TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM LY HỢP
2.1 Mô men ma sát của ly hợp
Ly hợp phải có khả năng truyền hết mô-men xoắn lớn nhất của động cơ
Memax được xác định :
Mms = Memax.β

[N.m]

Trong đó :
Mms [N.m]. : Mô-men ma sát yêu cầu của ly hợp.
Memax
: Mô-men xoắn lớn nhất của động cơ, [N.m].
Theo đề Memax = 275[Nm].
β

: Hệ số dự trữ của ly hợp.

Hệ số dự trữ β tính đến các yếu tố làm giảm lực ép hoặc làm giảm momen ma sát
trong quá trình sử dụng như:
Mòn vùng ma sát làm giảm lực ép 15% ÷20%.
Giảm độ đàn hồi của lò xo ép làm giảm 8% ÷ 20%.
Như vậy tổng lực ép do các yếu tố trên sẽ bị giảm khoảng 23% ÷30%.Hệ số β phải
chọn không được nhỏ quá tuy vậy cũng không được lớn quá. Nếu β lớn thì phải
tăng lực ép do đó cần tăng lực điều khiển ly hợp nên gây mệt mỏi cho người lái.
Cùng với đó thì kích thước của ly hợp tăng và mất vai trò của cơ cấu an toàn.
Căn cứ vào chủng loại xe và điều kiện làm việc thường xuyên của nó để
chọn hệ số dự trữ β .
Theo bảng B1.1 Bảng chọn hệ số dự trữ ly hợp β
Loại xe
Xe tải, khách, máy kéo vận tải


)

Trong đó :
µ

: Hệ số ma sát trượt giữa các đôi bề mặt ma sát chọn µ = 0,25

zms
p

: Số đôi bề mặt ma sát; ưu tiên chọn một đĩa bị động nên zms = 2.
: Áp suất pháp tuyến của các bề mặt ma sát. Để bảo đảm tuổi thọ cho

các tấm ma sát, giá trị cho phép [p] = (1,4.105 ÷ 2,5.105 )[N/m2].
Vì ly hợp có điều kiện làm việc tương đối cao nên có thể chọn áp suất theo
giới hạn trên p = 2,2.105 [N/m2].
KR

R1

: Hệ số tỷ lệ giữa bán kính trong và ngoài bề mặt ma sát, KR = R .
2

Có thể chọn KR theo giới hạn . KR = 0,55.theo [1] : (0,53-0,75).
Thay số vào công thức trên ta tính được :


R2

=

2 R23 − R13
3 R22 − R12

Rtb

=

Rtb

2 (0,142 3 − 0,078 3 )
=
3 (0,142 2 − 0,078 2 )

= 0,1131 [m]

≈113 [mm].

2.2.3. Lực ép cần thiết FCT
Lực ép cần thiết lên đĩa để truyền được mômen ma sát Mms
Fct =

β .M e max
[N]
µ .Rtb z ms

Thay số vào ta có:
Fct =

Vậy


(t)

ωe (t
)

ωa

M

Ma

ωa
t1

t2

t

Quá trình đóng êm dịu ly hợp bao giờ cũng kèm theo sự trượt ly hợp giữa
các đôi bề mặt ma sát. Sự trượt của ly hợp làm cho các bề mặt ma sát mòn, đồng
thời sinh nhiệt nung nóng các chi tiết tiếp xúc với các bề mặt trựơt. Nếu cường độ
trượt quá mạnh sẽ làm mòn nhanh các bề mặt ma sát và nhiệt sinh ra sẽ rất lớn, có
thể làm cháy cục bộ các tấm ma sát, làm nung nóng lò xo ép từ đó có thể làm giảm
khả năng ép của chúng.
Vì vậy, việc xác định công trượt, công trượt riêng để hạn chế sự mòn, khống
chế nhiệt độ cực đại nhằm bảo đảm tuổi thọ cho ly hợp là hết sức cần thiết.
2.2.4.1. Mô men quán tính qui dẫn Ja [kg.m2]:
Mô men quán tính khối lượng qui dẫn J a được xác định từ điều kiện cân
bằng động năng khi ôtô đang chuyển động theo [1]:
 G a + G m  rbx2

