : Các tỷ số kích th−ớc của đĩa nón cụt; h Plx B De Da α Pm Da Di Hình H2-14 : Sơ đồ tính lò xo đĩa. Độ cao h cùng các tỷ số kích th−ớc k1, k2 đ−ợc xác định bằng : ⎧ tgα(D − D ) h = e a ⎪ 2 (2-33') ⎨ D (D + D ) ⎪ a e a k1 = ; k2 = ⎩⎪ De 2De Với : De : Đ−ờng kính đáy lớn của đĩa nón, [m]; Da : Đ−ờng kính qua mép xe rãnh, [m] (xem hình H2-14); α : Góc đáy côn của đĩa nón cụt; [rad]; T−ơng quan các thông số kích th−ớc của lò xo đĩa th−ờng có giá trị nằm trong khoảng sau : D D e = 1,2 ữ1,5 ; e = 75 ữ100 Da δ GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 32
  33. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Các thông số khác đ−ợc xác định sao cho bảo đảm lực ép yêu cầu (P = Plx) đồng thời thoã mãn điều kiện bền khi mở ly hợp (λ = h) là : 2 ⎧ 2Pm Da 0,5E 0,5(D − Da )α + δα ⎪σ = + 2 2 D ⎪ δ (Di + Da ) 1− à p a ⎪ ⎨ (D − D ) (2-34) D = e a ⎪ ⎛ D ⎞ ⎪ e ln⎜ ⎟ ⎩⎪ ⎝ Da ⎠ Trong đó : σ : ứng suất pháp lớn nhất tại điểm nguy hiểm (điểm B), [N/m2] Di : Đ−ờng kính đáy nhỏ của đĩa nón cụt, [m] : De/Di ≥ 1,5 Pm : Lực tác dụng lên đỉnh nón khi mở ly hợp, [N], xác định bằng : ⎧ (D − D ) P = P e c ⎪ m lx (D − D ) ⎨ c i (2-34') (D + D ) ⎪D = e a ⎩⎪ c 2 Các thông số khác đã đ−ợc chú thích. 2.2.6 Đĩa chủ động (đĩa ép và đĩa ép trung gian): Đĩa ép và đĩa ép trung gian (khi ly hợp có hai đĩa thụ động) có nhiệm vụ ép đĩa thụ động vào bánh đà d−ới tác dụng của các lực ép lò xo. Nó cùng với bánh đà truyền mô men từ trục khuỷu động cơ sang đĩa thụ động. Bởi vậy đĩa ép phải có khả năng dịch chuyển theo chiều trục và đ−ợc liên kết với bánh đà bằng gờ của đĩa tỳ vào chỗ lõm của thân ly hợp hoặc bánh đà (hình H2-11, a, b), hoặc bằng chốt gắn chặt trên bánh đà (hình H2-11, c, d) hoặc bằng các ph−ơng pháp khác. Các đĩa ép và đĩa ép trung gian phải đủ cứng để ép đều lên các vành ma sát của đĩa bị động. Hơn nữa đĩa ép phải có khối l−ợng đủ lớn để thu nhiệt sinh ra từ các bề mặt ma sát khi ly hợp bị tr−ợt. Đĩa ép phải có tính chống mòn tốt, dễ chế tạo, thoát nhiệt tốt và phải có độ bền cơ học cao ở số vòng quay lớn. Đặc biệt đĩa ép chính (khác đĩa ép trung gian) có hình dạng t−ơng đối phức tạp : có phần gờ lồi để liên kết với thân ly hợp, có phần lồi để định vị các GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 33
  34. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô lò xo ép, có các chỗ lồi để liên kết với đòn mở.v.v Cho nên đĩa ép th−ờng đ−ợc đúc bằng gang xám hoặc gang hợp kim. Hình H2-11 : Các ph−ơng pháp liên kết đĩa ép với bánh đà. Về ph−ơng diện tính toán, tr−ớt hết các đĩa ép phải đ−ợc tính toán theo nhiệt để đủ nhận hết phần nhiệt nh− đã trình bày ở trên (phần tính nhiệt độ của ly hợp). Các mặt tiếp xúc giữa phần gờ đĩa ép hoặc lỗ chốt (hình H2-11, a, b, c, d) đ−ợc 2 tính theo dập với ứng suất dập cho phép [σd]=10 ữ 15 [MN/m ] khi đóng ly hợp đột ngột: kM j max σd = (2-35) rtb zk Sk Trong đó : Mjmax : Mô men do tải trọng động truyền qua ly hợp, [Nm]; k : Hệ số tính đến phần tải trọng truyền cho đĩa ép đang tính; + Với ly hợp một đĩa : k = 0,50; + Với ly hợp hai đĩa : k = 0,25 cho đĩa ép; : k = 0,50 cho đía ép trung gian. rtb : Bán kính trung bình của các phần tử truyền lực, [m]; zk : Số phần tử truyền lực của đĩa đang tính; 2 Sk : Diện tích tiếp xúc của mỗi phần tử đang tính, [m ]. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 34
