Thiết kế, tính toán cụm ly hợp xe Mazda 2 - Đồ án tốt nghiệp của Kim Anh Quân

Bài viết phân tích chi tiết quy trình thiết kế, tính toán cụm ly hợp cho xe Mazda 2 trong đồ án tốt nghiệp, cung cấp kiến thức chuyên sâu về hệ thống truyền

• Tác giả: Kim Anh Quân
• Người hướng dẫn: Trần Ngọc Vũ
• Trường học: Đại học Công nghệ Giao thông vận tải
• Chuyên ngành: Cơ khí ô tô
• Đề tài: Thiết kế, tính toán cụm ly hợp xe Mazda 2
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Vĩnh Yên

Tóm tắt

I. Tổng quan về cụm ly hợp xe Mazda 2

Cụm ly hợp là bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền lực của ô tô. Nó có nhiệm vụ nối và ngắt truyền động từ động cơ đến hộp số. Đối với xe Mazda 2, cụm ly hợp được thiết kế theo kiểu ma sát, thường đóng, sử dụng một đĩa ma sát. Bộ phận này giúp xe khởi động êm ái. Nó bảo vệ các bánh răng hộp số khỏi lực xung kích. Khi sang số, ly hợp ngắt truyền động để quá trình diễn ra nhẹ nhàng. Cấu tạo chính bao gồm đĩa ép, đĩa bị động, lò xo ép và bộ phận điều khiển. Đĩa bị động chứa các tấm ma sát có hệ số ma sát ổn định. Vật liệu chế tạo thường là ferado hoặc ferado-raibet. Các rãnh trên bề mặt ma sát giúp thoát nhiệt và loại bỏ bụi mài mòn. Hệ thống trợ lực chân không được tích hợp để giảm lực đạp bàn đạp cho người lái.

1.1. Phân loại và công dụng của ly hợp ô tô

Ly hợp ô tô được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau. Theo số đĩa ma sát, có loại một đĩa và nhiều đĩa. Theo nguyên lý hoạt động, gồm loại thường đóng và thường mở. Xe Mazda 2 sử dụng ly hợp ma sát một đĩa, loại thường đóng. Công dụng chính là truyền và ngắt mô-men từ động cơ đến hộp số. Bộ phận này giúp khởi động xe từ trạng thái đứng yên. Nó bảo vệ hệ thống truyền lực khỏi quá tải. Khi phanh gấp, ly hợp ngăn chặn hiện tượng dừng đột ngột của động cơ.

1.2. Cấu tạo chính của cụm ly hợp Mazda 2

Cụm ly hợp Mazda 2 gồm nhiều bộ phận chính. Đĩa ép có bề mặt làm việc phẳng, được chế tạo từ gang xám. Đĩa bị động chứa hai tấm ma sát gắn với xương đĩa bằng đinh tán. Lò xo ép tạo lực kẹp giữa đĩa ép và đĩa bị động. Moayơ truyền mô-men từ đĩa bị động đến trục vào hộp số. Vòng bi tách giúp ngắt ly hợp khi đạp bàn đạp. Bộ trợ lực chân không giảm lực tác động lên bàn đạp. Hệ thống thủy lực gồm xylanh chính và xylanh công tác truyền lực điều khiển.

II. Phân tích kết cấu và vấn đề kỹ thuật ly hợp Mazda 2

Phân tích kết cấu cụm ly hợp Mazda 2 đòi hỏi hiểu biết sâu về nguyên lý hoạt động. Ly hợp ma sát dựa trên nguyên lý truyền mô-men nhờ lực ma sát giữa các bề mặt. Khi đóng, lò xo ép đẩy đĩa ép kẹp chặt đĩa bị động vào bánh đà. Mô-men được truyền từ bánh đà qua đĩa ép đến đĩa bị động. Khi ngắt, bàn đạp tác dụng lực qua hệ thống thủy lực. Vòng bi tách đẩy ngón lò xo, giải phóng đĩa ép khỏi đĩa bị động. Các vấn đề kỹ thuật cần giải quyết bao gồm xác định đường kính đĩa ma sát, tính toán lực ép lò xo, thiết kế hành trình bàn đạp. Nhiệt độ làm việc cao do ma sát là thách thức lớn. Vật liệu ma sát phải chịu được nhiệt độ đến 300°C. Độ mòn của các chi tiết cần được tính toán để đảm bảo tuổi thọ.