truyền lực; trong tính toán có thể lấy bằng δt = 1,05 ÷ 1,06. Chọn δ = 1,05.
• Xác định tỷ số truyền lực chính io :
Giá trị tỷ số truyền lực chính i o cùng với tỷ số truyền cao nhất của hộp số
truyền cao nhất của hộp số ihn được xác định theo tốc độ chuyển động lớn
nhất của động cơ ωemax
ω
Vmax = N Rbx ,với ihn=1
ihn .i0
=>

i0 =

ω n Rbx π .n.Rbx π .4200.0,35
=
=
= 4,618
1000
Vmax
Vmax
30.120.
3600

• Tính ih1 : ( tính cho số 1)
Theo công thức IV-31 trang 128 sách lý thuyết ô tô – máy kéo , tác giả :
Nguyễn Hữu Cẩn.
Ta có :
Gψ max Rbx
ih1 ≥
M e max .i0 .η t
Bảng B 2- 1 : Bảng tham khảo các thông ψ max số ( sách hướng dẫn thiết kế ô tô

275.4,618.0,85
Chọn ih1=3.
 29430  0,35 2
1,05 = 2,01 (kg.m2)

=> J a = 
2
 9,81  (4,618.3)

2.2.4.2. Mô men cản chuyển động qui dẫn Ma [N.m]
Mô men cản chuyển động của xe qui dẫn về trục ly hợp được tính theo [1]:
M a = [ (Ga + Gm )ψ + Pω ]

rbx
it η t

Trong đó :
ψ

: Hệ số cản tổng cộng của đường. Tính cho đường có ψ = 0,02

Pω
: Lực cản của không khí. Khi khởi hành xe thì P ω = 0 (vì tốc độ quá
nhỏ).
it
: Tỷ số truyền chung hệ thống truyền lực (it = ih1.ip.io).
ηt

: Hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực. Xe tải, chọn ηt = 0,85.


(k d .M e max − M a )

Sử dụng công cụ solver của Microsoft Excel, với điều kiện ràng buộc k d > 0 và kd

: Công trượt tổng cộng của ly hợp.
zms : Số đôi bề mặt ma sát, ly hợp một đĩa bị động nên zms = 2.
R2, R1 : Bán kính tương ứng vòng ngoài, vòng trong của hình vành khăn bề
mặt ma sát.
Thay số vào ta có :
lr =

59929,47
2.π .(0,142 2 − 0,078 2 )

= 677419,84 [J/m2]
= 677 [KJ/m2].
Vậy, so với giá trị cho phép về công trượt riêng của xe tải (l r ≤ 800 [KJ/m2])
thì ly hợp thiết kế đạt yêu cầu về tuổi thọ cho ly hợp.


2.2.5.Nhiệt sinh ra do trượt ly hợp
Ngoài việc tính toán kiểm tra công trượt riêng, ly hợp còn cần phải tính toán
kiểm tra nhiệt độ nung nóng các chi tiết của ly hợp trong quá trình trượt ly hợp để
bảo đảm sự làm việc bình thường của ly hợp, không ảnh hưởng nhiều đến hệ số ma
sát, không gây nên sự cháy các tấm ma sát hoặc ảnh hưởng đến sự đàn hồi của lò
xo ép.v.v..
Với ly hợp một đĩa, nhiệt sinh ra làm nung nóng đĩa ép được xác định từ :
ν.L

= m.c.∆T

Trong đó :
L
: Công trượt của toàn bộ ly hợp [J].


m

≥ π(R 2 − R 2 )ρ
2
1


ρ : Khối lượng riêng của đĩa ép.
Với vật liệu làm bằng gang ρ ≈ 7800 [kg/m3]
Thế số các đại lượng đã biết, ta xác định được bề dày tối thiểu của đĩa ép
theo chế độ nhiệt do trượt:
6,22

δ

≥ π (0,142 2 − 0,078 2 ).7800

δ

≥ 0,01803 [m] ≈ 18[mm].

