Tài liệu Thiết kế hệ thống điều khiển tự động ly hợp trên xe innova j

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN ĐỨC HOÀNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LY HỢP TRÊN XE INNOVA J LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN ĐỨC HOÀNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LY HỢP TRÊN XE INNOVA J Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số : 60.52.01.16 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT Đà Nẵng – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Nguyễn Đức Hoàng “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LY HỢP TRÊN XE INNOVA J” Học viên: Nguyễn Đức Hoàng Mã số: 60520116 Khóa: K30 Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Dựa vào nhiều ưu điểm của bộ truyền vi sai bánh răng côn và đặc điểm kết cấu ly hợp ma sát, tác giả đã tính toán thiết kế hệ thống điều khiển tự động ly hợp trên xe Innova J. Bộ truyền này sử dụng cơ cấu mở ly hợp loại dẫn động cơ khí điều khiển điện từ mà cường độ dòng điện trong cuộn dây cơ cấu điện từ sẽ thay đổi tương ứng với tốc độ động cơ và tải trọng của ô tô. Đặc điểm chủ yếu là dùng công cơ học để điều khiển ly hợp ma sát bằng cách sử dụng năng lượng quay của trục khuỷu động cơ. Giá trị lực ép của ly hợp có thể thay đổi một cách tự động theo số vòng quay của động cơ và chế độ làm việc của ô tô. Ly hợp được điều khiển tự động, chỉ phụ thuộc vào điều kiện chuyển động của ô tô. Tự động hóa việc điều khiển ly hợp trên xe ô tô có ý nghĩa rất lớn trong việc làm đơn giản và giảm nhẹ quá trình điều khiển ly hợp ma sát bằng hệ thống điều khiển tự động với kết cấu đơn giản, giá thành thấp, tiêu tốn ít năng lượng và làm việc có độ tin cậy cao. Trên cơ sở đó có thể ứng dụng vào điều khiển tự động ly hợp dùng cho các ô tô tương đương; đồng thời mở ra hướng nghiên cứu tự động hoá quá trình điều khiển hộp số cũng như một số cơ cấu khác trên ô tô, máy kéo. Từ khóa: bộ truyền vi sai, cơ cấu điện từ, ly hợp ma sát, điều khiển tự động ly hợp, điều khiển hộp số. "DESIGNER CLUTCH AUTOMATIC CONTROL SYSTEM FOR INNOVA J" Abstract - Based on the advantages of the planetary gear set and friction clutch structural characteristics, the author has calculated the design of clutch automatic control system for Innova J. This transmission uses the clutch-opening mechanism of the electro-mechanicallycontrolled electromagnetic induction motor whose intensity in the coil of the electromagnetic structure changes with respect to the engine speed and the load of the automobile. The main feature is to use the mechanical work to control friction clutch by using the rotational power of the crankshaft of the engine. The clutch pressure value can be changed automatically according to the number of revolutions of the engine and the working mode of the vehicle. Clutches are controlled automatically, depending on the movement condition of the vehicle. Automation of clutch control in vehicles is of great significance in simplifying and mitigating friction clutch control by automated control systems with simple, low cost, Low energy consumption and high reliability. Based on that, it can be applied to automatic clutch control for equivalent cars; and simultaneously, it opens a new research approach to the automation of the gearbox control process as well as some other structures in automobiles and tractors. Key words - planetary gear set, electromagnetic, friction clutch, automatic clutch control, gearbox control. MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………………1 1. Sự cần thiết của đề tài……………………………………………………………………... 