6

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******&******

NGÔ VĂN GIANG
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG LY
HỢP CÓ CƯỜNG HÓA KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN KHẮC TUÂN


7

Thái Nguyên, 01/2016


8

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
******&******

NGÔ VĂN GIANG

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG LY
HỢP CÓ CƯỜNG HÓA KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ

thí nghiệm.
Để nâng cao kỹ năng thực hành, thí nghiệm trong đào tạo sinh viên đại học, các
thiết bị thực hành, thí nghiệm và mô hình đào tạo có vai trò chủ đạo. Song một khó
khăn đó là các mô hình được cung cấp trên thị trường bởi các công ty thiết bị trường
học thường chủ yếu nhằm mục tiêu nghiên cứu cấu tạo, hoạt động của các hệ thống
hoặc tổng thành ô tô. Các mô hình này phù hợp cho tạo nghề ở bậc học cao đẳng,
trung cấp. Tuy nhiên, một trong những yêu cầu đặt ra ở bậc học đại học, đó là sinh
viên cần có kỹ năng nghiên cứu lý thuyết và làm sáng tỏ lý thuyết thông qua thí
nghiệm, thực hành. Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo các mô hình đào tạo đáp ứng được
mục tiêu đào tạo đại học là một yêu cầu rất cần thiết hiện nay.
Nhằm cung cấp cơ sở lý thuyết ban đầu cho việc thiết kế chế tạo các hệ thống
trên ô tô trong đó có cụm ly hợp và hệ thống dẫn động, việc nghiên cứu đặc tính động
học, động lực học và ảnh hưởng của các bộ phận kết cấu đến hoạt động của hệ thống,
tải trọng tác động lên các bộ phận từ đó cho phép ta xác định được các thông số kết
cấu tối ưu cho các cụm chi tiết trong hệ thống là một việc làm rất quan trọng.


10

Chính vì vậy, đề tài “ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống dẫn động ly hợp
có cường hóa khí nén trên ô tô” với mục tiêu nghiên cứu động học, động lực học của
hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa trên cơ sở đó chế tạo được mô hình phục vụ
cho công tác thực hành và thí nghiệm của sinh viên chuyên ngành Công nghệ ô tô là
một đề tài có ý nghĩa thực tiễn và cần thiết hiện nay.
2. Các công trình đã công bố liên quan đến đề tài
Đã có rất nhiều các công trình công bố nghiên cứu về động học và động lực học
của ly hợp và hệ dẫn động điều khiển ly hợp trên ô tô.
1. Analysis of the Influence of Clutch Pedal to Vehicle Comfort Jiangchuan Li, Feng
Deng, Shaojin Liu and Hao Hu. Các tác giả đã đưa ra nghiên cứu lý thuyết về ảnh
hưởng của hành trình bàn đạp, lực tác dụng đến sự thoải mái và sự tiện nghi êm dịu


of

a

wet

plate

clutch,

M.J.W.H.

Edelaar

(1997). Tác giả đã đưa ra mô hình mô phỏng và điều khiển ly hợp kiểu ma sát ướt. Mô
hình được kiểm chứng bằng nghiên cứu thực nghiệm.
4.

The

propensity

influence
to

of
judder

the

lực.


11

6. Dry Clutch Control for Automotive Applications, Pietro J. Dolcini · Carlos Canudas
de Wit Hubert Béchart (2011). Các tác giả đã trình bày một cách chi tiết về quy luật
điều khiển ly hợp ma sát khô trên ô tô, các kết quả tính toán và thí nghiệm liên quan.
Đối với các mô hình đào tạo. Ở các nước phát triển, ngành công nghiệp ô tô đã
đi trước chúng ta hàng vài thập kỉ. Song song với đó là sự phát triển của hệ thống các
cơ sở đào tạo phục vụ cho sự phát triển của ngành này, đặc biệt là công việc đào tạo
các kỹ sư và kỹ thuật viên ô tô. Tại tất cả các trạm bảo hành, bảo trì của các hãng xe
lớn như Toyota, Ford, Huyndai, Honda ở các nước phát triển đều trang bị các mô hình
đào tạo để hỗ trợ công việc của các kỹ sư và kỹ thuật viên. Đối với mỗi hãng xe để
phát triển thị phần, trong chiến lược kinh doanh của mình các hãng xe đều có những hệ
thống chăm sóc khách hàng riêng. Với mỗi sản phẩm được tung ra thị trường, các hãng
xe này đều có mô hình riêng sử dụng cho việc đào tạo đội ngũ kỹ thuật viên cũng như
các kỹ sư bảo trì nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ.

