Bài giảng Kết cấu ô tô: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:116

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 của bài giảng "Kết cấu ô tô" cung cấp cho học viên những nội dung: khái quát chung về ô tô; tải trọng tác dụng lên cơ cấu và các chi tiết của ô tô; công dụng, phân loại, yêu cầu ly hợp; công dụng, phân loại, yêu cầu hộp số; hộp số tự động; hộp phân phối;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kết cấu ô tô: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ - KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI GIẢNG KẾT CẤU Ô TÔ (Dành cho sinh viên bậc Đại học) (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Quảng Ninh, 2020
Chƣơng 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ÔTÔ 1.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ÔTÔ 1.1.1. Khái niệm Ôtô là phương tiện vận tải đường bộ chủ yếu. Nó có tính cơ động cao và phạm vi hoạt động rộng. Do vậy, trên toàn thế giới ôtô hiện đang được dùng để vận chuyển hành khách hoặc hàng hoá phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế quốc dân và quốc phòng. 1.1.2. Phân loại ôtô 1.1.2.1. Dựa vào tải trọng và số chỗ ngồi Dựa vào tải trọng và số chỗ ngồi, ôtô được chia thành các loại: - Ôtô có trọng tải nhỏ (hạng nhẹ): trọng tải chuyên chở nhỏ hơn hoặc bằng 1,5 tấn và ôtô có số chỗ ngồi ít hơn hoặc bằng 9 chỗ ngồi. - Ôtô có trọng tải trung bình (hạng vừa): trọng tải chuyên chở lớn hơn 1,5 tấn và nhỏ hơn 3,5 tấn hoặc có số chỗ ngồi lớn hơn 9 và nhỏ hơn 30 chỗ. - Ôtô có trọng tải lớn (hạng lớn): trọng tải chuyển chở lớn hơn hoặc bằng 3,5 tấn hoặc số chỗ ngồi lớn hơn hoặc bằng 30 chỗ ngồi. - Ôtô có trọng tải rất lớn (hạng nặng): tải trọng chuyên chở lớn hơn 20 tấn, thường được sử dụng ở các vùng mỏ. 1.1.2.2. Dựa vào nhiên liệu sử dụng Dựa vào nhiên liệu sử dụng, ôtô được chia thành các loại: - Ôtô chạy xăng; - Ôtô chạy dầu diezel; - Ôtô chạy khí ga; - Ôtô đa nhiên liệu (xăng, diezel, ga); - Ôtô chạy điện. 1.1.2.3. Dùa vµo c«ng dông cña «t« Dựa vào công dụng, ôtô chia thành các loại: - Ôtô vận tải; - Ôtô chở hành khách, ôtô chuyên chở hành khách bao gồm các loại: ôtô buýt, ôtô tắc xi, ôtô du lịch, ôtô chở khách liên tỉnh, ôtô chở khách đường dài; - Ôtô chuyên dùng như: ôtô cứu thương, cứu hoả, ôtô phun nước, ôtô cẩu và ôtô vận tải chuyên dùng (ôtô xi téc, ôtô thùng kín, ôtô tự đổ, ...). 1.1.2.4. Dựa theo phân loại ISO * Ôtô du lịch 1
STT Tªn gäi §Æc ®iÓm H×nh d¸ng 1. Vỏ cứng, 2-4 cửa, 4.5 Sedan, Salon chỗ ngồi 2. Vỏ cứng, 2-4 cửa, 4.6 Kombi Limousine chỗ ngồi 3. Vỏ cứng, 4.6 cửa, 4.6 Pullman chỗ ngồi 4. Coupé Vỏ cứng 2 ghế, 2 cửa 5. Cabriolet Mui dạng xếp, rời, 2 Ôtô mui trần ghế, 2 cửa 6. Vỏ cứng khoang sau Kombi rộng, 4 cửa bên, 1 cửa sau 7. Vỏ cứng khoang sau Ôtô chở khách nhỏ (mini rộng, 2-4 cửa bên, 1 cửa buýt) sau 8. Khoang sau chuyên Ôtô bán tải (pick-up) dùng, 2 cửa bên 9. Chở người, chở hàng, đi Ôtô đa năng được ở nhiều địa hình * ¤t« chë ng-êi (buýt) STT Tªn gäi §Æc ®iÓm H×nh d¸ng Ôtô khách loại nhỏ (mini 1. 9-16 chỗ ngồi bus) 2. Ôtô khách đường dài (bus) 2 cửa bên lớn Ôtô khách thành phố (city 3. 2-3 cửa bên lớn bus) 4. Ôtô khách liên tỉnh (bus) 2 cửa bên Xe kéo, rơ moóc Ôtô khách thành phố loại 5. dính liền, nhiều cửa hai thân bên Chạy điện trong 6. Ôtô điện chở khách thành phố Ôtô khách du lịch chuyên Có đầy đủ tiện nghi 7. dụng sinh hoạt 2
