Đang tải... (xem toàn văn)
jhfdghffvhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhfffffhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb
Trang 11 1 TỔNG QUAN1.1 Giới thiệu về ô tô…
1.2 Thông số dùng trong tính toán ly hợp
Để thuận tiện cho việc dùng các công thức trong thuyết minh và tránh việc giải thích nhiều lần cùng một thông số, ta lập bảng thông số dùng trong thuyết minh:
Bảng 1 1 Các thông số dùng trong thuyết minh
STT Tên gọi của các thông số Ký hiệu Đơn vị
6 Trọng lượng phân bố lên cầu trước Gat kg 7 Trọng lượng phân bố lên cầu sau Gas kg
12 Số vòng quay ở công suất cực đại nN Vòng/phút
14 Số vòng quay ở mômen xoắn cực đại nM Vòng/phút
23 Đường kính ngoài của đĩa ma sát D Cm 24 Đường kính trong của đĩa ma sát d Cm
Trang 236 Công trượt của ly hợp Lδ J 37 Tốc độ góc của trục động cơ ωm rad/s 38 Tốc độ góc của trục ly hợp ωa rad/s 39 Mômen quán tính của bánh đà và của các chi
tiết động cơ quy dẫn về bánh đà
40 Mômen quán tính của ô tô và rơmooc quy
41 Mômen cản chuyển động quy dẫn về ly hơp Ma Nm 42 Hiệu suất hệ thống truyền lực ηt
58 Lực tác dụng lên mỗi dãy đinh tán Fi N 59 Đường kính ngoài của đinh tán dđt Mm
62 Biến dạng đàn hồi của đĩa bị động m Mm
66 Lực nén lớn nhất cho mỗi lò xo PNmax N
68 Độ biến dạng của lò xo khi chuyển từ vị trí chưa làm việc đến vị trí làm việc
Trang 378 Đường kính xilanh chính d1 Mm
80 Đường kính trong của bánh đà Dbđ Mm
2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE CHO TRƯỚC
Bảng 2 1 Các thông số kỹ thuật của xe cho trước
STT
2 Số chổ ngồi (kể cả người lái) nng 5
11 Tỷ số truyền của số I ih1 3, 24 12 Tỷ số truyền của truyền lực chính i0 4, 1
3 CHỌN LOẠI, SƠ ĐỒ LY HỢP VÀ DẪN ĐỘNG3.1 Chọn loại ly hợp
3 1 1 Công dụng
Ly hợp là một trong những cụm chủ yếu của ô tô-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 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
Các yêu cầu 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 ô tô 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
Trang 4- 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
Ly hợp được phân thành các loại sau:
+Ly hợp thuỷ lực: Truyền momen quay nhờ chất lỏng Loại này làm việc êm
dịu vì giữa động cơ và hệ thống truyền lực không có nối cứng nên giảm được tải trọng động tác dụng lên động cơ và hệ thống truyền lực Nhưng loại này kết cấu khá phức tạp và đắt tiền do yêu cầu về làm kín và loại dầu làm việc đặc biệt
+Ly hợp nam châm điện: Truyền momen quay nhờ tác dụng của trường nam
châm điện Loại này làm việc êm dịu, dễ điều khiển nhưng kết cấu phức tạp, giá thành tăng do sử dụng vật liệu đắt tiền như kim loại màu và vật liệu điện từ, hiệu suất giảm do tổn hao điện và từ
+Ly hợp ma sát: Truyền momen nhờ các bề mặt ma sát Ở loại này có các loại
ly hợp đĩa, ly hợp hình côn và ly hợp hình tang trống Loại ly hợp hình côn và tang trống ngày nay không dùng trên ô tô máy kéo nữa vì momen quán tính của các chi tiết thụ động lớn gây tải trọng va đập lớn lên hệ thống truyền lực khi đóng ly hợp
Loại ly hợp đĩa có mômen quán tính của các chi tiết thụ động nho, kích thước nhỏ gọn giá thành rẻ Loại này chia ra loại 1 đĩa, 2 đĩa và nhiều đĩa
Loại nhiều đĩa làm việc êm dịu hơn vì nhiều đĩa nên lúc đóng lại các bề mặt ma sát nên ép từ từ hơn, truyền được momen lớn mà kích thước nhỏ gọn Tuy vậy nhược điểm của nó là mômen quán tính phần bị động tăng, kết cấu phức tạp, thoát nhiệt kém (đặc biệt là đĩa ép trung gian) , mở không dứt khoát, tăng hành trình bàn đạp hay đòn điều khiển, tăng kích thước chiều trục của ly hợp