2.1. Xác định thông số kỹ thuật chính của ly hợp

Thông số kỹ thuật quyết định hiệu suất làm việc của ly hợp. Đường kính ngoài đĩa ma sát được tính dựa trên mô-men cực đại của động cơ. Hệ số an toàn thường lấy từ 1,5 đến 2,0 cho ly hợp một đĩa. Lực ép tổng của lò xo phải đủ lớn để truyền mô-men mà không trượt. Hành trình tự do của bàn đạp đảm bảo ly hợp ngắt hoàn toàn. Đường kính xylanh công tác nằm trong khoảng 20-36mm. Các thông số này phải phù hợp với đặc tính động cơ Mazda 2.

2.2. Phân tích vật liệu và yêu cầu kỹ thuật chi tiết

Vật liệu chế tạo các chi tiết ly hợp phải đáp ứng yêu cầu khắt khe. Đĩa ép thường làm từ gang xám, độ cứng 180-220 HB. Tấm ma sát sử dụng ferado hoặc ferado-raibet có hệ số ma sát ổn định. Chiều dày tấm ma sát từ 3-5mm, độ không phẳng không vượt quá 0,5mm. Đinh tán liên kết tấm ma sát với xương đĩa có đường kính 2,5-4,5mm. Vật liệu phải chịu được nhiệt độ cao khi trượt ly hợp. Quy trình chế tạo bao gồm tôi, ram trong khuôn để đạt độ cứng 35-65 HRC.

III. Phương pháp tính toán và thiết kế ly hợp xe Mazda 2

Quy trình tính toán ly hợp Mazda 2 tuân theo trình tự khoa học. Bước đầu tiên là xác định mô-men cực đại của động cơ. Từ đó tính đường kính ngoài và trong của đĩa ma sát. Lực ép tổng của lò xo được xác định bằng công thức dựa trên mô-men và hệ số ma sát. Hành trình bàn đạp được tính tổng từ hành trình tự do và hành trình ngắt ly hợp. Tỉ số truyền hệ thống điều khiển ảnh hưởng lớn đến lực đạp. Bộ trợ lực chân không giúp giảm lực đạp từ 181N xuống còn 70N. Diện tích màng sinh lực của bộ trợ lực được tính theo độ chênh áp suất. Đường kính màng sinh lực đạt khoảng 16mm. Hiệu suất dẫn động hệ thống đạt 0,8-0,85. Tất cả các phép tính phải đảm bảo ly hợp làm việc ổn định trong mọi điều kiện vận hành.

3.1. Tính toán lực và hành trình bàn đạp ly hợp

Lực tác dụng lên bàn đạp là yếu tố quyết định sự thoải mái cho người lái. Khi không có trợ lực, lực đạp đạt 181,39N. Tỉ số truyền tổng của hệ thống là 27,86. Hành trình bàn đạp gồm hành trình tự do và hành trình ngắt. Tổng hành trình St đạt khoảng 120,76mm, nhỏ hơn giới hạn cho phép 180mm. Với bộ trợ lực chân không, lực đạp giảm xuống còn 70N. Điều này giúp người lái thao tác nhẹ nhàng trong đô thị.

3.2. Thiết kế bộ trợ lực chân không cho hệ thống

Bộ trợ lực chân không giúp giảm đáng kể lực đạp bàn đạp. Lực mà bộ trợ lực phải sinh ra là 835,425N. Độ chênh áp suất trước và sau màng sinh lực chọn 0,05 MPa. Tiết diện màng sinh lực được tính từ lực cần thiết và độ chênh áp suất. Đường kính màng sinh lực đạt khoảng 16mm. Bộ trợ lực được bố trí ngay trước xylanh chính, phía bàn đạp. Pmax chọn bằng 15% lực trợ lực để đảm bảo an toàn. Thiết kế này phù hợp với không gian hạn chế trên xe Mazda 2.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế của đề tài ly hợp Mazda 2

Đề tài thiết kế tính toán cụm ly hợp xe Mazda 2 hoàn thành các mục tiêu đề ra. Kết quả bao gồm đầy đủ thông số kỹ thuật cần thiết. Các phép tính kiểm chứng độ bền và tuổi thọ các chi tiết. Hệ thống trợ lực chân không hoạt động hiệu quả, giảm lực đạp 61%. Hành trình bàn đạp nằm trong giới hạn cho phép. Phương pháp tính toán có thể áp dụng cho các dòng xe tương tự. Đồ án cung cấp tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên kỹ thuật ô tô. Quá trình bảo dưỡng và sửa chữa được hướng dẫn chi tiết. Các hư hỏng thường gặp được liệt kê và phân tích nguyên nhân. Quy trình tháo lắp cụm ly hợp được mô tả từng bước. Kiến thức từ đề tài giúp hiểu sâu hơn về hệ thống truyền lực ô tô. Ứng dụng thực tế trong sản xuất và sửa chữa xe Mazda 2 tại Việt Nam.