* ¤t« t¶i STT Tªn gäi §Æc ®iÓm H×nh d¸ng Có buồng lái và 1. Ôtô tải đa dụng thùng chứa hàng Có buồng lái và 2. Ôtô tải chuyên dụng khoang chứa hàng chuyên dùng Có buồng lái và 3. Ôtô tải tự đổ thùng tự đổ Có buồng lái và 4. Ôtô kéo mâm xoay liên kết * §oµn xe STT Tªn gäi §Æc ®iÓm H×nh d¸ng Gồm xe kéo và 1. Đoàn xe chở khách rơmoóc Gồm xe kéo và 2. Đoàn xe vận tải rơmoóc Gồm ôtô kéo và Đoàn xe kéo bán moóc một 3. bán moóc một trục trục Đoàn xe kéo bán moóc vận Gồm xe kéo và 4. tải bán moóc hai trục Gồm xe kéo và 5. Đoàn xe kéo nhiều moóc nhiều moóc nối tiếp Gồm xe kéo và 6. Đoàn xe kéo thân dài bán moóc thân dài 1.2. CẤU TẠO CHUNG CỦA ÔTÔ 1.2.1. Lịch sử và xu hƣớng phát triển ôtô Từ những năm 1860 chiếc ôtô đầu tiên sử dụng động cơ đốt trong đã ra đời. Những ôtô này sử dụng động cơ 2 mã lực tốc độ cực đại khoảng 20 km/h. Sự ra đời của ôtô dùng động cơ đốt trong đã thách thức các phương tiện vận tải bộ thô sơ thời bấy giờ và ngày càng thúc đẩy ngành vận tải đường bộ phát triển. Đến nay, công nghiệp chế tạo ôtô trên thế giới đã phát triển rất mạnh và đã chế tạo được nhiều loại ôtô hiện đại với tốc độ lớn nhất đạt hàng trăm km/h. Các gam tải trọng cũng rất đa dạng, phổ biến từ 0,5 - 10 tấn. Đặc biệt có những loại ôtô tải nặng có trọng tải đến 60 tấn. Đấy là chưa kể đến phương thức vận tải chuyên dụng và bằng đoàn xe. Xu hướng phát triển ôtô trên thế giới hiện nay là: tăng tải trọng, tăng tốc độ, tăng tính kinh tế nhiên liệu, tăng tính tiện nghi và giảm ô nhiễm môi trường. Để phục vụ cho xu hướng phát triển nêu trên các thành tựu khoa học kỹ thuật mới như: tin học, tự động điều khiển, điện tử, vật liệu mới, ... đều đã được ngành chế tạo ôtô ứng dụng. 3
1.2.2. Cấu tạo chung Ôtô bao gồm năm phần chính: động cơ, gầm, hệ thống điện, cabin (vỏ xe) và hệ thống các thiết bị phụ khác (radio, điều hoà, tời kéo, …). - Động cơ ôtô: động cơ là nguồn động lực chủ yếu của ôtô. Hiện nay, trên ôtô sử dụng phổ biến nhất là động cơ đốt trong kiểu pittông 4 kỳ. - Gầm ôtô: gầm ôtô bao gồm hàng loạt các hệ thống: + Hệ thống truyền lực có nhiệm vụ nhận và truyền động lực từ động cơ đến bánh xe chủ động. + Hệ thống chuyển động gồm khung vỏ, các vỏ cầu, bánh xe, hệ thống treo. + Hệ thống điều khiển gồm hệ thống lái và hệ thống phanh. - Điện ôtô: gồm điện động cơ và điện thân xe với hệ thống cung cấp điện, hệ thống đánh lửa, hệ thống khởi động, hệ thống tín hiệu và chiếu sáng, hệ thống thông tin, chẩn đoán, .... 1.3. BỐ TRÍ CHUNG TRÊN ÔTÔ 1.3.1. Bố trí chung trên ôtô chủ yếu phụ thuộc phụ vào sự bố trí của động cơ và hệ thống truyền lực. Hệ thống truyền lực (HTTL) có thể tập hợp các cụm chức năng khác nhau. Thông thường bao gồm: Hình 1.1.a Bố trí chung động cơ và hệ thống truyền lực trên ôtô 4
- Ly hợp, hộp số chính, cầu chủ động, trục các đăng, bánh xe; - Ly hợp, hộp số chính, hộp phân phối, cầu chủ động, trục các đăng, khớp nối, bánh xe; - Hoặc hộp số cơ khí thuỷ lực (hộp số thuỷ cơ), hộp phân phối, cầu chủ động, trục các đăng, khớp nối, bánh xe, v.v.. Số lượng cụm có thể khác nhau tuỳ thuộc vào tính năng kỹ thuật của ôtô. Trên hình 1.1.a và 1.1.b giới thiệu các sơ đồ bố trí chung thường gặp trên ôtô. - Sơ đồ a: động cơ, ly hợp, hộp số đặt hàng dọc phía trước đầu ôtô, cầu chủ động đặt sau ôtô, trục các đăng nối giữa hộp số và cầu chủ động. Chiều dài từ hộp số đến cầu chủ động sau khá lớn nên giữa trục phải đặt ổ treo. Sơ đồ này thông dụng và quen thuộc trên nhiều ôtô đã gặp. - Sơ đồ b: động cơ, ly hợp, hộp số chính, cầu ôtô nằm dọc và ở phía trước, tạo nên cầu trước chủ động. Toàn bộ các cụm liên kết với nhau thành một khối lớn, gọn. Nhờ cấu trúc này trọng tâm xe nằm lệch hẳn về phía đầu ôtô, kết hợp với cấu tạo vỏ ôtô tạo khả năng ổn định cao khi có lực bên tác động, đồng thời giảm độ nhạy cảm với gió bên. Song không gian đầu ôtô rất chật hẹp. - Sơ đồ c: động cơ, ly hợp, hộp số, nằm ngang đặt trước ôtô, cầu trước chủ động. Toàn bộ cụm truyền lực làm liền khối, trọng lượng khối động lực nằm lệch hẳn về phía trước đầu ôtô giảm đáng kể độ nhạy cảm của ôtô với lực bên nhằm nâng cao khả năng ổn định ở tốc độ cao. Trong cầu chủ động: bộ truyền bánh răng trụ thay thế cho bộ truyền bánh răng côn. - Sơ đồ b, c ngày nay thông dụng, đặt trên các ôtô con một cầu chủ động, có tốc độ cao nhằm đảm bảo trọng lượng phân bố về phía trước lớn (kể cả khi ôtô đầy tải) điều này