Thiết kế ly hợp ô tô
MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN

1.1. Công dụng và yêu cầu của ly hợp ô tô ……………………..………….......... 1
1.1.1
1.1.2

Công dụng……………………………………………………………................1
Yêu cầu……………………………………………………………......................1

1.2 Phân loại ly hợp ô tô………………………………………….............................2
1.2.1 Ly hợp ma sát cơ khí ...................................................................................2
1.2.2 Ly hợp thủy lực............................................................................................5
1.2.3 Ly hợp điện từ..............................................................................................6
1.3 Hệ thống điều khiển ly hợp............................................................................6
1.3.1 Điều khiển cơ khí.........................................................................................6
1.3.2 Điều khiển thủy lực .....................................................................................7
1.3.3 Điều khiển ly hợp có trợ lực.........................................................................8
CHƯƠNG 2:

TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU

2.1 Tính toán momen ma sát yêu cầu của ly hợp..............................................12
2.2 Chọn loại/kiểu và sơ đồ dẫn động ly hợp....................................................13
2.2.1 Chọn loại/kiểu ly hợp.................................................................................13
2.2.2 Chọn sơ đồ dẫn động ly hợp.......................................................................13
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

3.1 Tính toán xác định các thông số cơ bản của ly hợp...................................15
3.1.1 Xác định bán kính hình vành khan của bề mặt ma sát đĩa bị động.............15
3.1.2 Lực ép của cơ cấu ép..................................................................................16
3.1.3 Công trượt riêng của ly hợp.......................................................................17
3.1.4 Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp.....................................................................22
3.1.5 Bề dày tối thiểu của đĩa ép (theo chế độ nhiệt).........................................23
3.1.6 Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu ép.............................................23
3.2 Tính toán điều khiển ly hợp........................................................................28
3.2.1 Xác định hành trình bàn đạp .....................................................................28
3.2.2 Xác định lực tác dụng lên bàn đạp ...........................................................31
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................33


Thiết kế ly hợp ô tô
CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN

1.1 Công dụng và yêu cầu của ly hợp ô tô:

1.1.1 Công dụng:
- Ly hợp ô tô là khớp nối giữa trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực, dùng để
ngắt, nối truyền động từ động cơ đến hệ thống truyền lực.
- Ngoài ra, ly hợp còn được dùng như một cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực
khi quá tải.
+ Nếu khớp nối ly hợp không ngắt được truyền động từ trục khuỷu động cơ đến hệ
thống truyền lực khi gài số thì việc gài số sẽ hết sức khó khan và có thể gây dập
răng, thậm chí, có thể gây vỡ răng hộp số.
+ Hơn thế nữa, nếu ly hợp không tự động ngắt khi phanh đột ngột thì có thể gây quá
tải cho cả hệ thống truyền lực.

1.1.2 Yêu cầu:
Từ các công dụng và các tác dụng của ly hợp như đã nêu trên, ly hợp ô tô ngoài các
yêu cầu chung về sức bền và tuổi thọ, nó còn phải đảm bảo các yêu cầu chính sau:
- Ly hợp phải truyền được momen quay lớn nhất của động cơ trong bất kỳ điều kiện
làm việc nào. Hay nói cách khác, momen ma sát của ly hợp phải luôn lớn hơn
momen cực đại của động cơ. Tuy nhiên, momen ma sát của ly hợp không được lớn
quá, nhằm đảm bảo nhiệm vụ làm cơ cấu an toàn cho hệ thống truyền lực.
- Việc mở ly hợp phải dứt khoát và nhanh chóng. Nghĩa là, khi mở ly hợp, phần bị
động phải tách hoàn toàn khỏi phần chủ động trong thời gian ngắn nhất, ngược lại,
sẽ gây khó khan cho việc gài số.
- Khi đóng ly hợp, yêu cầu phải êm dịu. Tức là, momen ma sát hình thành ở ly hợp
phải tăng từ từ khi đóng ly hợp, có vậy mới tránh được hiện tượng giật xe và gây
dập răng của các bánh răng trong hộp số, cũng như các cơ cấu truyền động khác
trong hệ thống truyền lực.
- Momen quán tính của các chi tiết phần bị động ly hợp phải nhỏ đến mức thấp nhất
có thể, nhằm giảm các lực va đập tác dụng lên bánh răng gài số (trường hợp không

Trang 2


Thiết kế ly hợp ô tô
có đồng tốc), giảm nhẹ điều kiện làm việc của bộ đồng tốc, cũng như tăng nhanh
thời gian gài số.
- Kết cấu phải gọn nhẹ, điều khiển phải dễ dàng và nhẹ nhàng.
1.2 Phân loại ly hợp ô tô:
Với yêu cầu nói trên, hiện nay, trên ô tô thường sử dụng nhiều loại ly hợp. Tùy theo
tính chất truyền momen, người ta phân ra các loại: ly hợp ma sát cơ khí, ly hợp thủy
lực, ly hợp điện từ.
Trong loại ly hợp ma sát cơ khí:
- Dựa theo hình dạng của bộ phận ma sát cơ khí, có thể chia ra: Ly hợp ma sát đĩa

