CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM LY HỢP

khí có trang bị phanh khí xả. Xe ô tô HiNo WU422 có đặc tính kỹ thuật vận hành

cao tốc độ cực đại đạt 82 km/h, khả năng vượt quá tải là 29%.

2.1.2 Thông số kỹ thuật của xe

Các thông số kỹ thuật của xe Hino WU422

Kích thước bao [ dài x rộng x cao] (mm)



6675x1995x224



Chiều dài cơ sở (mm)



3870



Khoảng sáng gầm xe (mm)



220



Trọng lượng bản thân (kg)



2500



Khối lượng toàn bộ (kg)



7500



Khối lượng cho phép lớn nhất trên các trục

Trục I



3000



Trục II



5500



Tốc độ cực đại (km/h)



82



Động cơ

Đường kính xi lanh x hành trình pistong



104x118



Tỉ số nén



19,2



Thể tích làm việc (cm3)



4009



Công suất lớn nhất ở 2500 vòng/phút



96 Kw



Mô men lớn nhất ở 1800 vòng/phút



365 (N.m)



Ly hợp 1 đĩa ma sát dẫn động thủy lực

Tỷ số truyền của hộp số : I-4,981 II-2,911 III -1,556 IV-1, V-0,738

Lốp xe



7.50R16-14PR



2.1.3 Cấu tạo của ly hợp trên xe HINO

Ly hợp trên xe HINO là loại ma sát khô một đĩa:



35



Hình 1.19. Sơ đồ ly hợp của xe HINO



• Phần chủ động bao gồm:

bánh đà (17), nắp ly hợp (11), lò xo ép(9), đĩa ép (12), bánh đà (17) được liên kết

với nắp ly hợp bằng bu lông, lò xo ép (9) được liên kết với nắp ly hợp (11) bằng

vòng bốt (10). Lò xo ép liên kết với đĩa ép bởi vòng kẹp (3)



• Phần bị động bao gồm:

đĩa bị động (đĩa ma sát) được cấu tạo bởi mặt đệm ly hợp (15), đĩa đệm(16), lò xo

giảm chấn (4), mặt đệm giảm chấn (5), mayer và trục chủ động của hộp số



• Phần điều khiển bao gồm:

Ở trạng thái đóng: Khi động cơ quay mômen được truyền từ bánh đà qua cỏc

bulụng tới vỏ ly hợp → tới lò xo ép. Dưới lực ép của lò xo. Mômen tiếp tục được

truyền tới đĩa ép → tới trục tới đĩa bị động thông qua các bề mặt ma sát giữa bánh

đà ↔ đĩa bị động ↔ đĩa ép. Sau đó tới trục chủ động hộp số thông qua mayer.

Ở trạng thái mở: Khi tác động lực lên bàn đạp ly hợp thông qua hệ thống

dẫn động thủy lực sẽ đẩy lĩa ép quay quanh trục xoay (6). Đầu lĩa ép dịch sang phải

dẫn tới đầu trong lĩa ép dịch sang trái tác dụng vào ổ bi. Khắc phục khe hở ở giữa



36



lò xo ép và ổ bi ép. Ổ bi ép tiếp tục sang trái làm lò xo đĩa ép bị ép lại – kéo đĩa ép

dịch sang phải tách bề mặt ma sát giữa đĩa bị động với đĩa ép và với bánh đà.

Mômen từ động cơ không được truyền tới trục chủ động của hộp số.

2.2 Xác định mômen ma sát của ly hợp

Ly hợp cần được thiết kế sao cho nó phải truyền được hết mômen của động

cơ và đồng thời bảo vệ được cho hệ thống truyền lực khỏi bị quá tải. Với hai yêu

cầu như vậy mômen ma sát của ly hợp được tính theo công thức:

MLH = β . Me max

Trong đó:

MLH: Mômen ma sát cần thiết của ly hợp (N.m)

Me max: Mômen xoắn cực đại của động cơ (N.m)

β: Hệ số dự trữ của ly hợp.