Hình 1 Một mô hình đào tạo ly hợp do TradeKorea Hàn Quốc cung cấp
Ở Việt Nam khi phát triển một mẫu xe mới, do không có mô hình đào tạo, đa số
các công ty liên doanh ô tô thường phải cử các kỹ sư và nhân viên kỹ thuật sang các
nước sở tại để học nghề về mỗi một mẫu xe mới ra mắt.


12

Do nhu cầu của thị trường, hiện nay có một số công ty chuyên chế tạo mô hình
phục vụ cho công tác giảng dạy nghề như công ty Tân Phát, công ty Nam Tiến Phát,
Công ty cổ phần kỹ nghệ Gamma, công ty Văn Lang, trung tâm cơ khí chính xác Bách

Chương 3  Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống dẫn động ly hợp có cường hóa khí nén
Kết luận
6. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: phương pháp mô hình hóa hệ thống và mô phỏng số bằng
phần mềm Matlab.
-

Nghiên cứu thực nghiệm: trên mô hình thực


14

Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ LY HỢP VÀ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG LY HỢP
CÓ TRỢ LỰC TRÊN Ô TÔ
1.1.

Giới thiệu về ly hợp ô tô và hệ thống

1.1.1. Giới thiệu về ly hợp
a. Công dụng của ly hợp
Ly hợp là một khớp nối dùng để truyền mô men xoắn từ trục khuỷu động cơ
đến các cụm chi tiết tiếp theo của hệ thống truyền lực. Chức năng quan trọng của ly
hợp là:
-

Dùng để tách nối giữa động cơ với hệ thống truyền lực khi khởi hành, dừng xe,
chuyển số và phanh xe.

-


Đóng êm dịu để tăng từ từ mô men quay lên trục của hệ thống truyền lực

-

Mở dứt khoát, nhanh để tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực nhằm giảm va
đập khi sang số.

c. Phân loại ly hợp
- Theo phương pháp truyền mô men có: ly hợp ma sát, ly hợp thủy lực, ly hợp
điện từ
- Theo hình dạng của chi tiết truyền ma sát: ly hợp đĩa, ly hợp nón, ly hợp hình
trống


15

- Theo phương pháp phát sinh lực ép có: ly hợp lò so ép (hình trụ, đĩa), ly hợp
bán ly tâm, ly hợp ly tâm
-Theo kết cấu cơ cấu ép có: ly hợp thường đóng, ly hợp thường mở
d. Cấu tạo và hoạt động của ly hợp
Hiện nay trên ô tô dùng phổ biến ly hợp ma sát khô thường đóng sử dụng lò so
ép hình trụ hoặc lò so đĩa
-

Ly hợp ma sát với lò xo ép hình trụ

+ Cấu tạo : gồm có đĩa ly hợp làm bằng thép, bên ngoài gắn vành đệm ma sát, mayơ
của đĩa bị động lồng vào rãnh then hoa trục sơ cấp. Đĩa bị động này, luôn luôn bị ép
giữa đĩa ép và bánh đà bằng lò xo trụ.