4.1. Kết quả đạt được từ đề tài thiết kế

Đề tài đã hoàn thành thiết kế chi tiết cụm ly hợp Mazda 2. Các thông số kỹ thuật được xác định chính xác và đầy đủ. Đường kính đĩa ma sát, lực ép lò xo, hành trình bàn đạp đều đạt yêu cầu. Bộ trợ lực chân không giúp giảm lực đạp xuống 70N. Hiệu suất dẫn động hệ thống đạt 0,8-0,85. Kiểm tra cho thấy hành trình bàn đạp 120,76mm nhỏ hơn giới hạn 180mm. Các kết quả phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật ô tô hiện hành.

4.2. Ứng dụng và hướng phát triển đề tài

Kết quả đề tài áp dụng được trong thực tế sản xuất và sửa chữa. Phương pháp tính toán có thể mở rộng cho các loại xe khác. Hướng phát triển bao gồm tối ưu hóa vật liệu ma sát. Nghiên cứu thêm về ly hợp tự động và bán tự động. Ứng dụng công nghệ mới như ly hợp điện tử. Đề tài là tài liệu học tập tốt cho sinh viên kỹ thuật ô tô. Nghiên cứu giúp nâng cao chất lượng bảo dưỡng xe Mazda 2 tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CỤM LY HỢP Ly hợp là một phần từ không thể thiếu trong hệ thống truyền lực (HTTL) của ôtô.Nó nối động cơ với hộp số. Nếu không có nó thì các bánh răng hộp số, HTTL sẽ phải chịu lớn lực xung kích, mô men xung lượng của lực xung kích, mô men lực quán tính trong những thời điểm khác nhau khi vận hành ô tô. Ví dụ: Khi sang số, khi phanh.Công dụng: - Tách và nối 2 bộ phận là động cơ và hệ thống truyền lực trong những trường hợp cần thiết. - Là bộ phận an toàn bảo vệ cho chi tiết của hệ thống không bị quá tải.Yêu cầu : - Ly hợp phải truyền hết được mô men của động cơ xuống hệ thống truyền lực mà không bị trượt.

- Ly hợp ngắt dứt khoát, đóng êm dịu để giảm tải trọng động tác động lên hệ thống truyền lực. - Mô men quán tính của phần bị động của ly hợp phải nhỏ để giảm tải trọng động tác dụng lên các bánh răng và bộ đồng tốc khi sang số. Mô men ma sát không đổi khi ly hợp ở trạng thái đóng. - Ly hợp phải có khả năng trượt khi quá tải.

- Điều khiển ly hợp phải nhẹ nhàng tránh gây mệt mỏi cho người lái xe. - Khi có hiện tượng cộng hưởng ly hợp phải có khả năng dập tắt dao động nhằm nâng cao chất lượng truyền lực. -Giá thành của bộ ly hợp rẻ, tuổi thọ cao,kết cấu đơn giản, kích thước gọn nhẹ,dễ tháo lắp và sửa chữa bảo dưỡng.Phân loại ly hợp: Ta có thể phân loại ly hợp theo các phương pháp sau: Sinh viên: Kim Anh Quân 3 Lớp: 65DCOT11 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế tính toán cụm ly hợp xe Mazda 2 1. Theo phương pháp truyền mô men.

Ly hợp ma sát: - Truyền mômen từ động cơ sang trục sơ cấp hộp số thông qua bề mặt ma sát. trục ly hợp ; 5. lò xo giảm chấn ; 11. càng mở ly hợp Hình 1.1: Ly Hợp ma sát * Nguyên lý làm việc.

+ Đóng ly hợp: Khi người lái không đạp chân vào bàn đạp ly hợp, không còn lực tác dụng vào lò xo màng 9. Lò xo màng sẽ ép đĩa ép (3) vào đĩa bị động ép chặt đĩa bị động vào bánh đà thông qua bề mặt ma sát mômen được truyền từ bánh đà sang trục của ly hợptheo hai đường. Đường thứ nhất từ bánh đà qua bề mặt ma sát phía bên trái của đĩa bị động Đường thứ hai mômen từ bánh đà truyền qua vỏ trong ly hợp qua đòn mở đến đĩa ép thông qua bề mặt ma sát phía bên trái của đĩa bị động mômen được truyền từ đĩa ép sang đĩa bị động. Đĩa bị động được nối với trục ly hợp nhờ khớp nối then hoa nên mômen đường truyền từ đĩa bị động sang trục ly hợp.