có lợi cho khả năng điều khiển ôtô và giảm nhẹ công việc lắp ráp trong sản xuất. - Sơ đồ d: động cơ, ly hợp, hộp số, cầu chủ động làm thành một khối gọn ở phía sau ôtô, cầu sau chủ động. Cụm động cơ nằm sau cầu chủ động. Cấu trúc này hiện nay ít gặp trên ôtô loại 4, 5 chỗ ngồi, tuy vậy vẫn tồn tại vì lý do công nghệ truyền thống của các hãng sản xuất hoặc thực hiện trên các loại ôtô mini buýt. - Sơ đồ e: giống như sơ đồ d nhưng cụm động cơ nằm quay ngược lại, đặt trước cầu sau. Hai dạng cấu trúc này rất phù hợp cho việc tăng lực kéo của xe, tức là đảm bảo khả năng tăng tốc của ôtô tốt, hạ thấp chiều cao đầu ôtô, phù hợp với việc tạo dáng khí động học cho ôtô cao tốc. - Sơ đồ g: động cơ, ly hợp đặt trước xe, hộp số chính, cầu xe đặt sau ôtô và cũng tạo nên một khối lớn, trục các đăng nối giữa ly hợp và hộp số chính. Trục các đăng đặt kín trong vỏ bọc làm tốt việc bảo vệ che bụi cho hệ thống. Trọng lượng san đều cho cả hai cầu. - Sơ đồ h: động cơ, ly hợp đặt trước, hộp số chính, hộp phân phối đặt dọc phía đầu ôtô, cầu trước và cầu sau chủ động. Nối giữa hộp phân phối và các cầu là 5
các trục các đăng. Sơ đồ này thường gặp ở ôtô có khả năng việt dã cao, ôtô chạy trên đường xấu. - Sơ đồ i: động cơ, hộp số, ly hợp, cầu trước thành một khối nằm phía đầu ôtô, đáp ứng nhu cầu tăng trọng lượng lên cầu trước. Cầu sau chủ động nối với hộp số chính thông qua khớp ma sát, không có hộp phân phối. Kết cấu đơn giản và ôtô có tính năng việt dã tốt, nhất là khi ôtô hoạt động trên mặt đường trơn. Hình 1.1.b Bố trí chung động cơ và hệ thống truyền lực trên ôtô 1.3.2. Yêu cầu cách bố trí chung trên ôtô Bố trí động cơ và các tổng thành trên ôtô phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau: - Hệ số sử dụng chiều dài  phải lớn: 1  L Trong đó: l: chiều dài thùng chứa hàng (buồng chứa) (m) L: chiều dài toàn bộ của ôtô (m) 6
- Chỗ ngồi của người lái phải đảm bảo an toàn dễ thao tác và vệ sinh công nghiệp, có chỗ để kiểm tra, bảo dưỡng các tổng thành. - Sự phân bố tải trọng lên các cầu phải hợp lý sao cho bảo đảm yêu cầu về kéo, bám, hãm, chuyển hướng ổn định. 1.3.3. Bố trí động cơ Trên hình (1.2a) bố trí động cơ ở phía trước ngoài buồng lái sử dụng nhiều trên xe tải. Ưu điểm: Dễ kiểm tra, bảo dưỡng, điều chỉnh, bố trí cơ cấu điều khiển động cơ, ly hợp, hộp số,....thuận lợi. Hình 1-2 Bố trí động cơ trên ôtô Nhược điểm: Hệ số  nhỏ, tầm nhìn của người lái kém. - Hình (1.2.b,c) động cơ đặt ở phía trước, trong buồng lái ta thấy tầm nhìn của lái xe tốt, nâng cao được , song kiểm tra và bảo dưỡng động cơ khó. Khắc phục nhược điểm này người ta làm buồng lái lật được (1.2.h) - Hình (1.2.d): động cơ đặt đằng sau thường sử dụng ở xe con, xe khách. Theo kiểu bố trí này vị trí của người lái ngồi rất tốt, khoang hành khách được cách nhiệt tốt, kết cấu truyền lực gọn, tăng độ bám. Việc điều khiển động cơ, ly hợp, hộp số....phức tạp. - Hình (1.2.e): bố trí động cơ ở dưới sàn, thường sử dụng ở xe khách có ưu điểm như phương án trên song làm giảm khoảng sáng gầm xe và khó kiểm 7
tra, bảo dưỡng, sửa chữa. Việc điều khiển động cơ, ly hợp, hộp số....từ xa nên phức tạp. 1.3.4. Bố trí hệ thống truyền lực Có rất nhiều kiểu bố trí hệ thống truyền lực ở ôtô, tùy theo tổng số bánh xe và số lượng bánh xe chủ động của một ôtô. Ta ký hiệu 4 x 2; 4 x 4; 6 x 4; 6x 6... là các công thức bánh xe, trong đó số thứ nhất biểu thị tổng số bánh xe của một xe (loại bánh kép cũng chỉ tính một bánh xe), số thứ hai chỉ số bánh xe chủ động. Kiểu hệ thống truyền lực có ảnh hưởng rất lớn đến bố trí chung toàn xe. Ở sơ đồ hình (1.3a) động cơ được đặt ở phía trước xe dẫn động cầu chủ động phía sau. Sơ đồ này tương đối phù hợp với ôtô vận tải nó tận dụng được lực bám khi xe đầy tải. Theo sơ đồ này trục truyền các đăng tương đối dài nên người ta lắp ổ đỡ trung gian cho trục truyền, ta gặp trên các ôtô Gaz 53, zil 