17

chuyển động sang phải (hình vẽ). Sự chuyển động của đĩa ép sẽ làm đĩa ly hợp tách
khỏi bánh đà và quay tự do. Do đĩa ly hợp được kết nối với trục sơ cấp của hộp số
bằng then hoa, vì vậy khi đĩa ép được tách ra thì chuyển động từ bánh đà không được
truyền tới hộp số.
Khi nhả ly hợp lực đàn hồi của lò xo đĩa sẽ đẩy vòng bi chuyển động ngược lại
và đĩa ép sẽ ép chặt đĩa ly hợp vào bánh đà. Do vậy, khi bánh đà quay thì mô men từ
bánh đà sẽ truyền qua đĩa ly hợp làm trục sơ cấp cùng động cơ quay.
1.1.2. Ý nghĩa của hệ thống :
Để truyền được mô men lớn thì lực ép của ly hợp để liên kết bánh đà của động
cơ với hệ thống truyền lực phải đủ lớn, do đó để đóng mở ly hợp đòi hỏi người lái xe
tác dụng lên bàn đạp ly hợp một lực rất lớn, điều đó dẫn đến công việc của người lái
xe quá nặng nhọc, gây ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất và độ an toàn khi khai thác
thiết bị. Để khắc phục vấn đề trên chúng ta phải tìm các giải pháp giảm nhẹ cường độ
làm việc cho người lái xe cũng như nâng cao độ tin cậy của hệ thống, vấn đề này được
giải quyết một cách hữu hiệu nhờ áp dụng, lắp đặt hệ thống , trợ lực cho hệ thống dẫn
động ly hợp.
Các yêu cầu đặt ra với các hệ thống dẫn động ly hợp là:
 Hệ thống dẫn động ly hợp phải đảm bảo độ tin cậy trong quá trình khai thác sử
dụng.
 Đảm bảo lực bàn đạp và hành trình bàn đạp nằm trong giới hạn cho phép, hệ
thống có đặc tính động học phù hợp yêu cầu hoạt động ly hợp khi mở phải dứt
khoát, khi đóng êm dịu
 Hệ thống phải đơn giản, dễ bố trí lắp đặt, kiểm tra và bảo dưỡng sửa chữa
1.2. Các hệ thống dẫn động ly hợp dùng trợ lực khí nén
Ngày nay, người ta thường sử dụng các loại dẫn động ly hợp trợ lực khí nén là
do:
-


động sẽ thông qua hệ thống thuỷ lực. Hệ thống thuỷ lực có nhiệm vụ vừa mở ly
hợp vừa làm dịch chuyển piston của cơ cấu tuỳ động để mở van khí.

1.2.1. Hệ thống dẫn động thuỷ lực, trợ lực khí nén
a. Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1. 4 Dẫn động ly hợp kiểu thủy lực, cường hóa khí nén
1 – Bàn đạp ly hợp; 2 – Lò xo hồi vị cho bàn đạp ly hợp; 3 – Xi lanh chính; 4 – Ống
dẫn dầu; 5 – Xi lanh khí nén; 6 – Piston trợ lực; 7 – Cần đẩy; 8 – Xi lanh công tác; 9 –
Piston xi lanh công tác; 11 – Cần đẩy piston xi lanh công tác; 12 – Nạng mở; 13 – Bạc
mở; 14 – Ống dẫn dầu; 15 – Pis ton; 16 – Cốc; 17 – Màng; 18 – Van xả; 19 – Lò xo
hồi vị màng; 20 – Lò xo hồi vị van; 21 - Van nạp khí nén; 22 - Đường ống dẫn khí
nén; 23 – Lò xo hồi vị bi tê
Trong sơ đồ nguyên lý
 Bàn đạp ly hợp được nối với pistong xi lanh chính
 Nạng mở ly hợp 12 được nối với piston xi lanh công tác 9 và piston xi lanh trợ
lực 6.
 Cơ cấu mở van trợ lực được nối thông với hệ thống thuỷ lực qua đường ống14.