+ Khi mở ly hợp: Người lái đạp chân vào bàn đạp qua hệ thống dẫn động lực người lái tác động vào lò xo màng 9 tác dụng như đòn mở đĩa ép chuyển động sang bên phải tách khỏi bề mặt của đĩa ma sát nên đĩa ma sát tách khỏi bề mặt của bánh đà, do đó mômen đông cơ không truyền được sang trục ly hợp. * Ưu nhược điểm: + Ưu điểm: Sinh viên: Kim Anh Quân 4 Lớp: 65DCOT11 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế tính toán cụm ly hợp xe Mazda 2 - Giá thành hạ - Xung lực tác dụng từ mặt đường lên giảm. + Nhược điểm. - Khả năng giảm quá tải không cao.

- Độ êm dịu khi khởi động, đi số, về số phụ thuộc rất nhiều vào trình độ người lái. - Khi phanh xe ở tốc độ cao gây quá tải cho HTTL (có thể làm chết máy, gãy trục cơ) ảnh hưởng đến việc điều khiển vận hành xe. Ly hợp thuỷ lực. Truyền mômen thông qua chất lỏng - Sơ đồ cấu tạo: Gồm hai phần.

+ Phần chủ động là phần bánh bơm, bánh đà. + Phần bị động là bánh tua bin nối với trục sơ cấp của hộp giảm tốc. Trong không gian của bánh bơm và bánh tua bin là dầu thuỷ lực Sơ đồ cấu tạo của ly hợp thuỷ lực. Bánh tua bin ; 2.

tấm ngăn ngoài ;6. tấm ngăn trong 7. đường dầu vào ;8. bình tản nhiệt ; 9.

van an toàn 10. van xả Hình 1. Ly hợp thuỷ lực * Nguyên lý làm việc. + Khi động cơ quay bánh bơm (3) quay theo, dẫn đến chất lỏng trượt theo rãnh của bánh bơm (theo hướng từ trong ra ngoài).

Khi tới khe hở giữa bánh bơm và bánh tua bin chất Sinh viên: Kim Anh Quân 5 Lớp: 65DCOT11 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế tính toán cụm ly hợp xe Mazda 2 lỏng đập vào cánh tua bin làm cánh tua bin quay nên trục sơ cấp của hộp số quay. Khi tới đầu vào của cánh tua bin chất lỏng lại quay trở lại bánh bơm tạo ra chu kỳ kín. Khi tốc độ động cơ lớn nên vận tốc chất lỏng lớn, do vậy động năng truyền cho bánh tua bin lớn. + Trạng thái ngắt: Khi số vòng quay động cơ nhỏ không đủ cho bánh tua bin quay nên mômen không truyền từ động cơ ra trục ly hợp được.

+ Trạng thái đóng: Số vòng quay động cơ tăng làm cánh tua bin quay mômen được truyền từ động cơ sang trục ly hợp. Khi chủ động ngắt nhanh ly hợp xả van (12)dầu thoát ra ngoài bình chứa, ly hợp ngắt momen không truyền từ động cơ sang trục ly hợp. * Ưu nhược điểm: + Ưu điểm: - Đóng ly hợp êm dịu không giật. - Bảo vệ được HTTL.

- Khi xuống dốc giảm ga bánh tua bin thành bánh chủ động bánh bơm thành bánh bị động, động cơ tạo thành máy nén khí đóng vai trò như phanh làm bánh xe xuống dốc từ từ. + Nhược điểm: - Chế tạo phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao. - Giá thành đắt. Sinh viên: Kim Anh Quân 6 Lớp: 65DCOT11 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế tính toán cụm ly hợp xe Mazda 2 1.

Ly hợp điện từ: Truyền mô men thông qua lực điện từ.Bé phËn cè ®Þnh 2. Bé phËn chñ ®éng 4. Bé phËn bÞ®éng 6. Ly hợp điện từ * Nguyên lý làm việc: + Mở ly hợp: Khi không cấp điện cho cuộn dây (3) không có lực từ trường trong cuộn dây nên phần chủ động (1) và phần bị động (4) không hút nhau nên khi động cơ quay mômen không truyền ra trục ly hợp (5).

+ Đóng ly hợp: khi cấp điện cho cuộn dây (3) xuất hiện lực điện từ trong cuộn dây nên xuất hiện lực hút giữa bánh đà (1) và lõi sắt bị động (4). Như vậy khi bánh đà (1) quay làm (4) quay theo. Do đó mômen được truyền từ động cơ sang trục ly hợp. Tuy vậy lực hút giữa (1) và (4) không đủ lớn nên ở khi hở giữa (1) và (4) người ta đưa vào những mạt sắt khi có đường sức từ đi qua chúng sắp xếp thành đường theo hướng của đường sức tạo thành dây sắt cứng nối (1) và (4) với nhau làm tăng ma sát nên việc truyền mômen giữa (1) sang (4) được tăng lên.

