Chương 1: Tổng quan về ly hợp. Ở chương này tập trung tìm hiểu về vị trí của ly hợp trên hệt thống truyền lực, kết cấu cơ khí, nguyên lý hoạt động và phân loại ly hợp. Chương 2:Tính toán và thiết kế kết cấu hệ thống ly hợp. Ở chương này tập trung tính toán và thiết kế các kết cấu của ly hợp dựa trên xe Toyota Corolla Altis 2018 Chương 3: Mô phỏng và phân tích ứng suất lò xo đĩa.
Ở chương này ta làm mô phỏng về quá trình hoạt động của ly hợp và phân tích ứng suất lò xo đĩa. 9 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU LY HỢP DỰA TRÊN XE TOYOTA COROLLA ALTIS 1. Xác định các thông số cơ bản của hệ thống ly hợp Xe tham khảo là xe TOYOTA Corolla 1. Một dòng xe hợp với đối tượng yêu thích hộp số sàn truyền thống với khối động cơ mạnh mẽ 1.8L và hộp số sàn 6 cấp giúp tăng tốc mượt, linh hoạt theo ý tài xế.
Các thông số tham khảo như sau: Bảng 2-1. Thông số kỹ thuật của xe Corolla Altis 2018 1 Kiểu xe Toyota Corolla Altis 2018 2 Động cơ 2ZR-FE, 16 van DOHC, VVT-I kép, ACIS, 4 xy lanh thẳng hàng. 3 Dung tích xy lanh (cc) 1,798 4 Công suất cực đại (hp/rpm) 138/6400 5 Mô men xoắn cực đại(Nm/rpm) 173/4000 6 Dung tích bình nhiên liệu (L) 55 7 Hộp số Số sàn 6 cấp 8 Tốc độ tối đa (km/h) 205 9 DxRxC (mm) 4620x1775x1460 10 Chiều dài cơ sở (mm) 2700 11 Khoảng sáng gầm xe (mm) 130 12 Bán kính vòng quay tối thiểu (m) 5,4 13 Trong lượng không tải (kg) 1225 14 Trọng lượng toàn tải (kg) 1630 15 Hệ thống nhiên liệu Phun xăng điện tử/EFI 16 Ký hiệu lốp 195/65R15 Ly hợp được thiết kế nằm giữa động cơ 2ZR-FE và hộp số sàn 6 cấp EC60, khoảng cách cần thiết kế 154 mm (như hình 2. Với mô men xoắn cực đại từ động cơ là 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥 = 173 (Nm).
Hộp số sàn 6 cấp EC60 với tổng tỷ số truyền là 12,14 có tác 10 dụng thay đổi tỷ số truyền giúp xe di chuyển linh hoạt khi tăng tốc và giảm tốc. Khoảng cách cần thiết kế Trọng lượng toàn tải của xe là 1630kg. Thông số tuyến hình của xe được thể hiện như hình 2. Tuyến hình xe Corolla Altis 2018 2.
Tính các thông số tham khảo 2. Tính bán kính bánh xe Ký hiệu lốp là 195/65R15; - 195: chiều rộng của lốp (mm); - 65: tỷ lệ phần trăm (65%) chiều cao biến dạng lốp ; - R là loại lốp hướng tâm; - 15: đường kính của bánh xe ; B = 195*0,65 = 126,75 mm. Bán kính thiết kế bánh xe được tính: 𝑑 15 𝑟0 = 𝐵 + ∗ 25,4 = 126,75 + ∗ 25,4 = 317,25(mm) = 0,317(m) 2 2 Bán kính động học và bán kính động lực học bánh xe: 𝑟𝑏 = 𝑟𝑘 = 𝜆.1) Với 𝜆 hệ số kể đến biến dạng lốp (λ = 0,945 ÷ 0,95) Chọn lốp có áp suất cao 𝜆 = 0,945 𝑟𝑏 = 0,945 ∗ 0,317 = 0,3 (m) 2. Tính tỷ số truyền hộp số 11 Tính tỷ số truyền lực chính dự theo công thức (4.2) trang 44 sách thiết kế tính toán ô tô, tác giả Đặng Quý: 𝑟 𝑖0 = 𝜃 ∗ 𝑏𝑥 (2.2) 2,65 Trong đó: 𝜃: hệ số vòng quay của động cơ Đối với xe du lịch: θ=30÷40.