1 2. Mục đích và ý nghĩa của đề tài……………………………………………………………. 6 2.1. Mục đích của đề tài……………………………………………………………………….6 2.2. Ý nghĩa của đề tài………………………………………………………………………...7 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu………………………………………………………… 7 4. Phương pháp nghiên cứu………………………………………………………………….. 7 4.1. Nghiên cứu lý thuyết……………………………………………………………………..7 4.2. Nghiên cứu thực nghiệm…………………………………………………………………7 4.3. Nghiên cứu thiết kế………………………………………………………………………7 5. Nội dung nghiên cứu……………………………………………………………………… 7 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LY HỢP…………………...10 1.1 Yêu cầu đối với hệ thống điều khiển tự động ly hợp……………………………………..10 1.2 Quá trình phát triển của hệ thống điều khiển ly hợp…………………………………….. 19 1.3 Các hệ thống điều khiển ly hợp………………………………………………………….. 20 1.3.1 Hệ thống điều khiển ly hợp bằng cơ khí……………………………………………….. 20 1.3.2 Hệ thống điều khiển tự động ly hợp…………………………………………………… 21 Chương 2. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CƠ CẤU VI SAI………………………………. 35 2.1 Khái niệm, phân loại và phạm vi ứng dụng cơ cấu vi sai………………………………... 35 2.1.1 Khái niệm về cơ cấu vi sai……………………………………………………………... 35 2.1.2 Phân loại và phạm vi ứng dụng cơ cấu vi sai…………………………………………...35 2.2 Cơ sở lý luận về cơ cấu vi sai……………………………………………………………. 36 2.2.1 Nguyên lý chung……………………………………………………………………….. 36 2.2.2 Một số sơ đồ cơ cấu vi sai……………………………………………………………… 41 Chương 3. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LY HỢP…..…...... 50 3.1 Xác định hành trình dịch chuyển của đòn mở ly hợp …………………………………… 50 3.2 Xác định lực mở ly hợp………………………………………………………………….. 51 3.3 Xác định lực phanh cần thiết để điều khiển ly hợp ……………………………………... 53 Chương 4. GIỚI THIỆU VỀ LY HỢP Ô TÔ INNOVA J………………………………. 56 4.1 Giới thiệu chung về ô tô INNOVA J…………………………………………………….. 56 4.2 Ly hợp ô tô INNOVA J………………………………………………………………….. 59 4.2.1 Các thông số chính của ly hợp ô tô INNOVA J……………………………………….. 59 4.2.2 Đặc điểm kết cấu………………………………………………………………………..61 4.2.3 Nguyên lý làm việc…………………………………………………………………….. 63 4.2.4 Phân tích ưu nhược điểm của hệ thống điều khiển ly hợp……………………………... 64 Chương 5. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LY HỢP DÙNG CHO Ô TÔ INNOVA J……………………………………………………………… 66 5.1 Xác định các thông số cơ bản của hệ thống điều khiển tự động ly hợp…………………. 66 5.1.1 Thông số cơ bản của bộ vi sai…………………………………………………………..66 5.1.2 Thông số cơ bản của phanh điện từ……………………………………………………..78 5.2 Hệ thống điều khiển tự động ly hợp bằng cơ cấu vi sai kết hợp điện từ dùng cho ô tô INNOVA J.…………………………………………………………………………………...84 5.2.1 Kết cấu…………………………………………………………………………………. 84 5.2.2 Nguyên lý làm việc…………………………………………………………………….. 