Để tạo lực ép thì có thể dùng lò xo trụ, lò xo côn hoặc lò xo dạng đĩa
Ly hợp ma sát dùng lò xo trụ bố trí xung quanh có kết cấu đơn giản, thoát nhiệt tốt, momen truyền qua bề mặt ma sát lớn Tuy nhiên loại này khi làm việc dễ bị trượt khi các bề mặt ma sát bị mòn, việc điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát khó khăn, lực ép trên bề mặt ma sát không đều
Ly hợp lò xo côn dùng 1 lò xo côn bố trí chính giữa thay cho các lò xo trụ nên lực ép lên bề mặt ma sát đều hơn Tuy vậy momen truyền qua bề mặt ma sát lại nhỏ vì áp suất của lò xo tác dụng lên đĩa ép phải qua đòn mở, ngoài ra việc điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát là khó khăn
Ly hợp lò xo đĩa côn có kết cấu nhỏ gọn vì lò xo đĩa côn vừa làm nhiệm vụ đĩa ép vừa làm nhiệm vụ là đòn mở Nhờ có đặc tính phi tuyến nên lực mở ly hợp rất nhẹ Do chỉ có 1 lò xo so với nhiều lò xo của loại lò xo trụ nên lực ép lên bề mặt ma sát và đĩa ép phân bố đều làm cho đĩa ép không bị cong vênh và cháy cục bộ như loại lò xo trụ Ngoài ra khi tấm ma sát mòn đến giới hạn phải thay thế thì lực ép của lò xo đĩa côn giảm chậm hơn nhiều so với loại lò xo trụ nên lúc đó momen ma sát hình thành vẫn còn cao đảm bảo truyền tốt momen của động cơ Nhược điểm của
Trang 5loại này là khả năng lực ép nhỏ Với những ưu điểm nổi bật trên, ngày nay lò xo đĩa côn được sử dụng nhiều trên các xe du lịch xe khách và vận tải cỡ nhỏ
Qua phân tích trên, tham khảo các thông số của ô tô tham khảo tương đương đối chiếu với số liệu kỹ thuật của ô tô thiết kế là loại ô tô con ta chọn ly hợp loại ly hợp ma sát khô, một đĩa có lò xo đĩa côn vì kết cấu nhỏ gọn, thoát nhiệt tốt, mở dứt khoát và lực mở ly hợp nhẹ nhàng
3.2 Chọn sơ đồ 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 có:
- 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 tồn tại nhiều khe hở trong các khâu khớp Khó lắp đặt nhất là khi ca bin kiểu lật
+Dẫn động thủy lực có:
-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, đoi 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 thành cao Làm việc kém tin cậy khi có rò rỉ bảo dưỡng sửa chữa phức tạp
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
Hình 3 2 Sơ đồ nguyên lý ly hợp và dẫn động ly hợp
1 Bàn đạp: 2 Xilanh chính: 3 Ổ mở: 4 Lò xo ép: 5 Đĩa ép: 6 Khớp nối đĩa chủ động với vỏ ly hợp: 7 Đĩa ma sát: 8 Bánh đà: 9 Xi lanh làm việc
Trang 64 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH CỦA LY HỢP
Tính toán ly hợp loại ma sát nhằm mục đích xác định số lượng và kích thước các bề mặt ma sát cần thiết để truyền momen quay của động cơ, xác định lực ép cần thiết lên bề mặt ma sát, xác định tỉ số truyền của cơ cấu điều khiển ly hợp cũng như xác định các chi tiết khác
4.1 Xác định đường kính ngoài của đĩa bị động
Xác định đường kính ngoài của đĩa bị động dựa vào 3 điều kiện sau: - Đảm bảo cho ly hợp truyền hết momen quay của động cơ - Đảm bảo tuổi thọ cần thiết của ly hợp
- Phải lắp ghép được với bánh đà
Sau đây ta sẽ tính toán theo điều kiện đảm bảo cho ly hợp truyền hết momen quay của động cơ Sở dĩ ta phải tính theo điều kiện này là để đảm bảo truyền hết momen quay của động cơ đến hệ thống truyền lực trong trường hợp đĩa bị dầu rơi0 vào hoặc khi các bề mặt ma sát bị mòn hoặc khi các lò xo ép bị mất tính đàn hồi đi 1 ít
a Theo điều kiện 1:
Để đảm bảo cho ly hợp truyền hết mômen quay của động cơ thì ly hợp phải sinh ra được một mômen ma sát luôn luôn lớn hơn hoặc bằng mômen quay cực đại của động cơ trong quá trình sử dụng, tức là hệ số dự trữ phải luôn luôn lớn hơn hoặc bằng 1