130, MAZ, giải phóng... Ở sơ đồ hình (1.3b) động cơ và cầu chủ động đều được bố trí ở phía trước, nên kết cấu hệ thống truyền lực khá gọn (có thể động cơ và cầu chủ động cùng đặt ở phía sau). Thông thường loại bố trí này sử dụng ở hệ thống treo độc lập. Trong trường hợp này toàn bộ các cụm động cơ, ly hợp, hộp số, truyền lực chính, vi sai được lắp lên khung xe qua gối đỡ cao su đàn hồi. Như vậy cả cụm tổng thành này không có chuyển động tương đối so với khung xe trong quá trình hoạt động. Sự dịch chuyển tương đối của bánh xe chủ động so với khung xe nhờ bán trục có hai khớp các đăng đơn. Với loại xe 4 x 4 hoặc 6 x 6 như hình (1.3c, d...k) có thêm hộp phân phối (8) để phân phối mômen xoắn đến các cầu hoặc có thêm hộp trích công suất (7) để truyền mômen xoắn đến tang tời (10). Có thể truyền động các đăng đến cầu giữa rồi ra cầu sau hoặc từ hộp phân phối ra cầu giữa và cầu sau riêng (k). H×nh 1.3. S¬ ®å bè trÝ hÖ thèng truyÒn lùc 8
Chƣơng 2 TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÁC CƠ CẤU VÀ CHI TIẾT CỦA ÔTÔ Ôtô là một hệ động lực học phức tạp, chuyển động với tốc độ cao trên các loại đường khác nhau, cho nên tình trạng chịu tải không đơn giản. Khi nghiên cứu độ bền của các kết cấu, chi tiết ôtô ngoài tải trọng tĩnh cần xét đến tải trọng động. Thông qua sự tổng hợp giữa tải trọng tĩnh, hệ số an toàn, thống kê xác suất tải trọng động, chúng ta có một chế độ tải trọng tính toán và thiết kế. Trên mỗi loại ôtô, giá trị lớn nhất của mômen xoắn M emax của động cơ đã được xác định, ta coi Memax là tải trọng tĩnh. Tùy theo điều kiện sử dụng (khi xe chạy) có lúc các cơ cấu và chi tiết của ôtô chịu những tải trọng động rất lớn nhưng thời gian tác dụng ngắn. Chúng ta có thể sử dụng hệ số tải trọng động. Tải trọng động Kđ = Tải trọng tĩnh Để biểu thị mức độ ảnh hưởng lúc có tải trọng động, ta sẽ xét một số trường hợp thường gặp phát sinh tải trọng động. 2.1. CÁC TRƢỜNG HỢP SINH RA TẢI TRỌNG ĐỘNG 2.1.1. Đóng ly hợp đột ngột Khi khởi hành ôtô việc đóng ly hợp đột ngột sẽ sinh ra tải trọng động rất lớn, vì tốc độ góc của phần bị động tăng lên rất nhanh trong một thời gian ngắn do đó dẫn đến sự xuất hiện gia tốc góc và mômen quán tính. Ta thấy xe bị giật mạnh hoặc động cơ chết máy. Hiện nay chưa có phương pháp giải tích để tính toán tải trọng động sinh ra trong trường hợp này. Thường sử dụng công thức kinh nghiệm có khái niệm về định tính: i 8 Kd   . (2-1) i - : hệ số dự trữ mômen của ly hợp - i: tỉ số truyền chung cho cả hệ thống truyền lực ứng với tay số đang nghiên cứu Kết quả thí nghiệm đóng ly hợp đột ngột của xe A3-51 Khởi hành tại chỗ với các Hệ số Kđ khi nối bộ ly hợp Tỉ lệ giữa mômen động và tay số đột ngột tĩnh của bộ ly hợp 2 3 1,67 3 3,35 1,82 4 3,66 2,03 2.1.2. Phanh mà không cắt ly hợp 2.1.2.1. Trong quá trình phanh Những trường hợp khẩn cấp người ta phanh ôtô không cắt bộ ly hợp, lúc này tải trọng động gây ra dưới dạng mômen quán tính. Đặc trưng của trường hợp này được biểu diễn bằng sơ đồ sau (hình 2.2): 9
Khi phanh do tác dụng của cơ cấu phanh nên xe chuyển động chậm dần với gia tốc âm Jp: lúc này bộ ly hợp không bị cắt nên thông qua hệ thống truyền lực được chuyển thành gia tốc góc âm  ở trục khuỷu động cơ - chủ yếu là ở bánh đà chuyển động với gia tốc góc âm  nên xuất hiện mômen quán tính. M J  J BĐ . (2-2) Trong đó: - JBĐ: mômen quán tính của bánh đà (kg.m2) -  : gia tốc góc (1/s2) - Mj: tải trọng động (N.m) Hình 2.2. Sơ đồ tính toán tải trọng động khi phanh không cắt ly hợp Quan hệ giữa  và Jp như sau; i0 .ih  (2-3) rbx .J p Trong đó: - i0: tỉ số truyền của truyền lực chính - ih: tỉ số truyền của hộp số ứng với tay số đang sử dụng - rbx: bán kính bánh xe (m) - Jp: gia tốc phanh (m.s-2) Điều kiện phanh tốt nhất là Ppmax = P = Gb. thì có gia tốc phanh lớn nhất  .g J P max   Trong đó: - : hệ số bám - g: gia tốc trọng trường (m.s-2) - : hệ số kể đến ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay trong lý thuyết ôtô  được tính: n g. J bx g.J BD .i02 .ih2 .   1 i 1  G.rbx2 G.rbx2 10