  35. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 2.2.7 Đĩa bị động : Đĩa bi động th−ờng làm bằng thép tấm mỏng, có độ dày từ 0,5 ữ 2 [mm] để giảm mô men quán tính khối l−ợng của đĩa. Các tấm ma sát gắn với đĩa thụ động bằng cách dán cứng hoặc nhờ đinh tán làm bằng đồng đỏ hoặc đồng thau mềm hoặc nhôm nhằm tránh cào x−ớt bề mặt đĩa ép và bánh đà khi tấm ma sát mòn quá mức. 1 2 3 4 5 6 a 2 b 13 7 8 c 9 Hình H2-12: Các dạng đĩa bị động có giảm chấn Để tăng tính êm dịu khi đóng ly hợp, đĩa thép th−ờng đ−ợc chế tạo theo kiểu nón cụt với độ côn từ 1 ữ 2 [độ] hoặc xe rảnh h−ớng tâm và uốn l−ợn sóng để tạo nên sự đàn hồi khi đóng ly hợp (hình a trên hình H2-12). Cũng có thể đặt thêm lò xo tấm giữa đĩa thụ động và tấm ma sát (hình c trên hình H2-12). Làm nh− vậy tuy phức tạp nh−ng bảo đảm độ tiếp xúc các bề mặt dễ đồng đều hơn. Tuy nhiên kết cấu đĩa có độ đàn hồi sẽ làm tăng hành trình bàn đạp khi mở ly hợp. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 35
  36. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Đĩa bị động đ−ợc nối với trục ly hợp thông qua một may-ơ (6). May -ơ đ−ợc liên kết mềm với đĩa bị động thông qua các lò xo đàn hồi (3) bố trí tiếp tuyến quanh may-ơ (hình H2-12). Nhờ sự đàn hồi của các lò xo này mà độ cứng chung của hệ thống truyền lực giảm tránh đ−ợc sự cộng h−ởng ở vùng làm việc th−ờng xuyên với tần số cao của động cơ. Tuy nhiên do giới hạn bởi độ cứng tối thiểu của lò xo nên hệ thống truyền lực không thể tránh khỏi sự dao động cộng h−ởng ở tần số thấp. Bởi vậy cần phải có các vành ma sát (5) hoặc (9) để tiêu hao năng l−ợng dao động cộng h−ởng ở tần số thấp. Tổ hợp các lò xo đàn hồi (3) cùng các vành ma sát gọi chung là bộ giảm chấn. Khi có bộ giảm chấn, thì khối l−ợng và do đó mô men quán tính của cụm đĩa bị động tăng lên, ảnh h−ởng không tốt đến quá trình gài số cho hộp số. Do vậy đĩa bị động có thể có hoặc không có bộ giảm chấn. Các đinh tán nối đĩa bị động với may-ơ có đ−ờng kính φd = 6 ữ10 [mm], và chế tạo bằng thép. Đinh tán đ−ợc tính theo cắt và dập với: 2 + ứng suất cắt cho phép [τc]=15 ữ30 [MN/m ], 2 + ứng suất dập cho phép [σd]=20 ữ30 [MN/m ]: kM j max σd = (2-36) rtb zd d d ld 4kM j max τc = 2 rtb zdπd d Trong đó : rtb : Bán kính trung bình của dãy đinh tán, [m]; zd : Số l−ợng đinh tán; dd : Đ−ờng kính đinh tán (dd = φd), [m]; ld : Chiều dài tiếp xúc giữa đinh tán với đĩa bị động, [m]; Các thông số khác đã đ−ợc chú thích. Các lò xo giảm chấn đ−ợc đặt tiếp tuyến trong các lỗ khoét của đĩa bị động và may ơ tại bán kính trung bình từ Rtbg=80ữ120 mm. Số l−ợng lò xo th−ờng 6 ữ12 có đ−ờng kính dây d = 3ữ4 mm, đ−ờng kính trung bình của lò xo D = 14ữ19 mm và số vòng từ 3ữ4 GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 36