86 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI………………………………..90 Kết luận……………………………………………………………………………………….90 Hạn chế của đề tài……………………………………………………………………………. 91 Hướng phát triển của đề tài…………………………………………………………………...91 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 94 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 3.1 5.1 Tên bảng Trang Bảng chọn hệ số dự trữ ly hợp 52 Chiều cao ren và khe hở đỉnh ren theo bước ren 69 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ 1.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động ly hợp 5 1.2 Mô hình Động cơ - Hệ thống truyền lực 10 Trang 1.10 Quan hệ giữa mômen xoắn của động cơ, mômen ly hợp, mômen cản chuyển động và số vòng quay của trục khuỷu không phụ thuộc vào giá trị độ trượt Quan hệ giữa mômen truyền bởi ly hợp với số vòng quay n của trục chủ động và giá trị độ trượt S Quan hệ thay đổi mômen được truyền bởi ly hợp theo thời gian với các góc mở bướm ga khác nhau (α1 > α2) Quan hệ thay đổi mômen truyền bởi ly hợp theo góc mở bướm ga (α1 > α2 > α3) Quan hệ thay đổi mômen ly hợp theo số vòng quay trục khuỷu (với đặc tính ly tâm của ly hợp) Quan hệ thay đổi mômen ly hợp theo số vòng quay trục khuỷu và góc mở bướm ga Quan hệ thay đổi mômen ly hợp theo số vòng quay trục khuỷu với các đặc tính ly tâm dạng khác nhau Sơ đồ ly hợp điều khiển bằng cơ khí 1.11 Hệ thống điều khiển tự động ly hợp ly tâm 23 1.12 Hệ thống điều khiển ly hợp điện chân không 26 1.13 Hệ thống điều khiển tự động ly hợp bằng thủy lực 30 1.14 Sơ đồ điều khiển tự động ly hợp bột điện từ 32 2.1 Sơ đồ điều khiển tự động ly hợp bột điện từ 37 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 12 13 15 16 16 17 19 21 2.2 Sơ đồ vi sai bánh răng trụ không đối xứng 38 2.3 Sơ đồ vi sai bánh răng côn đối xứng 39 2.4 Sơ đồ cơ cấu vi sai ăn khớp ngoài với một bánh răng trung tâm 42 2.5 Sơ đồ cơ cấu vi sai ăn khớp ngoài với hai bánh răng trung tâm 42 2.6 Sơ đồ cơ cấu vi sai bánh răng trụ ăn khớp trong và ngoài 43 2.7 Sơ đồ cơ bản của vi sai bánh răng côn 44 2.8 Kết cấu vi sai cam 46 2.9 Vi sai trục vít 48 2.10 Sơ đồ cơ cấu vi sai bánh răng côn để điều khiển ly hợp 49 3.1 Kích thước lò xo đĩa hình nón cụt 50 4.1 Các kích thước chính bên ngoài xe INNOVA J 4.2 Bộ ly hợp ô tô INNOVA J 62 4.3 Hệ thống điều khiển ly hợp ô tô INNOVA J 63 5.1 Kích thước mối ghép ren hình thang 70 5.2 Kích thước mối ghép then hoa 70 5.3 Kết cấu bạc mở ly hợp 71 5.4 Kết cấu moayơ 71 5.5 Sơ đồ cơ cấu vi sai bánh răng côn để điều khiển ly hợp 72 5.6 Các thông số cơ bản của cặp bánh răng côn ăn khớp 76 5.7 Kết cấu bánh răng trung tâm 76 5.8 Kết cấu cần dẫn 77 5.9 Kích thước ổ bi chặn 78 5.10 Sơ đồ kết cấu đĩa phanh và nam châm điện 83 5.11 Kết cấu ly hợp và hệ thống điều khiển tự động ly hợp ô tô INNOVA J 84 5.12 Sơ đồ điều khiển tự động ly hợp ô tô INNOVA J 86 5.13 Tổng thể kết cấu và sơ đồ điều khiển tự động ly hợp ô tô INNOVA J 89 5.14 Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động hộp số 92 56,57 1 MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của đề tài Công nghiệp ô tô đã và đang là động lực tăng trưởng cho nhiều quốc gia. Công nghiệp ô tô là