Hệ số β phải lớn hơn 1 để đảm bảo truyền hết mômen của động cơ trong mọi trường

hợp. Tuy nhiên hệ số β cũng không được chọn lớn quá để tránh tăng kích thước đĩa

bị động và tránh cho hệ thống truyền lực bị quá tải.

Hệ số β được chọn theo thực nghiệm.

Tra bảng 1 Sách hướng dẫn "Thiết kế hệ thống ly hợp của ôtô", ta xác định hệ số dự

trữ của ly hợp: Với ôtô tải, khách, máy kéo vận tải không có mooc: β = 1,6÷ 2,25

→ Ta chọn



β = 2,0



Me max = 365(N.m)

MLH = β . Me max = 2,0.365 = 730 (N.m)

2.3 Xác định kích thước cơ bản của ly hợp

2.3.1 Xác định bán kính ma sát trung bình của đĩa bị động

Mômen ma sát của ly hợp được xác định theo công thức:

MLH = β . Me max = µ . P∑ . Rtb . i

Trong đó:

µ : Hệ số ma sát.

P∑ : Tổng lực ép lên các đĩa ma sát (kG).



37



i: Số đôi bề mặt ma sát.

Rtb : Bán kính ma sát trung bình (cm).

Tính sơ bộ đường kính ngoài của đĩa ma sát theo công thức kinh nghiệm :

D2 = 2 R2 = 3,16



M emax

C



Trong đó :

Me max: Mômen cực đại của động cơ, tính theo Nm.

D2: Đường kính ngoài của đĩa ma sát, tính theo cm.

C : Hệ số kinh nghiệm.

D2 = 2 R2 = 3,16



Với ôtô tải



M emax

= 3,16

C



→



C = 3,6



= 31,8 cm = 318 mm



Vậy ta chọn D2 = 320 (mm)

Ta có D2 = 320 mm → Bán kính ngoài của đĩa ma sát: R2 = 160 mm

Bán kính trong của đĩa ma sát được tính theo bán kính ngoài:

R1 = (0,53 ÷ 0,75) R2 = (0,53 ÷ 0,75) . 160 = (84,8 ÷ 120) mm

Do động cơ quay với vận tốc cao nên trong quá trình xử dụng phần mép tấm ma sát

bị mòn nhiều hơn phần bên trong của tấm ma sát nên ảnh hưởng tới việc truyền

mômen của đĩa bị động. Do vậy cần chọn đường kính trong càng gần đường kính

ngoài càng tốt.

⇒



chọn R1 = 100 mm



⇒



Bán kính ma sát trung bình được tính theo công thức:

2

3

( 1603 − 1003 )

2  R 3 − R1 

2

 = 3

Rtb =  2

=132(mm)

2

3  R 2 − R1 

( 1602 − 1002 )







2.3.2 Xác định số lượng đĩa bị động

Số đôi bề mặt ma sát được tính theo công thức:

M LH



i = 2.π.R 2 .b.µ. q

[ ]

tb



38



Trong đó:

MLH: Mômen ma sát của ly hợp.



MLH = 365(N.m)



B: Bề rộng tấm ma sát gắn trên đĩa bị động.

b = R2 - R1 = 160 - 100 = 60 mm = 6,0 cm

[q]: Áp lực riêng cho phép trên bề mặt ma sát.

Tra bảng 3 Sách hướng dẫn "Thiết kế hệ thống ly hợp của ôtô", với nguyên liệu làm

các bề mặt là gang với phêrađô → ta chọn hệ số ma sát:



µ = 0,2



Tra bảng 3 Sách hướng dẫn "Thiết kế hệ thống ly hợp của ôtô", ta xác định áp lực

riêng cho phép: [q] = 100 ÷ 250 kN/m2

Ta chọn



[q] = 200 kN/m2 = 200.103 N/m2

M



730



LH

i = 2.π.R 2 .b.µ. q = 2.3,14.0,132 2.0, 06.200.1003.0,3 = 1,85

[ ]

tb



Số đôi bề mặt ma sát phải là số chẵn



⇒ Lấyi = 2



Vậy số lượng đĩa bị động của ly hợp là: n = 1

Kiểm tra áp suất trên bề mặt ma sát theo công thức:

q=

Vậy



M LH

730

=

= 185.103 (N / m 2 )