  37. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô vòng. Độ cứng tối thiểu của lò xo giảm chấn bị giới hạn bởi mô men lớn nhất truyền qua ly hợp Mjmax (khi các vòng lò xo tỳ sát vào nhau). Nghiã là ta có lực lớn nhất tác dụng lên mỗi lò xo giảm chấn Pmaxg [N] xác định bằng : (M j max − M msg ) Pmax g = (2-37) z g Rtbg Trong đó : Rtbg : Bán kính trung bình của vị trí đặt các lò xo giảm chấn, [m]; zg : Số l−ợng các lò xo giảm chấn; Mmsg : Mô men ma sát của giảm chấn, Mmsg=(0,06ữ0,17)Memax với Memax là mô men cực đại của động cơ. Độ cứng cg [N/m] và ứng suất τ [N/m2] của lò xo giảm chấn đ−ợc tính theo các công thức ở bảng B2-5. Lò xo của giảm chấn còn phải đ−ợc kiểm tra góc xoay t−ơng đối có thể của đĩa bị động so với may-ơ khi mô men nén ban đầu của ly hợp nằm trong khoảng 0 0 M0g = (0,08ữ0,15)Memax. Góc quay t−ơng đối nằm trong khỏng ϕg = 2 30' ữ 3 40' còn ứng suất cho phép [τ]=650ữ850 [N/m2]. May ơ đĩa thụ động th−ờng làm bằng vật liệu thép 40 hoặc 40X có chiều dài tối thiểu bằng 1,0 ữ 1,4 đ−ờng kính ngoài của then hoa để tránh độ đảo cho đĩa. Các then hoa tính theo dập và cắt theo mô men cực đại của động cơ Memax với ứng suất dập cho phép 2 2 [σd]=20 [MN/m ] và ứng suất cắt cho phép [τ]=10 [MN/m ]. 2.2.8 Đòn mở ly hợp : Các đòn mở (dùng ở ly hợp với lò xo ép bố trí ở xung quanh) để mở ly hợp, Số l−ợng đòn mở đ−ợc chọn tuỳ theo kích th−ớc của ly hợp (khoảng từ 3ữ5) đ−ợc đặt trên hai gối tự bản lề th−ờng bằng ổ thanh lăn (6) nhằm giảm ma sát (hình H2- 14). Khi đĩa ép dịch chuyển tịnh tiến thì một trong hai gối đỡ phải tuỳ động (xem giá (4) của hình H2-14) nhằm bảo đảm sự phù hợp về động học của đòn mở và đĩa ép. Lò xo tỳ (8) giữa đòn mở và thân ly hợp để bảo đảm giá (4) luôn luôn tỳ vào thân ly hợp; đồng thời tách đòn mở khỏi bạc mở (là ổ bi 5), bảo đảm khe hở cần thiết δ0 giữa phiến tỳ (7) của đòn mở và ổ bi (5) của bạc mở. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 37
  38. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Khe hở δ0 nhằm bảo đảm cho ly hợp 1 2 đóng hoàn toàn kể cả khi các tấm ma sát mòn trong phạm vi nhất định. Khe hở δ0 có 3 giá trị nh− nhau đối với tất cả các đòn mở (đ−ợc điều chỉnh nhờ đai ốc (4) của giá đỡ) để ép đều khi mở. Đòn mở đ−ợc chế tạo bằng cách dập 9 4 từ thép các bon thấp hoặc trung bình, sau đó xi-anuy hoá ở các bề mặt làm việc. Đòn 8 mở đ−ợc tính theo uốn qua mặt cắt nguy 5 hiểm ở gối đỡ giữa (9) với ứng suất uốn cho 7 2 phép [σu] = 140ữ160 [MN/m ]. ứng suất 6 uốn lớn nhất của đòn mở của khi mở ly hợp : Pm a Hình H2-14: Kết cấu đòn mở đĩa ép σ u = (2-38) zdmWu Trong đó : a : Khoảng cách giữa hai gối bản lề, [m]; 3 Wu : Mô men chống uốn qua mặt cắt nguy hiểm, [m ]; zdm : Số l−ợng đòn mở ly hợp; Pm : Lực lớn nhất khi mở ly hợp, [N]; đ−ợc xác định bằng : Pm = P + clxλmzlx (2-38') ở đây : P : Lực ép cần thiết của ly hợp, [N]; clx : Độ cứng của mỗi lò xo, [N/m]; zlx : Số l−ợng lò xo ép; λm : Độ biến dạng thêm của lò xo khi mở ly hợp, [m]; (đ−ợc xác định theo biểu thức (2-31")). GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 38
  39. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 3. hệ thống Điều khiển ly hợp : 3.1 Phân tích đặc điểm kết cấu hệ thống điều khiển ly hợp : Đối với ly hợp th−ờng đóng (dùng lò xo ép), muốn mở ly hợp ng−ời ta phải dùng hệ thống điều khiển để truyền lực đạp từ bàn đạp ly hợp đến đĩa ép nhằm thắng lực ép lò xo, tách đĩa ép khỏi đĩa ma sát bị động. Điều khiển ly hợp có thể là điều khiển cơ khí, điều khiển thủy lực. Điều khiển ly hợp có trợ lực (dẫn động cơ khí hoặc dầu) đ−ợc áp dụng rộng rãi nhằm giảm lực điều khiển cho lái xe; nhất là xe tải và khách có tải trọng lớn. Việc trợ lực cho ly hợp ly hợp có thể là khí nén, trợ lực chân không hoặc lò xo. 3.1.1.