một ngành có quy mô lớn mang lại thu nhập cao. Tổng giá trị hàng hóa do ngành công nghiệp này tạo ra đã đạt tới những con số khổng lồ. Ngành công nghiệp ô tô được xem là một ngành sản xuất vật chất, cung cấp phương tiện đi lại và vận chuyển tối ưu nhằm đảm bảo mạch máu lưu thông, thúc đẩy kinh tế phát triển. Theo thống kê, 82% khối lượng hàng hoá vận chuyển bằng đường ô tô và 75% hành khách đi lại bằng phương tiện cơ động này. Như vậy, ở điểm này, ngành công nghiệp ô tô đã gián tiếp đóng góp vai trò không thể thiếu của mình vào sự nghiệp phát triển kinh tế quốc gia và thế giới. Ngoài ra, do đặc trưng gắn liền với thành tựu khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ô tô có tác động thúc đẩy khoa học kỹ thuật phát triển đặc biệt là các ngành tự động hóa, khoa học điện tử, công nghệ mới, hóa chất, cơ khí chế tạo,…từ đó thúc đẩy nhiều ngành, lĩnh vực liên quan cùng phát triển đóng góp vào sự phát triển chung của nhân loại. Kể từ khi ra đời vào năm 1992 đến nay, ngành Công nghiệp ô tô của Việt Nam được coi là ngành trọng điểm và là ngành luôn luôn được ưu đãi nhất trong số các ngành công nghiệp. Hiện nay, ngành Công nghiệp ô tô tại Việt Nam vẫn được xem là chiến lược quan trọng và là nền kinh tế mũi nhọn của nước ta. Việc điều khiển ô tô có tải trọng lớn, tốc độ cao tham gia giao thông trên đường có lưu lượng xe nhiều đòi hỏi người lái phải tác dụng các lực cơ học lớn, thao tác liên tục, sự tập trung cho việc điều khiển xe cũng tăng lên. Vấn đề này dẫn đến làm tăng cường độ lao động, chóng mệt mỏi, giảm năng suất làm việc đồng thời giảm tính an toàn chuyển động của ô tô. 2 Ngoài ra, cùng với sự tăng nhanh về số lượng ô tô trong cơ chế thị trường sẽ làm tăng số lượng lái xe không chuyên nghiệp, trình độ tay nghề không cao, do đó yêu cầu cần phải đơn giản trong việc điều khiển ô tô. Chính vì những lý do đó, vấn đề đơn giản hóa và giảm nhẹ quá trình điều khiển bộ truyền động ô tô trong các loại xe luôn được các nhà thiết kế và chế tạo ô tô quan tâm đúng mức. Hiện nay, hướng chủ yếu để giảm nhẹ và đơn giản hóa quá trình điều khiển bộ truyền động ô tô thường là ứng dụng hộp số thủy cơ, chúng cho phép giải phóng hoàn toàn hoặc một phần điều khiển trực tiếp của người lái, điều đó cải thiện được một cách đáng kể điều kiện lao động và nâng cao khả năng an toàn chuyển động của ô tô. Tuy nhiên hộp số thủy cơ có cấu tạo phức tạp, giá thành cao. Ngoài ra, tính kinh tế của ô tô giảm, hiệu suất thấp hơn so với hộp số cơ khí, công nghệ sản xuất phải tiên tiến, yêu cầu chăm sóc, bảo dưỡng nghiêm ngặt, sửa chữa phức tạp và đòi hỏi phải có tay nghề cao. Ly hợp là một cụm quan trọng của hệ thống truyền lực, nằm giữa động cơ và hộp số chính, có chức năng: + Tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực một cách dứt khoát. + Nối động cơ với hệ thống truyền lực một cách êm dịu và phải truyền hết được toàn bộ mô men xoắn từ động cơ sang hệ thống truyền lực. + Bảo vệ an toàn cho các cụm khác của hệ thống truyền lực và động cơ khi bị quá tải. + Dập tắt các dao động cộng hưởng nâng cao chất lượng truyền lực của hệ thống truyền lực. Sự có mặt của ly hợp trên ô tô sẽ làm tăng thao tác của