2

2

2.π.R tb .b.µ.i 2.3,14.0,132 .0, 06.200.100 3.2



q = 185.103 (N/m2) < [q] = 200.103(N/m2)



Bề mặt ma sát bảo đảm đủ độ bền cho phép.

2.4 Xác định công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp

Khi đóng ly hợp có thể xảy ra hai trường hợp:

- Đóng ly hợp đột ngột tức là để động cơ làm việc ở số vòng quay cao rồi đột ngột

thả bàn đạp ly hợp. Trường hợp này không tốt nên phải tránh.

- Đóng ly hợp một cách êm dịu: Người lái thả từ từ bàn đạp ly hợp khi xe khởi động

tại chỗ sẽ làm tăng thời gian đóng ly hợp và do đó sẽ tăng công trượt sinh ra trong

quá trình đóng ly hợp. Trong sử dụng thường sử dụng phương pháp này nên ta tính

công trượt sinh ra trong trường hợp này.

2.4.1 Xác định công trượt của ly hợp khi khởi động tại chỗ

Phương pháp này sử dụng công thức tính theo kinh nghiệm của Viện HAHM.



39



5,6 ⋅ G ⋅ M e max ⋅ ( no / 100) 2 ⋅ rb2

L=

io ⋅ ih ⋅ i f ⋅ (0,95 ⋅ M e max ⋅ it − G ⋅ rb ⋅ψ )



Trong đó :

L : Công trượt của ly hợp khi khởi động tại chỗ (KGm).

G : Trọng lượng toàn bộ của ôtô.



G = 7500 kG



Me max : Mômen xoắn cực đại của động cơ.Me max = 365(N.m) = 36,5 (kG.m)

no : Số vòng quay của động cơ khi khởi động ôtô tại chỗ.

Chọn no = 0,75 ne max = 0,75 . 2500 = 1875 (vg/ph)

Với ne max là số vòng quay cực đại của động cơ.

rb : Bán kính làm việc trung bình của bánh xe (m).

rb = λ . ro

λ : Hệ số kể đến biến dạng của lốp. Với lốp áp suất thấp λ=0,93







d



ro=  B + ÷.25,4

2





B = 7,5(ins); d = 16(ins)







rb = 0,93.  7,5 +



16 

÷.25,4 = 366(mm) = 0,366(m)

2



it: Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực. it = io . ih . if

io: Tỉ số truyền của truyền lực chính.



io = 5,833



ih: Tỉ số truyền của hộp số chính.



ih = ih1 = 4,981



if: Tỉ số truyền của hộp số phụ.



if = 1



⇒ it = 5,833.4,981.1=29,05



Ψ: Hệ số cản tổng cộng của đường.



Ψ = f + tgα



F: Hệ số cản lăn.

α: Góc dốc của đường.

Ψ = 0,16



Khi tính toán ta có thể chọn



⇒ Vậy công trượt của ly hợp khi khởi động tại chỗ :



40



2



 1875 

2

5, 6.7500.36,5. 

÷ .0,366

L=

= 4374(kG.m)

 100 

29, 05. ( 0,95.36,5.29, 05 − 7500.0,366.0,16 )



L = 4374(kG.m) = 3740(N.m) = 43,74 (KJ)

2.4.2 Xác định công trượt riêng

Để đánh giá độ hao mòn của đĩa ma sát, ta phải xác định công trượt riêng

theo công thức sau:

lo =



Trong đó:



L

≤ [lo]

F⋅i



lo - công trượt riêng.(KJ/m2)



L: Công trượt của ly hợp (KJ).