Điều khiển cơ khí: Điều khiển cơ khí có thể dùng loại đòn và thanh (hình H2-15b) hoặc kết hợp dây kéo (hình H2-15a). Loại cơ khí kết cấu đơn giản, chắc chắn và vì vậy độ tin cậy cao. Tuy nhiên, sau thời gian làm việc giữa các khâu khớp dễ xuất hiện khe hở do mòn (nhất là loại đòn), dẫn đến làm tăng hành trình tự do của ly hợp nên ngày nay ít đ−ợc sử dụng hơn loại điều khiển thủy lực. Hình H2-15a : Điều khiển cơ khí loại dây kéo có trợ lực lò xo. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 39
  40. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 1 2 3 4 5 6 7 Hình H2-15b: Kết cấu điều khiển cơ khí loại thanh đòn (có trợ lực khí nén) Chú thích: 1: Bàn đạp ly hợp; 2: Thanh kéo; 3: Thanh đẩy; 4: Cụm van điều khiển cấp khí trợ lực; 5: Võ ly hợp; 6: Thanh đẩy của xy lanh trợ lực; 7: Xy lanh trợ lực khí nén. Lực tác dụng từ bàn đạp (1) sẽ thông qua các đòn và thanh để kéo thanh (2), rồi đẩy thanh (3) làm quay càng mở để mở ly hợp bên trong võ (5). Với điều khiển cơ khí trên xe tải lớn có kết cấu chắc chắn, làm việc tin cậy. Tuy nhiên lực mở ly hợp khá lớn nên th−ờng phải dùng thêm trợ lực khí nén. Để hổ trợ thêm trợ lực khí nén, trên hình kết cấu H2-15b còn có thêm van điều khiển (4) để mở van cấp khí nén cho bầu trợ lực khí nén (7) tạo ra lực đẩy cho cần đẩy (6) hổ trợ thêm lực đẩy cho thanh đẩy (3) nhằm tiến hành mở ly hợp nhẹ nhàng, giảm nhẹ đ−ợc lực điều khiển cho lái xe từ bàn đạp (1). GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 40
  41. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 3.1.2 Điều khiển thủy lực: Điều khiển thủy lực có kết cấu phức tạp hơn điều khiển có khí. Yêu cầu về chế tạo đối với các chi tiết của dẫn động thủy lực nh− xy lanh chính, xy lanh công tác cũng cao hơn. Tuy vậy điều khiển thủy lực có nhiều −u điểm hơn hẳn điều khiển cơ khí nên đ−ợc sử dụng phổ biến trên hầu hết các loại ôtô. Đặc biệt rất thuận lợi và hiện đại hóa trong việc điều khiển phối hợp để gài số bán tự động, nhất là cho số phụ của xe tải lớn. Trên hình H2-16 là sơ đồ kết hợp điều khiển ly hợp bằng thủy lực và điều khiển gài số bán tự động bằng khí nén. Việc gài số cho hộp số chỉ cần mở ly hợp là việc gài số đ−ợc thực hiện, áp dụng trên dòng xe tải KAMAZ và một số xe tải lớn khác. Chú thích: 1 1: Cần điều khiển hộp số, 2: 2 Nút điều khiển gài số phụ 13 3 bằng khí nén, 3: Dây điều 4 khiển van chia khí, 4: Van 14 12 phân phối chia khí đến điều 15 khiển van (15), 5: Van hạn 5 chế áp suất, 6: Cần đẩy xy lanh công tác của điều khiển 11 ly hợp bằng thủy lực, 7: Van 10 điều khiển cấp khí nén gài số 6 phụ, 8: Thanh gạt để mở van cấp khí (7), 9: Xy lanh công tác của điều khiển ly 9 8 7 hợp thủy lực, 10: Xy lanh Hình H2-16 : Điều khiển ly hợp bằng thuỷ lực chính của điều khiển ly hợp bằng thủy lực, 11: Bàn đạp điều khiển ly hợp, 12: Công tắc báo đèn gài số phụ, 13: Đòn quay gạt số phụ, 14: xy lanh khí nén gài số phụ, 15: Van phân phối khí nén. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 41