19

 Khoang B và xi lanh công tác nối thông với nhau, khoang A thông với bình khí
nén.
 Bộ phận trợ lực được liên kết trực tiếp với cơ cấu thuỷ lực mở ly hợp
b. Nguyên lý làm việc:
+ Ở trạng thái đóng ly hợp:
Khi chưa tác động lên bàn đạp ly hợp, do tác dụng của lò xo hồi vị van 20 van
khí nén 21 đóng lại, xi lanh công tác được nối thông với khoang B của van phân phối
và thông với khí trời.

nạp 21 đóng lại van xả 18 được mở ra thông xi lanh công tác và khoang B với khí trời,
áp suất trợ lực giảm xuống. Do tác dụng của lò xo ép ly hợp ly hợp đóng lại
+ Khi hệ thống trợ lực không hoạt động:
Người lái tác dụng lên bàn đạp thông qua piston 3 tạo ra dầu có áp suất cao tác
động lên piston 15 làm cho piston 15 dịch chuyển sang trái, khi đi hết hành trình xi
lanh bị chặn lại. Do người lái tiếp tục tác động lên bàn đạp ly hợp do vậy áp suất dầu
trong hệ thống tiếp tục tăng tác động lên piston xi lanh công tác 9 để mở ly hợp. Vậy
khi hệ thống trợ lực không hoạt động hệ thống dẫn động ly hợp vẫn đảm bảo mở ly
hợp nhưng với hành trình dài hơn.
1.2.2. Hệ thống dẫn động cơ khí, trợ lực khí nén kiểu vỏ van dịch chuyển
a. Sơ đồ nguyên lý

Hình 1. 5 Dẫn động ly hợp kiểu cơ khí, cường hóa khí nén vỏ van dịch chuyển
1 - Bàn đạp ly hợp; 2 - Đòn quay; 3 - Thanh kéo; 4 - Chạc quay; 5 - Thanh kéo; 6 –
Lò xo hồi vị; 7 - Đòn quay; 8 – Cần đẩy; 9 – Nắp van phân phối; 10 – Thân van phân
phối; 11 - Đường ống dẫn khí; 12 – Van phân phối; 13 - Đường ống dẫn khí; 14 – Ti
đẩy van phân phối; 15 – Cần đẩy ; 16 – Nạng mở; 17 – Xi lanh lực; 18 - Đòn quay; 19
– Bạc mở; 20 – Lò xo hồi vị bạc mở ; 21 - Lò xo ép van; 22 – Lò xo hồi vị ti đẩy
Trong sơ đồ nguyên lý
+ Bàn đạp ly hợp được nối với vỏ van thông qua đòn quay 2, 7, thanh kéo 3, 5,
chạc quay 4, thanh đẩy 8.


21

+ Bi tê 19 và nạng mở 16 được nối với ti đẩy 14 thông qua cần đẩy 15.
+ Van phân phối 12 được ép vào vỏ van nhờ lò xo ép.
+ Phần cơ khí được nối với phần trợ lực thông qua đòn quay 18.
b. Nguyên lý làm việc:
+Ở trạng thái đóng của ly hợp:


22

+ Khi người lái thôi tác dụng lên bàn đạp ly hợp
Dưới tác dụng của lò xo hồi vị 6 bàn đạp 1 trở về vị trí ban đầu, thông qua các
đòn quay 2, 4, 7 và các thanh kéo 3, 5 cụm van phân phối dịch chuyển sang trái. Dưới
tác dụng của lò xo hồi vị ti đẩy 22 và lò xo ép van 21 ép ti đẩy và van vào vỏ van, khi
đó van khí nén đóng lại, khoang B van phân phối và xi lanh công tác thông với không
khí qua lỗ a trên thân ti đẩy, áp suất trong hệ thống trợ lực giảm về áp suất không khí.
Ly hợp dưới tác dụng lò xo ép được đóng lại.
+ Hệ thống trợ lực không hoạt động
Trường hợp hệ thống trợ lực không hoạt động, người lái tác dụng lên bàn đạp ly
hợp thông qua hệ thống các khâu khớp đẩy vỏ van, van phân phối và ti đẩy dịch
chuyển. Khi bạc mở chạm nào đòn mở ly hợp và vỏ van dịch chuyển hết khe hở h,
toàn bộ hệ thống nối cứng với nhau và hoạt động tương tự như hệ thống dẫn động mở
ly hợp kiểu cơ khí.
1.2.3 – Hệ thống dẫn động cơ khí, trợ lực khí nén kiểu vỏ van đứng yên
a. Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1. 6 Dẫn động ly hợp kiểu cơ khí, cường hóa khí nén vỏ van đứng yên
1- Bàn đạp ly hợp; 2 - Đòn quay; 3 – Thanh kéo đứng; 4 – Chạc quay; 5 – Thanh kéo
ngang; 6 – Lò xo hồi vị; 7 - Đòn quay; 8 – Rãnh trượt;9 - Đòn mở van; 10 – Cần đẩy;
11 – Xy lanh lực; 12 – Piston xy lanh lực; 13 – Vỏ van phân phối; 14 – Van phân phối;
15 – Ti đẩy; 16 – Nạng mở; 17 – Bạc mở; 18 – Lò xo hồi vị bạc mở; 19 – thanh liên
kết; 20 – Lò xo ép van; 21 – Lò xo hồi vị ti đẩy
Trong sơ đồ nguyên lý ở trên


23


+ Khi người lái thôi tác dụng lên bàn đạp ly hợp:
Lực tác dụng lên bàn đạp ly hợp mất đi dưới tác dụng của lò xo hồi vị 6 bàn đạp
1 trở về vị trí ban đầu, thông qua các đòn quay 2,4,7 và các thanh kéo 3, 5 đòn mở 9
không tác dụng lực lên ti đẩy 15, lò xo hồi vị ti đẩy và van phân phối tác động làm van


24

phân phối đóng lại. Khí nén từ xi lanh 11 qua đường dẫn trở về và thoát ra ngoài
không khí qua lỗ trên ti đẩy15 làm giảm lực trợ lực, dưới tác dụng của lò xo ép ly hợp
đóng lại.
+Khi hệ thống trợ lực không hoạt động:
Người lái tác dụng lên bàn đạp ly hợp thông qua các cơ cấu dẫn động làm cho
đòn 7 quay quanh O3, khi đòn quay 7 đi hết hành trình rãnh trượt 8 sẽ tác động vào cần
đẩy 10 đẩy cần đẩy 10 dịch chuyển sang phải để mở ly hợp trong trường hợp này hệ
thống làm việc tương tự hệ thống dẫn động mở ly hợp kiểu cơ khí.
1.3. Một số phương án điều khiển ly hợp trên ô tô
Trên bảng 1.1 và bảng 1.2 trình bày đặc điểm của cụm ly hợp, phương án dẫn
động ly hợp và kích thước của một số bộ trên ô tô hiện nay.