1 Mô men ma sát của ly hợp, m=0,25-0, 3 Mt 0.25 N m
Hệ số dự trữ của ly hợp tính đến các yếu tố làm giảm lực ép hoặc làm giảm mô men ma sát trong quá
Hệ số phải chọn không được nhỏ quá tuy vậy cũng không được lớn quá Nếu nhỏ quá thì không đảm bảo truyền momen tốt, nếu lớn thì phải tăng lực ép do đó cần tăng lực điều khiển ly hợp nên gây mệt mỏi cho người lái Cùng với đó thì kìch thước của ly hợp tăng và mất vai trò của cơ cấu an toàn
Trang 7m: hệ số ma sát Khi tính toán lấy m=0, 25-0, 3, chọn m=0, 25 Zms: số lượng đôi bề mặt ma sát Ly hợp 1 đĩa Zms=2
Rtb: bán kính ma sát trung bình tức bán kính của điểm đặt lực ma sát tổng hợp[m] Rtb được xác định theo công thức sau:
Công thức(4 4) được chứng minh trên cơ sở lập luận sau:
Giả sử rằng có lực P tác dụng lên vòng ma sát với bán kính trong R1 và bán kính ngoài R2, lúc đó áp suất tác dụng lên vòng ma sát sẽ là:
Pπ (R22−R12)
Hình 4 1 Sơ đô tính toán bán kính trung bình của vòng ma sát
Trên vòng ma sát ta xét 1 vòng phần tử nằm cách tâm O bán kính R với chiều dày dR(hình 4 1) Momen các lực tác dụng lên vòng phần tử đó là:
dM=m q 2 R dR R=m 2 q R2Z
Trang 8Giả sử q=const thì momen lực ma sát tác dụng lên toàn vòng sẽ là:
Nhưng momen các lực ma sát tác dụng lên toàn vòng ma sát sẽ bằng lực ma sát tổng hợp mP nhân với bán kính trung bình nghĩa là:
Để đảm bảo điều kiện 2 thì áp suất trên bề mặt ma sát không được vượt quá giới hạn cho phép nghĩa là q < [q] Đối với ô tô máy kéo thì [q]=100-250 [kN/m2],
4.2 Bán kính trong của đĩa bị động
Bán kính trong của đĩa bị động được tính theo công thức:
Trang 95 XÁC ĐỊNH CÔNG TRƯỢT VÀ CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA LY HỢP
Áp suất trên bề mặt ma sát q là 1 thông số đặc trưng cho ly hợp về phương diện chịu mòn Nhưng áp suất q chưa đủ để đánh giá tuổi thọ của ly hợp vì cùng một ly hợp có kích thước và áp suất như nhau nếu đặt trên các ô tô khác nhau, ô tô nào có tải trọng lớn hơn, điều kiện làm việc nặng nhọc hơn thì khi đóng ly hợp các bề mặt ma sát sẽ trượt nhiều hơn, do đó ly hợp sẽ mòn nhiều hơn
Các nghiên cứu cho thấy rằng: sự mài mòn và đốt nóng ly hợp phụ thuộc vào công trượt riêng, tức là công trượt trên 1 đơn vị diện tích bề mặt ma sát
Do đó khi tính toán thiết kế ly hợp cần phải kiểm tra xem giá trị công trượt riêng có nằm trong giới hạn cho phép hay không
5.1 Công trượt của ly hợp
Khi đóng ly hợp có hiện tượng trượt ở thời gian ban đầu cho đến khi nào đĩa chủ động và đĩa bị động quay như 1 hệ thống động học liền Khi các đĩa bị trượt sẽ sinh ra công ma sát làm nung nóng các chi tiết của ly hợp lên qua nhiệt độ làm việc bình thường làm hao mòn các tấm ma sát và nguy hiểm nhất là các lò xo bị ram ở nhiệt độ như vậy sẽ mất khả năng ép Vì thế việc xác định công trượt trong thời gian đóng ly hợp là 1 điều cần thiết
Để nghiên cứu sự trượt của ly hợp, ta xét mô hình động cơ-hệ thống truyền lực ô tô và quá trình khởi hành ô tô biễu diễn trên sơ đồ 5 1
Trang 10Hình 5 1: Sơ đồ tính công trượt của ly hợp
a) Mô hình hóa hệ động cơ - truyền lực b) Quá trình khởi hành ô tô
Me, Ma- mômen động cơ và mômen cản chuyển động quy dẫn về trục ly hợp e, a - tốc độ góc của trục động cơ và trục ly hợp
Để đơn giản hoá quá trình tính toán ta có thể giả thiết: quá trình đóng ly hợp gồm hai giai đoạn như trên hình 5 2 b)
+ Giai đoạn 1: kéo dài trong thời gian t1, trong giai đoạn này mômen ma sát của ly hợp và mômen động cơ tăng tuyến tính đến điểm A Trong giai đoạn này Mms = Me < Ma ô tô chưa chuyển động được nên a = 0
