Bài giảng Tính toán thiết kế ô tô - Chương 2: Li 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. lJ B aJ m b e a 1 2 3 4 M E A Jm Sơ đồ để xét ảnh hưởng của ly hợp đến sự gài số Jm – Mômen quán tính của các chi tiết chuyển động của động cơ và của phần chủ động của ly hợp [Nms2]. Jl – 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 [Nms2]. Ja – 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 [Nms2] . CHƯƠNG 2: LY HỢP. II. ẢNH HƯỞNG CỦA LY HỢP ĐẾN SỰ GÀI SỐ. 1. Khi gài số không tách ly hợp. Khi gài BR3 vào BR4. Phương trình moment xung lượng cho chuyển động quay của trục A: P4 – Lực tác dụng lên răng của bánh răng 4 trong thời gian gài số r4 – Bán kính vòng tròn lăn của bánh răng 4 t – Thời gian lực P4 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. => P3, P4 tác dụng giữa các răng là bằng nhau và thời gian gài số t là chung. Tỷ số truyền của hộp số ih 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 P3 = P4 cho nên P3.r4.t = P4.r4 .t       2halmhblmaaa .iω.JJ.iω.JJωωJ  Từ phương trình (1) và (3) ta có:     a2hlm 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       a2hlm 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 (Jm + Jl ).  Vì mômen quán tính Jm lớn hơn Jl rất nhiều, nên khi ly hợp tách trong quá trình gài số thì lực P4 sẽ giảm rất nhiều. 2. Khi gài số có tách ly hợp (Jm=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 Jl.  Để cho P’4 giảm, cần phải giảm Jl, 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 P4 hoặc P’4 tỷ lệ thuận với hiệu số (b - a.ih ).  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 ah 2 l m a h 2 m l l lmah 2 l ah 2 lml habhlma ah 2 lm ah 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 Jm lớn hơn Jl 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 i 0 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 Mj truyền từ động cơ qua ly hợp: dt d JM mmj   (9) Thay (8) vào (9) ta có : dt dv r ii JM bx h mj  .0 (10) Mj 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 Pp 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: Ppmax =  .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  Mjmax> Ml thì ly hợp bị trượt và hệ thống truyền lực sẽ chịu tải trọng với giá trị chỉ bằng mômen ma sát Ml của ly hợp.  Mjmax< Ml thì ly hợp không bị trượt và hệ thống truyền lực sẽ chịu tải trọng với giá trị chỉ bằng mômen quán tính Mj.  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 mM mJ lM a  aJ aM 0  m  a  Sơ đồ để tính toán công trượt 0 – Vận tốc góc của khối lượng có mômen quán tính Jm và Ja 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. Ja – Mômen quán tính của xe và rơmoóc quy dẫn về trục của ly hợp.  2oph bx 2 mo a iii r g GG J         Ma – 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 t0 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 Ml từ 0 đến giá trị bằng Ma. Lúc đó xe bắt đầu khởi động tại chỗ.  Giai đoạn 2: Tăng mômen của ly hợp Ml 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 t1 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:    2ama21ama21 J2 1 t 3 2 2 t MLLL        Ở giai đoạn 2, công của động cơ với thời gian t2 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 t1 và t2 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 Ml 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: Me 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. Rtb - 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   2D 2R R 1R dR O Sơ đồ xác định Rtb 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 R1 của tấm ma sát có thể chọn sơ bộ như sau: R1 = (0,53  0,75).R2 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. Nguyeân lieäu cuûa caùc beà maët ma saùt Heä soá masaùt  AÙp suaát cho pheùp (kN/m 2 )Khoâ Trong daàu Theùp vôùi gang Theùp vôùi theùp Theùp vôùi pheârañoâ Gang vôùi pheârañoâ Theùp vôùi pheârañoâ 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.    qRRπ 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 L0:  oo Lp.S L L  Trong đó: Lo – 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 [Lo] – Công trượt riêng cho phép tra theo bảng Loaïi oâtoâ [L 0 ] OÂ toâ taûi coù troïng taûi ñeán 50 kN OÂ toâ taûi coù troïng taûi treân 50 kN OÂ toâ du lòch 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).