* Ưu nhược điểm. - Khả năng chống quá tải tốt. - Bố trí, dẫn động mềm dẻo dễ dàng. + Nhược điểm.

Sinh viên: Kim Anh Quân 7 Lớp: 65DCOT11 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế tính toán cụm ly hợp xe Mazda 2 - Truyền mô men không tốt do lực từ tạo ra yếu. - Chế tạo phức tạo. - Bảo dưỡng sửa chữa khó khăn. - Giá thành đắt.

Ly hợp liên hợp: Là loại ly hợp kết hợp hai trong số các loại trên như thuỷ cơ, cơ điện Trong ôtô hiện nay ly hợp ma sát được dùng rất phổ biến vì giá thành rẻ, chế tạo đơn giản hiệu suất truyền cao. Nhưng ly hợp thuỷ lực ngày càng được sử dụng trên các xe hiện đại có sử dụng hộp số tự động vì giảm được tải trọng động trên HTTL. Sơ đồ cấu tạo 1 loại ly hợp hỗn hợp thuỷ lực và cơ khí dùng trên xe con Hình 1.4 Ly hợp liên hợp 1- trục khuỷu động cơ; 2- bích trục khuỷu để bắt với bánh bơm; 3- moayơ bánh bơm; 4- tấm chắn; 5- vỏ ngoài ly hợp thuỷ lực; 6- vành răng; 7- bánh bơm; 8- vỏ bao kín; 9- bánh tuabin; 10- nút dầu; 11- moayơ bánh tuabin; 12- đĩa bánh đà của ly hợp ma sát; 13- thân ly hợp ma sát; 14- ổ bi kim; 15- đòn mở; 16- trục ly hợp; 17- lò xo ép; 18- đĩa ép; 19- đĩa ma sát; 20- lò xo ép phớt dầu; 21- phớt dầu; 22- cánh tản nhiệt; 23- cácte ly hợp. Sinh viên: Kim Anh Quân 8 Lớp: 65DCOT11 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế tính toán cụm ly hợp xe Mazda 2 1.

Theo hình dạng của các chi tiết ma sát. - Ly hợp dạng đĩa (một đĩa, hai đĩa) - Ly hợp hình nón. - Ly hợp hình trống. Hai loại ly hợp hình trống và ly hợp hình nón ít được sử dụng vì mômen quán tính phần bị động quá lớn nên khi ngắt ly hợp nó vẫn quay gây ra va đập giữa các bánh răng và các khâu khớp của HTTL.

Theo phương pháp phát sinh lực ép - Loại lò xo: Lò xo đặt xung quanh, lò xo đặt trung tâm (côn), lò xo đĩa. - Loại lực ép nửa ly tâm: Lực ép sinh ra ngoài lực của lò xo côn còn có lực phụ thêm là lò do lực ly tâm của trọng khối phụ sinh ra. - Loại ly tâm: Ly hợp ly tâm thường được sử dụng khi điều khiển tự động, ở ly hợp này lực ly tâm dùng để đóng và mở ly hợp còn áp lực trên đĩa được tạo bởi lực lò xo ít khi lực ly tâm được dùng để tạo lực ép trên đĩa. Theo kết cấu ép chia ra.

- Ly hợp thường đóng được sử dụng phổ biến trên ô tô. - Ly hợp thường mở được sử dụng trên máy kéo. Theo phương pháp dẫn động: 1. Dẫn động cơ khí Dẫn động ly hợp bằng cơ khí có kết cấu đơn giản, hiệu suất truyền lực cao tuy nhiên tỉ số truyền cơ khí bị giới hạn nên nói chung lực điều khiển trên bàn đạp lớn.

Vì vậy dẫn động ly hợp bằng cơ khí thường chỉ được bố trí ở những ôtô du lịch hoặc ôtô tải nhỏ, lực ép của lò xo ly hợp không lớn. Dẫn động ly hợpbằng cơ khí có thể sử dụng dạng đòn kéo (đẩy) hoặc dây cáp. - Dẫn động cơ khí kiểu đòn kéo (đẩy) Cấu tạo chung của hệ dẫn động ly hợp bằng cơ khí được thể hiện trên hình. Những bộ phận chính của dẫn động cơ khí kiểu này bao gồm: bàn đạp 1, thanh đẩy 3, càng mở 4, bạc mở 6 và đòn mở 7.