Chọn 𝜃= 40 Thay số vào cộng thức 2.2: 0,3 𝑖0 = 40 ∗ = 4,53 2,65 Tỷ số truyền hộp số chính theo công thức IV-33 trang 128 sách lý thuyết ô tô máy kéo của tác giả Nguyễn Hữu Cẩn: 𝐺∗𝑟𝑏𝑥 ∗𝛹𝑚𝑎𝑥 𝑖ℎ = (2.3) 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥 ∗𝑖0 ∗𝜂𝑡𝑙 Trong đó: G: trọng lượng toàn bộ của xe (N); 𝛹𝑚𝑎𝑥 : Hệ số cản chuyển động lớn nhất, Ψmax = 0,4; 𝑟𝑏𝑥 : bán kính bánh xe = 0,3 m; 𝜂𝑡𝑙 : hiệu suất truyền lực, 𝜂𝑡𝑙 =0,93. 16300 ∗ 0,3 ∗ 0,4 𝑖ℎ = = 2,68 173 ∗ 4,53 ∗ 0,93 Vậy tổng tỷ số truyền là 𝑖𝑡 = 𝑖𝑜. Bánh đà Bánh đà là một bộ phận quan trọng giúp truyền mô men xoắn từ động cơ sang ly hợp truyền đến hộp số,… cuối cùng là đến bánh xe chủ động. Bánh đà được chọn với kích thước như hình 2.
bánh đà 12 Ly hợp có vị trí nằm giữa bánh đà và hộp số có công dụng truyền và ngắt mô men từ động cơ sang hộp số. Ngoài ra ly hợp còn là bộ phận an toàn trong hệ thống truyền lực. Kết cấu của ly hợp được thể hiện như hình 2. Kết cấu ly hợp 1, Vỏ ngoài ly hợp; 2, Bánh đà; 3, Tấm ma sát; 4, Bu lông; 5, Trục động cơ; 6, Trục ly hợp; 7, Ổ bi; 8, Đinh tán; 9, Xương đĩa; 10, Đinh tán; 11, Lò xo đĩa; 12, Lò xo giảm chấn; 13, Ổ bi T; 14, Moay ơ; 15, Vỏ ly hợp; 16, Đĩa ép; 17, Vành răng bánh đà.
Tính toán kết cấu ly hợp 2. Xác định mô men ma sát cần thiết của ly hợp Ly hợp phải có khả năng truyền hết mô men xoắn lớn nhất của động cơ 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥 được xác định: 𝑀𝑚𝑠 = 𝛽 ∗ 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥 (2.4) Trong đó: 𝛽: hệ số dự trữ mô men của ly hợp, 𝛽= 1,3 ÷ 1,75 đối với ô tô con. Chọn 𝛽 = 1,4; 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥 : mô men cực đại của động cơ, 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥 = 173 (Nm); 𝑀𝑚𝑠 = 𝛽 ∗ 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥 = 1,4*173 = 242,2 (Nm). Xác định số đĩa bị động Số lượng đĩa bị động 𝑧𝑖 có thể được lựa chọn sơ bộ theo mô men cực đại của động cơ 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥 như sau: 13 Nếu 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥 = 173 ≤ 465 Nm, thì ly hợp nên thiết kế một đĩa (𝑧𝑖 = 1) Vậy số đĩa bị động là 1 ( 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥 = 173 < 465 Nm) Số cặp bề mặt ma sát được tính từ số đĩa bị động: 𝑧𝜇 = 2 ∗ 𝑧𝑖 = 2 ∗ 1 = 2 Kết luận: Số đĩa bị động là 1 và có 2 bề mặt ma sát.
Xác định đường kính ngoài và đường kính trong Các kích thước của tấm ma sát (đường kính ngoài D và đường kính trong d) cũng có thể được tính theo mô men cực đại của động cơ bằng các công thức kinh nghiệm: 𝑀 𝐷 = 2 ∗ 𝑅 = 3,16 ∗ √ 𝑒𝑚𝑎𝑥 (2.5) 𝐶𝑟 Ở đây D tính theo (cm) và 𝑀𝑒𝑚𝑎𝑥 tính theo (Nm), 𝐶𝑟 là hệ số kinh nghiệm: 𝐶𝑟 = 4,7 đối với ô tô con. 𝑀 173 𝐷 = 2 ∗ 𝑅 = 3,16 ∗ √ 𝑒𝑚𝑎𝑥 = 3,16 ∗ √ = 19,2 cm = 192 mm 𝐶𝑟 4,7 Bán kính ngoài của vòng ma sát: D 192 R= = = 96 mm 2 2 Bán kính trong của vòng ma sát được tính theo bán kính ngoài: 𝑟 = (0,53 ÷ 0,75) ∗ 𝑅 = 0,75 ∗ 96 = 72 mm Bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát: 2 𝑅3 −𝑅13 2 963 −723 𝑅𝑡𝑏 = ∗ 22 2 = ∗ = 84,6 (mm) 3 𝑅2 −𝑅1 3 962 −722 Do vận tốc tiếp ở mép trong của đĩa nhỏ hơn vận tốc ở mép ngoài, nên khi trượt phần đĩa phía trong bị mòn ít hơn so với phía ngoài. Vì vậy, để hạn chế sự chênh lệch về độ mòn trên đĩa ma sát, đối với các động cơ cao tốc (động cơ xăng) nên chọn r gần với 0,75R. Theo số liệu thống kê, đường kính ngoài của đĩa ma sát nằm trong khoảng 190÷400mm đối với các ly hợp một đĩa.
Các tấm ma sát thường được sản xuất theo tiêu chuẩn có độ dày nằm trong khoảng 3÷3,5 mm đối với ô tô con. Vậy chọn độ dày là 𝛿 = 3 mm. Vậy đường kính ngoài và đường kính trong của tấm ma sát lần lượt là 192 mm và 144 mm. Giảm chấn Giảm chấn có hai bộ phận: các lò xo và tấm ma sát.