F: Diện tích bề mặt ma sát của đĩa bị động (m2).

I: Số đôi bề mặt ma sát.i = 2

[lo]: Công trượt riêng cho phép. (KJ/m2)

Tra bảng 4 Sách hướng dẫn "Thiết kế hệ thống ly hợp của ôtô", ta xác định công

trượt riêng cho phép :

Với ôtô tải có trọng tải > 5 tấn → [lo] = (400

L



600)(KJ/m2)



43, 74



⇒lo = π ⋅ (R 2 − R 2 ) ⋅ i = π . 0,162 − 0,12 .2 = 446,47(KJ/m2)

(

)

2

1

Ta chọn [lo] =500(KJ/m2) ⇒ lo = 446,47(KJ/m2) < [lo] =500(KJ/m2)

Vậy công trượt riêng thỏa mãn điều kiện cho phép.

2.4.3 Kiểm tra theo nhiệt độ các chi tiết

Công trượt sinh nhiệt làm nung nóng các chi tiết như đĩa ép, đĩa ép trung

gian ở ly hợp 2 đĩa, lò xo, ...

Do đó phải kiểm tra nhiệt độ của các chi tiết, bằng cách xác định độ tăng nhiệt độ

theo công thức:

γ .L



γ .L



∆T = c ⋅ m = 427 ⋅ c ⋅ G ≤ [∆T]

t

t



41



Trong đó :

γ: Hệ số xác định phần nhiệt để nung nóng bánh đà hoặc đĩa ép

Với ly hợp 1 đĩa bị động: γ = 0,5

L: Công trượt sinh ra khi ly hợp bị trượt (N.m).

C: Tỉ nhiệt của chi tiết bị nung nóng. Với thép và gangc = 481,5 (J/kg0K)

∆T: Độ tăng nhiệt độ của chi tiết bị nung nóng ( 0K )

mt: Khối lượng chi tiết bị nung nóng (kg). Tra bảng (5) sách hướng dẫn ‘thiết

kế hệ thống ly hợp của ôtô’ ⇒ mt =6 (kg)

[∆T] - độ tăng nhiệt độ cho phép của chi tiết.

Với ôtô không có kéo rơmoóc :

∆T =



[∆T] = 8 oC ÷ 10 oC



0,5.43740

= 7,570k

481,5.6



Vậy ∆T < [∆T] ⇒ điều kiện bền nhiệt được thỏa mãn

2.4.4 Bề dày tối thiểu của đĩa ép theo chế độ nhiệt

Bề dày tối thiểu của đĩa ép δ (mm) được xác định theo khối lượng tính toán

chế độ nhiệt, được xác định theo công thức (1-24) [hướng dẫn thiết kế ô tô.phần

truyền lực]

δ≥



m

2

π. ( R − R 1 ) .ρ

2

2



Trong đó :

ρ : khối lượng riêng của đĩa ép, với vật liệu làm bằng gang ⇒ ρ =7800



( kg/m3 )

m: khối lượng đĩa ép tối thiểu



m = 6 (kg)



R2: bán kính ngoài đĩa ép



R2 = 160 (mm) =0,16 (m)



R1: bán kính trong đĩa ép



R1 = 100 (mm) = 0,1(m)



δ≥



6

≈

2

3,14. ( 0,16 − 0,11 ) .7800 = 0,0157(m) 16 (mm)

2

2



Vậy bề dầy tối thiểu của đĩa ép δ ≥ 16 (mm)



42



2.5 Tính toán sức bền một số chi tiết điển hình của ly hơp

2.5.1 Tính sức bền đĩa bị động

Đĩa bị động gồm các tấm ma sát và xương đĩa được ghép với nhau bằng đinh

tán, xương đĩa được ghép với nhau bằng đinh tán, xương đĩa lại được ghép với

mayer đĩa bị động bằng đinh tán.

Vật liệu của tấm ma sát thường chọn là loại phêrađô. Xương đĩa thường chế tạo

bằng thép cacbon trung bình và cao.