Trong đó: - G: trọng lượng của ôtô (N) - Jbx: mômen quán tính của một bánh xe (kg.m2) - n: số lượng bánh xe ôtô - : hiệu suất truyền lực và mômen lực quán tính lớn nhất là: i0 .ih .g M J max  J BD . . (2-4) rbx  Từ đây ta có nhận xét: - Nếu .Mms < MJmax thì ly hợp bị trượt, không truyền MJmax xuống hệ thống truyền lực tránh được tải trọng động này. - Nếu MJmax < Mms. ly hợp không bị trượt, MJmax sẽ tác động lên hệ thống truyền lực 2.1.2.2. Sau khi các bánh xe đã bị hãm Mặc dù các bánh xe đã hãm chặt, xe dừng, do không cắt bộ ly hợp nên quán tính bánh đà còn quay một góc BĐ rồi mới dừng hẳn, Mjmax vẫn tác dụng lên hệ thống truyền lực làm cho nó bị xoắn (xét trường hợp ly hợp không trượt). dBD Trước khi động cơ dừng bánh đà chuyển động chậm dần với gia tốc góc dt làm xuất hiện lực quán tính dBD M J  J BD . (2-5) dt Cùng với góc quay BĐ, MJ này sẽ truyền qua ly hợp, gây xoắn hệ thống truyền lực, quan hệ góc xoắn được tính theo:  BD  c .ih  n .i0 .ih (2-6) Trong đó: - c: góc xoắn của trục các đăng (rad) - n: góc xoắn của nửa trục trái (rad) các góc xoắn tính theo "sức bền vật liệu" M j .ih .ic c  (2-7) J c .G M j .i0 .ih .i n  2.J c .G Trong đó: - lc, ln: chiều dài của trục các đăng và nửa trục (m) - Jc, Jn: mômen quán tính độc cực của tiết diện trục các đăng và nửa trục (m4) - G: mô đun trượt của vật liệu (N.m-2) Thay các giá trị C, n vào (2.6) ta có  ih2 .ic i02 .ih2 .in   BD  M J    (2-8)  c J .G 2 . J c .G  1 Nếu gọi: C 2 (N.m.rad-1) (2-9) i .i i 2 .i 2 .i h c  0 h n J c .G 2.J c .G 11
là độ cứng chống xoắn của hệ thống truyền lực khi các bánh xe cùng bị hãm lúc đó mômen quán tính có thể viết: M J  C. BD (2-10) từ (2.5) và (2.10) ta có: dBD J BD   C. BD (2-11) dt Giải phương trình vi phân (2.11) bằng phương pháp tách biến và điều kiện ban đầu (BDO) (tốc độ góc của bánh đà lúc bắt đầu chuyển động chậm dần) ta có: J BD  BD max  bDO . (2-12) C M J max  BDO . J BDO .C (2-13) Giá trị MJ có trị số cực đại khi đang sử dụng ở số truyền thẳng i h = 1 hoặc số truyền tăng ih < 1. 2.2. TẢI TRỌNG TÍNH TOÁN DÙNG TRONG THIẾT KẾ ÔTÔ 2.2.1 Tải trọng tính toán dùng cho hệ thống truyền lực Tính toán ôtô theo tải trọng động rất phức tạp vì nó thay đổi tùy từng điều kiện sử dụng và đường xá. Hiện nay người ta chủ trương tính toán ôtô theo tải trọng tĩnh và có xét đến điều kiện động bằng cách chọn hệ số an toàn thích hợp đưa vào hệ số tải trọng động bằng thực nghiệm. Phương pháp xác định tải trọng tính toán: tính mômen từ động cơ và mômen theo sự bám giữa bánh xe và mặt đường truyền đến chi tiết đang nghiên cứu (trong lý thuyết ôtô đã đề cập đến điều kiện tốt nhất là mômen kéo tại bánh xe chủ động bằng mômen bám Mk = M, nếu MK > M (chỉ dùng phần MK = M) còn phần MK thừa sẽ làm cho bánh xe quay trượt. Nếu M > MK sẽ không sử dụng hết lực bám và chi tiết chỉ chịu tải MK). - Mômen truyền từ động cơ đến chi tiết tính toán được tính: MK = Memax.i. (2-14) Trong đó: - Memax: mômen xoắn lớn nhất của động cơ (N.m) - i: tỉ số truyền động cơ đến chi tiết cần tính toán - : hiệu suất truyền lực từ động cơ đến chi tiết tính toán - Mômen tính theo điều kiện bám X .Pbx ..rbx M  (2-15) i . Trong đó: - X: số lượng bánh xe chủ động - Pbx: tải trọng thẳng đứng tác dụng lên 1 bánh xe chủ động (N) - : hệ số bám (0,7  0,8) - rbx: bán kính bánh xe (m) - i: tỉ số truyền từ chi tiết đang tính toán đến bánh xe chủ động - : hiệu suất truyền lực từ chi tiết tính toán đến bánh xe chủ động 2.2.2. Tải trọng tính toán dùng trong hệ thống khác 2.2.2.1.Chế độ tải trọng tác dụng lên cơ cấu phanh 12