Chọn δ = 20 mm để đảm bảo tính bền cần thiết.
2.2.7. Tính toán lò xo ép dây xoắn hình trụ
2.2.7.1. Lực ép cần thiết của một lò xo Flx [N] khi làm việc theo [1]:
Flx =

ko.F
z lx





 [N/m]



β min : Hệ số dự trữ ly hợp khi tấm ma sát mòn đến giới hạn phải thay thế, theo kinh

nghiệm β min = ( 0,8 ÷ 0,85 ) β . Ta chọn β min = 0,8. β =1,6
- lm : Lượng mòn tổng cộng cho phép của các tấm ma sát, tính bằng [m]:
l m = 0,5. δ ms.Zms = 0,5.3,5.2 = 3,5 [mm]. Chọn δ ms = 3,5
638,83

Thay vào ta được : Clx = 3,5.10 −3 (1 − 0,8) = 36504,57 [N/m]
2.2.7.3. Lực nén lớn nhất tác dụng lên một lò xo Plxmax [N]
Lực nén lớn nhất tác dụng lên một lò xo được tính theo [1] :
Flxmax = Flx + Clx.λm
- λ

m

[N] (4.14)

: Độ biến dạng thêm của lò xo khi mở ly hợp, [m]. Độ biến dạng thêm λ

m

chính bằng dịch chuyển của đĩa ép khi mở ly hợp được tính theo công thức:
λ m = δ m .Z ms + δdh

[1]

Từ đó ta xác định được đường kính dây lò xo theo công thức :
d2 ≥

8.Flx max .k D
8Flx max .k D
8.1,25.6.730
. ⇒d≥
. =
= 0,00463 [m] = 4,6 [mm]
π [τ ]. d
π [τ ]. d
3,14.650.10 6

Chọn d = 5 [mm] => D = k.d = 6.5 = 30 [mm]
2.2.7.6. Số vòng làm việc của lò xo
Số vòng làm việc của lò xo được xác định từ công thức độ cứng C lx [N/m2] theo
[1]:
C lx =

G.d 4
[N/m]
8.D 3 .n o

G.d 4
0,81.1011.(5.10 −3 ) 4
=
= 6,42
=> n0 =

= 0,02 [m] =20 [mm]
C lx
36504,57

=> Lmax = 44,52 + 20 = 64,52 [mm]
2.2.7.9. Chiều dài làm việc của lò xo Llv [mm]
Được xác định khi chịu lực ép Flx.
Llv = L max - λlv

[mm]

Trong đó:
λlv : Độ biến dạng của lò xo khi chịu lực ép Flx :


λlv =

Flx
638,83
=
= 0,01752 [m] = 17,5 [mm]
C lx 36504,57

=> Llv = 64,52 – 17,5 = 47,02 (mm) ≈ 47 (mm)
2.3. Bộ phận giảm chấn xoắn
Giảm chấn xoắn được dùng trong ly hợp, về nguyên tắc giảm chấn xoắn bao
gồm 2 bộ phận : Bộ phận đàn hồi và bộ phận tiêu tán năng lượng dao động.
- Bộ phận đàn hồi : Có thể là lò xo, thanh xoắn hay cao su, dùng để giảm độ
cứng xoắn của hệ thống truyền lực. Nhờ đó giảm được tần số dao động riêng của
hệ thống truyền lực tránh được sự cộng hưởng ở tần số cao. Do độ cứng tối thiểu bị

Mkgc ≥ Memax + ∆ MJ = (1,2 ÷ 1,4) Memax [N.m]
Chọn Mkgc = 1,3.Memax = 1,3.275 = 357,5 [N.m]
Trong đó : ∆ MJ = (0,2 ÷ 0,4) Memax [N.m] là biên độ dao động mô men xoắn
ở vùng cộng hưởng nguy hiểm nhất.
- Mô men ma sát Mms của giảm chấn được xác định theo điều kiện đảm bảo
cho biên độ các dao động cộng hưởng xuất hiện là nhỏ nhất, theo [3] Mms được tính
theo công thức : Mmsgc = (0,06 ÷ 0,17) Memax = 0,1. Memax = 0,1.275 = 27,5 [N.m]
- Độ cứng tối thiểu của lò xo giảm chấn bị giới hạn bởi mô men lớn nhất
truyền qua ly hợp Memax (khi các vòng lò xo tỳ sát vào nhau). Nghiã là ta có lực
lớn nhất tác dụng lên mỗi lò xo giảm chấn F maxgc [N] , theo [1] Fmaxgc xác định bằng
công thức :
Fmax gc =

