ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống ly hợp xe con 7 chỗ INNOVA ZIN-130 2018

MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu 1
Chương 1 : Tổng quan về hệ thống ly hợp trên ôtô 4
1. Công dụng, phân loại và yêu cầu của ly hợp 4
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ly hợp loại đĩa ma sát khô 9
Chương 2 : Lựa chọn phương án thiết kế 14
1. Các thông số tham khảo của xe ôtô con 7 chỗ 14
2. Lựa chọn kết cấu cụm ly hợp 15
3. Lựa chọn phương án dẫn động điều khiển ly hợp 20
Chương 3 : Nội dung thiết kế tính toán 30
1. Xác định mômen ma sát của ly hợp 30
2. Xác định kích thước cơ bản của ly hợp 30
2.1. Xác định bán kính ma sát trung bình của đĩa bị động 30
2.2. Xác định số lượng đĩa bị động 31
3. Xác định công trượt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp 32
3.1. Xác định công trượt của ly hợp khi khởi động tại chỗ 32
3.2. Xác định công trượt riêng 34
3.3. Kiểm tra theo nhiệt độ các chi tiết 34
4. Tính toán sức bền một số chi tiết chủ yếu của ly hợp 35
4.1. Tính sức bền đĩa bị động 35
4.2. Tính sức bền moayơ đĩa bị động 39
4.3. Tính lò xo ép của ly hợp 41
4.4. Tính lò xo giảm chấn của ly hợp 45
4.5. Tính sức bền trục ly hợp 48
Chương 4: Tính toán hệ thống dẫn động của ly hợp 58
1. Tớnh lực và hành trỡnh bàn đạp khi không có trợ lực 59
2. Thiết kế dẫn động thủy lực 61
3. Tớnh bộ trợ lực chõn khụng 64
Chương 5 : Quy trình công nghệ gia công chi tiết 68
Tài liệu tham khảo 78
Kết luận 79

CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU CỦA LY HỢP
1.1. Công dụng ly hợp
Trong hệ thống truyền lực của ôtô, ly hợp là một trong những cụm chính, nó có công dụng là :
- Nối động cơ với hệ thống truyền lực khi ôtô di chuyển.
- Ngắt động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong trường hợp ôtô khởi hành hoặc chuyển số.
- Đảm bảo là cơ cấu an toàn cho các chi tiết của hệ thống truyền lực không bị quá tải như trong trường hợp phanh đột ngột và không nhả ly hợp.
Ở hệ thống truyền lực bằng cơ khí với hộp số có cấp, thì việc dùng ly hợp để tách tức thời động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực sẽ làm giảm va đập giữa các đầu răng, hoặc của khớp gài, làm cho quá trình đổi số được dễ dàng. Khi nối êm dịu động cơ đang làm việc với hệ thống truyền lực (lúc này ly hợp có sự trượt) làm cho mômen ở các bánh xe chủ động tăng lên từ từ. Do đó, xe khởi hành và tăng tốc êm.
Còn khi phanh xe đồng thời với việc tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, sẽ làm cho động cơ hoạt động liên tục (không bị chết máy). Do đó, không phải khởi động động cơ nhiều lần.
1.2. Phân loại ly hợp
Ly hợp trên ôtô thường được phân loại theo 4 cách :
+ Phân loại theo phương pháp truyền mômen.
+ Phân loại theo trạng thái làm việc của ly hợp.
+ Phân loại theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép.
+ Phân loại theo phương pháp dẫn động ly hợp.
1.2.1. Phân loại theo phương pháp truyền mômen
Theo phương pháp truyền mômen từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thống truyền lực thì người ta chia ly hợp ra thành 4 loại sau :
Loại 1 : Ly hợp ma sát : là ly hợp truyền mômen xoắn bằng các bề mặt ma sát, nó gồm các loại sau :
- Theo hình dáng bề mặt ma sát gồm có :
+ Ly hợp ma sát loại đĩa (một đĩa, hai đĩa hoặc nhiều đĩa).
+ Ly hợp ma sát loại hình nón.
+ Ly hợp ma sát loại hình trống.
Hiện nay, ly hợp ma sát loại đĩa được sử dụng rất rộng rãi, vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và khối lượng phần bị động của ly hợp tương đối nhỏ. Còn ly hợp ma sát loại hình nón và hình trống ít được sử dụng, vì phần bị động của ly hợp có trọng lượng lớn sẽ gây ra tải trọng động lớn tác dụng lên các cụm và các chi tiết của hệ thống truyền lực.
- Theo vật liệu chế tạo bề mặt ma sát gồm có :
+ Thép với gang.
+ Thép với thép.
+ Thép với phêrađô hoặc phêrađô đồng.
+ Gang với phêrađô.
+ Thép với phêrađô cao su.
- Theo đặc điểm của môi trường ma sát gồm có :
+ Ma sát khô.
+ Ma sát ướt (các bề mặt ma sát được ngâm trong dầu).
Ưu điểm của ly hợp ma sát là : kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
Nhược điểm của ly hợp ma sát là : các bề mặt ma sát nhanh mòn do hiện tượng trượt tương đối với nhau trong quá trình đóng ly hợp, các chi tiết trong ly hợp bị nung nóng do nhiệt tạo bởi một phần công ma sát.
Tuy nhiên ly hợp ma sát vẫn được sử dụng phổ biến ở các ôtô hiện nay do những ưu điểm của nó.
Loại 2 : Ly hợp thủy lực : là ly hợp truyền mômen xoắn bằng năng lượng của chất lỏng (thường là dầu).
Ưu điểm của ly hợp thủy lực là : làm việc bền lâu, giảm được tải trọng động tác dụng lên hệ thống truyền lực và dễ tự động hóa quá trình điều khiển xe.
Nhược điểm của ly hợp thủy lực là : chế tạo khó, giá thành cao, hiệu suất truyền lực nhỏ do hiện tượng trượt.
Loại ly hợp thủy lực ít được sử dụng trên ôtô, hiện tại mới được sử dụng ở một số loại xe ôtô du lịch, ôtô vận tải hạng nặng và một vài ôtô quân sự.
Loại 3 : Ly hợp điện từ : là ly hợp truyền mômen xoắn nhờ tác dụng của từ trường nam châm điện. Loại này ít được sử dụng trên xe ôtô.
Loại 4 : Ly hợp liên hợp : là ly hợp truyền mômen xoắn bằng cách kết hợp hai trong các loại kể trên (ví dụ như ly hợp thủy cơ). Loại này ít được sử dụng trên xe ôtô.
1.2.2. Phân loại theo trạng thái làm việc của ly hợp
Theo trạng thái làm việc của ly hợp thì người ta chia ly hợp ra thành 2 loại sau :
Ly hợp thường đóng : loại này được sử dụng hầu hết trên các ôtô hiện nay.
Ly hợp thường mở : loại này được sử dụng ở một số máy kéo bánh hơi như C - 100 , C - 80 , MTZ2 ...
1.2.3. Phân loại theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép
Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép ngoài thì người ta chia ra các loại ly hợp sau :
Loại 1 : Ly hợp lò xo : là ly hợp dùng lực lò xo tạo lực nén lên đĩa ép, nó gồm các loại sau :
- Lò xo đặt xung quanh : các lò xo được bố trí đều trên một vòng tròn và có thể đặt một hoặc hai hàng.
- Lò xo trung tâm (dùng lò xo côn).
Theo đặc điểm kết cấu của lò xo có thể dùng lò xo trụ, lò xo đĩa, lò xo côn.
Trong các loại trên thì ly hợp dùng lò xo trụ bố trí xung quanh được áp dụng khá phổ biến trên các ôtô hiện nay, vì nó có ưu điểm kết cấu gọn nhẹ, tạo được lực ép lớn theo yêu cầu và làm việc tin cậy.
Loại 2 : Ly hợp điện từ : lực ép là lực điện từ.
Loại 3 : Ly hợp ly tâm : là loại ly hợp sử dụng lực ly tâm để tạo lực ép đóng và mở ly hợp. Loại này ít được sử dụng trên các ôtô quân sự.
Loại 4 : Ly hợp nửa ly tâm : là loại ly hợp dùng lực ép sinh ra ngoài lực ép của lò xo còn có lực ly tâm của trọng khối phụ ép thêm vào. Loại này có kết cấu phức tạp nên chỉ sử dụng ở một số ôtô du lịch như ZIN-110, POBEDA...
1.2.4. Phân loại theo phương pháp dẫn động ly hợp
Theo phương pháp dẫn động ly hợp thì người ta chia ly hợp ra thành 2 loại sau :
Loại 1 : Ly hợp điều khiển tự động.
Loại 2 : Ly hợp điều khiển cưỡng bức.
Để điều khiển ly hợp thì người lái phải tác động một lực cần thiết lên hệ thống dẫn động ly hợp. Loại này được sử dụng hầu hết trên các ôtô dùng ly hợp loại đĩa ma sát ở trạng thái luôn đóng.
Theo đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống dẫn động ly hợp thì người ta lại chia ra thành 3 loại sau :
- Dẫn động bằng cơ khí.
- Dẫn động bằng thủy lực và cơ khí kết hợp.
- Dẫn động bằng trợ lực : có thể bằng trợ lực cơ khí (dùng lò xo), trợ lực bằng khí nén hoặc trợ lực bằng thủy lực. Nhờ có trợ lực mà người lái điều khiển ly hợp dễ dàng, nhẹ nhàng hơn.
1.3. Yêu cầu ly hợp
Ly hợp là một trong những hệ thống chủ yếu của ôtô, khi làm việc ly hợp phải đảm bảo được các yêu cầu sau :
- Truyền hết mômen của động cơ mà không bị trượt ở bất kỳ điều kiện sử dụng nào. Muốn vậy thì mômen ma sát của ly hợp phải lớn hơn mômen cực đại của động cơ (có nghĩa là hệ số dự trữ mômen của ly hợp phải lớn hơn 1).
- Đóng ly hợp phải êm dịu, để giảm tải trọng va đập sinh ra trong các răng của hộp số khi khởi hành ôtô và khi sang số lúc ôtô đang chuyển động.
- Mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng, tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian ngắn (vì mở không dứt khoát sẽ làm cho khó gài số được êm dịu).
- Mômen quán tính phần bị động của ly hợp phải nhỏ để giảm lực va đập lên bánh răng khi khởi hành và sang số.
- Điều khiển dễ dàng, lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ.
- Các bề mặt ma sát phải thoát nhiệt tốt.
- Kết cấu ly hợp phải đơn giản, dễ điều chỉnh và chăm sóc, tuổi thọ cao.
Ly hợp làm nhiệm vụ bộ phận an toàn để tránh quá tải cho hệ thống truyền lực.
Tất cả những yêu cầu trên, đều được đề cập đến trong quá trình chọn vật liệu, thiết kế và tính toán các chi tiết của ly hợp.
2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA LY HỢP LOẠI ĐĨA MA SÁT KHÔ
2.1. Sơ đồ cấu tạo của ly hợp loại đĩa ma sát khô