  42. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô D−ới tác dụng của lực lái xe từ bàn đạp (11), dầu trong xy lanh chính (10) sẽ theo đ−ờng ống để đến xy lanh công tác (9). Dầu cao áp sẽ đẩy piston và do đó đẩy cần (6) để tiến hành quay càng mở tiến hành mở ly hợp. Đồng thời, áp suất dầu cũng đ−ợc tách để truyền đến và tác dụng mở van cấp khí (7) (hoặc dùng càng gạt cơ khí (8)để mở van cấp khí (7)). Van cấp khí (7) mở cho khí nén từ van điều áp (5) đi vào van phân phối (15), rồi vào xy lanh công tác (14) đẩy piston của nó làm quay càng gạt (13) tiến hành gài số cho hộp số. Việc tiến hành gài cấp số nào của hộp số đã đ−ợc lái xe lựa chọn và định tr−ớc thông qua nút điều khiển chọn số (2) để chia dòng khí nén vào (15) về phía bên phải hay bên trái ứng với hai cấp số của hộp số. Một −u điểm nữa của điều khiển ly hợp bằng thủy lực là nó khắc phục đ−ợc hiện t−ợng mòn rơ của các khâu khớp cơ khí. Điều khiển thủy lực còn đem lại sự thuận tiện cho việc bố trí dẫn động nhất là khi cụm ly hợp cách xa vị trí lái xe. Điều khiển thủy lực truyền động êm dịu và có tính khuếch đại cao. Chính vì vậy ngày nay hầu hết các loại xe đều sử dụng điều khiển ly hợp bằng thủy lực. 3.1.3 Điều khiển ly hợp có trợ lực: Điều khiển ly hợp có trợ lực cho phép giảm nhẹ lực điểu khiển của lái xe trong quá trình mở ly hợp. Vì vậy đ−ợc sử dụng phổ biến hầu hết các loại ôtô, nhất là các ôtô tải và khách trung bình và tải nặng. 3.1.3.1 Trợ lực lò xo: Điều khiển ly hợp có trợ lực lò xo hoặc trợ lực chân không với khả năng trợ lực không lớn lớn nên sử dụng hạn chế trên một số xe con hoặc tải nhỏ. Với xe tải lớn, kết cấu trở nên kồng kềnh và phức tạp nên th−ờng phải dùng trợ lực khí nén. Nguyên lý trợ lực lò xo có thể mô tả đơn giản nh− sau : Khi không mở ly hợp, lò xo có tác dụng nh− một lò xo hồi vị để kéo bàn đạp về vị trí ban đầu. Khi mở ly hợp, vị trí bàn đạp di chuyển quanh tâm cố định làm cho đầu di động của lò xo di chuyển theo và vì vậy ph−ơng của lực kéo lò xo chuyển dần về phía bên kia của tâm quay bàn đạp. Tại ví trí của bàn đạp ứng với lúc mở ly hợp hoàn toàn, lực GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 42
  43. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô kéo bàn đạp có tác dụng hổ trợ lực cho bàn đạp của ng−ời lái, làm giảm lực tác dụng của lái xe trong quá trình mở ly hợp. 3.1.3.2 Điều khiển ly hợp kiểu trợ lực khí nén (dẫn động thủy lực hoặc cơ khí): Điều khiển ly hợp kiểu trợ lực khí nén cho hiệu quả trợ lực cao mà kết cấu và bố trí vẫn gọn nên đ−ợc sử dụng phổ biến trên các xe tải và khách có tải trọng trung bình và lớn (hình H2-15b và H2-17). a) Điều khiển cơ khí có trợ lực khí nén: 1 2 3 4 5 6 7 3 8 9 10 11 12 13 16 15 14 Hình H2-17: Kết cấu điều khiển cơ khí có trợ lực khí nén. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 43
  44. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô D−ới tác dụng của lực đạp trên bàn đạp để mở ly hợp, thanh đẩy (12) cùng với vỏ van (21) sẽ dịch chuyển t−ơng đối với cần đẩy (23) làm mở van cấp khí (22). Khí nén từ ngăn thông với lỗ cấp khí A se tràn qua ngăn ứng với lỗ thông B để theo ống (16) đến xy lanh trợ lực khí nén (17). Lực do khí nén tạo ra trong xy lanh (17) sẽ đẩy cần piston (18); cùng với lực đẩy trên thanh (26) tiến hành mở ly hợp. Khi thôi tác dụng lên bàn đạp, d−ới tác dụng của lò xo hồi vị (7) thanh đẩy (12) cùng vỏ van (21) sẽ trở về trạng thái ban đầu. Lò xo của cần (23) đẩy nó nhả khỏi van (22) để đóng van cấp khí này lại; đồng thời xả khí nén từ xy lanh trợ lực (17) qua lỗ thông â trong cần (23) và ra ngoài khí trời. Cặp đai ốc (25) có tác dụng điều chỉnh khe hở mở van cấp khí (22). 3 8 9 10 11 12 13 16 15 14 Hình H2-15b: Điều khiển cơ khí loại thanh đòn có trợ lực khí nén GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 44