Ta chọn chế độ tính toán cho cơ cấu phanh khi phanh đạt hiệu suất cực đại là Mp = M (hoặc Pp = P) sử dụng toàn bộ lực bám của xe khi phanh đến khi bánh xe sắp (hoặc gần) trượt lê ta có Mp = M = Zbx .rbx .. Đối với ôtô hai cầu mômen phanh phía trước và phía sau được xác định. M P1   .rbx . 2.L .g b  .hg   m0  (2-16) M   .r . m0 .g .a  .h   P 2 bx 2.L g Trong đó: - Zbx: phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe (N) - L, hg, a, b: chiều dài cơ sở, chiều cao trọng tâm xe, khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước, cầu sau (m) - g: gia tốc trọng trường (m.s-2) - m0: hệ số phân bố tải trọng Thông thường chọn trb = 0,4  0,55 khi phanh với cường độ cực đại trên đường có  < tb bánh trước bị khóa cứng và trượt lê, mất tính dẫn hướng còn  > tb thì bánh sau bị khóa cứng trước. 2.2.2.2. Tải trọng tác dụng lên hệ thống lái - Mômen cực đại tác dụng lên vành tay lái M  Pmax .R (N.m) (2-17) R: bán kính vành tay lái (m) Pmax: lực cực đại tác dụng lên vành tay lái, với xe tải chọn khoảng (400  500) N, với xe con chọn khoảng (150  200)N. Ngoài ra với các chi tiết của hệ thống treo và cầu khi tính toán sức bền ngoài việc dựa vào tải trọng cực đại tác dụng thông qua tải trọng tĩnh còn phải kể đến hệ số tải trọng động. Thực nghiệm đã chỉ rõ hệ số tải trọng động tăng khi độ cứng của hệ thống treo và tốc độ chuyển động tăng và tải trọng của ôtô giảm. Vì vậy khi tính người ta lựa chọn sao cho thật phù hợp. 13
Chƣơng 3 LY HỢP 3.1. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU 3.1.1. Công dụng 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 khi gặp quá tải như trong trường hợp phanh đột ngột mà không nhả ly hợp. 3.1.2. Phân loại 3.1.2.1. Theo phương pháp truyền mômen Theo phương pháp truyền mômen từ trục khuỷu của động cơ đến hệ thống truyền lực người ta chia ly hợp thành các loại sau: - Ly hợp ma sát: mômen truyền động nhờ các bề mặt ma sát. - Ly hợp thuỷ lực: mômen truyền động nhờ năng lượng của chất lỏng. - Ly hợp điện từ: mômen truyền động nhờ tác dụng của từ trường nam châm điện. - Ly hợp liên hợp: mômen truyền động bằng cách kết hợp hai trong các loại kể trên. 3.1.2.2. Theo trạng thái làm việc của ly hợp Theo trạng thái làm việc của ly hợp người ta chia ly hợp ra thành 2 loại sau: - Ly hợp thường đóng. - Ly hợp thường mở. 3.1.2.3. Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép Theo phương pháp phát sinh lực ép trên đĩa ép người ta chia ra các loại ly hợp sau: - Loại lò xo (lò xo đặt xung quanh, lò xo trung tâm, lò xo đĩa); - Loại nửa ly tâm: lực ép sinh ra ngoài lực ép của lò xo còn có lực ly tâm của trọng khối phụ ép thêm vào; - Loại ly tâm: ly hợp ly tâm sử dụng lực ly tâm để tạo lực ép đóng và mở ly hợp. 3.1.2.4. Theo phương pháp dẫn động ly hợp Theo phương pháp dẫn động ly hợp người ta chia ly hợp ra thành các loại sau: - Ly hợp dẫn động cơ khí; - Ly hợp dẫn động thuỷ lực; - Ly hợp dẫn động có cường hoá: - Ly hợp dẫn động cơ khí cường hoá khí nén; - Ly hợp dẫn động thuỷ lực cường hoá khí nén. 3.1.3. Yêu cầu - Ly hợp phải có khả năng truyền được mômen lớn nhất của động cơ mà không bị trượt ở bất kỳ điều kiện sử dụng nào, muốn vậy mômen ma sát sinh ra trong ly hợp phải lớn hơn mômen xoắn của động cơ. 14
- Khi đóng ly hợp phải êm dịu để giảm tải trọng va đập sinh ra trong các răng của bánh răng trong hộp số khi khởi hành ôtô và khi sang số lúc ôtô đang chuyển động. - Khi mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng, tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực trong thời gian ngắn. - 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 chăm sóc. 3.2. BỘ LY HỢP MA SÁT Đối với hệ thống ly hợp, về mặt cấu tạo người ta chia thành 2 bộ phận chính: - Cơ cấu ly hợp: là bộ phận thực hiện việc nối và ngắt truyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực. - Dẫn động ly hợp: là bộ phận thực hiện việc điều khiển đóng mở ly hợp. 3.2.1. Ly hợp ma sát khô một đĩa bị động lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh Hình 3.1.a. Sơ đồ cấu tạo ly hợp ma sát khô một đĩa lò xo trụ bố trí xung quanh 1 - bánh đà; 2 - đĩa ma sát;3 - đĩa ép; 4 - lò xo ép; 5 - vỏ ly hợp; 6 - bạc mở; 7 - bàn đạp; 8 - lò xo hồi vị bàn đạp;9 - đòn kéo; 10 - càng mở; 11 - bi "T"; 12 - đòn mở; 13 - bộ giảm chấn. 15
