Chương II: Bộ ly hợp

CHƯƠNG II : BỘ LY HỢP I. CÔNG DỤNG - PHÂN LOẠI - YÊU CẦU : 1. Công dụng: Ly hợp dùng để nối trục khuỷu động cơ với hệ thống truyền lực, nhằm để truyền mô men quay một cách êm dịu và để cắt truyền động đến hệ thống truyền lực được nhanh và dứt khoát trong những trường hợp cần thiết như khi chuyển số. Nó cũng cho phép động cơ hoạt động khi xe dừng mà không chuyển hộp số về số trung gian. 2. Phân loại: a) Theo cách truyền mô men xoắn từ trục khuỷu đến trục sơ cấp của hộp số, chúng ta có: - Ly hợp ma sát: Loại một đĩa và nhiều đĩa, loại lò xo nén biên, loại lò xo nén trung tâm, loại càng tách ly tâm và nửa ly tâm. - Ly hợp thủy lực: Loại thủy tĩnh và thủy động. - Ly hợp nam châm điện. - Ly hợp liên hợp. b) Theo cách điều khiển, chúng ta có: - Điều khiển do lái xe (loại đạp chân, loại có trợ lực thủy lực hoặc khí). - Loại tự động. Hiện nay trên ô tô với hộp số thường sử dụng nhiều là loại ly hợp ma sát khô thường đóng. Ly hợp thủy lực cũng đang được phát triển ở ôtô vì nó có ưu điểm căn bản là giảm được tải trọng va đập lên hệ thống truyền lực và có trang bị bộ khuếch đại. 3. Yêu cầu: - Ly hợp phải truyền được mô men xoắn lớn nhất của động cơ mà không bị trượt trong mọi điều kiện, bởi vậy mômen ma sát của ly hợp phải lớn hơn mô men xoắn của động cơ. - Khi kết nối phải êm dịu để không gây ra va đập ở hệ thống truyền lực. - Khi tách phải nhanh và dứt khoát để dễ gài số và tránh gây ra tải trọng động cho hộp số. - Mô men quán tính của phần bị động phải nhỏ. - Ly hợp phải làm nhiệm vụ của bộ phận an toàn do đó hệ số dự trữ β phải nằm trong giới hạn (β=MLH/MĐC). - Điều khiển dễ dàng. - Kết cấu đơn giản và gọn. - Đảm bảo thoát nhiệt tốt khi ly hợp trượt. II. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Ly hợp dùng phổ biến trên xe có thể là loại ly hợp ma sát hoặc ly hợp thủy lực. Ly hợp ma sát thường dùng với hộp số thường, còn ly hợp thủy lực dùng với hộp số tự động. Chương này chúng ta nghiên cứu kỹ về ly hợp ma sát, còn ly hợp thủy lực( biến mô thủy lực) sẽ được đề cập trong chương hộp số tự động . Ly hợp ma sát hiện đại là một đĩa đơn loại đĩa khô. 1. Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động: a) cấu tạo chung: Vòng bi cắt ly hợp Hình II-1. Cấu trúc bộ ly hợp Bộ ly hợp ma sát gồm có ba phần: Phần chủ động gồm bánh đà lắp cố định trên trục khuỷu,vỏ ly hợp lắp cố định trên bánh đà, đĩa ép lắp qua cần bẩy và giá đỡ lên vỏ ly hợp. Đĩa ép cùng quay với vỏ ly hợp và bánh đà. Phần bị động gồm đĩa ma sát và trục bị động (trục sơ cấp của hộp số). Đĩa ma sát có mayơ được lắp then hoa trên trục bị động để truyền mô men cho trục bị động và có thể di trượt dọc trên trục bị động trong quá trình ngắt nối ly hợp. Cơ cấu điều khiển dùng để ngắt ly hợp khi cần, gồm bàn đạp, thanh nối, khớp trượt, các cần bẩy và các lò ép. b) nguyên lý hoạt động: Hình II-2. Hoạt động của ly hợp - Khi đóng ly hợp, người lái