zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Cơ khí - Chế tạo máy

Phân tích ảnh hưởng của vật liệu đến biến dạng của đĩa ma sát trong ô tô

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Báo xấu

12
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "Phân tích ảnh hưởng của vật liệu đến biến dạng của đĩa ma sát trong ô tô" đưa ra một số vật liệu chế tạo đĩa ly hợp cho dòng xe Ford bằng cách sử dụng phần mềm Solidworks để xây dựng mô hình 3D và phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm ANSYS để đánh giá biến dạng và ứng suất tương ứng với từng loại vật liệu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Phân tích ảnh hưởng của vật liệu đến biến dạng của đĩa ma sát trong ô tô

Hội nghị Khoa học trẻ lần 4 năm 2022 (YSC2022) – IUH Ngày 14/10/2022 ISBN: 978-604-920-156-1 YSC4F.309 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU ĐẾN BIẾN DẠNG CỦA ĐĨA MA SÁT TRONG Ô TÔ NGUYỄN XUÂN NGỌC1*, NGUYỄN CÔNG CHÁNH1, TRẦN THANH TÂM2, NGUYỄN BẢO LỘC1, NGUYỄN KHÔI NGUYÊN1 1 Khoa Công nghệ Động lực, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, 2 Khoa Điện, Điện tử, Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức * nguyenxuanngoc@iuh.edu.vn, congchanh661999@gmail.com, tranthanhtam@tdc.edu.vn, nguyenbaoloc@iuh.edu.vn, nguyenkhoinguyen@iuh.edu.vn Tóm tắt. Bộ ly hợp trên ô tô có chức năng ngắt và nối sự truyền mô men từ động cơ sang hộp số thường, trong đó đĩa ly hợp là bộ phận chịu nhiều tác động từ đĩa ép và bánh đà động cơ. Vì vậy vật liệu cần thiết để chế tạo lớp lót tấm ma sát của đĩa cần phải chịu được biến dạng và ứng suất khi hoạt động. Đầu tiên, bài báo sử dụng Solidworks để xây dựng mô hình 3D của đĩa ly hợp ô tô du lịch. Sau đó, nghiên cứu ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích biến dạng và ứng suất của đĩa ứng với các vật liệu lót bằng phần mềm ANSYS. Kết quả phân tích cho thấy vật liệu lót có ứng suất và biến dạng thấp nhất là thép 30Cr13 (Steel (30Cr13)) với ứng suất là 104.5 Mpa và biến dạng là 0.043361 mm. Qua đó, dữ liệu nghiên cứu phục vụ cho việc chế tạo và tăng thời gian sử dụng bộ ly hợp trên ô tô. Từ khoá. Bộ ly hợp ô tô, đĩa ma sát, phần tử hữu hạn, sự biến dạng. ANALYZING THE INFLUENCE OF MATERIALS ON THE CLUTCH DISC DEFORMATION IN THE AUTOMOBILE Abstract. The clutch in a car has the function of disconnecting and connecting the torque from the engine to the manual transmission, in which the clutch disc is the part that was impacted on by the pressure disc and the engine flywheel. Therefore, the material required to manufacture the friction surfaces of the disc must be able to resist deformation and stress during operation. Firstly, the article used Solidworks to build a 3D model of the clutch disc of a passenger car. After that, the research applied finite element method to analyze deformation and stress of discs with different types of materials by ANSYS software. The results showed that the lowest stress and deformation of the lining material is steel 30Cr13 which has a stress of 104.5 Mpa and a deformation of 0.043361 mm. Over that, the research data served to make and increase the use time of the clutch in the auto. Keywords. The clutch, clutch disc, finite element method, the deformation. 