(đĩa phẳng), ly hợp ma sát đĩa côn, (đĩa bị động có dạng hình côn), ly hợp ma sát
hình trống (kiểu tang trống và guốc ma sát ép vào tang trống).
- Dựa theo đặc điểm làm việc của ly hợp, có thể chia ra: loại thường đóng và loại
không thường đóng.
1.2.1 Ly hợp ma sát cơ khí:
Đây là loại ly hợp mà momen ma sát hình thành ở ly hợp nhờ sự ma sát của các bề
mặt ma sát cơ khí. Loại này được sử dụng phổ biến trên hầu hết các loại ô tô nhờ
kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế.
a) Theo hình dạng và đặc điểm kết cấu của bộ phận ma sát:
- Ly hợp ma sát đĩa hình côn: dùng phổ biến trên các xe du lịch và xe tải nhỏ.
- Ly hợp ma sát hình trống: hiện nay ít dùng trên các loại ô tô.
- Ly hợp ma sát đĩa phẳng: dùng phổ biến trên các loại ô tô tải và ô tô chở khách.
Tùy theo cấu tạo, có thể có kiểu một đĩa, kiểu hai đĩa hoặc có thể kiểu nhiều đĩa.
+ Ly hợp ma sát một đĩa bị động (Hình 1.1): được sử dụng phổ biến trên hầu hết các
loại ô tô nhờ kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, việc mở ly hợp dễ dàng, dứt khoát và
momen quán tính của phần bị động nhỏ, ít gây ảnh hưởng đến việc gài số.
Loại này, các vành ma sát của đĩa bị động được gắn lên xương đĩa bị động bằng
phương pháp dán hoặc dùng đinh tán (Hình 1.2). Đĩa bị động được nối với trục ly
hợp thông qua một may-ơ di trượt được trên trục nhờ mối ghép then hoa. May-ơ
được liên kết mềm với xương đĩa thông qua các lò xo đàn hồi bố trí xung quanh
may-ơ.

Trang 3


Thiết kế ly hợp ô tô

Hình 1.1: Ly hợp ma sát một đĩa bị động
Ghi chú:
1- Trục cơ

5- Thân ly hợp
9- Lò xo hồi vị
13- Đĩa ép

2- Bánh đà
6- Lò xo ép
10- Ống dẫn hướng
14- May-ơ

3- Vấu bánh đà
7- Đòn mở ly hợp
11- Ống trượt
15- Đĩa ma sát

4- Gờ đĩa ép
8- Ổ bi tỳ
12- Trục ly hợp

Hình a)
Hình b)
Hình 1.2: Các phương pháp gắn vành ma sát lên xương đĩa bị động
a) Phương pháp dùng đinh tán
b) Phương pháp dùng keo dán
Ghi chú:
1- Xương đĩa bị động
2- Vành ma sát
3- Đinh tán

Trang 4



Thiết kế ly hợp ô tô
+ Kiểu ly hợp ma sát hai đĩa bị động: chỉ được dùng cho xe tải lớn (vì cần truyền
momen quay lớn). Nhược điểm của kết cấu này là phức tạp, việc mở ly hợp khó dứt
khoát (khó cách ly các đĩa bị động khỏi phần tử chủ động). Tuy nhiên, việc đóng ly
hợp lại êm dịu hơn loại một đĩa ma sát (nhờ sự tiếp xúc các bề mặt ma sát được tiến
hành từ từ).
b) Theo đặc điểm kết cấu của lò xo ép:
- Ly hợp ma sát cơ khí kiểu nhiều lò xo ép hình trụ bố trí xung quanh: kiểu này đơn
giản, gọn nhẹ, có độ tin cậy cao (nếu một lò xo bị gãy thì ly hợp vẫn tiếp tục làm
việc được). Nhược điểm là áp lực sinh ra ở các bề mặt ma sát dễ dẫn đến không đều.
Loại này được sử dụng phổ biến trên xe tải và một số xe du lịch.
- Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép trung tâm: kiểu này chỉ gồm duy nhất một lò
xo hình côn (hoặc hình trụ) bố trí ở giữa. Nhờ vậy, áp suất sinh ra trên bề mặt ma
sát là đồng đều. Tuy nhiên, độ tin cậy làm việc thấp (vì nếu một lò xo bị gãy thì ly
hợp mất tác dụng), kêt cấu đòn mở phức tạp và điều chỉnh rất khó khan nên ít
dùng.
- Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép đĩa côn: chỉ có một lò xo ép kiểu đĩa nón cụt bố
trí ở giữa, nên áp lực sinh ra phân bố đều lên bề mặt ma sát. Ly hợp này có nhiều ưu
điểm nổi bật, đó là: lò xo làm luôn nhiệm vụ đòn mở nên kết cấu rất gọn nhẹ, đặc
tính của lò xo là phi tuyến, nên lực để mở ly hợp hầu như không tang thêm như loại
lò xo hình trụ, vì vậy, điều khiển nhẹ nhàng hơn. Nhược điểm cơ bản là không thể
điều chỉnh khe hở giữa đòn mở và bạc mở khi tấm ma sát bị mòn, nên ly hợp kiểu
này chỉ sử dụng phổ biến trên xe du lịch và xe khách cỡ nhỏ có đặc tính động lực
tốt, sử dụng trong điều kiện đường tốt (ít phải sang số).
c) Theo đặc điểm làm việc:
- Ly hợp thường đóng là loại ly hợp kiểu lò xo ép thường xuyên đóng trong quá
trình làm việc (như các loại đã nêu trên). Ly hợp chỉ được mở thông qua hệ thống
dẫn động dưới tác dụng của lực đạp ở bàn đạp ly hợp.
- Ly hợp không thường đóng là loại ly hợp không có lò xo ép. Đĩa bị động và chủ

động được ép vào nhau thông qua một hệ thống đòn đặc biệt. Việc đóng mở ly hợp

Trang 5


Thiết kế ly hợp ô tô
đều phải thông qua hệ thống đòn này dưới tác dụng của lực đạp ở bàn đạp ly hợp
của người điều khiển.
1.2.2 Ly hợp thủy lực:
Đây là loại ly hợp mà momen ma sát hình thành ở ly hợp nhờ ma sát thủy lực.