rời chân khỏi bàn đạp ly hợp, lúc này bàn đạp ở trạng thái tự do, các lò xo đẩy đĩa ép ép chặt đĩa ma sát lên bánh đà. Nhờ có ma sát nên đĩa ma sát, đĩa ép, lò xo, vỏ ly hợp và bánh đà tạo thành một khối cứng quay cùng bánh đà, do đó mômen được truyền từ trục khuỷu- bánh đà qua đĩa ma sát và then hoa đến trục sơ cấp của hộp số. - Muốn ngắt ly hợp, chỉ cần đạp chân lên bàn đạp, thông qua thanh nối, khớp trượt chuyển động sang trái ép vào đầu cần bẩy làm các cần bẩy quay trên giá đỡ và đầu kia của cần bẩy kéo đĩa ép thắng lực ép lò xo, dịch chuyển sang phải và tách đĩa ma sát khỏi mặt bánh đà. Lúc này đĩa ma sát ở trạng thái tự do và mômen động cơ không thể truyền qua đĩa tới trục sơ cấp hộp số. Nguyên lý hoạt động của ly hợp dùng lò xo màng cũng tương tự như đối với ly hợp dùng lò xo trụ, chỉ có một điểm khác nhau nhỏ là lò xo màng vừa đóng vai trò lò xo ép khi đóng ly hợp vừa đóng vai trò cần bẩy khi mở ly hợp. Để ngắt ly hợp, đối với nhiều ly hợp cần phải ép khớp trượt vào đầu cần bẩy hoặc lò xo màng, nhưng đối với một số ly hợp lại cần phải kéo khớp trượt đầu cần bẩy hoặc đầu lò xo màng ra. 2. Chức năng, cấu tạo từng cụm hệ thống: 2.1. Bánh đà: Hình II-3. Cấu tạo của bánh đà Bánh đà được thêm vào nhằm tạo ra mômen quán tính khối lượng giúp động cơ hoạt động, trên bánh đà có gắn vòng răng khởi động để khởi động động cơ. Bề mặt bánh đà là nơi các bộ phận khác gắn vào. Bánh đà sử dụng với hộp số thường là dày để hấp thụ lượng nhiệt lớn tỏa ra từ hoạt động của ly hợp. Bề mặt của bánh đà được gia công nhẵn để tạo ra bề mặt ma sát. Trên bề mặt bánh đà được khoan các lỗ để gắn các bộ phận ly hợp. Một lỗ được khoan vào giữa bánh đà để lắp bạc đạn đỡ trục sơ cấp hộp số. Bạc đạn ở tâm của bánh đà đóng vai trò giữ cho đầu ngoài cùng của trục sơ cấp hộp số. Nó giống như một ổ lót dẫn hướng. Ổ lót dẫn hướng có thể là bạc đạn bi hay ống lót đồng. Cả hai phải được bôi trơn. Hình II-4. Bánh đà khối lượng kép Bánh đà khối lượng kép thường sử dụng trong động cơ Diesel. Nó hấp thụ các rung động của động cơ. Lò xo gắn bên trong bánh đà hoạt động như là bộ giảm chấn khi ép một phần của bánh đà, làm êm dịu dòng công suất truyền ra. Bánh đà cũng giúp làm giảm mỏi trên các phần của ly hợp và hộp số. 2.2. Đĩa ly hợp: Đĩa ly hợp tròn và cấu tạo mỏng được làm từ thép với một mayơ đặt ở giữa, mayơ ăn khớp bằng then hoa vào trục sơ cấp của hộp số. Đĩa ly hợp có thể dịch chuyển dọc theo trục, nhưng khi đĩa quay thì trục cũng phải quay theo. Hai bề mặt ngoài của đĩa ly hợp được ép vật liệu ma sát bằng đinh tán. Vật liệu ma sát có thể là amian, hay những vật liệu chịu nhiệt độ cao khác và dây đồng đan lại hay đúc với nhau. Hình II-5. Đĩa ly hợp Hình II-6. Cấu tạo một đĩa ly hợp Để giúp kết nối dễ dàng, các phần ngoài của đĩa thường được chia ra và có dạng gợn sóng. Vật liệu ma sát được tán vào những phần này. Khi đĩa được ép, những phần gợn sóng này hoạt