người lái trong quá trình điều khiển ô tô, đó là thao tác để đóng và mở ly hợp. Để điều khiển ly hợp các ô tô tải trọng lớn đòi hỏi người lái phải tác dụng các lực lớn, do đó làm tăng cường độ lao động và sự mệt mỏi. 3 Với việc điều khiển ô tô trong điều kiện đường xấu, lúc tăng tốc, vượt dốc hay khi chuyển động trong điều kiện đường phố đông người, đòi hỏi người lái phải thường xuyên tác động lên bàn đạp ly hợp khi chuyển số hoặc khi phanh. Điều đó cũng làm tăng cường độ lao động, làm giảm năng suất lao động và tính an toàn chuyển động của ô tô. Trong quá trình điều khiển ô tô, khi không có hệ thống điều khiển tự động ly hợp, người lái điều khiển ly hợp theo kinh nghiệm và trình độ của mình, nên rất khó khăn cho những người lái xe không chuyên nghiệp có trình độ tay nghề không cao. Hơn nữa còn làm giảm tuổi thọ của ly hợp cùng các hệ thống liên quan. Tất cả những lý do trên dẫn đến yêu cầu cần giảm nhẹ và đơn giản hóa việc điều khiển ly hợp trên ô tô để tăng năng suất làm việc, giảm cường độ lao động và tăng tính an toàn chuyển động của ô tô. Để giảm nhẹ và đơn giản việc điều khiển ly hợp trên ô tô, thường dùng một trong hai phương pháp sau: - Dùng trợ lực cho điều khiển ly hợp đối với các xe tải trọng lớn. - Tự động hoá quá trình điều khiển ly hợp. Để tự động hóa việc điều khiển ly hợp, giá trị lực ép của ly hợp cần được thiết kế sao cho có thể thay đổi một cách tự động theo số vòng quay của động cơ và chế độ làm việc của ô tô. Thực hiện yêu cầu trên, có thể sử dụng cơ cấu mở ly hợp loại dẫn động cơ khí điều khiển điện từ mà cường độ dòng điện trong cuộn dây cơ cấu điện từ sẽ thay đổi tương ứng với tốc độ động cơ và tải trọng của ô tô. Khi dùng phương pháp tự động hóa điều khiển ly hợp, lúc này ly hợp được điều khiển không cần sự tham gia của người lái mà chỉ phụ thuộc vào điều kiện chuyển động của ô tô. Tự động hóa quá trình điều khiển ly hợp là biện pháp hiệu quả nhất để đơn giản và giảm nhẹ việc điều khiển ô tô. 4 Đơn giản và giảm nhẹ quá trình điều khiển bộ truyền động ô tô, đồng thời tránh được những thiếu sót của hộp số thủy cơ, có thể sử dụng cơ cấu cơ khí kết hợp điện từ để điều khiển ly hợp ma sát cũng như hộp số. Đặc điểm chủ yếu của cơ cấu này là dùng công cơ học để điều khiển ly hợp ma sát bằng cách sử dụng năng lượng quay của trục khuỷu động cơ. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển tự động ly hợp bằng cơ cấu vi sai kết hợp điện từ được thể hiện trên hình 1.1. * Sơ đồ cấu tạo: Ngoài các bộ phận chính như một ly hợp ma sát thông thường: Bánh đà, đĩa ép chủ động, đĩa ma sát bị động, lò xo ép, đòn mở ly hợp,… Hệ thống điều khiển ly hợp có moayơ 6 liên kết với vỏ ly hợp 1, moayơ được lắp lồng bên ngoài bạc mở 7; mặt trong của moayơ có gia công ren, ren này ăn khớp với ren ngoài của bạc mở. Bạc mở có dạng ống, được lắp lồng không trên trục ly hợp, phần cuối của bạc mở có then hoa để lắp bánh răng trung tâm 8 của cơ cấu vi sai. Bánh răng trung tâm 3 quay lồng không trên moayơ 6. Kết nối hai bánh răng trung tâm 3 và 8 là các bánh răng hành tinh 9, các bánh răng hành tinh quay trên trục 10 liên kết trên moayơ. Hai bánh răng trung tâm có bắt đĩa phanh 5 và 11, hai cơ cấu phanh bằng điện từ 2 và 4 được lắp cố định dưới các te của ly hợp để phanh các bánh răng trung tâm khi điều khiển ly hợp. 5 Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động ly hợp. 1. Vỏ ly hợp. 2, 4. Phanh điện từ. 3, 8. Bánh răng trung tâm. 5, 11. Đĩa phanh. 