Hình 1.3: Ly hợp thủy lực
Ghi chú:
1- Trục cơ

2- Bánh bơm

3- Bánh tua-bin

4- Trục hộp số

- Ưu điểm nổi bật của ly hợp thủy lực là ly hợp làm việc rất êm dịu (nhờ tính chất
dễ trượt của chất lỏng), vì vậy, giảm tải trọng động cho hệ thống truyền lực, cũng
như cho động cơ.
- Tuy vậy, ly hợp thủy lực lại mở không dứt khoát vì luôn có momen dư (dù số vòng
quay của động cơ rất thấp) làm ảnh hưởng đến việc gài số. Vì vậy, ly hợp thủy lực
thường được dùng kết hợp với một ly hợp ma sát cơ khí để cho phép ngắt hoàn toàn
ly hợp khi gài số.
Ngoài ra, ly hợp thủy lực luôn luôn có sự trượt (ít nhất 2-3 %), do vậy, gây ra tổn
hao công suất động cơ và do đó, tăng tiêu hao nhiên liệu của xe. Mặt khác, ly hợp

thủy lức đòi hỏi chính xác cao và độ kín khít lớn đối với các mối ghép, yêu cầu các
loại dầu đặc biệt… nên giá thành ly hợp nói riêng và giá thành ô tô nói chung cáo

Trang 6


Thiết kế ly hợp ô tô
hơn ly hợp ma sát cơ khí thông thường. Do vậy, ly hợp thủy lực chỉ sử dụng hạn chế
trên các loại xe đặc biệt có công suất riêng lớn
1.2.3 Ly hợp điện từ:
Đây là loại ly hợp mà momen hình thành ở ly hợp nhờ momen điện từ. Ly hợp
điện từ truyền động êm dịu. Tuy vậy, kết cấu cồng kềnh và trọng lượng trên một
đơn vị công suất truyền là lớn nên ít dùng trên ô tô mà thường được sử dụng cho tàu
hỏa hoặc máy công trình cỡ lớn.
1.3 Hệ thống điều khiển ly hợp:
Đối với ly hợp thường đóng (ly hợp dùng lò xo ép), muốn mở ly hợp, người ta
phải dùng hệ thống điều khiển để truyền lực đạp từ bàn đạp ly hợp đến đĩa ép nhằm
thắng lực ép lò xo, tách đĩa ép khỏi đĩa ma sát bị động.
Điều khiển ly hợp có thể là điều khiển cơ khí, điều khiển thủy lực. Điều khiển ly
hợp có trợ lực được áp dụng rộng rãi nhằm giảm lực điều khiển cho lái xe, nhất là
xe tải và xe khách có tải trọng lớn.
1.3.1 Điều khiển cơ khí (Hình 1.4):
Điều khiển cơ khí có thể dùng loại đòn và thanh, kết hợp với dây kéo.
- Ưu điểm: Loại này có kết cấu đơn giản, chắc chắn và có độ tin cậy cao.
- Nhược điểm: Sau một thời gian làm việc, giữa các khâu, khớp dễ xuất hiện các
khe hở do mòn (nhất là loại đòn), dẫn đến làm tăng hành trình tự do của ly hợp.
Ngày nay ít được sử dụng hơn loại điều khiển thủy lực.

Hình 1.4: Sơ đồ dẫn động ly hợp điều khiển cơ khí
Ghi chú:


Trang 7


Thiết kế ly hợp ô tô
1- Trục ly hợp 2- Ống dẫn hướng
5- Ổ bi tỳ
6- Càng mở
9- Thanh kéo
10- Bàn đạp ly hợp
Nguyên lý hoạt động:

3- Lò xo hồi vị
7- Thanh đẩy

4- Bạc trượt
8- Đòn trung gian

Lực bàn đạp tác dụng lên bàn đạp (10), kéo thanh kéo (9) đi lên. Thông qua đòn
trung gian (8), thanh đẩy (7) dịch sang phải, tác dụng lực lên càng mở (6). Càng mở
(6) đẩy bạc trượt (4) sang trái, mang theo ổ bi tỳ (5). Ổ bi tỳ sẽ tỳ lên vòng đỉnh lò
xo ép đĩa côn (hoặc đòn mở đối với loại ly hợp lò xo trụ), mở ly hợp.
Khi thôi tác dụng lực lên bàn đạp, lò xo hồi vị và lò xo côn cùng ép lên ổ bi tỳ, bạc
trượt trở về vị trí ban đầu, ly hợp đóng.
1.3.2 Điều khiển thủy lực (Hình 1.5):
Điều khiển thủy lực có kết cấu phức tạp hơn điều khiển cơ khí, yêu cầu về chế tạo
đối với các chi tiết của dẫn động thủy lực như xylanh chính, xylanh công tác cũng
cao hơn. Tuy vậy, dẫn động ly hợp điều khiển thủy lực có nhiều ưu điểm hơn hẳn
điều khiển cơ khí, nên được sử dụng phổ biến trên hầu hết các loại ô tô. Các ưu
điểm đó là:

- Thuận lợi điều khiển phối hợp để gài số bán tự động.
- Khắc phục hiện tượng mòn rơ của các khâu khớp cơ khí.
- Thuận lợi bố trí dẫn động, đặc biệt khi cụm ly hợp cách xa vị trí lái xe.
- Điều khiển thủy lực truyền động êm dịu và có tính khuếch đại cao.

Trang 8


Thiết kế ly hợp ô tô

Hình 1.5: Sơ đồ dẫn động ly hợp điều khiển thủy lực
Ghi chú:1- Xylanh công tác

2- Đường dẫn dầu 3- Xylanh chính 4- Thùng

dầu
Nguyên lý làm việc:
Khi tác dụng lực lên bàn đạp ly hợp, dầu thủy lực trong xylanh chính (3) bị ép nên
theo đường dầu (2) đi vào xylanh công tác (1). Tại đây, dầu bị ép đâye piston của
xylanh công tác sang phải, tác dụng lực lên càng mở. Thông qua càng mở, bạc trượt
và ổ bi tỳ, tác dụng lực lên lò xo ép, mở ly hợp.
Khi thôi tác dụng lực lên bàn đạp, lư hợp đóng.
Thùng dầu (4) có nhiệm vụ đảm bảo dầu luôn được điền đầy trong hai xylanh và
đường ống, đảm bảo ly hợp làm việc tin cậy.
1.3.3 Điều khiển ly hợp có trợ lực:
Điều khiển ly hợp có trợ lực, cho phép giảm nhẹ
lực điều khiển của lái xe trong quá trình mở ly hợp.
Do đó, được sử dụng phổ biến trên hầu hết các loại
ô tô, đặc biệt là ô tô tải và khách tải trọng trung bình
và lớn.