  45. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô b) Điều khiển thủy lực có trợ lực khí nén: 3 4 9 10 2 P ko 5 6 7 8 1 P d Hình H2-17: Kết cấu điều khiển thủy lực có trợ lực khí nén Trợ lực khí nén có kết cấu trên hình H2-17 hoạt động theo nguyên tắc sau : D−ới tác dụng của lực lái xe từ bàn đạp (9), dầu trong xy lanh chính (10) sẽ theo đ−ờng ống để đến xy lanh công tác (1) – (theo đ−ờng mũi tên ký hiệu pd). Dầu cao áp sẽ đẩy piston (1) để tiến hành mở ly hợp. Đồng thời, áp suất dầu cũng tác dụng lên piston (2) điều khiển mở van cấp khí nén cho hệ thống trợ lực. Lực tác dụng lên piston (2) đủ để thắng lực lò xo hồi vị (3), tiến hành đóng van xả (5) và mở van cấp khí (4). Khí nén từ bình chứa sau khi đã đ−ợc điều chỉnh đến áp suất pk0 sẽ qua van (4), theo các đ−ờng ống (6) đến không gian (8) của xy lanh trợ lực. Tại đây, khí nén sẽ tác dụng lên piston (7) của xy lanh trợ lực để đẩy thêm một lực lên piston dầu (1) tiến hành mở ly hợp. Có thể mô hình hóa sơ đồ điều khiển thủy lực có trợ lực khí nén từ hình vẽ kết cấu hình H2-17 thành sơ đồ mạch dễ quan sát hơn nh− hình H2-17b. Qua đó, lực tác dụng từ bàn đạp sẽ đẩy piston (1), ép dầu trong xy lanh chính (1) đến xy lanh công tác (2) tác dụng lên piston, đẩy càng mở ly hợp để tiến hành mở ly hợp (3). GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 45
  46. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 6 3 1 4 5 7 2 Hình H2-17b: Sơ đồ điều khiển thủy lực có trợ lực khí nén Mặc khác, dầu cũng đến xy lanh điều khiển (4) thực hiện việc điều khiển mở van trợ lực (5) để khí nén từ bình chứa (6) qua van (5) rồi đến xylanh trợ lực khí nén (7): hỗ trợ thêm lực cùng piston (2) tiến hành mở ly hợp (3). Khi thôi tác dụng lên bàn đạp, d−ới tác dụng của các lò xo hồi vị, dầu trong các xy lanh (2) và (4) sẽ trở về (1); còn khí nén từ xy lanh trợ lực (7) trở về qua van (5) rồi theo các đ−ờng thông ra ngoài khí trời. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 46
  47. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô 3.2 Xác định các thông số cơ bản của điều khiển ly hợp 3.2.1 Khi không có trợ lực: Để mở ly hợp th−ờng đóng (kiểu lò xo ép) lái xe phải tác dụng lực vào bàn đạp ly hợp, thông qua hệ thống điều khiển, lực sẽ đ−ợc khuếch đại và tác dụng lên đĩa ép một lực (ng−ợc chiều với lực ép lò xo) bằng lực ép lò xo khi mở ly hợp. Lúc này đĩa ép sẽ tách khỏi đĩa bị động với khe hở cần thiết giữa các đôi bề mặt ma sát δm để bảo đảm ly hợp mở hoàn toàn. Quan hệ giữa các khe hở δm [mm] với độ dịch chuyển của bàn đạp Sbd [mm] (còn gọi là hành trình bàn đạp) khi ly hợp mở hoàn toàn đ−ợc xác định theo tỷ số truyền của hệ thống điều khiển idk (còn gọi là tỷ số truyền của dẫn động) nh− sau : a c e a S = (δ z + δ ).i + δ . . . + (δ + δ ). (2-39) bd m ms dh dk 0 b d f 1 2 b Trong đó : δm : Khe hở giữa mỗi đôi bề mặt ma sát khi mở ly hợp, [mm]; zms : Số đôi bề mặt ma sát; δdh : Độ dịch chuyển của đĩa ép khi tính đến độ đàn hồi của