1. GIỚI THIỆU Ly hợp là bộ phận quan trọng trên xe ô tô thuộc hệ thống truyền lực ô tô. Nó được đặt giữa động cơ và hộp số với vai trò chính là truyền động và ổn định mô men truyền từ động cơ đến hộp số trong quá trình xe hoạt động và ngắt truyền động từ động cơ đến hộp số mỗi khi sang số. Vì vậy bộ ly hợp cần phải đảm bảo độ bền và tuổi thọ khi sử dụng. Hiện nay, nhiều công trình nghiên cứu về ly hợp được công bố, điển hình như trong bài báo [1] sử dụng thép cacbon thấp để thiết kế đĩa ly hợp, từ phần mềm ANSYS phân tích cho thấy ứng suất và biến dạng giảm so với sử dụng gang và thép cacbon cao. Các tác giả trong [2] sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn để phân tích ảnh hưởng của vật liệu lên ly hợp từ mô hình 3D từ CATIA và dùng ANSYS để phân tích cho thấy vật liệu Kevlar 49 ít biến dạng hơn gang xám. Tương tự nghiên cứu trên thì các tác giả trong [3] sử dụng phần mềm Creo 2.0 để xây dựng mô hình 3D kết hợp với ANSYS để  2022 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 75
Hội nghị Khoa học trẻ lần 4 năm 2022 (YSC2022) – IUH Ngày 14/10/2022 ISBN: 978-604-920-156-1 đánh giá được vật liệu Epoxy thủy tinh thích hợp sử dụng làm đĩa ma sát. Với bài báo [4] thiết kế đĩa ma sát và phân tích trên phần mềm Solidworks để phân tích ứng suất, biến dạng, chuyển vị của ly hợp với các vật liệu khác nhau, phân tích được thực hiện trong trạng thái tĩnh trên đĩa ly hợp để xác định ứng suất và biến dạng bằng ANSYS, kết quả thu được là gang thích hợp nhất để chế tạo đĩa ma sát và tương tự, có các tác giả trong [5] đã thiết kế và tạo mô hình ly hợp đĩa đơn bằng phần mềm Catia V5, mô phỏng cho thấy vật liệu hỗn hợp ma trận kim loại tốt hơn các vật liệu còn lại. Ngoài ra các nghiên cứu [6,7] sử dụng phương pháp phân tích kết cấu bằng cách phân tích tính toán các hệ số an toàn cũng như phân tích đặc tính của ly hợp và đặc tính của vật liệu để đưa ra các dự đoán về tính chất ly hợp sau đó dùng phần mềm ANSYS để kiểm tra lại các dự đoán ban đầu, từ đó xác định được các giới hạn trong thiết kế và chọn vật liệu. Thêm vào đó là công trình nghiên cứu [8] đã phân tích ảnh hưởng của thông số bán kính vành phần ma sát của đĩa ly hợp để tìm ra ứng suất tối đa ở vùng biến dạng bằng cách thiết kế và xây dựng mô hình bằng phần mềm Catia V5, phân tích kết cấu tĩnh của đĩa ly hợp được qua phần mềm ANSYS 12.0, kết quả phân tích thể hiện ứng suất và biến dạng giảm ở bán kính 2,5 mm, tốt hơn tất cả các mẫu đĩa ly hợp vì sự gia tăng ứng suất và tổng biến dạng thấp. Bên cạnh đó, các tác giả [9] nghiên cứu về ảnh hưởng của thời gian, vận tốc và tải trọng thông qua tính chất của vật liệu đến độ mài mòn của vật liệu phương trình Archard và định luật 1 và 2 Amontons để phân tích, tác giả xác định được rằng vật liệu gang xám chứa cacbon là giải pháp lý tưởng để làm đĩa ma sát trên xe đua. Còn trong bài báo [10] thì tác giả xây dựng mô hình đĩa ly hợp 3D của xe Tata Sumo bằng CATIA và dùng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn bằng phần mềm ANSYS để phân tích ảnh hưởng của vật liệu đến cấu trúc, khả năng chịu nhiệt và phương thức hình thành đĩa ly hợp chỉ ra được vật liệu gốm ít biến dạng hơn các loại khác. Đa số các công trình nghiên cứu vật liệu rất được quan tâm trên thị trường thế giới nhưng tại Việt Nam nghiên cứu về vật liệu ma sát ít được các nhà khoa học chú ý, đặc biệt là trong lĩnh vực ô tô. Vì vậy trong bài báo này tác giả đưa ra một số vật liệu chế tạo đĩa ly hợp cho dòng xe Ford bằng cách sử dụng phần mềm Solidworks để xây dựng mô hình 3D và phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm ANSYS để đánh giá biến dạng và ứng suất tương ứng với từng loại vật liệu. 2. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐĨA LY HỢP Nghiên cứu sử dụng xe Ford được chọn để xây dựng mô hình 3D của đĩa ly hợp bằng phần mềm Solidworks cho kết quả như hình 1. Hình 1: Đĩa ly hợp trên ô tô Ngoài ra với việc xây dựng mô hình bài báo còn tính toán các thông số cơ bản của đĩa trong 2 trường hợp như trong nghiên cứu [11,12] để tính lớp lót tấm ma sát: D1 p ,w  X p ,w * D0 p, w (1) Áp lực đồng nhất: 2 r0 p  r1 p 3 3 Rp  * 2 (2) 3 r0 p  r12p T Wp  (3) n *  * Rp 76  2022 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh
Hội nghị Khoa học trẻ lần 4 năm 2022 (YSC2022) – IUH Ngày 14/10/2022 ISBN: 978-604-920-156-1 WP pp  (4)  *  r02p  r12p  Độ mòn đồng đều: r0 w  r1w Rw  (5) 2 T Ww  (6) n *  * Rw Ww pw  (7)  * D1 *  D0 w  D1w  Bảng 1: Ký hiệu và giá trị các đại lượng trong phương trình. Ký hiệu Ý nghĩa Giá trị Đơn vị T Mô men ma sát 330 Nm n Số mặt tiếp xúc của đĩa 2 µ Hệ số ma sát (tùy vào từng loại vật liệu) Bảng 2 Bán kính trung bình hiệu dụng trong trường hợp áp Rp,w - mm lực đồng nhất và độ mòn đồng đều W Tổng lực tác dụng - p Áp lực tác dụng - r0,1 Bán kính ngoài và trong của đĩa ly hợp - mm D0 Đường kính ngoài của đĩa ly hợp 260 mm D1 Đường kính trong của đĩa ly hợp - mm Tỷ lệ giữa đường kính trong và ngoài theo áp lực Xp 0.48 đồng nhất Tỷ lệ giữa đường kính trong và ngoài theo độ mòn Xw 0.577 đồng đều Một số vật liệu được sử dụng làm lớp lót tấm ma sát của đĩa ly hợp trong nghiên cứu này được trình bày trong bảng 2. Bảng 2: Thông số cơ bản của các loại vật liệu lót. Hệ số Khối lượng Hệ số Suất Yuong Giới hạn bền Vật liệu ma sát riêng [kg/𝐦 𝟑 ] Poisson [GPa] kéo [MPa] Steel (30Cr13) 0.3 7700 0.303 200 550 (Thép 30Cr13) Aluminum Alloy 6061 0.23 2700 0.33 70 275 (Hợp kim nhôm 6061) Grey Cast Iron 0.28 7150 0.28 100 720 (Gang xám) Copper 0.28 8300 0.35 135 510 (Đồng) Sintered Iron 0.25 6200 0.34 275.79 500 (Sắt nung kết) Structural Steel 0.28 7692 0.3 200 420 (Thép kết cấu) Từ các phương trình toán học từ (1) đến (7) ta xác định được tổng lực và áp lực tác dụng lên đĩa ly hợp theo áp lực đồng nhất và độ mòn đồng đều trong bảng 3 như sau:  2022 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 77
Hội nghị Khoa học trẻ lần 4 năm 2022 (YSC2022) – IUH Ngày 14/10/2022 ISBN: 978-604-920-156-1 Bảng 3: Tổng lực và áp lực tác dụng lên đĩa ly hợp tương ứng với các vật liệu lót Độ mòn đồng đều Áp lực đồng nhất Tên vật liệu 2 Tổng lực (N) Áp lực (N/mm ) Tổng lực (N) Áp lực (N/mm2) Aluminum Alloy 6061 6998 0.135 7163 0.175 Grey Cast Iron 5794 0.111 5884 0.144 Steel (30Cr13) 5365 0.103 5491 0.134 Copper 5794 0.111 5884 0.144 Sintered Iron 6439 0.121 6590 0.161 Structural Steel 5794 0.111 5884 0.144 Sau quá trình tính toán, từ kết quả bảng 3 chỉ ra rằng ở các đĩa ly hợp mới cho ra tổng lực tác dụng và áp lực lớn hơn so với các đĩa ly hợp cũ đã qua sử dụng. Bên cạnh đó cũng chỉ ra được rằng đối với các vật liệu lót sử dụng thì Aluminum alloy 6061 cho ra kết quả áp lực và tổng lực tác dụng lớn nhất trong khi Steel (30Cr13) thì nhỏ nhất. Vì vậy khi thiết kế đĩa ly hợp mới, dữ liệu của tổng lực và áp lực của trường hợp áp lực đồng nhất trong bảng 3 sẽ được dùng để phân tích phần tử hữu hạn trong ANSYS. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Phân tích phần tử hữu hạn là công cụ tính toán được chấp nhận rộng rãi nhất trong phân tích kỹ thuật. Thông qua mô hình rắn, các chi tiết được mô tả bằng máy tính và phần mô tả này cung cấp đủ dữ liệu hình học để xây dựng lưới cho mô hình phần tử hữu hạn (hình 2). Trong nghiên cứu này, cụm đĩa ly hợp sử dụng các loại vật liệu lót khác nhau đã được thiết kế bằng Solidworks và phân tích phần tử hữu hạn sẽ được thực hiện bằng phần mềm ANSYS. Hình 2: Mô hình phần tử hữu hạn của đĩa ly hợp Kết quả mô phỏng thông qua giá trị biến dạng và ứng suất của đĩa tương ứng với từng vật liệu như sau: Vật liệu thép 30Cr13 (Steel 30Cr13): (a) (b) Hình 3: Biến dạng (a) và ứng suất (b) của đĩa ly hợp sử dụng thép 30Cr13 (Steel 30Cr13) Vật liệu gang xám (Grey Cast Iron): 78  2022 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh
Hội nghị Khoa học trẻ lần 4 năm 2022 (YSC2022) – IUH Ngày 14/10/2022 ISBN: 978-604-920-156-1 (a) (b) Hình 4: Biến dạng (a) và ứng suất(b) của đĩa ly hợp sử dụng gang xám (Grey Cast Iron) Vật liệu hợp kim nhôm 6061 (Aluminum Alloy 6061): (a) (b) Hình 5: Biến dạng (a) và ứng suất (b) của đĩa ly hợp sử dụng hợp kim nhôm 6061 (Aluminum Alloy 6061) Vật liệu đồng (Copper): (a) (b) Hình 6: Biến dạng (a) và ứng suất (b) của đĩa ly hợp sử dụng đồng (Copper) Vật liệu thép kết cấu (Structural Steel)  2022 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 79
Hội nghị Khoa học trẻ lần 4 năm 2022 (YSC2022) – IUH Ngày 14/10/2022 ISBN: 978-604-920-156-1 (a) (b) Hình 7: Biến dạng (a) và ứng suất (b) của đĩa ly hợp sử dụng thép hợp kim (Structural Steel) Vật liệu sắt nung kết (Sintered Iron) (a) (b) Hình 8: Biến dạng (a) và ứng suất (b) của đĩa ly hợp sử dụng sắt nung kết (Sintered Iron) Từ kết quả phân tích phần tử hữu hạn bằng phần mềm ANSYS của đĩa ly hợp sử dụng các loại vật liệu lót tấm ma sát khác nhau thu được các giá trị biến dạng và ứng suất được trình bày trong bảng 4. Bảng 4: Biến dạng và ứng suất của đĩa ma sát tương ứng với từng loại vật liệu Vật liệu Biến dạng (mm) Ứng suất (Mpa) Steel 30Cr13 0.043361 104.5 Grey Cast Iron 0.094846 115.76 Aluminum Alloy 6061 0.15803 131.53 Copper 0.06609 105.21 Structural Steel 0.0467 112.75 Sintered Iron 0.0438 129.7 Kết quả trong bảng 4 cho thấy vật liệu lót cho đĩa ma sát có ứng suất và biến dạng cao nhất là hợp kim nhôm 6061 (Aluminum alloy 6061) với ứng suất là 131.53 Mpa, biến dạng là 0.15803 mm; thấp nhất là thép 30Cr13 (Steel (30Cr13)) với ứng suất là 104.5 Mpa và biến dạng là 0.043361 mm, vì vậy thép 30Cr13 thường được sử dụng làm lớp lót đĩa ma sát [13,14]. 4. KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này đã thiết kế một đĩa ly hợp đơn ma sát của ô tô bằng phần mềm thiết kế Solidworks. Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để phân tích kết cấu để tìm ra biến dạng và ứng suất của đĩa tương ứng với nhiều vật liệu khác nhau bằng phần mềm ANSYS. Kết quả cho thấy vật liệu làm lớp lót tấm ma sát là gang xám, hợp kim nhôm, đồng, thép hợp kim và sắt thiêu kết có giá trị biến dạng và ứng suất lớn 80  2022 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh
Hội nghị Khoa học trẻ lần 4 năm 2022 (YSC2022) – IUH Ngày 14/10/2022 ISBN: 978-604-920-156-1 hơn so với thép 30Cr13 khi phân tích kết cấu tĩnh. Như vậy sử dụng thép 30Cr13 để chế tạo lớp lót tấm ma sát cho đĩa ly hợp thì tốt hơn các vật liệu còn lại nhằm mục đích tăng độ bền và thời gian sử dụng bộ ly hợp trên ô tô. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] B. Nivas. M.E, M. Nithiyanandam. M.E, S. Tharaknath. M Tech and A. AvinashKumar. M Tech, Design and Analysis of Clutch Plate Using Steel Material [En-Gjs-400-15steel], Journal of Dental and Medical Sciences, vol. 13(5), pp. 76-78, 2014. [2] S. Gouse seema begum and A. Balaraju, Design and Analysis of Friction Clutch Plate using ANSYS, International Journal of Advanced Engineering Research and Science (IJAERS), vol. 2 (5), 2015. [3] B.Sreevani and M.Murali Mohan, Static and Dynamic Analysis of Single Plate Clutch, International Journal of Innovative Research in Science,Engineering and Technology (IJIRSET), vol. 4 (9), pp. 8408-8418, 2015. [4] Mr. Vishal J. Deshbhratar and Mr. Nagnath U. Kakde, Design and Structural Analysis of Single Plate Friction Clutch, International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), vol. 2 (10), pp. 3726-3732, 2013. [5] Mahendra Sahu and A.K.Jain, Finite Element Analysis of Single Plate Clutch by using ANSYS, International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology (IJRASET), vol. 6 (6), pp. 1337-1346, 2018. [6] A.Rama Krishna Reddy, Dr.P.H.V.Sesha Talpa Sai, D.Mangeelal, M.Tech, MBA, Design Modeling and Analysis of a Single Plate Clutch, International Journal & Magazine of Engineering, Technology, Management and Research, vol. 2 (8), pp. 2134-2139, 2015. [7] May Thin Gyan, Hla Min Htun and Htay Htay Win, Design and Structural Analysis of Single Plate Clutch, International Journal of Scientific Engineering and Technology Research, vol. 03 (10), pp. 2238-2241, 2014. [8] Syambabu Nutalapati, Dr. D. Azad and Dr. G. Swami Naidu, Structural Analysis of Friction Clutch Plate by Changing Fillet Radius, International Journal of Engineering Research-Online, vol. 5 (1), pp. 79-86, 2017. [9] Vijay Kumar Patel, Gopal Sahu and prakash Kumar Sen, Review on Selection Criteria for Diffrent Types of Clutch Material, International Journal of Advance Research in Science and Engineering, vol. 5 (4), pp. 327-331, 2016. [10] Kedar Kishor Patil, Vinit Randive, Sahil Mulla, Rajkumar Parit, Sagar Mane and Sunil Kadam, Design and analysis of single plate clutch by mathematical modelling and simulation, International Journal of Advance Research and Innovation (IJARI), vol. 8 (3), pp. 248-252, 2020. [11] Sunny Narayan, Ivan Grujic, Nadica Stojanovic, Kaisan Muhammad Usman, Abubakar Shitu and Faisal O. Mahroogi, Design and Analysis of an Automotive Single Plate Clutch, Mobility & Vehicle Mechanics, vol. 44 (1), pp. 13-26, 2018. [12] Kartik Virmani, Tanishq Madhogaria and P. Baskar, Design optimization of friction lining of a clutch plate, Materials Today: Proceedings, vol. 46 (17), pp. 8009-8024, 2021. [13] S. Prakash, T. Muralidharan and R. Suresh, Analysis of Mf241Di clutch plate with different material (30Cr13 steel and En15steel), International Conference on Advanced Nanomaterials & Emerging Engineering Technologies, pp. 743-747, 2013. [14] Anil Jadhav, Gauri Salvi, Santosh Ukamnal and Prof.P.Baskar, Static Structural Analysis of Multiplate Clutch with Different Friction Materials, International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), vol. 2 (11), pp. 3173-3178, 2013.  2022 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 81

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2428 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.