+ Giai đoạn 2: Kéo dài trong thời gian t2, trong thời gian này ô tô bắt đầu tăng tốc, Mms tiếp tục tăng với cường độ như trước, còn Me = Ma không đổi Cuối giai đoạn này khi e = a ứng với t = t thì sự trượt ngừng lại
Mô men quán tính Ja được tính theo công thức [1] Gm= 0- Không kéo moóc
ih1 = 3, 24 - Tỷ số truyền của số I
Với: Ga: Trọng lượng toàn bộ của ô tô, Ga=18950 [N] Gm: Khối lượng rơmoóc, Gm = 0
k-hệ số cản không khí Khi khởi động tại chỗ V = 0 nên k.F.V2 = 0 rbx = 0,288 [m]
ihI = 3,24 ip = 1 i0 = 4, 1
Trang 11t= 0,80,9 -Hiệu suất của hệ thống truyền lực chọn t= 0, 9
- Hệ số cản tổng cộng của mặt đường, ta xét khi xe bắt đầu chyển động trên đường nằm ngang (v = 0, i = 0), = 0,02
Thay các số liệu trên vào công thức (5 2) ta có:
Công trượt ở giai đoạn đầu L1sẽ tiêu hao cho sự trượt và nung nóng ly hợp được tính theo công thức sau [1]:
2 .t [J] (5 3)
Công trượt L2 ở giai đoạn 2 tiêu tốn cho viêc tăng tốc trục bị động ly hợp và sẽ thắng các sức cản chuyển động của ô tô được tính theo công thức[1]:
Tốc độ góc e của động cơ khi đóng ly hợp có thể thừa nhận không đổi và bằng tốc độ góc ứng với momen quay cực đại của trục động cơ là m Rõ ràng ta thấy công trượt tăng khi hiệu số (e-a) tăng Giá trị của hiệu số này lớn nhất khi a=0 Vậy ta sẽ tính các giá trị trên với e=m và a=0
m: Tốc độ góc của trục động cơ ứng với trường hợp mômen cực đại Ta có: ωm=
π nM
30 với nM = 3000 (vòng/phút)
Trang 12ωm=3 , 14 3000
30 =314 (rad/s)
Thời gian trượt ly hợp t0 khi đóng êm dịu nằm trong khoảng (1,6-2,5) s, chọn t0=2,5(s)
Thay các giá trị Ja= 0,907 (Nm s2) : Ma= 9,13 (N m) : e=m=314(rad/s) : a=0 t0=2,5(s) vào phương trình (5 6) ta có:
5.2 TÍNH CÔNG TRƯỢT RIÊNG CỦA LY HỢP
Giá trị tuyệt đối của công trượt chung L chưa phản ánh được khả năng chống mòn và điều kiện làm việc của ly hợp Các ly hợp có kích thước khác nhau, dù có cùng L sẽ có điều kiện làm việc khác nhau và bị mài mòn khác nhau Vì thế để đánh giá ly hợp về phương diện trên người ta dùng 1 đại lượng tương đối là công trượt riêng:
Công trượt riêng được tính theo công thức [1]:
lδ= Lδ
Fms Zms (J/m2) (5 8)
Trong đó: l: Công trượt riêng của ly hợp [J/m2] L: Công trượt của ly hợp
So sánh lδvới [ lδ], đối với ô tô du lịch thì [ lδ ]= 1000-1200 [KJ/m2].
So sánh với giá trị cho phép ta thấy ly hợp thỏa mãn điều kiện lδ<[ lδ ]
5.3 Kiểm tra chế độ nhiệt của ly hợp
Ngoài việc kiểm tra công trượt riêng lδ còn cần phải kiểm tra nhiệt độ của các chi tiết trong quá trình trượt của ly hợp, bởi vì sự hao mòn các tấm ma sát của ô tô và máy kéo chịu ảnh hưởng lớn bởi sự nung nóng của các chi tiết ấy Vì các tấm ma sát có độ dẫn nhiệt kém cho nên có thể coi tất cả nhiệt phát ra khi ly hợp bị trượt sẽ truyền tất cả cho các chi tiết tiếp xúc trực tiếp với tấm ma sát như: đĩa ép, báng đà động cơ Thời gian trượt thường không lớn nên sự thoát nhiệt ra môi trường bên ngoài trong thời gian đó cũng không đáng kể Bởi thế các chi tiết tiếp thu nhiệt trong thời gian ly hợp bị trượt phải có khối lượng lớn đảm bảo thu nhận được lượng nhiệt phát ra khi ly hợp bị trượt mà nhiệt độ của các chi tiết đó sẽ không tăng lên nhiều do đó không làm ảnh hưởng đến sự làm việc của các tấm ma sát ( cụ thể là không làm ảnh hưởng đến hệ số ma sát và không gây ra sự cháy các tấm ma sát)
Công trượt lớn nhất sinh ra lúc ô tô khởi hành tại chỗ cho nên tính toán ly hợp theo nhiệt độ cần phải tính lúc khởi hành tại chỗ