Nhìn theo B Hình 3.1.b. Cấu tạo của ly hợp 1 đĩa bị động lò xo trụ bố trí xung quanh 1- trục khuỷu; 2,3 - bulông; 4 - bánh đà; 5 - đĩa ép; 6 - tấm thép truyền lực; 7 - tấm đệm; 8 - bulông; 9 - vỏ ly hợp; 10 - đệm cách nhiệt; 11 - lò xo ép; 12 - vỏ trong ly hợp; 13 - bi "T"; 14 - bạc mở; 15 - lò xo hồi vị bạc mở; 16 - ống trượt; 17 - càng mở; 18 - đòn mở; 19 - đai ốc điều chỉnh; 20 - bulông điều chỉnh; 21 - tấm hãm; 22 - quang treo; 23 - cácte ly hợp; 24 - bulông; 25 - chốt; 26 - bi kim; 27 - bulông; 28 - đĩa bị động; 29 - vú mỡ; 31 - bulông; 32 - tấm thép; 33 - trục ly hợp; 34 - ngõng trục ly hợp. 3.2.1.1. Cấu tạo Cấu tạo chung của ly hợp được chỉ ra trên hình 3.1.a và 3.1.b. hình 3.1.a thể hiện cấu tạo của ly hợp dưới dạng sơ đồ đơn giản. hình 3.1.b thể hiện kết cấu thực của nó. Cấu tạo của ly hợp có thể chia thành 2 nhóm chính sau: - Nhóm các chi tiết chủ động gồm bánh đà, vỏ ly hợp, đĩa ép, đòn mở và các lò xo ép. Khi ly hợp mở hoàn toàn thì các chi tiết thuộc nhóm chủ động sẽ quay cùng với bánh đà. - Nhóm các chi tiết bị động gồm đĩa bị động (đĩa ma sát), trục ly hợp. Khi ly hợp mở hoàn toàn các chi tiết thuộc nhóm bị động sẽ đứng yên. Theo sơ đồ cấu tạo ở hình 3.1.a, vỏ ly hợp 5 được bắt cố định với bánh đà 1 bằng các bulông, đĩa ép 3 có thể dịch chuyển tịnh tiến trong vỏ và có bộ phận truyền mômen từ vỏ 5 vào đĩa ép. Các chi tiết 1, 3, 4, 5 được gọi là phần chủ động của ly hợp, chi tiết 2 được gọi là phần bị động của ly hợp. Các chi tiết còn lại thuộc bộ phận dẫn động ly hợp. Cấu tạo thực tế của ly hợp ma sát khô một đĩa bị động, lò xo trụ bố trí xung quanh được thể hiện trên hình 3.1.b. Cũng như ở sơ đồ nguyên lý, cấu tạo của ly hợp khô một đĩa ma sát lò xo trụ bố trí xung quanh gồm các bộ phận chính sau: Bộ phận chủ động bao gồm: bánh đà 4, đĩa ép 5 và vỏ 12; 16
Bộ phận bị động bao gồm: đĩa ma sát 28, trục ly hợp 33 (và các chi tiết quay cùng trục ly hợp) Kết cấu của một số bộ phận chính trong ly hợp: + Lò xo ép có dạng hình trụ được bố trí xung quanh với số lượng 9,12, ... với cách bố trí này kết cấu nhỏ gọn khoảng không gian chiếm chỗ ít vì lực ép lên đĩa ép qua nhiều lò xo cùng một lúc. Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là các lò xo không đảm bảo được các thông số giống nhau hoàn toàn, do đó phải lựa chọn thật kỹ nếu không lực ép trên đĩa ép sẽ không đều làm tấm ma sát mòn không đều. + Đĩa ma sát (đĩa bị động) của ly hợp là một trong những chi tiết đảm bảo yêu cầu của ly hợp là đóng phải êm dịu. Hình 3.2 Cấu tạo đĩa ma sát 1,13:tấm ma sát, 2: lỗ đinh tán, 3:xương đĩa tấm, 4: đinh tán, 5: vành đĩa, 6,9: vành đệm, 10,11: lò xo, 8,12: khung giảm chấn Kết cấu các chi tiết của đĩa ma sát được thể hiện trên hình 3.2. Để tăng tính êm dịu người ta sử dụng đĩa bị động loại đàn hồi, độ đàn hồi của đĩa bị động được giải quyết bằng cách kết cấu có những hình dạng đặc biệt và có thể dùng thêm những chi tiết có khả năng làm giảm độ cứng của đĩa. Trong kết cấu của xương đĩa bị động gồm nhiều chi tiết lắp ghép với nhau để giảm độ cứng của xương đĩa. như trên hình 3.2 xương đĩa được ghép từ vành đĩa 5 với các tấm 3 bằng các đinh tán 4. Có xẻ những rãnh hướng tâm hoặc ghép bằng nhiều tấm, các đường xẻ này chia đĩa bị động ra làm nhiều phần. Xương đĩa được tán với các tấm ma sát 1 tạo thành đĩa ma sát. Trong quá trình làm việc của ly hợp do có trượt nên sinh công ma sát và sinh nhiệt nên tấm ma sát phải có những yêu cầu đảm bảo hệ số ma sát cần thiết, có khả năng chống mài mòn ở nhiệt độ cao, có độ bền cơ học cao. Giữa xương đĩa và moayơ của đĩa bị động có bố trí bộ giảm chấn, để tránh cho hệ thống truyền lực của ôtô khỏi những dao động cộng hưởng sinh ra khi có sự trùng hợp một trong những tần số dao động riêng của hệ thống truyền lực với tần số dao động của lực gây nên bởi sự thay đổi mômen quay của động cơ. Chi tiết đàn hồi của giảm chấn là các lò xo 11 dùng để giảm độ cứng của hệ thống truyền lực do đó giảm được tần số dao động riêng và khắc phục khả năng xuất 17