6. Moayơ. 7. Bạc mở ly hợp. 9. Bánh răng hành tinh. 10. Trục bánh răng hành tinh. * Nguyên lý làm việc: - Khi động cơ hoạt động, chuyển động quay được truyền đến vỏ ly hợp và moayơ 6. Lúc này bạc mở 7 cùng quay với moayơ, các chi tiết của cơ cấu vi sai trở thành khối thống nhất và quay theo vỏ ly hợp. - Khi ngắt ly hợp: Đóng mạch cơ cấu phanh điện từ 4, làm xuất hiện mômen phanh trên đĩa 5, nên bánh răng 8 quay chậm lại, làm cho bạc mở quay với tốc độ chậm hơn moayơ. Kết quả là bạc mở dịch chuyển về phía trái (Hình 1.1), tác dụng lên đòn mở để mở ly hợp. - Khi đóng ly hợp: Đóng mạch điện cơ cấu phanh điện từ 2, làm xuất hiện mômen phanh trên đĩa 11, nên bánh răng 3 quay chậm lại. Lúc này các bánh răng hành tinh sẽ quay chung quanh trục của nó theo chiều làm tăng tốc độ quay của bánh răng trung tâm 8, làm cho bánh răng 8 và bạc mở 7 quay nhanh hơn moayơ 6. Kết quả là bạc mở sẽ dịch chuyển sang phải, thôi tác dụng lên đòn mở 6 ly hợp. Nhờ lực của các lò xo, ép các đĩa chủ động và bị động của ly hợp làm nối truyền động từ trục khuỷu động cơ đến trục ly hợp. Như vậy, bộ truyền động ly hợp ma sát lắp thêm hệ thống điều khiển, có sự trợ giúp của tín hiệu điện với công suất không lớn có thể thực hiện điều khiển ly hợp một cách tự động, điều này cho phép giảm bớt quá trình điều khiển truyền động ô tô. Để kể tên ra một dòng xe gia đình đa dụng và nổi tiếng thì không thể không nhắc tới Toyota Innova với bốn phiên bản V, E, G và J. Chỉ sau 2 năm xuất hiện trên thị trường Việt Nam, Innova đã mang về con số kỷ lục với 33.000 chiếc bán ra tính đến tháng 8/2008. Sau 7 năm kể từ lần đầu tiên ra mắt trên thị trường Việt Nam, Toyota Innova đã đạt doanh số ấn tượng với hơn 60 ngàn xe được bán ra chiếm quá nửa thị phần dòng xe đa dụng. Toyota Innova J là phiên bản thấp nhất trong các phiên bản, có giá tương đối mềm, được dùng chủ yếu cho kinh doanh vận chuyển hành khách, taxi… Bản J sử dụng động cơ tương tự như bản E và G, khác hơn là sử dụng hộp số sàn 5 cấp, ly hợp một đĩa ma sát thay vì hộp số tự động 4 cấp. Toyota Innova J được sử dụng rất phổ biến tại thị trường Việt Nam. Chính vì những lý do nêu trên, tác giả chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển tự động ly hợp trên xe INNOVA J”. Với bộ truyền cơ khí kiểu vi sai kết hợp với phanh điện từ, có kết cấu đơn giản, ít tiêu tốn năng lượng, hiệu suất truyền động cao, có độ bền và làm việc tin cậy, giá thành thấp,… đồng thời đáp ứng được những yêu cầu làm việc của một ly hợp ô tô làm luận văn tốt nghiệp, nhằm mục đích trực tiếp góp phần giảm nhẹ lao động cho người lái và gián tiếp là tăng an toàn chuyển động, giảm thiểu các tai nạn giao thông đang rất bức thiết hiện nay. 2. Mục đích và ý nghĩa của đề tài 2.1. Mục đích của đề tài Thiết kế hệ thống điều khiển tự động ly hợp nhằm làm đơn giản và giảm nhẹ quá trình điều khiển ly hợp ma sát với kết cấu đơn