Bài giảng Tính toán thiết kế ô tô - Chương 2: Ly hợp

CHƯƠNG 2: LY HỢP. I. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU (tự đọc). II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. 1. Khi gài số không tách ly hợp. l J B a J m  b  e  a 1 2 3 4 M E A J m Sơ đồ để xét ảnh hưởng của ly hợp đến sự gài số J m – Mômen quán tính của các chi tiết chuyển động của động cơ và của phần chủ động của ly hợp [Nms 2 ]. J l – Mômen quán tính của phần bị động của ly hợp và của các chi tiết hộp số có liên hệ động học với phần bị động của ly hợp được quy dẫn về trục của ly hợp [Nms 2 ]. J a – Mômen quán tính của bánh đà tượng trưng đặt trên trục thứ cấp hộp số tương đương với trọng khối chuyển động tịnh tiến của xe [Nms 2 ] . CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. 1. Khi gài số không tách ly hợp. Khi gài BR 3 vào BR 4 . Phương trình moment xung lượng cho chuyển động quay của trục A: P 4 – Lực tác dụng lên răng của bánh răng 4 trong thời gian gài số r 4 – Bán kính vòng tròn lăn của bánh răng 4 t – Thời gian lực P 4 tác dụng,trong thời gian đó trục A thay đổi vận tốc góc từ  a đến ’ a  a – Tốc độ góc của trục A trước khi gài số ’ a – Tốc độ góc của trục A sau khi gài số Phương trình mô men xung lượng cho trục trung gian E :  eeeJtrP '... 33       ee 2 1 2 lm33 ' r r JJtrP       =>  aaaJtrP   ... 44 (1) CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. 1. Khi gài số không tách ly hợp. => P 3 , P 4 tác dụng giữa các răng là bằng nhau và thời gian gài số t là chung. Tỷ số truyền của hộp số i h là: 3 4 1 2 h r r r r i                 3 4 2 1 2 1 2 33 .... r r r r r r JJtrP ablm  (2) Nhân hai vế phương trình (2) với 3 4 r r   3 4 3 4 a 2 1 b 2 1 2 lm 3 4 33 r r . r r r r . r r .JJ r r t.r.P              =>     2halmhblm43 i..JJi..JJt.r.P  (3) CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. 1. Khi gài số không tách ly hợp. Vì P 3 = P 4 cho nên P 3 .r 4 .t = P 4 .r 4 .t       2halmhblmaaa .iω.JJ.iω.JJωωJ  Từ phương trình (1) và (3) ta có:     a 2 hlm aahblm a Ji.JJ .Ji..JJ   => Thay giá trị  a ’ vào (1) ta có :              a a 2 hlm aahblm a44 Ji.JJ .Ji..JJ Jt.r.P       a 2 hlm habhlma 44 Ji.JJ i.i.JJJ t.r.P    =>   lm a h habha JJ J i iiJ trP     2 44 .. ..  (5) (4) CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. 1. Khi gài số không tách ly hợp.  Theo phương trình (5) ta thấy lực xung kích tác dụng lên cặp bánh răng khi gài số phụ thuộc vào tổng số mômen quán tính (J m + J l ).  Vì mômen quán tính J m lớn hơn J l rất nhiều, nên khi ly hợp tách trong quá trình gài số thì lực P 4 sẽ giảm rất nhiều. 2. Khi gài số có tách ly hợp (J m =0). Phương trình (4) lúc này sẽ như sau:   ahl habhla JiJ iiJJ trP    244 . .... ..  P’ 4 - lực tác dụng lên cặp bánh răng được gài khi tách ly hợp.  Lực P’ 4 phụ thuộc mômen quán tính J l .  Để cho P’ 4 giảm, cần phải giảm J l , bởi vậy khi thiết kế ly hợp cần phải giảm mômen quán tính phần bị động xuống mức nhỏ nhất có thể được. Nhận xét: Nhận xét: (6) CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ.  Từ phương trình (4) và (6) ta thấy giá trị P 4 hoặc P’ 4 tỷ lệ thuận với hiệu số ( b -  a .i h ).  Nếu trong hộp số có đặt bộ đồng tốc thì sẽ tránh được lực va đập giữa các bánh răng khi gài số. Để vận tốc góc có thể đồng đều nhanh chóng thì ly hợp phải đảm bảo mở dứt khoát.                                                 m l a h 2 l m a h 2 m l l lma h 2 l a h 2 lml habhlma a h 2 lm a h 2 l habhla 4 4 J J 1JiJ J J i J J 1J JJJiJ JiJJJ iiJJJ JiJJ JiJ iiJJ .tP .tP ωω ωω So sánh 2 trường hợp ta có: l a2 h m a2 h 4 4 J J i J J i tP tP      Vì mômen quán tính J m lớn hơn J l rất nhiều, nên có thể xem m l J J có giá trị rất nhỏ. => (7) CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. 