Nguyên lý làm việc của ly hợp loại đĩa ma sát khô
Nguyên lý làm việc theo hình 1.1 :
Trạng thái đóng ly hợp : ở trạng thái này lò xo 4 một đầu tựa vào vỏ 5, đầu còn lại tì vào đĩa ép 3 tạo lực ép để ép chặt đĩa bị động 2 với bánh đà 1 làm cho phần chủ động và phần bị động tạo thành một khối cứng. Khi này mômen từ động cơ được truyền từ phần chủ động sang phần bị động của ly hợp thông qua các bề mặt ma sát của đĩa bị động 2 với đĩa ép 3 và lò xo ép 4. Tiếp đó mômen được truyền vào xương đĩa bị động qua bộ giảm chấn 13 đến moayơ rồi truyền vào trục ly hợp. Lúc này giữa bi "T" 11 và đầu đòn mở 12 có một khe hở từ 3-4 mm tương ứng với hành trình tự do của bàn đạp ly hợp từ 30-40 mm.
Trạng thái mở ly hợp : khi cần ngắt truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số người lái tác dụng một lực vào bàn đạp 7 thông qua đòn kéo 9 và càng mở 10, bạc mở 6 mang bi "T" 11 sẽ dịch chuyển sang trái. Sau khi khắc phục hết khe hở bi "T" 11 sẽ tì vào đầu đòn mở 12. Nhờ có khớp bản lề của đòn mở liên kết với vỏ 5 nên đầu kia của đòn mở 12 sẽ kéo đĩa ép 3 nén lò xo 4 lại để dịch chuyển sang phải. Khi này các bề mặt ma sát giữa bộ phận chủ động và bị động của ly hợp được tách ra và ngắt sự truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số.
Nguyên lý làm việc theo hình 1.2 :
Trạng thái đóng ly hợp : ở trạng thái này các lò xo ép 7 một đầu tựa vào vỏ ly hợp 8, đầu còn lại tì vào đĩa ép 5 tạo lực ép để ép chặt toàn bộ các đĩa ma sát 4 và đĩa ép trung gian 3 với bánh đà 1 làm cho phần chủ động và phần bị động tạo thành một khối cứng. Khi này mômen từ động cơ được truyền từ phần chủ động sang phần bị động của ly hợp thông qua các bề mặt ma sát của các đĩa ma sát 4 và đĩa ép trung gian 3 với đĩa ép 5 và lò xo ép 7. Tiếp đó mômen được truyền vào xương đĩa bị động qua bộ giảm chấn 17 đến moayơ rồi truyền vào trục ly hợp. Lúc này giữa bi "T" 15 và đầu đòn mở 16 có một khe hở từ 3-4 mm tương ứng với hành trình tự do của bàn đạp ly hợp từ 30-40 mm.
Trạng thái mở ly hợp : khi cần ngắt truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số thì người lái tác dụng một lực vào bàn đạp 11 thông qua đòn kéo 13 và kéo càng mở 14, bạc mở 9 mang bi "T" 15 sẽ dịch chuyển sang trái. Sau khi khắc phục hết khe hở bi "T" 15 sẽ tì vào đầu đòn mở 16. Nhờ có khớp bản lề của đòn mở liên kết với vỏ 8 nên đầu kia của đòn mở 16 sẽ kéo đĩa ép 5 nén lò xo 7 lại để dịch chuyển sang phải tạo khe hở giữa các đĩa ma sát với các đĩa ép, đĩa ép trung gian và bánh đà. Khi này các bề mặt ma sát giữa bộ phận chủ động và bị động của ly hợp được tách ra và ngắt sự truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số.
Ngoài các trạng thái làm việc trên, thì ly hợp còn xuất hiện trạng thái trượt tương đối giữa các bề mặt ma sát của ly hợp. Hiện tượng này thường xuất hiện khi đóng ly hợp (xảy ra trong thời gian ngắn) hoặc khi gặp quá tải (phanh đột ngột mà không nhả ly hợp).
CHƯƠNG II
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1. CÁC THÔNG SỐ THAM KHẢO CỦA XE ÔTÔ INNOVA