→



Ta chọn thép C50



Chiều dày xương đĩa thường chọn từ (1,5 ÷ 2,0) (mm). Ta chọn δx = 2 (mm)

Chiều dày tấm ma sát thường chọn từ (3 ÷ 5) (mm). Ta chọn δ = 4 (mm)



Hình 3.12. Cấu tạo đĩa bị động của xe MA3-5335

Tấm ma sát được gắn với xương đĩa bị động bằng đinh tán. Vật liệu của đinh tán

được chế tạo bằng đồng, có đường kính d = 4 mm. Đinh tán được bố trí trên đĩa

theo hai dãy tương ứng với các bán kính như sau:

Vòng trong: r1 = 120 (mm) = 0,12 (m)



43



Vòng ngoài: r2 = 140 (mm) = 0,14 (m)



hình 3.13. Sơ đồ phân bố lực trên đinh tán

Lực tác dụng lên mỗi dãy đinh tán được xác định theo công thức:

F1 =



365.0,12

M emax ⋅ r1

= 2. 0,122 + 0,142 = 644,12 (N)

2

2

2 ⋅ (r1 + r2 )

(

)



F2 =



365.0,14

M emax ⋅ r2

= 2. 0,122 + 0,162 = 751,48 (N)

2 ⋅ (r12 + r22 )

(

)



Đinh tán được kiểm tra theo ứng suất cắt và ứng suất chèn dập.

F

τc = π ⋅ d 2 ≤ [τc]

n⋅

4



;



σcd =



F

≤ [σcd]

n⋅l⋅d



Trong đó:

τc: Ứng suất cắt của đinh tán ở từng dãy.

σcd: Ứng suất chèn dập của đinh tán ở từng dãy.



44



F: Lực tác dụng lên đinh tán ở từng dãy.

n: Số lượng đinh tán ở mỗi dãy.

Vòng trong



n1 = 18 đinh



Vòng ngoài



n2 = 18 đinh



d: Đường kính đinh tán.



d = 4 mm



l: Chiều dài bị chèn dập của đinh tán.

l=



1

chiều dày tấm ma sát. Ta có

2



l=



1

. 4 = 2 mm

2



[τc]: Ứng suất cắt cho phép của đinh tán. [τc] = 100.105 (N/m2)

[σcd]: Ứng suất chèn dập cho phép của đinh tán. [σcd] = 250.105 (N/m2)

Ứng suất cắt và ứng suất chèn dập đối với đinh tán ở vòng trong :

F1

π ⋅ d2

τc1 =

n1 ⋅

4



=



4.644,12

= 28,5.1005 (N/m2) < [τc]

18.3,14.0, 004 2



F1



644,12



σcd1 = n ⋅ l ⋅ d =

= 44,7. 105 (N/m2) < [σcd]

18.0, 002.0, 004

1

⇒



Vậy các đinh tán đảm bảo độ bền cho phép.

Ứng suất cắt và ứng suất chèn dập đối với đinh tán ở vòng ngoài :

F2

4.751, 48

π ⋅ d2 =

τc2 =

= 33,22. 105(N/m2) < [τc]

18.3,14.0, 004 2

n2 ⋅

4

F2



751, 48



σcd2 = n ⋅ l ⋅ d =

= 52,1.105 (N/m2)< [σcd]

18.0, 002.0, 004

2

⇒Vậy các đinh tán đảm bảo độ bền cho phép.

2.5.2 Tính sức bền moayơ đĩa bị động

Chiều dài của moayơ đĩa bị động được chọn tương đối lớn để giảm độ đảo

của đĩa bị động. Moayơ được ghép với xương đĩa bị động bằng đinh tán và lắp với

trục ly hợp bằng then hoa.

Chiều dài moayơ thường chọn bằng đường kính ngoài của then hoa trục ly hợp. Khi

điều kiện làm việc nặng nhọc thì chọn L = 1,4 D (D là đường kính ngoài của then



45