động giống như đệm đàn hồi, dập tắt các va chạm khi đĩa ly hợp bị ép mạnh vào bánh đà. Mayơ trung tâm và đĩa ngoài mỏng được gắn chặt với nhau theo cách cho phép dịch chuyển khối lượng hướng tâm. Sự dịch chuyển này được điều khiển bởi chốt dừng. Lò xo hoạt động như một bộ phận dẫn động giữa mặt bích mayơ và đĩa ngoài. Lò xo này hoạt động như một thiết bị giảm chấn, làm êm dịu những xung lực khi đĩa ngoài được ép vào bánh đà. Nó cũng giúp cho việc truyền mô men đến mayơ. Sự dao động được chỉnh bằng đệm ma sát giữa mặt bích mayơ ly hợp và đĩa ngoài. 2.3. Mâm ép: Có hai loại cơ bản của mâm ép, mâm ép lò xo trụ và mâm ép lò xo màng.Nguyên tắc hoạt động cơ bản của mỗi cái là giống nhau. Khác nhau là kiểu lò xo được sử dụng. a. Đĩa ép: Đĩa ép ly hợp là giống nhau trong mỗi loại mâm ép. Nó được làm từ một tấm sắt đúc dày để hấp thụ nhiệt lớn nhất. Nó hình tròn và bằng đường kính của đĩa ly hợp. Một mặt của tấm ép được gia công nhẵn. Mặt này sẽ ép bề mặt đĩa ly hợp vào bánh đà. Mặt ngoài có biên dạng thay đổi để dễ dàng gắn các lò xo và nhả cơ cấu. b. Mâm ép lò xo trụ: Hình II-7. Mâm ép lò xo trụ Mâm ép lò xo trụ gồm một số lò xo trụ, giá đỡ và cần nhả ly hợp. Lò xo được sử dụng để cung cấp áp lực tác dụng lên đĩa ép. Số lượng lò xo sử dụng thay đổi tùy thuộc vào nhiệm vụ của đĩa được thiết kế. Các lò xo tác dụng lực lên vỏ ly hợp và đĩa ép. Càng cắt ly hợp được thiết kế để kéo tấm ép tách khỏi đĩa ly hợp. Một đầu của cần tách ly hợp dính vào tấm ép.Đầu còn lại tự do và được thiết kế để ép vào trong. Giữa hai đầu, cần được gắn bản lề đến vỏ ly hợp bằng bu lông. Hình II-8. Càng cắt ly hợp bán ly tâm Một số cần tách ly hợp là loại bán ly tâm. Loại này có khối lượng gắn vào đầu ngoài của nó. Khi ly hợp quay lực ly tâm đẩy khối lượng này lên trên và sử dụng lực ép thêm này tác dụng lên tấm ép. Lực này hỗ trợ cho lò xo. Vị trí và hoạt động cần ly hợp chỉ ở hình II-8. Vỏ ly hợp lắp bu lông vào bánh đà và làm chỗ tựa cho các lò xo. Khi nhả đĩa ép, nhờ các vấu hoặc các bản giằng nối đĩa ép và vỏ ly hợp, cho phép vỏ dẫn động đĩa ép. c. Mâm ép lò xo màng: Hình II-9. Mâm ép lò xo màng Thay vì lò xo trụ, tấm ép lò xo màng sử dụng một lò xo màng đơn. Cấu tạo các ly hợp phổ biến là loại lò xo màng. Sự khác nhau là ở lò xo ép. Lò xo màng tròn và mỏng. Nó được làm từ thép chất lượng cao và được cấu tạo với dạng đĩa tạo ra hiệu quả cần thiết.các phần tử đàn hồi bố trí hướng tâm là các cần đẩy ra, thay thế các cần bẩy. Việc cắt sáu vấu ngắn hơn giúp cho việc làm mát. Mười hai vấu còn lại có chiều dài hoàn toàn. Các loại khác bẻ cong sáu vấu lên trên. Khối lượng được gắn để cung cấp lực ly tâm hỗ trợ cho sức ép lò xo ở tốc độ cao. Cạnh bên ngoài của lò xo màng chạm vào tấm ép, các đỉnh vấu hướng vào trong và có dạng lõm. Hai vòng định vị được đặt một khoảng cách ngắn từ cạnh ngoài. Các vòng định vị được bảo vệ bởi một gu-dông đến nắp ly hợp, một vòng