Fmax gc =

M e max − M msgc
Z lx .Rtbgc
M e max − M msgc
Z lx .Rtbgc

[N]
=

275 − 27,5
= 515,625 [N]
6.80.10 −3

Độ cứng, ứng suất của lò xo được tính theo công thức :



kết cấu bù được sự không tương ứng về mặt động học giữa đầu đòn mở và đĩa ép
( đĩa ép luôn dịch chuyển theo chiều trục ly hợp, còn đầu đòn mở nối với đĩa ép lại
quay quanh gối đỡ của nó tựa trên thân ly hợp.
Ta sử dụng đòn mở cho ly hợp thiết kế có kết cấu và phương pháp lắp đặt
đòn mở loại: Ổ bi kim và thanh xoắn. Với loại kết cấu này sự tương ứng về mặt
động học được bù lại nhờ con lăn 1 có thể quay tự do quanh trục 2 của đòn mở.
Khe hở δ o giữa phiến tỳ và ổ mở đảm bảo ly hợp luôn luôn đóng kể cả khi
các tấm ma sát mòn đến giới hạn cho phép.
2.6. Đĩa bị động.
.


Voìng ma saït
Âinh taïn
Xæång âéa
Loì xo giaím cháún
Voìng ma saït giaím cháún
Moayå

H.6.1. Đĩa bị động
2.6.1. Xương đĩa :
a. Công dụng :
Xương đĩa là bộ phận gắn trên Moayơ và dùng để bắt chặt các tấm ma sát, nó
là phần tử trung gian dùng để truyền mômen xoắn từ tấm ma sát đến trục sơ cấp
hộp số.
Xương đĩa có độ đàn hồi nên làm cho ly hợp đóng ngắt được êm dịu hơn.
b. Kết cấu :
Có rất nhiều loại kết cấu khác nhau :
Qua tham khảo một số loại kết cấu xương đĩa hiện nay, ta chọn xương đĩa cần
thiết kế thuộc loại xương đĩa có bộ phận giảm chấn.

Chiều dày tấm ma sát δms = 3÷5[mm] nó chế tạo bằng phêrađô nghiền nhỏ có
thấm chất dính sau đó đem ép đi. Các vòng ma sát bằng phêrađô có độ bền cơ học
cao, không bị xốp và có thể làm việc ở nhiệt độ cao.
Đối với ôtô làm việc trong điêu kiện nặng nhọc ta có thể chế tạo vòng ma sát
bằng kim loai sứ bằng cách đem ép bột kim loại dưới áp suất cao, thành phần gồm
có:73%Cu , 14%Pb , 7%Sn , 6% than.
Với ly hợp cho loại xe thiết kế tải trọng 15000kg ta chế tạo vòng ma sát bằng
phêrađô : δms = 5 mm .
Cách lắp ghép tấm ma sát với xương đĩa :
Ghép bằng đinh tán :
Ưu điểm của phương pháp này là :
Tiết kiệm vật liệu
Bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng
Nhược điểm của phương pháp này là :
Không tận dụng hết chiều dày tấm ma sát (đến khi chạm vào đinh tán là
phải thay thế ngay )
Vât liệu chế tạo đinh tán : đinh tán được làm bằng đồng đỏ, đồng thau mềm
hoặc bằng nhôm có đường kính từ 4 ÷ 6mm theo dạng hình ống, dạng đinh tròn có
đầu nữa hình cầu.
Bố trí đinh tán :
Đinh tán xếp theo 2 hàng. Khi gắn các tấn ma sát thì đầu đinh tán phải
thụt xuống khỏi bề mặt tấm ma sát khoảng 1 ÷ 2 mm để tránh sự cọ sát giữa đinh
tán và đĩa ép hoặc bánh đà khi đã mòn tấm ma sát.
Tính toán đinh tán:
tính theo ứng suất dập và ứng suất cắt :
F