Vì vậy mô men truyền qua nó bao gồm hai thành phần: mô men sinh ra do lực của các lò xo 𝑀𝑙𝑥𝑔 và mô men ma sát 𝑀𝑚𝑠𝑔. Lò xo giảm chấn Mô men cực đại có khả năng ép giảm chấn được: 𝐺𝑏 ∗𝜑 𝑀𝑔𝑚𝑎𝑥 = ∗ 𝑟𝑏 (2.6) 𝑖ℎ1 ∗𝑖0 ∗𝑖𝑝1 Trong đó: 𝐺𝑏 : trọng lượng bám của ô tô Gb = Ga = 1630Kg; 𝜑: hệ số bám ( thường lấy bằng 0,8); 𝑟𝑏 =0,3 m; 𝑖0 = 4,53; 𝑖ℎ1 = 2,68; 𝑖𝑝1 = 1. Thay số vào công thức 2. 30 = 3222,3 Kgcm 𝑖ℎ1 ∗𝑖0 ∗𝑖𝑝1 2,68∗4,53∗1 Mô men quay mà giảm chấn có thể truyền được bằng tổng mô men quay của các lực lò xo giảm chấn và mô men ma sát 𝑀𝑔 = 𝑀𝑙𝑥𝑔 + 𝑀𝑚𝑠𝑔 = 𝐹𝑙𝑥𝑔 ∗ 𝑅𝑙𝑥𝑔 ∗ 𝑧𝑙𝑥𝑔 + 𝐹𝑚𝑠𝑔 ∗ 𝑅𝑚𝑠𝑔 ∗ 𝑧𝑚𝑠𝑔 (2.7) Trong đó: 𝑀𝑙𝑥𝑔 : là mô men quay của lực lò xo giảm chấn dùng để dập tắt cộng hưởng ở tần số cao; 𝑀𝑚𝑠𝑔 : mô men ma sát dùng để dập tắt cộng hưởng ở tần số thấp; 𝐹𝑙𝑥𝑔 : lực sinh ra do 1 lò xo giảm chấn; 𝑅𝑙𝑥𝑔 : bán kính đặt lực lò xo.
Các lò xo thường được bố trí trên vòng tròn có đường kính trong khoảng 80÷120mm (R lxg = 80mm); 𝑧𝑙𝑥𝑔 : số lượng lò xo giảm chấn (zlxg = 4); 𝐹𝑚𝑠𝑔 : lực sinh ra trên một tấm ma sát; 𝑅𝑚𝑠𝑔 : bán kính đặt lực ma sát; 𝑧𝑚𝑠𝑔 : số tấm ma sát. Khi tính toán, có thể chọn: 15 𝑀𝑚𝑠𝑔 = 0,25 ∗ 𝑀𝑔𝑚𝑎𝑥 = 0,25 ∗ 3222,3 = 805,575 Kgcm 𝑀𝑙𝑥𝑔 = 𝑀𝑔𝑚𝑎𝑥 − 𝑀𝑚𝑠𝑔 = 3222,3 − 805,575 = 2416,725 Kgcm 𝑀𝑙𝑥𝑔 2416,725 𝐹𝑙𝑥𝑔 = = = 7,55 Kg 𝑅𝑙𝑥𝑔 ∗𝑧𝑙𝑥𝑔 80∗4 Vậy 𝑀𝑔 = 𝑀𝑙𝑥𝑔 + 𝑀𝑚𝑠𝑔 = 2416,725 + 805,575 = 3222,3 Kgcm Số lượng lò xo thường là 4 đến 10 chiếc, tỷ lệ giữa đường kính vòng lò xo với đường kính dây lò xo D/d=4,5÷5,5. Các lò xo thường được bố trí trên vòng tròn có đường kính trong khoảng 80÷120mm, trong các cửa sổ có chiều dài 25÷27mm. Các kích thước của lò xo: đường kính dây: 3÷4mm; đường kính trung bình của vòng lò xo: 14÷19 mm; số vòng lò xo: 3÷4; khoảng cách giữa các vòng lò xo: 3÷4 mm.
Kết luận: số lượng lò xo giảm chấn là 4, lực sinh ra ở lò xo 𝐹𝑙𝑥𝑔 = 7,55 Kg. Lò xo đĩa Hiện nay thường dùng hai loại lò xo ép là lò xo trụ và lò xo đĩa. So với lò xo trụ thì lò xo đĩa có những ưu điểm nổi bật. Khi biến đổi sức ép lên lò xo đĩa, lúc đầu lực tăng lên cho tới giá trị xác định thì lực bắt đầu giảm, còn đối với lò xo trụ thì lực bao giờ cũng tỷ lệ thuận với sức ép lên lò xo như sơ đồ (hình 2.
Việc sử dụng lò xo đĩa cho phép giảm bớt kích thước , khối lượng và đơn giản đi rất nhiều trong cấu tạo của bộ ly hợp.