giản, giá thành thấp, tiêu tốn ít năng lượng và làm việc có độ tin cậy cao. 7 2.2. Ý nghĩa của đề tài Đề tài nghiên cứu dùng bộ truyền vi sai kết hợp phanh điện từ để điều khiển tự động ly hợp, nhằm làm đơn giản và giảm nhẹ quá trình điều khiển ly hợp trên ô tô INNOVA J. Trên cơ sở đó có thể ứng dụng vào điều khiển tự động ly hợp dùng cho các ô tô tương đương; đồng thời mở ra hướng nghiên cứu tự động hoá quá trình điều khiển hộp số cũng như một số cơ cấu khác trên ô tô, máy kéo. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là có thể làm đơn giản và giảm nhẹ quá trình điều khiển ly hợp ma sát bằng hệ thống điều khiển tự động với kết cấu đơn giản, giá thành thấp, tiêu tốn ít năng lượng và làm việc có độ tin cậy cao. Vì vậy việc nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tự động ly hợp trên tô INNOVA J là việc làm đúng hướng, có tính kinh tế và tính khả thi. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển tự động ly hợp. - Phạm vi nghiên cứu: Tính toán, thiết kế hệ thống điều khiển tự động ly hợp ma sát bằng cơ cấu vi sai kết hợp điện từ thay cho cơ cấu cơ khí điều khiển ly hợp trên ô tô INNOVA J. 4. Phương pháp nghiên cứu 4.1. Nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hệ thống điều khiển tự động ly hợp. - Nghiên cứu về động học và động lực học cơ cấu vi sai. 4.2. Nghiên cứu thực nghiệm - Đo các thông số của bộ ly hợp ô tô INNOVA J. 4.3. Nghiên cứu thiết kế - Tính toán, thiết kế hệ thống điều khiển tự động ly hợp. 5. Nội dung nghiên cứu Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LY HỢP 1.1. Yêu cầu đối với hệ thống điều khiển tự động ly hợp. 8 1.2. Quá trình phát triển của hệ thống điều khiển ly hợp. 1.3. Các hệ thống điều khiển ly hợp. 1.3.1. Hệ thống điều khiển ly hợp bằng cơ khí. 1.3.2. Hệ thống điều khiển tự động ly hợp. 1.3.2.1. Hệ thống điều khiển tự động ly hợp ly tâm. 1.3.2.2. Hệ thống điều khiển tự động điện chân không. 1.3.2.3. Hệ thống điều khiển tự động bằng thủy lực. 1.3.2.4. Hệ thống điều khiển tự động ly hợp điện từ. Chương 2. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CƠ CẤU VI SAI 2.1. Khái niệm, phân loại và phạm vi ứng dụng cơ cấu vi sai. 2.2. Cơ sở lý luận về cơ cấu vi sai. 2.2.1. Nguyên lý chung. 2.2.2. Một số sơ đồ cơ cấu vi sai. 2.2.2.1. Vi sai bánh răng trụ. 2.2.2.2. Vi sai bánh răng côn. 2.2.2.3. Vi sai cam. 2.2.2.4. Vi sai trục vít 2.3. Sử dụng cơ cấu vi sai để dẫn động ly hợp. Chương 3. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LY HỢP 3.1. Xác định hành trình dịch chuyển của đòn mở ly hợp. 3.2. Xác định lực mở ly hợp. 3.3. Xác định lực phanh cần thiết để điều khiển ly hợp. Chương 4. GIỚI THIỆU VỀ LY HỢP Ô TÔ INNOVA J 4.1. Tổng quan về ô tô INNOVA J. 4.2. Ly hợp ô tô INNOVA J. 9 4.2.1. Các thông số chính của ly hợp ô tô INNOVA J. 4.2.2. Đặc điểm kết cấu. 4.2.3. Nguyên lý làm việc. 4.2.4. Phân tích ưu nhược điểm của cơ cấu điều khiển ly hợp. Chương 5. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LY HỢP DÙNG CHO Ô TÔ INNOVA J 5.1. Xác định các thông số cơ bản của hệ thống điều khiển tự động ly hợp. 5.1.1 Thông số cơ bản của bộ vi sai. 5.1.1.1. Bạc mở ly hợp. 5.1.1.2. Moayơ. 