đĩa bị động; (Để ý rằng (δmzms+δdh) chính là độ dịch chuyển λm của đĩa ép khi mở ly hợp mà ta đã xác định ở công thức (2-31")). δ0 : Khe hở cần thiết giữa đòn mở và bạc mở, [mm]; δ1 : Khe hở cần thiết của lỗ bù dầu, [mm]; δ2 : Khe hở cần thiết giữa cần đẩy và piston (đối với điều khiển thủy lực) hoặc khe hở giữa bàn đạp và thanh đẩy trong dẫn động cơ khí, [mm]; idk : Tỷ số truyền của hệ thống điều khiển; chính bằng tích các tỷ số truyền thành phần tham gia trong hệ thống điều khiển. Nghĩa là : a c e g i = . . . (2-39') dk b d f h Trong đó : a : Tỷ số truyền của bàn đạp, ký hiệu i ; b bd GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 47
  48. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô c : Tỷ số truyền của truyền động trung gian, ký hiệu i ; d tg e : Tỷ số truyền của nạng đẩy bạc mở , ký hiệu i ; f n g : Tỷ số truyền của đòn mở, ký hiệu i ; h dm Tỷ số truyền của truyền động trung gian itg đối với điều khiển cơ khí loại đòn đ−ợc xác định theo các cánh tay đòn c/d của hai khâu trung gian nh− đã nêu. Với loại dây kéo (hình H2-15b) thì itg = 1. Với điều khiển thuỷ lực thì itg xác định bằng : 2 lxlc d 2 itg = = 2 (2-39") l xlct d1 Trong đó : lxlc, d1 : T−ơng ứng là hành trình, đ−ờng kính xy lanh chính, [m]; lxlct, d2 : T−ơng ứng là hành trình, đ−ờng kính xy lanh công tác, [m] Trong tính toán có thể chọn khe hở δ0 và các tỷ số truyền thành phần theo kinh nghiệm nh− sau : + Khe hở δ0 : - Đối với xe du lịch : δ0 = 2 ữ3 [mm]; - Đối với xe tải, khách : δ0 = 3 ữ4 [mm]; + Khe hở δ1 : - Đối với điều khiển thủy lực : δ1 = 1,5ữ2 [mm]; - Đối với điều khiển cơ khí : δ1 = 0 + Khe hở δ2 : - Đối với điều khiển thủy lực : δ2 = 0,5ữ1 [mm]; - Đối với điều khiển cơ khí : δ2 = 0,5ữ1 [mm]; (Giá trị lớn đ−ợc chọn cho xe làm việc trong điều kiện nặng nhọc hơn). + Tỷ số truyền : - Tỷ số truyền trung gian : itg = 0,9 ữ1,1; - Tỷ số truyền nạng mở : in = 1,4 ữ2,2; GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 48
  49. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô - Tỷ số truyền đòn mở : idm = 3,8 ữ5,5 (*); (*) Đối với lò xo đĩa nón cụt, idm xác định theo kích th−ớc của đĩa nh− sau : (Dc − Di ) De + Da idm = ; Dc = (2-39") (De − Dc ) 2 Các thông số đã đ−ợc chú thích ở (2-33'). Giá trị tỷ số truyền của bàn đạp ibd cùng với các tỷ số truyền thành phần nêu trên phải đ−ợc xác định đủ lớn để bảo đảm sao cho hành trình lớn nhất của bàn đạp ly hợp Sbdmax phải nằm trong khoảng dịch chuyển hợp lý của chân lái xe; tức là Sbdmax ∈ [Sbd]. + Đối với xe du lịch : [Sbd] = 140 ữ 170 [mm]; + Đối với xe tải, khách : [Sbd] = 170 ữ 190 [mm]; Lực cần thiết phải tạo ra ở bàn đạp khi mở ly hợp, ký hiệu Pbd [N], đ−ợc xác định : Pm Pbd ≥ (2-40) idkηdk Trong đó : Pm : Lực lớn nhất của các lò xo ép khi mở ly hợp, [N]; ηdk : Hiệu suất của hệ thống điều khiển, trong tính toán có thể chọn ηdk ≈ 0,85; Lực Pm đ−ợc xác định bằng : + Đối với lò xo bố trí xung quanh : Pm = P + clx λm zlx (2-40') (De − Dc ) + Đối với lò xo đĩa nón cụt ( ) : Pm = P (2-40") (Dc − Di ) Trong đó : P : Lực ép cần thiết của đĩa ép, [N]; clx : Độ cứng của mỗi lò xo, [N/m]; λm : Độ biến dạng thêm của lò xo khi mở ly hợp, [m]; zlx : Số l−ợng lò xo; ( ) Lực mở ly hợp Pm xác định ở đầu đòn mở (đỉnh nón cụt), nên tỷ số truyền idk ở (2-40) chỉ tính từ bàn đạp đến bạc mở : idk = initgibd. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 49