1.3.3.1 Trợ lực lò xo (Hình 1.6):

Trang 9


Thiết kế ly hợp ô tô
Điều khiển ly hợp có trợ lực lò xo hoặc trợ lực chân không có khả năng trợ lực
không lớn nên hạn chế sử dụng trên một số loại xe du lịch và xe tải nhẹ.
Hình 1.6: Sơ đồ trợ lực lò xo
Nguyên lý làm việc:
Khi không mở ly hợp, lò xo có tác dụng như một lò xo hồi vị để kéo bàn đạp về vị
trí ban đầu. Khi mở ly hợp, vị trí bàn đạp quay quanh tâm cố định, làm cho đầu di
động của lò xo di chuyển theo và vì vậy, phương của lực kéo lò xo chuyển dần về
phía bên kia của tâm quay bàn đạp. Tại vị trí lúc mở ly hợp hoàn toàn, lực lò xo có
tác dụng hỗ trợ cho lực bàn đạp của người lái, cho phép giảm lực tác dụng của
người lái trong quá trình mở ly hợp.
1.3.3.2 Điều khiển ly hợp kiểu trợ lực khí nén:
a) Dẫn động cơ khí trợ lực khí nén (Hình 1.7):
Điều khiển ly hợp kiểu trợ lực khí nén có hiệu quả trợ lực cao mà kết cấu và bố trí
vẫn gọn nên được sử dụng phổ biến trên các xe tải và khách có tải trung bình và
lớn.

Hình 1.7: Sơ đồ dẫn động ly hợp kiểu cơ khí có trợ lực khí nén

Trang 10


Thiết kế ly hợp ô tô
Ghi chú:
1- Bình chứa khí nén 2- Van điều chỉnh áp suất 3- Van điều khiển cấp khí nén

4- Đường dân khí nén 5- Xylanh trợ lực

6- Thanh đẩy

Nguyên lý làm việc:
Dưới tác dụng của lực đạp tác dụng lên bàn đạp để mở ly hợp, thanh kéo đi lên,
thông qua đòn chuyển hướng trung gian, thanh đẩy (6) cùng với ty mở van (3) dịch
sang phải, làm mở van cấp khí nén, cấp khí nén từ bình chứa (1) đến xylanh trợ lực
khí nén (5).
Lực do khí nén tạo ra trong xylanh trợ lực sẽ đẩy cần piston, cùng với lực đẩy trên
thanh đẩy, tác dụng lực làm quay càng mở theo chiều mở ly hợp, qua cơ cấu bạc
trượt, ổ bi tỳ và đòn mở thì ly hợp được mở ra.
Khi thôi tác dụng lực lên bàn đạp, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, thanh đẩy mang
theo ty mở van (3) dịch chuyển sang trái, đóng kín van cấp khí (3), khí nén từ
xylanh trợ lực được xả ra môi trường thông qua lỗ thông trong cần ty mở van (3).
Cấu tạo van điều khiển cấp khí thể hiện trên Hình 1.8:

Hình 1.8: Cấu tạo van điều khiển cấp khí trong dẫn động cơ khí trợ lực khí nén
Ghi chú:
6- Thanh đẩy

7- Ty mở van

8- Cặp đai ốc điều chỉnh khe hở δ

Trang 11


Thiết kế ly hợp ô tô
9- Van cấp khí


10- Vách ngăn

11-Van ngăn cách khoang A và B

12- Lò xo đóng van 11

13- Đường dẫn khí nén đến xylanh

Nguyên lý làm việc:
Khi thanh đẩy (6) chịu lực dẫn động ly hợp, nó mang theo ty mở van (7) dịch sang
phải, ép lên van (11), nén lò xo (12) và mở thông van (11). Khí nén từ buồng A theo
van (11) sang buồng B, theo đường ống (13) đến xylanh trợ lực.
Khi thôi tác dụng lực lên bàn đạp, dưới tác dụng của lực lò xo hồi vị trong dẫn
động, thanh đẩy (6) mang theo ty mở van (7) dịch sang trái, lò xo (12) ép đóng kín
van (11), ngừng cấp khí từ khoang A sang khoang B. Lúc này, khí nén từ xylanh trợ
lực theo đường ống (13) trở lại khoang B, theo đường thông trong ty mở van (7) đi
ra ngoài môi trường (áp suất khí trời).
b) Dẫn động thủy lực có trợ lực khí nén:
Sơ đồ bố trí tương tự loại dẫn động cơ khí có trợ lực khí nén, nhưng lực mở van
cấp khí lúc này do dầu áp suất cao từ xylanh chính đảm nhận.
Cấu tạo van cấp khí như Hình 1.9:

Hình 1.9: Cấu tạo van điều khiển cấp khí trong dẫn động thủy lực trợ lực khí nén
Ghi chú:
1- Van điều khiển cấp khí

2- Lò xo đóng van chắn 3- Van chăn khoang A và B

4- Vách ngăn khoang A và B


5- Đường dẫn khí đến XL

6- Lò xo mở van xả

Trang 12


Thiết kế ly hợp ô tô
7- Lỗ xả khí ra môi trường 8- Lỗ thông của ty mở van 9- Piston mở van cấp khí
10- Xylanh dầu mở van cấp khí 11- Màng ngăn khoang B và C
A- Khoang khí nén B- Khoang trung gian C- Khoang thông khí trời
Nguyên lý làm việc:
Ở hình trên là trạng thái xả khí trong xylanh trợ lực. Lúc này, lỗ thông (8) mở
thông khoang B với khoang C và cùng thông với xylanh trợ lực, cho phép xả khí
hoàn toàn ra môi trường.
Khi mở ly hợp, dầu áp suất cao từ xylanh chính sẽ được cấp đến xylanh (10), đẩy
piston(9) dịch chuyển sang phải, mang theo ty mở van. Lúc này, cần ty ép lên van
chặn (3), lỗ thông (8) bị bít lại, van chặn mở ra. Khí nén từ bình chứa, theo đường
thông từ khoang A ra khe hở giữa van chăn và thành ngăn, đi sang khoang B và theo
đường ống đến xylanh trợ lực, tạo ra lực phụ giúp mở ly hợp.
Khi thôi tác dụng lực lên bàn đạp, van trở lại vị trí như trạng thái ban đầu.