σ= S
d
F

Theo định lý Pitago F = R ⇒ F2i = R F1i
2i
2
1

(

Mms = F1iR1 + F1i

2

F R + R2
R2
R2 = 1i 1
R1
R1

2

(6.4)

)⇒F

1i

=

M ms R1

(R

Z ms R1 + R2

(Mms =βMemax)

+ R2

M ms R2

(R

1

Tính cho cả ly hợp :

2

2

+ R2

2

2

)

)

(6.5)
(6.6)


ứng suất dập cho phép nằm trong khoảng

[τc] = 10 [MN/m2]
Từ công thức tính ứng suất cắt ta suy ra được công thức tính đường kính
ngoài cho phép của đinh tán.
dđt ≥

4.F2
4.1341,46
=
= 0,0031
n.[τ c ].π
18.10.10 6.3,14

[m]

Ta chọn dđt = 5 [mm]
Từ công thức tính ứng suất dập ta suy ra được công thức tính chiều dài bị rèn
dập cho phép của đinh tán.
lđt ≥

F2
1341,46
=
= 0,00097
n.[σ c ].π
18.25.10 6.3,14

[m]

[ τ ] = 80 ÷ 120 [MN/m2] - Chọn [ τ ]= 80 [MN/m2]
Đường kính cho phép của trục:
dt ≥

3

β .M e max
2.275
=3
= 0,0325
0,2.[τ ]
0,2.80.10 6

[m]

Chọn dt= 0,03 [m]
Các then của Mayơ tính theo dập và cắt :
Lực tác dụng trên bán kính trung bình của các then đối với mayơ là :
β .M e max

Q = Z .R [N]
1
tb
Trong đó :

(6.7)

Z1- số lượng mayơ, Z1 = 2.
1
4


[m]

0,75- hệ số tính đến sự phân bố tải trọng không đều lên các then
1
( 50 − 40) = 5[mm] -chiều cao của then .
2

z = 20 - số lượng then
chọnchiều dài tiếp xúc của then với mayơ

lm = 50[mm]

Từ công thức tính ứng suất cắt τc của then hoa ta xác định chiều rộng của chân
then với moayơ:
Q

12222,222

b  0,75.z.l .[τ ] = 0,75.20.0,05.10.10 6 = 0,00163 [m]
m
c
b=5

[mm]

d

h


mài bóng ra thì mặt bên kia của đĩa ép phải làm các gân tản nhiệt, phải có chô lõm
vào để định vi các lò xo ép, phải có những mấu lồi để bắt các đòn bẩy cho quá
trình đóng mở ly hợp, đĩa ép ngoài còn làm nhiệm vụ quan trọng nữa là thoát nhiệt
cho nên về kích thước đĩa ép tương đối lớn và khối lượng cũng lớn.
2.7.4. Vật liệu chế tạo đĩa ép :
Xuất phát từ nhiệm vụ của đĩa ép cho nên vật liệu chế tạo đĩa thường được
đúc bằng gang xám có cấu trúc péclic. Để tăng độ vững bền và tuổi thọ các đĩa ép


của ly hợp người ta đã chế tạo chúng bằng gang hợp kim. Ngoài ra để cường hoá
các chỗ đúc cục bộ người ta có đặt cốt bằng dây đồng đường kính 5÷7mm được
uốn cong theo hình khung để đúc .Nhờ các biện pháp trên mà độ bền các đĩa ép
này so với những đĩa khác được đúc bằng gang thường sẽ tăng gần 1,5 lần .
Các đĩa ép ngoài và trung gian chế tạo bằng gang xám có tính chất tốt
như : CY24-48, C18-36 hay CY15-32, hoặc trong một số rất ít trường hợp chế tạo
bằng gang hợp kim với tổng số chất hợp kim crôm, kẽm, môlíp đen không quá 2%