hiện ở tần số cao. Do độ cứng tối thiểu của các chi tiết đàn hồi của giảm chấn bị giới hạn bởi điều kiện kết cấu của ly hợp, cho nên hệ thống truyền lực của ôtô không thể tránh khỏi cộng hưởng ở tần số thấp. Bởi vậy ngoài chi tiết đàn hồi ra trong bộ giảm chấn còn có chi tiết ma sát 6 và 9 nhằm thu năng lượng của các dao động cộng hưởng ở tần số thấp. + Các đòn mở ly hợp (thường là 3 hoặc 4) có dạng đòn bẩy dùng để kéo đĩa ép khi mở ly hợp. Một đầu đòn mở được tựa trên vỏ ly hợp còn đầu kia nối với đĩa ép. a. b. Hình 3.3 Đòn mở ly hợp 1 - đĩa ép; 2 - đòn mở; 3 - ổ bi kim; 4 - bulông treo đòn mở; 5 - lò xo; 6 - tấm chặn đầu đòn mở; 7 - vỏ ly hợp; 10, 11 - chốt tự lựa; 12 - quang treo đòn mở. Về mặt kết cấu đòn mở phải có độ cứng vững tốt, nhất là trong mặt phẳng tác dụng lực. Khi mở ly hợp đĩa ép dịch chuyển tịnh tiến còn khớp bản lề trên đòn mở lại quay quanh điểm nối đòn mở với tai đĩa ép nên để tránh cưỡng bức cho đòn mở thì chi tiết nối đòn mở với vỏ ly hợp phải có kết cấu tự lựa. + Khi mở ly hợp đĩa ép phải dịch chuyển tịnh tiến còn khi đóng ly hợp đĩa ép cùng với bánh đà truyền mômen cho đĩa bị động của ly hợp nên bất kỳ ở một ly hợp nào cũng phải có kết cấu hoặc chi tiết truyền mômen từ vỏ ly hợp (hoặc bánh đà) sang đĩa ép. Như trên hình 3.1.b chi tiết số 4 là thanh đàn hồi để truyền mômen từ vỏ ly hợp sang đĩa ép. Trên hình 3.4.b sự truyền mômen từ vỏ vào đĩa ép được thực hiện bởi lỗ trên vỏ và vấu trên bánh đà. 3.2.1.2. Nguyên lý hoạt động Trạng thái đóng ly hợp: theo Hình 3.1.a 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 bánh đà 4. Tiếp đó mômen được truyền vào xương đĩa bị động qua bộ giảm chấn 13 đến moayơ rồi truyền vào trục ly hợp (trục sơ cấp hộp số). 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. 18
Trạng thái mở ly hợp: khi cần ngắt truyền động từ động cơ tới trục sơ cấp của hộp số người ta 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. 3.2.2. Ly hợp ma sát khô hai đĩa bị động lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh Đối với một số ôtô vận tải khi cần phải truyền mômen lớn người ta sử dụng ly hợp ma sát khô hai đĩa bị động. So với ly hợp ma sát khô một đĩa bị động, ly hợp ma sát khô hai đĩa bị động có những ưu nhược điểm sau: + Nếu cùng một kích thước đĩa bị động và cùng một lực ép như nhau thì ly hợp hai đĩa truyền được mômen lớn hơn ly hợp một đĩa. + Nếu phải truyền một mômen như nhau thì ly hợp hai đĩa có kích thước nhỏ gọn hơn ly hợp một đĩa. + Ly hợp hai đĩa khi đóng êm dịu hơn nhưng khi mở lại kém dứt khoát hơn ly hợp một đĩa. + Ly hợp hai đĩa có kết cấu phức tạp hơn ly hợp một đĩa. 3.2.2.1. Cấu tạo Cấu tạo của ly hợp hai đĩa bị động được thể hiện trên hình 3.5. 1 2 3 4 5 6 7 9 10 11 8 17 1615 14 13 12 H×nh 2.5: S¬ ®å cÊu t¹o ly hîp hai ®Üa 1 - b¸nh ®µ; 2 - lß xo ®Üa bÞ ®éng; 3 - ®Üa Ðp trung gian; 4 - ®Üa bÞ ®éng; 5 - ®Üa Ðp; 6 - bul«ng h¹n chÕ; 7 - lß xo Ðp; 8 - vá ly hîp; 9 - b¹c më; 10 - trôc ly hîp; 11 - bµn ®¹p ly hîp; 12 - lß xo håi vÞ bµn ®¹p ly hîp; 13 - thanh kÐo; 14 - cµng më; 15 - bi "T"; 16 - ®ßn më; 17 - lß xo gi¶m chÊn. Nhìn chung cấu tạo của ly hợp hai đĩa cũng bao gồm các bộ phận và các chi tiết cơ bản như đối với ly hợp một đĩa. Điểm khác biệt là ở ly hợp hai đĩa có hai đĩa bị động 4 cùng liên kết then hoa với trục ly hợp 10. Vì có hai đĩa bị động nên ngoài đĩa ép 5 còn có thêm đĩa ép trung gian 3. Ở ly hợp hai đĩa phải bố trí cơ cấu truyền mômen từ vỏ hoặc bánh đà sang đĩa ép và cả đĩa trung gian. 19