Trang 13


Thiết kế ly hợp ô tô
CHƯƠNG 2:

TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU


2.1 Tính toán momen ma sát yêu cầu của ly hợp:
Để đảm bảo yêu cầu truyền hết momen quay của động cơ trong mọi điều kiện làm
việc, thì ly hợp phải có khả năng truyền được momen quay lớn hơn momen xoắn
Memax

lớn nhất của động cơ

.

Nghĩa là, ta phải có:
M ms = Memax .β

Trong đó:
M ms

: Momen ma sát yêu cầu của ly hợp [N.m]
Memax

: Momen xoắn lớn nhất của động cơ [N.m]
Memax = 170[N .m]

Theo số liệu đề đồ án:
β

: Hệ số dự trữ của ly hợp.

Hệ số dự trữ

β


phải chọn đủ lớn (

β >1

) để đảm bảo cho ly hợp truyền hết momen

xoắn động cơ trong mọi điều kiện điều kiện làm việc của nó (khi các bề mặt ma sát
bị dầu mỡ rơi vào, khi các lò xo ép bị giảm tính đàn hồi, khi các tấm ma sát bị
mòn…). Tuy nhiên, hệ số

β

cũng không được lớn quá, vì như thế, ly hợp không

làm tốt chức năng đảm bảo an toàn cho hệ thống truyền lực khi quá tải.
Dựa vào bảng B2-1 [1], ta chọn được giá trị

β

cho xe du lịch như sau:

β = 1,35 ÷ 1,75

Lưu ý: Chọn giá trị lớn khi xe làm việc trong điều kiện nặng nhọc như tải trọng lớn,
hoạt động trong nhiều loại đường… Đối với đề đồ án này, xe du lịch tải trọng nhỏ

Trang 14



Thiết kế ly hợp ô tô
(G=1635 [kg]), với những loại xe có các thông số tương tự ngoài thị trường hiện
nay, chủ yếu hoạt động trong đường thành phố, nên ta chọn giá trị
Cụ thể, chọn:

β

nhỏ.

β = 1,35

Vậy, momen ma sát yêu cầu của ly hợp là:
M ms = Memax .β = 170.1, 35 = 229,5[ N .m]

2.2 Chọn loại/kiểu và sơ đồ dẫn động ly hợp
2.2.1 Chọn loại/kiểu ly hợp
Với xe du lịch tải trọng nhỏ: G=1635[kg], ta chọn loại ly hợp ma sát một đĩa bị
động, kiểu lò xo ép đĩa nón cụt. Bởi vì:
- Ly hợp ma sát cơ khí một đĩa bị động có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ bảo dưỡng,
sửa chữa và thay thế; việc mở ly hợp dễ dàng, dứt khoát và momen quán tính của
phần tử bị động nhỏ nên ít ảnh hưởng đến việc gài số; đang được dùng phổ biến
trên hầu hết các loại ô tô, đặc biệt là ô tô du lịch.
- Ly hợp ma sát cơ khí kiểu lò xo ép đĩa nón cụt có nhiều ưu điểm nổi bật: Lò xo
làm luôn nhiệm vụ đòn mở nên kết cấu gọn nhẹ, giảm trọng lượng xe, phù hợp với
yêu cầu của xe du lịch; đặc tính của lò xo là phi tuyến, nên lực mở ly hợp hầu như
không tăng thêm, thích hợp với đối tượng điều khiển xe du lịch (bao gồm cả người
lớn tuổi và phụ nữa); đặc biệt, lực ép do lò xo đĩa nón cụt tạo ra đồng đều trên toàn
bộ bề mặt đĩa ma sát, cho phép đĩa ma sát mòn đều hơn.
2.2.2 Chọn sơ đồ dẫn động ly hợp
Trong trường hợp đề đồ án này, với loại ly hợp ma sát một đĩa bị động dùng lò xo

ép đĩa nón cụt như đã chọn, ta dùng hệ thống điều khiển thủy lực để dẫn động ly
hợp. Bởi vì, mặc dù điều khiển thủy lực có kết cấu phức tạp hơn và yêu cầu cao
hơn về chế tạo so với điều khiển cơ khí, nhưng loại này lại có kích thước nhỏ, trọng
lượng nhẹ và dễ dàng bố trí lên xe nên thích hợp cho dòng xe du lịch có yêu cầu cao
về sự gọn nhẹ và dễ bố trí. Trong quá trinh tính toán, nếu lực điều khiển mở ly hợp
lớn hơn giới hạn cho phép thì có thể dùng thêm trợ lực lò xo hoặc trợ lực chân

Trang 15


Thiết kế ly hợp ô tô
không. Sơ đồ kiểu/loại ly hợp và dẫn động ly hợp đã chọn được thể hiện trên Hình
2:
Ghi chú:
1-Trục động cơ