  50. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Lực tác dụng lên bàn đạp Pbd không thể v−ợt quá khả năng tạo lực bình th−ờng của lái xe. Nghĩa là, lực lớn nhất tác dụng lên bàn đạp (không có trợ lực) yêu cầu không đ−ợc lớn hơn lực cho phép mà ng−ời lái xe bình th−ờng có thể tạo ra; tức là Pbdmax ≤ [Pbd]. Hơn nữa, để giảm nhẹ điều kiện làm việc cho lái xe, lực cho phép [Pbd] có thể thừa nhận bằng: + Đối với xe du lịch : [Pbd] = 150 [N]; + Đối với xe tải, khách : [Pbd] = 250 [N]; Tr−ờng hợp lực tác dụng lên bàn đạp Pbd xác định theo công thức (2-40) mà v−ợt quá giá trị cho phép nêu trên thì phải dùng thêm trợ lực cho điều khiển ly hợp. 3.2.2 Hệ thống điều khiển ly hợp có trợ lực: Ngày nay, để giảm nhẹ c−ờng độ làm việc cho lái xe, ng−ời ta th−ờng dùng điều khiển ly hợp có trợ lực. Tuy vậy, lực tác dụng của lái xe lên bàn đạp lúc này cũng không đ−ợc nhỏ quá nhằm bảo đảm cho lái xe cảm nhận đ−ợc việc điều khiển mở ly hợp. Để giảm nhẹ điều kiện làm việc cho lái xe, giá trị lực cần tác dụng lên bàn đạp khi * có trợ lực Pbd có thể chọn trong khoảng sau : * + Đối với xe du lịch : Pbd = 70 ữ 100 [N]; * + Đối với xe tải, khách : Pbd = 100 ữ 150 [N]; Khi đó, lực do bộ phận trợ lực tạo ra phải thoã mãn ph−ơng trình : * Pbd .idkηdk + Ptl .itlηtl = Pm (2-41) Suy ra lực trợ lực Ptl [N] cần thiết phải có là : * (Pm − Pbd .idkηdk ) Ptl = (2-42) itlηtl Trong đó : itl : Tỷ số truyền tính từ xy lanh trợ lực đến điểm đặt lực Pm; ηtl : Hiệu suất truyền động, tính từ xy lanh trợ lực đến đĩa ép; Các thông số khác đã chú thích. GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 50
  51. Kết cấu và tính toán ôtô: (Phần truyền lực trên ôtô) - Ngành Công nghệ Ôtô Với xe du lịch hoặc khách và tải cỡ nhỏ, th−ờng lực đạp điều khiển mở ly hợp không lớn, có thể dùng trợ lực bằng lò xo. Với các xe khách và tải cỡ lớn, th−ờng dùng trợ lực khí nén; khí nén đ−ợc trích từ bình chứa khí nén của hệ thống phanh. Từ biểu thức (2-42), ta có thể xác định đ−ờng kính của xy lanh trợ lực Dtl [m] với kiểu trợ lực bằng khí nén nh− sau : Ptl Dtl = 2 (2-43) π.pω Trong đó : 5 2 pω : áp suất khí nén trong xy lanh trợ lực, pω=(2,5ữ5,0).10 [N/m ]; Các thông số khác đã chú thích. Cũng cần chú ý thêm rằng khi có trợ lực thì hành trình bàn đạp sẽ tăng lên so với khi không trợ lực xác định theo biểu thức ở (2-39) vì phải mất thêm hành trình để điều khiển mở van cấp khí trợ lực. Nghĩa là ta có : ' ' Sbd = (δ m zms + δ dh ).idk + δ 0 .ibd itg in + (δ1 + δ 2 ).ibd + δ 0itg ibd (2-44) Trong đó : ' δ0 : Khe hở cần thiết của cụm van cấp khí trợ lực, [mm]; ' itg : Tỷ số truyền phụ dùng để mở van cấp khí; tính từ bàn đạp đến van. 2 ' ⎛ d3 ⎞ - Đối với dẫn động thuỷ lực (Hình H2-17) : itg = ⎜ ⎟ ; ⎝ d1 ⎠ ' - Đối với dẫn động cơ khí (Hình H2-15a) : itg = itg; Với d3 là đ−ờng kính xy lanh dầu điều khiển van cấp khí. Khi tính toán, có thể chọn các khe hở và tỷ số truyền phụ nh− sau : Thông số Trong điều khiển cơ khí Trong điều khiển thủy lực ' Khe hở δ0 3,5 ữ 3,7 1,7 ữ 2,0 ' Tỷ số truyền itg 0,9 ữ 1,1 0,9 ữ 1,1 == == GVC. Ths. Lê Văn Tụy - Khoa Cơ khí Giao thông - Tr−ờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN 51