5.1.1.3. Tỷ số truyền của bộ vi sai. 5.1.1.4. Bánh răng trung tâm và bánh răng hành tinh. 5.1.1.5. Cần dẫn. 5.1.1.6. Chọn ổ bi tì. 5.1.2. Thông số cơ bản của phanh điện từ. 5.1.2.1. Tính chọn đĩa phanh. 5.1.2.2. Tính toán nam châm điện từ. 5.2. Hệ thống điều khiển tự động ly hợp bằng cơ cấu vi sai kết hợp điện từ dùng cho ô tô INNOVA J. 5.2.1. Kết cấu. 5.2.2. Nguyên lý làm việc. Kết luận và hướng phát triển của đề tài. 10 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LY HỢP 1.1 Yêu cầu đối với hệ thống điều khiển tự động ly hợp. [14] Để xác định các yêu cầu đối với hệ thống điều khiển tự động ly hợp, tiến hành phân tích sự làm việc của ly hợp theo mô hình trên Hình 1.2: Jl Je ωl ωe Mψ Me Ml Hình 1.2. Mô hình Động cơ - Hệ thống truyền lực. Trong đó: Me Mômen xoắn của động cơ. Ml Mômen truyền qua ly hợp. Mψ Mômen cản chuyển động của đường. ωe, ωl Vận tốc góc của phần tử chủ động và bị động. Mômen quán tính của các chi tiết liên quan quy dẫn về trục chủ Je động của ly hợp. Jl Mômen quán tính của các chi tiết liên quan và của khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô quy dẫn về trục bị động của ly hợp. Chế độ làm việc của ly hợp phụ thuộc vào quan hệ của các mômen Me, Ml, Mψ , Je và Jl. + Để đảm bảo khởi hành và tăng tốc được êm dịu, tức là gia tốc góc nhỏ, cần đảm bảo điều kiện: dl M l  M   dt Jl d l dt có giá trị nhỏ. Khi khởi hành ô tô, ωl = 0 còn ωe > 0, tức là khi ô tô khởi hành có xảy ra sự trượt ly hợp và giá trị Ml > Mψ một chút. 11 + Để tránh hiện tượng quá nóng và mài mòn ly hợp, sau khi ô tô tăng tốc, ly hợp cần phải làm việc không có sự trượt, tức là cần đảm bảo cho ωl = ωe. Để thực hiện điều này, trong quá trình tăng tốc ô tô cần làm sao để giá trị dl d e , bởi vì chỉ trong trường hợp này, khi chế độ chuyển động ổn định  dt dt mới có thể đảm bảo đẳng thức ωl = ωe. Các yêu cầu trên có thể thực hiện được, nếu trong quá trình tăng tốc ô tô giá trị Ml được tăng lên từ từ để đảm bảo cho Ml - Mψ tăng và Me- Ml giảm. + Để đảm bảo ly hợp làm việc không trượt thì cần thiết duy trì điều kiện Ml > Me. + Chế độ chuyển động ổn định của ô tô đặc trưng bởi tốc độ ô tô và số vòng quay động cơ không đổi chỉ có thể đạt được khi Me = Mψ. Tùy theo quan hệ giữa các mômen và chế độ tải, ly hợp có thể làm việc lâu dài với sự trượt. Ở ly hợp có đặc tính ly tâm, giả thiết rằng khi số vòng quay của động cơ không đổi, giá trị Ml không phụ thuộc vào trạng thái trượt của ly hợp. Trên hình 1.3 biểu diễn các đường cong mômen xoắn của động cơ Me (với độ mở bướm ga xác định), mômen được truyền bởi ly hợp Ml phụ thuộc vào số vòng quay của động cơ và các đường thẳng tương ứng với các giá trị mômen cản Mψ khác nhau. - Khi Mψ = Mψ1, chế độ chuyển động ổn định của ô tô tương ứng với số vòng quay n1 mà ở đó đường Me sẽ cắt đường thẳng (1) tại điểm a. Giá trị Ml khi này sẽ lớn hơn Me1, do đó không xảy ra sự trượt ly hợp. - Khi tăng giá trị Mψ, tốc độ của động cơ tương ứng với chế độ chuyển động ổn định của ô tô và giá trị Ml giảm đi. Giá trị cực đại của Mψ (đường thẳng 2) mà ở đó ly hợp có thể làm việc mà không trượt, không vượt quá giá trị M e2 = Ml2 tương ứng với trường hợp Me2 = Ml2 = Mψ2 (điểm b).