2- Bánh đà

3- Đĩa ma sát

4- Đĩa ép

5- Thân ly hợp

6- Lò xo ép đĩa côn

7- Đinh tán

8- Lò xo hồi vị


9- Ống dẫn hướng

10- Ống trượt

11- Ổ bi tỳ

12- Càng mở

13- Xylanh công tác

14- Đường ống dầu

15- Xylanh chính

16- Bình chứa dầu

17- Bàn đạp ly hợp

Hình 2: Sơ đồ dẫn động ly hợp đã chọn
Nguyên lý hoạt động:
Khi ly hợp ở trạng thái đóng, lò xo ép đĩa côn (6) ép chặt vào đĩa ép (4), không có
khe hở giữa đĩa bị động (3) và bánh đà (2).
Khi cần mở ly hợp, người lái tác dụng lực F bđ lên bàn đạp ly hợp (17), piston dịch
chuyển trong xylanh chính (15), ép dầu trong xylanh chính đi vào đường ống dẫn

Trang 16


Thiết kế ly hợp ô tô
(14), đi đến xylanh công tác (13). Dầu nén vào xylanh (13) sẽ đẩy piston sang phải,

tác dụng lực lên càng mở (12). Càng mở làm việc như một đòn bẩy, khi chịu lực sẽ
đẩy ổng trượt (10) sang trái, mang theo ổ bi tỳ (11) dịch sang trái, ép lên vành trong
của lò xo ép (6), làm giảm lực ép của lò xo, cho phép xuất hiện khe hở giữa phần
chủ động với phần bị động, ly hợp mở ra.
Khi thôi tác dụng lực lên bàn đạp, không có lực ép tác dụng lên vành trong lò xo đĩa
côn nên lực ép của lò xo đĩa côn lại tăng lên, ép chặt đĩa ép vào đĩa bị động, khe hở
biến mất, ly hợp đóng. Lò xo hồi vị (8) kéo ống trượt (10) sang phải, đẩy càng mở,
ép piston của xylanh công tác (13) sang trái và dầu trong xylanh này tràn ra đường
ống dầu, chảy về xylanh chính (15).
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN
3.1 Tính toán xác định các thông số cơ bản của ly hợp:
3.1.1 Xác định bán kính hình vành khan của bề mặt ma sát đĩa bị động:
Gọi lực ép tổng cộng do cơ cấu ép tạo ra là F [N], đặt tại bán kính trung bình của R tb
[m] của đĩa bị động, thì momen ma sát của ly hợp Mms [N.m] do cơ cấu ép tạo ra là:
M ms = µ.F .Rtb .Z ms

(3.1)
Trong đó:
µ
: Hệ số ma sát trượt giữa các bề mặt ma sát (giữa tấm ma sát với đĩa ép và giữa
tấm ma sát với bánh đà).
µ
Hệ số
phụ thuộc vật liệu và tình trạng bề mặt, tốc độ trượt tương đối, nhiệt độ và
áp suất trên bề mặt ma sát. Theo [1], khi tính toán, chọn trong khoảng
µ = 0, 22 ÷ 0,3

Chọn

µ = 0, 26


Trang 17


Thiết kế ly hợp ô tô
Z ms

: Số đôi bề mặt ma sát, phụ thuộc số đĩa bị động của ly hợp. Với ly hợp một đĩa
Z ms = 2

bị động thì:
Tiếp tục, gọi p là áp suất pháp tuyến sinh ra ở các đôi bề mặt ma sát do tác dụng của
lựa ép F, giả thiết, giá trị của p [N.m 2] là không đổi trên toàn bộ bề mặt ma sát. Với
R1 và R2 lần lượt là bán kính trong và ngoài của hình vành khăn thì momen ma sát
của đĩa bị động được viết lại như sau:
M ms = µ . p.π . ( R2 2 − R12 ) .Rtb .Z ms

Mà:

2 R23 − R13
Rtb = . 2
3 R2 − R12

2
M ms = µ. p.π . . ( R23 − R13 ) .Z ms
3

Nên:
KR =


Đặt:

R1
R2

: Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và bán kính ngoài của đĩa ma sát.

Ta có:
2
M ms = .µ. p.π .R23 ( 1 − K R 3 ) .Z ms
3
⇒ R2 =

3

3.M ms
2.µ . p.π . ( 1 − K R 3 ) .Z ms

(3.2)
Trong đó:
Giá trị áp suất p là thông số quan trọng, quyết định lượng mòn của các bề mặt ma
sát khi ly hợp trượt trong quá trình đóng ly hợp sau gài số . Vì vậy, khi tính toán,
cần chọn p phải nhỏ hơn hoặc bằng giá trị áp suất cho phép [p], nhằm đảm bảo tuổi
thọ cần thiết cho đĩa ma sát. Theo [1], giá trị áp suất cho phép trong khoảng:
[p ] = 1, 4 ÷ 2, 5.105 [N / m 2 ]

p = [p] = 2, 2.105 [N / m 2 ]

Chọn
(Vì xe làm việc trong điều kiện đường sá tốt và tải trọng nhỏ, nên ít phải sang số, do

đó có thể chọn giá trị p lớn)

Trang 18


Thiết kế ly hợp ô tô
K R = 0,53 ÷ 0, 75

Giá trị hệ số tỷ lệ KR, theo [1], thì KR nằm trong khoảng
Với xe du lịch đã cho là động cơ cao tốc, nên cần chọn K R lớn để hạn chế chênh
lệch tốc độ trượt giữa mặt trong và ngoài của tấm ma sát, giảm sự mòn không đều
giữa mép trong và ngoài, giúp đảm bảo tuổi thọ tấm ma sát.
K R = 0, 6

Chọn
Thay vào công thức (3.2), ta được:
R2 =

3

3.229,5
2.0, 26.2, 2.105.π . ( 1 − 0, 7 3 ) .2

=> R2 = 0,1134[ m] = 113, 4[mm]

=> R1 = R2 .K R = 0,1134.0, 7 = 0, 0794[m] = 79, 4[mm]

Vậy, bán kính trung bình hình vành khăn của tấm ma sát là:
2 R 3 − R 3 2 0,11343 − 0, 07943
Rtb = . 22 12 = .