định vị đặt ở ngoài và một cái còn lại ở bên trong. Tấm ép được dẫn động bằng ba cặp bản giằng (tấm thép). Các bản giằng được tán ri-vê vào vỏ ly hợp và bắt bulông vào tấm ép. Vòng bi cắt ly hợp tiếp xúc với đầu của các vấu. Hầu hết các bánh đà và mâm ép có dấu cân bằng động. Tại nhà máy, bánh đà và mâm ép được gắn bu lông với nhau và được cân bằng động. Sau khi cân bằng động, chúng được làm dấu để khi bảo dưỡng hộp số hay ly hợp, lắp lại đúng vị trí đã cân bằng. Bánh đà, đĩa ma sát, tấm ép, cần cắt ly hợp, lò xo, và vỏ được chỉ ở vị trí tương ứng trong. 2.4. Vòng bi cắt ly hợp: Một bộ phận cần thiết khác của ly hợp là cơ cấu đóng và cắt ly hợp. Nó gồm có một vòng bi thường gọi là vòng bi cắt ly hợp. Vòng bi này được gắn trên ống trượt có thể trượt dọc trục. Hình II-10. Vòng bi cắt ly hợp Hình II-11. Vòng bi cắt ly hợp tự định tâm Vòng bi cắt ly hợp được bôi mỡ đầy đủ tại nhà máy và không cần bảo dưỡng trong suốt thời gian sử dụng. Một loại khác của bạc cắt ly hợp được sử dụng trên các lọai xe nước ngoài là loại graphit. Loại bạc này sử dụng một vòng graphít gắn chặt vào đĩa nhẵn với cần ly hợp. Ống trượt bạc cắt ly hợp được dịch chuyển ra vào bởi càng cắt ly hợp. Càng này thường quay trên đầu bạc đạn trên gurông. Một lò xo hồi kéo càng cắt ly hợp khỏi tấm ép. Vòng bi cắt ly hợp tự định tâm: Vòng bi cắt ly hợp tự định tâm dùng để tránh tiếng ồn thỉnh thoảng gây ra do ma sát giữa lò xo đĩa và vòng bi cắt ly hợp. Điều đó được thực hiện tự động bằng cách giữ cho đường tâm của vòng bi cắt ly hợp (trục khuỷu) thẳng với đường tâm của trục sơ cấp hộp số. 2.5. Sơ lược về ly hợp hai đĩa: Hình II-12. Bộ ly hợp hai đĩa Nếu một đĩa ly hợp có kích thước rất lớn có thể lắp trên bánh đà thì không phù hợp cho việc truyền mômen động cơ, ly hợp hai đĩa phải được sử dụng. Ly hợp hai đĩa dựa trên cơ sở ly hợp một đĩa, ly hợp hai đĩa thêm vào một đĩa ma sát và một đĩa dẫn động đặt ở giữa hai đĩa ma sát. Khi ly hợp không nối lò xo kéo đĩa dẫn động trở lại, để đảm bảo hai đĩa ly hợp quay tự do khi ly hợp không nối, đĩa dẫn động ly hợp được cung cấp một sự điều chỉnh trượt. Khi ly hợp mòn, bộ chỉnh trượt tư động đứng yên khi lò xo ly hợp tác động lên đĩa ép. Bạc của bộ chỉnh trượt tỳ vào vòng trung gian khi ly hợp không nối và tỳ vào bánh đà khi ly hợp nối. Điều này cho phép nó tạo nên độ chùng đúng với độ mòn ly hợp. Loại ly hợp này được trang bị bộ giảm mòn, vì thế độ mòn xảy ra dưới giới hạn. III. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LY HỢP Một thiết bị phải được cung cấp để nối càng cắt ly hợp đến bàn đạp ly hợp. Điều này được thực hiện bằng cơ cấu điều khiển ly hợp. Có hai phương pháp điều khiển ly hợp được sử dụng để hoạt động càng cắt ly hợp, đó là phương pháp điều khiển bằng cơ khí và phương pháp điều khiển bằng thủy lực. 1. phương pháp điều khiển bằng cơ khí: Hệ thống nối cơ khí kết hợp sử dụng cần và thanh nối hay dây cáp