3. Aûnh hưởng của ly hợp khi phanh. Jm m M l i h i0 bx  Sơ đồ hệ thống truyền lực để xét tác dụng của ly hợp khi phanh Chúng ta xét trường hợp phanh gấp để dừng xe mà ly hợp vẫn đóng. Khi phanh xe sẽ có gia tốc âm dt dv Trục khuỷu chuyển động chậm dần với gia tốc góc dt d m oh bxm ii dt d dt d     dt dv r 1 r v dt d dt d bxbx bx         => CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. 3. Aûnh hưởng của ly hợp khi phanh. dt dv r i.i dt d bx h0m   => (8) Do trục khuỷu chuyển động có gia tốc góc, cho nên sẽ xuất hiện mômen các lực quán tính M j truyền từ động cơ qua ly hợp: dt d JM m mj   (9) Thay (8) vào (9) ta có : dt dv r ii JM bx h mj  .0 (10) M j phụ thuộc vào dt dv , cho nên: max 0 maxmax .        dt dv r ii JM bx h mj (11) Theo định luật Niutơn Lực phanh cực đại P p max max maxp dt dv g G P        (12) CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. 3. Aûnh hưởng của ly hợp khi phanh. Nhận xét: P pmax =  .G (13) Từ (12) và (13) ta có: δ .g dt dv max        (14) Thế (14) vào (11) ta được:   g . r ii .JM bx 0h mmaxj  M jmax > M l thì ly hợp bị trượt và hệ thống truyền lực sẽ chịu tải trọng với giá trị chỉ bằng mômen ma sát M l của ly hợp.  M jmax < M l thì ly hợp không bị trượt và hệ thống truyền lực sẽ chịu tải trọng với giá trị chỉ bằng mômen quán tính M j .  Bởi vậy khi phanh gấp, để tránh gây tải trọng quá lớn cho hệ thống truyền lực, chúng ta cần tách ly hợp. (15) CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. 4. Công trượt của ly hợp. Mô hình tính toán Đồ thị biến thiên vận tốc góc  A B  to Trượt ly hợp Tăng tốc Tốc độ ổn định m m M m J lM a a J aM 0 m a Sơ đồ để tính toán công trượt  0 – Vận tốc góc của khối lượng có mômen quán tính J m và J a sau khi ly hợp vừa kết thúc sự trượt.  m ,  a – Vận tốc góc của trục khuỷu và trục ly hợp. CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. 4. Công trượt của ly hợp. J a – Mômen quán tính của xe và rơmoóc quy dẫn về trục của ly hợp.  2 oph bx 2 mo a iii r g GG J         M a – Mômen cản chuyển động quy dẫn về trục ly hợp    tloph bx2 moa ηiii r KFvψGGM  Công trượt của ly hợp được xác định theo phương trình :    0 ldML Có hai quá trình đóng ly hợp khác nhau: Đóng ly hợp nhanh. Đóng ly hợp từ từ. Có hai phương pháp khác nhau để xác định công trượt.=> (16) CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. a. Công trượt khi đóng ly hợp đột ngột. Phương trình của hệ chủ động gồm động cơ, ly hợp (Phần A) là:  ommoml JtMM   )( Phương trình của hệ bị động ly hợp và hệ thống truyền lực (Phần B):  aoaoal JtMM   ).( (17) (18) Từ hai phương trình (17) và (18) ta suy ra:      mlaalm amam o MMJMMJ JJ t           mlaalm mlaaalmm o MMJMMJ MMJMMJ    CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. a. Công trượt khi đóng ly hợp đột ngột. Góc trượt  được xác định:  = tb.to  tb – vận tốc góc trượt trung bình:   2 am tb     Thay giá trị t 0 và  tb vào biểu thức  ta có:      mlaalm amam MMJMMJ JJ    2 2 1   Công trượt sinh ra khi đóng ly hợp đột ngột là :      mlaalm amaml l MMJMMJ JJM ML    2 2 1   CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. b. Công trượt khi đóng ly hợp từ từ.  Giai đoạn 1: Tăng mômen ma sát của ly hợp M l từ 0 đến giá trị bằng M a . Lúc đó xe bắt đầu khởi động tại chỗ.  Giai đoạn 2: Tăng mômen của ly hợp M l đến giá trị không còn tồn tại sự trượt của ly hợp. Công trượt của giai đoạn 1 được tính: Ở giai đoạn 1, ly hợp bị trượt hoàn toàn, bởi vậy công của động cơ ở giai đoạn này với thời gian t 1 sẽ tiêu hao cho sự trượt và nung nóng ly hợp. 11 2 tML ama     CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. b. Công trượt khi đóng ly hợp từ từ. Công trượt của giai đoạn 2 được tính:     2 2 2 3 2 2 1 tMJL amaama   Công trượt toàn bộ L của ly hợp là:    2ama2 1 ama21 J 2 1 t 3 2 2 t MLLL        Ở giai đoạn 2, công của động cơ với thời gian t 2 dùng để tăng tốc trục bị động của ly hợp và để thắng các sức cản chuyển động của xe. CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. b. Công trượt khi đóng ly hợp từ từ. Thời gian t 1 và t 2 được tính như sau: k A t k M t 2 a 1   k – Hệ số tỉ lệ, đặc trưng cho nhịp độ tăng mômen của đĩa ly hợp M l khi đóng ly hợp. k = 50  150 Nm/s đối với xe du lịch. k = 150  750 Nm/s đối với xe tải. Giá trị của A được xác định theo công thức:  amaJ2A  CHƯƠNG 2: LY HỢP. III. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA LY HỢP. 1. Xác định kích thước cơ bản của ly hợp. Mômen ma sát của ly hợp: maxel MM  Trong đó: M e max - Mômen xoắn cực đại của động cơ (Nm).  - Hệ số dự trữ của ly hợp. Xe du lịch :  = 1,3  1,75 Xe tải không có moóc  = 1,6  2,25 Xe tải có moóc 2  3. Phương trình (19) cũng có thể viết dưới dạng sau: (19) pRPμMβM tbel  max  - Hệ số ma sát của ly hợp. p - Số lượng đôi bề mặt ma sát. P - Lực ép lên các đĩa ma sát. R tb - bán kính ma sát trung bình (bán kính của điểm đặt lực ma sát tổng hợp). Trong đó: (20) CHƯƠNG 2: LY HỢP. III. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA LY HỢP. 1. Xác định kích thước cơ bản của ly hợp. Từ phương trình (20) xác định được lực ép cần thiết lên các đĩa ma sát: pR Mβ pR M P tb emax tb l       2 RR R 21tb   2 D 2 R R 1 R dR O Sơ đồ xác định R tb Có thể chọn đường kính ngoài của tấm ma sát theo công thức kinh nghiệm sau : C – Hệ số kinh nghiệm: Đối với xe du lịch C = 4,7 Đối với xe tải sử dụng trong điều kiện bình thường C = 3,6 Đối với xe tải đổ hàng và xe tải sử dụng trong điều kiện nặng nhọc C = 1,9. Bán kính trong R 1 của tấm ma sát có thể chọn sơ bộ như sau: R 1 = (0,53  0,75).R 2 C MD R emax22 2 18,3 2  (21) CHƯƠNG 2: LY HỢP. III. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA LY HỢP. 1. Xác định kích thước cơ bản của ly hợp. Nguyên liệu của các bề mặt ma sát Hệ số masát  Áp suất cho phép (kN/m 2 )Khô Trong dầu Thép với gang Thép với thép Thép với phêrađô Gang với phêrađô Thép với phêrađô cao su 0,15 0,18 0,15 0,20 0,25 0,35 0,2 0,4 0,5 0,03 0,07 0,07 0,15 0,07 0,15 150  300 250  400 100  250 100  250 100 250 Vật liệu chế tạo tấm ma sát của ly hợp. Số lượng đôi bề mặt ma sát p có thể tự chọn dựa vào kết cấu hiện có, sau đó tìm lực ép P cần thiết theo công thức (21), sau đó cần kiểm tra áp suất lên bề mặt ma sát rồi so sánh với bản trên.    q RRπ P S P q    2 1 2 2 Aùp suất lên bề mặt ma sát: CHƯƠNG 2: LY HỢP. III. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA LY HỢP. 2. Tính toán độ hao mòn của ly hợp.  Để xét mức độ hao mòn của ly hợp, chúng ta phải tính công trượt trên đơn vị diện tích bề mặt các tấm ma sát.  Công trượt riêng L 0 :  oo L p.S L L  Trong đó: L o – Công trượt riêng (J/m2) L – Công trượt sinh ra khi ly hợp trượt (J) S – Diện tích bề mặt tấm ma sát (m2) p - Số lượng đôi bề mặt ma sát [L o ] – Công trượt riêng cho phép tra theo bảng Loại ôtô [L 0 ] Ô tô tải có trọng tải đến 50 kN Ô tô tải có trọng tải trên 50 kN Ô tô du lịch 150.000  250.000 J/m2 400.000  600.000 J/m2 1.000.000  1.200.000 J/m2 Công trượt riêng cho phép CHƯƠNG 2: LY HỢP. III. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA LY HỢP. 3. Tính toán nhiệt độ của ly hợp.  Khi khởi hành xe tại chỗ, công trượt sinh ra sẽ lớn nhất.  Vì vậy khi tính toán nhiệt độ của ly hợp cần phải kiểm tra lúc khởi hành. Nhiệt độ tăng lên của chi tiết: Trong đó: T – Nhiệt độ tăng lên của chi tiết (0K)  – Hệ số xác định phần công trượt dùng để nung nóng chi tiết 2n 1 θ n 1 θ : Đối với đĩa ép (n – số lượng đĩa bị động) : Đối với đĩa chủ động trung gian C – Nhiệt dung riêng của các chi tiết bị nung nóng, đối với thép và gang C  500J/kg.độ m – Khối lượng của chi tiết bị nung nóng (kg). 0273 mc Lθ T     KT 0283][  CHƯƠNG 2: LY HỢP. IV. TÍNH SỨC BỀN CÁC CHI TIẾT(tham khảo sách).