= 0, 0974[ m]
3 R2 − R1
3 0,11342 − 0, 07942
Rtb = 97, 4[mm]

Hay
3.1.2 Lực ép của cơ cấu ép:
Sau khi đã xác định được các thông số kích thước của vành ma sát, ta dễ dàng xác
đinh được lực ép cần thiết của cơ cấu ép phải tạo ra mà theo đó, đảm bảo được áp
suất làm việc đã chọn và momen ma sát yêu cầu:
Thay Rtb vào công thức (3.1), ta có:
M ms = µ.F .Rtb .Z ms

=> F =

M ms
229,5
=
= 4532,1[ N ]
µ ..Rtb .Z ms 0, 26.0, 0974.2

3.1.3 Công trượt riêng của ly hợp:
Việc xác định kích thước của bề mặt ma sát theo điều kiện áp suất làm việc không
vượt quá giá trị cho phép như trên, chưa đủ để đánh giá khả năng chống mòn của ly

Trang 19


Thiết kế ly hợp ô tô
hợp. Vì với cùng áp suất làm việc, các ly hợp khác nhau trên các ô tô có trọng lượng

khác nhau thì sự hao mòn của ly hợp là khác nhau.
Việc đóng ly hợp êm dịu bao giờ cũng kèm theo sự trượt giữa các đôi bề mặt ma
sát. Sự trượt này làm cho các bề mặt ma sát bị mòn, đồng thời sinh nhiệt, nung nóng
các chi tiết tiếp xúc trực tiếp với các bề mặt trượt. Nếu cường độ trượt quá mạnh sẽ
làm mòn nhanh các bề mặt ma sát và nhiệt sinh ra rất lớn, làm cháy cục bộ các tấm
ma sát, làm nung nóng lò xo ép, từ đó, có thể làm giảm khả năng ép của lò xo.
Do đó, việc nghiên cứu xác định công trượt, công trượt riêng để hạn chế sự mòn và
khống chế nhiệt độ cực đại giúp đảm bảo tuổi thọ cho ly hợp là hết sức cần thiết.
3.1.3.1 Công trượt ly hợp:
Khi đóng ly hợp từ từ để đảm bảo êm dịu cho hệ thống truyền lực, thời gian trượt
giữa các bề mặt ma sát kéo dài nên công trượt của ly hợp trong trường hợp này lớn
hơn nhiều khi đóng ly hợp đột ngột. Do đó, ta chỉ tính cho trường hợp này.
Khảo sát công trượt ly hợp trong trường hợp đóng từ từ, ta xét mô hình tính toán
như sau:

Hình 3.1: Mô tình tính toán công trượt ly hợp
Trong đó:
Je
Ja

: Momen quán tính khối lượng quy dẫn của bánh đà [kg.m2]
: Momen quán tính khối lượng của xe quy dẫn về trục ly hợp [kg.m 2]

ωe

: Tốc độ góc trục khuỷu động cơ [rad/s]
ωa

: Tốc độ góc trục ly hợp [rad/s]
M ms


: Momen ma sát của ly hợp [N.m]

Trang 20


Thiết kế ly hợp ô tô
Ma

: Momen cản chuyển động của xe quy dẫn về trục ly hợp [N.m]
Theo tài liệu [1], công trượt tổng cộng của ly hợp được xác định theo công thức:
t 2  1
L = M a .(ωe − ωa ).  1 + .t2 ÷+ .J a .(ωe − ωa )2
2 3  2

(*)

a) Xác định momen quán tính khối lượng quy dẫn về trục ly hợp Ja [kg.m2]:
Momen quán tính khối lượng quy dẫn Ja được xác định từ điều kiện cân bằng động
năng. Theo [1], ta có:
 Ga + Gm  Rbx 2
Ja = 
.δ
÷.
2
g

 ( ih .i p .io )

Trong đó:

Ga : Trọng lượng toàn bộ của ô tô [N]
Gm : Trọng lượng toàn bộ của rơ mooc hoặc đoàn xe kéo theo [N]
g : Gia tốc trọng trường, g=9,81[m/s2]
Rbx : Bán kính làm việc của bánh xe chủ động [m]
ih , ip , io : tỷ số truyền tương ứng với hộp số, hộp số phụ và truyền lực chính
δ : Hệ số tính đến các khối lượng chuyển động quay trong hệ thống truyền lực.
Trong tính toán, có thể lấy bằng: δ=1,05 … 1,06 (theo [1])
Chọn

δ=1,05

Theo giải thiết của đề đồ án:
Ga = 1635.9,81 = 16039,35[ N ]
Gm = 0

* Xác định bán kính làm việc của bánh xe chủ động: với ký hiệu lốp 195/65R15, ta
có:
Chiều rộng bánh xe: B=195[mm]
Đường kính mâm bánh xe: d=15 [inch]
=> Bán kính thiết kế của bánh xe theo [2] là:

Trang 21


Thiết kế ly hợp ô tô

Ro = B +

d
15

.25, 4 = 195 + .25, 4 = 385,5[ mm] = 0,386[ m]
2
2

Với lốp áp suất cao, theo [2], ta có hệ số biến dạng lốp: λ=0,945 … 0.95
Chọn: λ= 0,95
=> Bán kính làm việc của bánh xe là:
Rbx=Ro.λ=0,95.0,386=0,366 [m]
** Xác định tỷ số truyền của truyền lực chính io :
Theo [2], ta có:
io =

2π .Rbx .ne ( max)
60.ihn .i p .Vmax

Trong đó:
ihn : tỷ số truyền của hộp số ở số truyền cao nhất, với xe có số truyền cao nhất truyền
thẳng thì ihn=1
ip : tỷ số truyền của hộp số phụ. Do xe du lịch không bố trí hộp số phụ nên: ip=1
Vmax : vận tốc cực đại của xe. Theo đề: Vmax=185 [km/h] = 51,39 [m/s]
Ne(max) : số vòng quay lớn nhất của động cơ, ứng với tốc độ lớn nhất của xe. Với xe
du lịch động cơ xăng thì:
ne ( max) = λ .nN