nối giữa bàn đạp ly hợp và càng cua cắt ly hợp. Khi bàn đạp được nhấn, lực được truyền đến càng cua cắt ly hợp bằng thiết bị nối cơ khí. Hình dưới đây mô tả một cần đơn và thanh bản lề. Hình II-13. Bộ điều khiển ly hợp bằng cơ khí 2. phương pháp điều khiển bằng thủy lực: a. giới thiệu chung: Một hệ thống khác sử dụng năng lượng thủy lực để điều khiển càng cắt ly hợp. Thủy lực giúp điều khiển công việc đơn giản. Nó cũng làm giảm lực tác dụng lên bàn đạp ly hợp.Khi bàn đạp được nhấn, nó tác động lên xylanh chính của ly hợp. Lực ép tạo nên trong xylanh chính được truyền đến một xylanh con lắp gần càng cắt ly hợp. Xylanh con được nối với càng cắt ly hợp với một thanh đẩy. Khi áp suất tác dụng đến xylanh con, nó đẩy càng cắt ly hợp. Cả hai xylanh chính và xylanh con được thiết kế đơn giản, có thể lắp với mọi vị trí. Hình II-15. Xylanh chính Hình II-14. Điều khiển ly hợp bằng thủy lực Một loại ly hợp thủy lực khác được sử dụng, loại này bạc cắt ly hợp và xylanh con được nối thành một bộ. khi xylanh con hoạt động, nó đẩy bạc cắt ly hợp tiếp xúc với các vấu cắt ly hợp của tấm ép.Thiết kế này loại bỏ càng cua cắt ly hợp và thiết bị nối liên quan. b. Xy lanh chính của ly hợp: Hình II-15 ở trên mô tả xylanh chính của một ly hợp bao gồm một bình chứa, píttông, phốt cao su (cuppen), các van… và áp sụất thủy lực sinh ra bởi sự trượt của píttông. Thanh đẩy luôn luôn kéo bàn đạp ly hợp về phía trước nhờ lò xo hồi bàn đạp. Đạp bàn đạp ly hợp: Píttông chuyển động sang trái khi nhấn bàn đạp ly hợp. Dầu phanh trong xilanh chạy qua van vào tới bình chứa và xylanh cắt ly hợp. Khi píttông tiếp tục chuyển động sang bên trái, thắng lực tấm chặn lò xo (nó giữ thanh nối). Kết quả là thanh nối được chuyển động sang trái nhờ lực của lò xo. Sau đó bình chứa được đóng lại bởi van vào. Khoang A được tách khỏi khoang B, tạo áp suất thủy lực trong khoang A, tiếp theo áp suất được truyền qua ống dẫn cao su và ống dầu tới píttông xylanh cắt ly hợp. Thả bàn đạp ly hợp: Khi thả bàn đạp ly hợp, pít-tông được ấn ngược lại sang phải nhờ lò xo nén và áp suất thủy lực giảm. Khi pít-tông trở lại hoàn toàn thanh nối được kéo sang phải nhờ tấm chặn lò xo, thắng lực của tấm chặn lò xo hồi. Khi đó van vào mở, dầu đi vào bình chứa, khoang A và khoang B nối với nhau bằng đường dầu. Bình chứa hấp thụ sự thay đổi thể tích dầu của từng phần của hệ thống ly hợp. dầu vẫn được bổ sung từ bình chứa nếu cần.. 3. Ly hợp tự điều chỉnh: Hình II-16. Ly hợp tự điều chỉnh Hầu hết các bộ ly hợp hiện đại không cần điều chỉnh. Với việc loại bỏ việc kiểm tra mực chất lỏng trong xylanh chính, việc bảo dưỡng được nhẹ nhàng hơn. Một số chiếc xe cũ sử dụng thiết bị nối ly hợp tự điều chỉnh. Bộ phận tự điều chỉnh là một sự sắp xếp cơ khí được gắn đến bàn đạp ly hợp và giá đỡ. Dây nối sử dụng trong ly hợp này không có thể chế tạo ngắn hơn hay dài hơn bằng việc cắt bớt. Vị trí của dây nối ly hợp