25

Bảng 1. 1 Kiểu ly hợp và dẫn động ly hợp ở một số loại xe
STT

Loại xe

Model xe


3

ZIL 130,131

Tải trung bình

Cơ khí

–

Trụ

4

Volga, Gaz 24

Sedan 4 chỗ

Thủy lực

–

đĩa

5

GZCA -3711

Chuyên dùng bưu chính


Mercury Sable
8

Ford Fiesta 1986

Sedan 4 chỗ

Cơ khí

–

đĩa

9

UAZ Patriot

Đa dụng

Thủy lực

–

đĩa

10

ZIL 133, 133G. 133

Tải trung bình

đĩa

Sylphy
13

Thaco Ollin 500B

Tải 5 tấn

Thủy lực

Khí nén

đĩa

14

Thaco TB82S

Bus 29 chỗ

Thủy lực

Chân không

Trụ

15

Thaco TB 120L

Thủy lực

Khí nén

–

18

Auman AC990

Bửng nâng – 9 tấn

Thủy lực

Khí nén

–

Bảng 1. 2 Kích thước dẫn động ly hợp kiểu thủy lực
Ô tô

Đường kính xilanh [mm]
Xilanh chính

Xilanh công tác

Hành trình bàn đạp ly hợp [mm]
Hành trình toàn bộ

Xilanh


25,1

–

145

28

MAGYRUC 290

23,52

34,42

–

195

50

KAMAZ - 5320

28,0

28,0

90

190

1.4. Kết luận chương 1
Từ các phân tích các kết cấu các hệ thống dẫn động ly hợp và nghiên cứu kết
cấu của các ly hợp trang bị trên ô tô khác nhau [bảng 1.1, bảng 1.2] cho thấy:
- Do có nhiều ưu điểm như nhỏ gọn, đặc tính đàn hồi ưu việt hơn lò so trụ nên lò so
đĩa được sử dụng rộng rãi cả trên xe du lịch, xe tải và xe khách.
- Trên ô tô du lịch thường có kết cấu: Ly hợp kiểu ma sát khô 1 đĩa, dẫn động kiểu
thủy lực không sử dụng
-

Trên ô tô khách, ô tô tải thường trang bị ly hợp ma sát khô một hoặc nhiều

đĩa, điều khiển ly hợp kiểu thủy lực hoặc cơ khí nhưng có khí nén hoặc chân không.
Hệ thống điều khiển ly hợp kiểu thủy lực có khí nén là một hệ thống khá
phức tạp nhưng làm việc tin cậy, giúp giảm sức lao động của người lái, làm tăng tính
an toàn và năng suất vận tải. Do vậy, các tác giả chọn hệ thống này để nghiên cứu
động lực học và thiết kế mô hình đào tạo.


28

Chương 2 MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG
DẪN ĐỘNG LY HỢP CÓ TRỢ LỰC KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ

2.1. Phương pháp nghiên cứu động lực học hệ thống dẫn động ly hợp có
trợ lực khí nén trên ô tô
2.1.1. Khái quát về phương pháp mô phỏng
Tính toán động lực học của các hệ thống nói chung hệ thống dẫn động ly hợp
nói riêng cho phép xác định được các thông số: lực, mômen tác dụng lên hệ thống
trong quá trình làm việc. Các thông số này là cơ sở để đánh giá chất lượng của một
hệ thống. Đối với một hệ thống đã được thiết kế sẵn thông số này mang tính chất


-

Tiết kiệm thời gian, công sức và chi phí trong quá trình thiết kế, chế tạo.

Hạn chế


29

-

Mức độ chính xác và tin cậy của kết quả tính toán phụ thuộc nhiều vào
phương pháp và các giả thiết trong quá trình mô phỏng;

-

Đối với các bài toán phức tạp, khối lượng tính toán lớn đòi hỏi máy tính
mạnh, thời gian tính toán dài.

2.1.2. Phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng các hệ thống dẫn động thủy
khí
Khi nghiên cứu các hệ thống phức tạp như hệ thống kết thủy lực, khí nén để
xây dựng mô hình toán học người ta thường chia hệ thống thành các hệ thống con
riêng biệt sau đó xây dựng quan hệ liên kết giữa các hệ thống con này[3,6].
2.1.2.1 Phương pháp mô phỏng hệ thống dẫn động khí nén
Các hệ thống dẫn động bằng khí nén bao gồm nguồn cung cấp khí nén (bơm,
các van an toàn , các bình chứa…) và các thiết bị khác như van điều khiển và các xi
lanh chấp hành.
Để nghiên cứu động lực học của hệ thống cần phải thiết lập được các phương

-

Quan hệ giữa các thông số dòng chảy đi qua tiết lưu

-

Quan hệ giữa các thông số dòng chảy đi vào một dung tích

a. Phương trình lưu lượng tại một điểm nút
m

 dm 

  dt 
i 1

0

2

D

1

Hình 2. 1 Mô tả một điểm nút

Đối với sơ đồ trên hình 2.1 ta có:

b. Phương trình lưu lượng đi qua tiết lưu
Phương trình lưu lượng tức thời đi qua tiết lưu