Mà, xe không hạn chế số vòng quay, chọn λ theo [2]: λ = 1,1 … 1,3
Chọn λ = 1,2
=> ne(max) =1,2.6000=7200 [vòng/phút]
=> io =

2π .0,366.7200

= 5,37
60.1.1.51,39

*** Xác định tỷ số truyền của hộp số ở tay số 1:
Tính ih1 theo [2]:
- Theo điều kiện kéo, ta có:
ih1 ≥

ψ max .Ga .Rbx
M e ( max) .io .i p .ηt

Trang 22


Thiết kế ly hợp ô tô
Theo đề đồ án:
ψ max

= 0,33
Me(max) = 170 [N.m]
ηt : Hiệu suất của hệ thống truyền lực. Theo [2], với xe du lịch thì : ηt = 0,93
ih1 ≥

0,33.16039,35.0, 366
= 2, 28
170.5,37.1.0,93

=>
- Theo điều kiện bám, ta có:
ih1 ≤


m.Ga .ϕ.Rbx
M e ( max) .io .i p .ηt

Trong đó:
m : Hệ số phân bố tải trọng. Với xe du lịch 2 cầu chủ động (4x4), chọn m=1
φ : Hệ số bám của bánh xe chủ động với mặt đường. Do xe chủ yếu hoạt động ở
đường thành phố, là đường nhựa, nên theo [2], chọn : φ = 0,7 … 0,8
Chọn: φ = 0,7
Do đó, ta có:
ih1 ≤

1.16039,35.0, 7.0,366
= 4,84
170.5,37.1.0,93
2, 28 ≤ ih1 ≤ 4,84

Vậy, tỷ số truyền hộp số ở tay số 1 cần chọn sao cho:
ih1 = 4, 6

Chọn:
Vậy, ta có momen quán tính khối lượng quy dẫn Ja là:
Ja =

16039,35
0,3662
.
.1, 05 = 0,377[kg .m 2 ]
2
9,81 ( 4, 6.1.5,37 )


b) Xác định momen cản chuyển động của xe quy dẫn về trục ly hợp:
Theo [1], ta có:
R
M a = ( Ga + Gm ) .ψ + Pω  . bx
i .η
t

t

Trang 23


Thiết kế ly hợp ô tô
Trong đó:
Pω : Lực cản của không khí [N]. Do đang tính toán ở tay số 1, nên tốc độ của xe rất
bé, do đó, lực cản không khí có thể bỏ qua.
it : Tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực:
it = io . ih1 . ip
ψ : Hệ số cản tổng cộng của đường. Tính cho điều kiện làm việc bình thường của xe
là đường không dốc, đường nhựa tốt, theo [2], chọn : ψ = 0,015 … 0,018
Chọn:

ψ = 0,016

=>M a = 16039,35.0, 016.

0,366
= 4, 089[ N .m]
4, 6.5,37.0,93


c) Xác định các thông số còn lại:
Việc tính toán công trượt L theo công thức (*) là kết quả của việc phân tích quá
trình trượt của ly hợp thành 2 giai đoạn, sau đó, sử dụng các giả thiết của giáo sư N.
A. Bukharin cho quá trình đóng ly hợp êm dịu để đơn giản hóa việc tính L.
Theo đó, thời gian trượt t1 của giai đoạn I được xác định theo [1] như sau:
t1 =

Ma
K

Trong đó:
Giai đoạn I: là giai đoạn tính từ lúc các bề mặt ma sát chạm vào nhau cho đến lúc
tốc độ góc trục ly hợp bắt đầu tăng, tức là khi momen ma sát của ly hợp vẫn còn
nhỏ hơn hoặc bằng momen cản quy dẫn Ma .
K : Hệ số tỷ lệ, đặc trưng cho cường độ tăng momen của ly hợp. Theo [1], xe du
lịch được chọn: K= 50 … 150
t1 =

Chọn K = 100

=>

M a 4,089
=
= 0, 041[ s]
K
100

Giai đoạn II: là giai đoạn kể từ khi tốc độ góc trục ly hợp bắt đầu tăng cho đến khi

bằng tốc độ góc trục khuỷu động cơ và sự trượt kết thúc. Giai đoạn này được đặc
trưng bởi thời gian t2 . Theo [1], t2 được xác định theo công thức:

Trang 24


Thiết kế ly hợp ô tô

t2 =

2.J a .(ωe − ωa )
K

Trong đó:
ωa tính cho trường hợp đóng ly hợp khi xe đang đứng yên, vì lúc này, công trượt là
lớn nhất, do đó: ωa = 0
ωe lấy bằng tốc độ động cơ ứng với momen cực đại: ωe = ωM
=> ωe =

=> t2 =

2π nM
= 140π [rad / s ]
60
2.0,377. ( 140π − 0 )
= 1, 487[ s]
100

Vậy, công trượt tính theo (*) là:
t 2  1

L = M a .(ωe − ωa ).  1 + .t2 ÷+ .J a .(ωe − ωa )2
2 3  2
 0, 041 2
 1
=> L = 4, 089.140π . 
+ .1, 487 ÷+ .0,377.(140π )2 = 38272, 04[ J ]
3
 2
 2

3.1.3.2 Công trượt riêng của ly hợp lr :
Công trượt riêng của ly hợp là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tuổi thọ ly hợp theo
điều kiện trượt: tính bằng công trượt trên một đơn vị diện tích làm việc của bề mặt
ma sát.
lr =

L
Z ms .π . ( R2 2 − R12 )

=> lr =

38272, 04
= 928916, 08[ J / m 2 ] = 928,92  kJ / m 2 
2
2
2.π . ( 0,1134 − 0,0794 )

Vậy, so với giá trị cho phép về công trượt riêng đối với xe du lịch (
lr ≤ 1000  kJ / m2 


) thì ly hợp thiết kế đạt yêu cầu về tuổi thọ cho ly hợp.

3.1.4 Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp:

Trang 25