Thông số innova
- Kích thước bao [dài x rộng x cao] (mm) 4555 x 1770 x 1745
- Chiều rộng cơ sở [trước và sau] (mm) 1510 x 1510
- Chiều dài cơ sở (mm) 2750

- Trọng lượng bản thân (KG) 1530
- Trọng lượng toàn bộ xe (KG)
2170
- Tốc độ cực đại (km/h) 200
- Động cơ 4 xilanh thẳng hàng, 16 van, cam kộp với VVT-i
- Công suất cực đại, ở 5600 vg/ph (ml) 134
- Mômen xoắn cực đại, ở 4000 vg/ph (kG.m) 18,6


- Ly hợp 1 đĩa,ma sát khô,dẫn động thủy lực có trợ lực chân không
- Tỉ số truyền của hộp số I : 4,12
lùi : 4,12
- Tỉ số truyền của truyền lực chính 4,53
- Kích thước lốp 195/70/R14T

2. LỰA CHỌN KẾT CẤU CỤM LY HỢP
2.1.Kết cấu ly hợp 1 đĩa ma sát
2.1.1. Kết cấu ly hợp lắp trên xe ZIN-130
Ly hợp lắp trên xe ZIN-130 là ly hợp một đĩa ma sát khô (hình 2.1).
- Đĩa ép 3 bị ép bởi lò xo ép 8 bố trí xung quanh vỏ ly hợp 9. Vỏ ly hợp được lắp ghép với bánh đà 2 nhờ các bulông 23. Đĩa ép 3 và vỏ ly hợp 9 liên kết với nhau bằng lò xo lá 4, mỗi lò xo lá có một đầu được tán cố định với vỏ ly hợp bằng các đinh tán và đầu còn lại được lắp cố định với đĩa ép 3 bằng các bulông. Do đó, đã tạo nên sự liên kết cứng giữa đĩa ép với vỏ ly hợp (vỏ trong) theo phương pháp tuyến để đảm bảo truyền được mômen xoắn, đồng thời đảm bảo được sự di chuyển dọc trục của đĩa ép khi mở và đóng ly hợp.
- Đĩa bị động của ly hợp trên xe ZIN-130 :
Xương đĩa bị động được chế tạo bằng thép và có xẻ rãnh. Đĩa ma sát được lắp ghép với xương đĩa bằng các đinh tán. Bộ giảm chấn gồm 8 lò xo giảm chấn đặt xung quanh cách đều nhau cùng tấm ma sát. Xương đĩa được ghép chặt với moayơ đĩa bị động bằng các đinh tán. Đinh tán được chế tạo bằng thép.
- Đòn mở ly hợp 16 (hình 2.1) : gồm có 4 chiếc và được chế tạo bằng thép. Mỗi đòn mở thì đầu ngoài liên kết khớp bản lề với đĩa ép 3 qua các ổ bi kim. Phần giữa đòn liên kết bản lề với càng nối qua ổ bi kim. Càng nối gối tựa lên vỏ ly hợp bằng đai ốc hình chỏm cầu. Các đai ốc này bị ép vào vỏ ly hợp bằng đệm đàn hồi, mỗi đệm đàn hồi này được cố định vào vỏ ly hợp bằng hai bu lông nhỏ. Nhờ có mối liên kết như vậy mà càng nối có thể chuyển động xoay để tạo ra tâm quay thay đổi ở giữa đòn mở ly hợp, cần thiết cho sự di chuyển của đĩa ép khi mở và đóng ly hợp. Đai ốc chỏm cầu còn có tác dụng điều chỉnh đầu đòn mở để các đòn mở cùng nằm trong mặt phẳng song song với mặt phẳng của đĩa ép.