có thể thay đổi bằng việc điều chỉnh vị trí của phần răng dạng chữ V ( kiểu răng bánh cóc) trong mối quan hệ với bàn đạp ly hợp. Bộ này giữ một lực căng cáp đúng và dấu điều chỉnh khi ly hợp mòn. Chốt ăn khớp với răng bánh cóc. Khi bàn đạp ly hợp ở vị trí bình thường (không nhấn), chốt được tách khỏi bánh cóc với vấu thép đặt trên giá. Ở vị trí này, lò xo trục bánh cóc làm việc chống lại lực tác dụng ở bạc cắt ly hợp. Lúc này dây cáp ở trạng thái cân bằng với lực căng chính xác được tác dụng. Khi bàn đạp ly hợp được nhấn, chốt dịch khỏi miếng thép. Lúc này, lò xo chốt sẽ đẩy chốt xuống và ăn khớp với răng bánh cóc. Tiếp tục nhấn bàn đạp ga kéo dây cáp, theo đó, lực bạc cắt ly hợp tác dụng lên các vấu hay cần trong đĩa ép, tách ly hợp. Khi bàn đạp ly hợp được nhả, bánh cóc trở lại vị trí nghỉ của nó và chốt không cài vào bánh cóc nhờ khóa dừng. Dây cáp trở lại trạng thái cân bằng lực căng. khi đĩa ly hợp mòn chốt dính vào răng khác trên bánh cóc, cung cấp sự bù lại đúng cần thêm vào. 4. Hành trình tự do của bàn đạp: Hành trình tự do của bàn đạp ly hợp là quan trọng nhất, khi bàn đạp ly hợp được nhả, vòng bi cắt ly hợp không chạm vào cần cắt ly hợp, nó phải tách ra cho hai mục đích . Khi kéo dài thời gian tiếp xúc của chúng, chúng sẽ tiếp tục quay, điều này làm giảm tuổi thọ của chúng. Ngoài ra, nếu bạc không cắt hoàn toàn, nó có thể chịu tác động của cần cắt ly hợp đủ cứng để cắt một phần ly hợp. Sự thay đổi lực tấm ép là nguyên nhân làm ly hợp trượt. Khi xảy ra trượt bề mặt ly hợp sẽ quá nhiệt và cháy. Tất cả nhà sản xuất định rõ khoảng hành trình tự do cho phép. Nghĩa là khoảng cách của bàn đạp ly hợp khi được nhấn trước khi bạc cắt ly hợp chạm vào cần cắt ly hợp. Khoảng cách bàn đạp dịch chuyển từ mở hết mức đến khi trở nên cứng để đẩy cần cắt ly hợp. TÓM LẠI: Ly hợp là cần thiết cho việc khởi động nhẹ nhàng, chuyển số hay cho phép xe ngừng mà không cần trả hộp số về số không. Ly hợp được thiết kế để nối hay không nối sự truyền công suất từ bộ phận làm việc này đến bộ phận làm việc khác – Trong trường hợp này là truyền từ động cơ đến hộp số. Ly hợp xe hơi sử dụng ngày nay là loại đĩa đơn, loại đĩa khô. Bánh đà, đĩa ly hợp, tấm ép, lò xo, nắp ly hợp, và các bộ nối là những bộ phận cơ bản của ly hợp điển hình. Một loại sử dụng lò xo trụ, một loại khác sử dụng lò xo màng. Khi hoạt động (ăn khớp), đĩa ly hợp được giữ vững chắc giữa bánh đà và tấm ép, khi bánh đà quay, đĩa quay trục vào hộp số. Không đóng ly hợp, bàn đạp ly hợp được nhấn qua thiết bị nối cơ khí hay thủy lực. càng cua cắt ly hợp đẩy bạc cắt ly hợp đi vào tiếp xúc với tấm ép. Cần kéo tấm ép khỏi đĩa ly hợp để tách nó. Khi đĩa tự do, các bánh đà và tấm ép tiếp tục quay, ngay cả khi đĩa ly hợp và trục vào hộp số không quay. Có hai kiểu bạc tách ly hợp, bạc bi tròn và bạc Graphit, hầu hết các xe sử dụng bạc bi tròn. Đĩa ly hợp được thiết kế để cung cấp sự ăn khớp nhẹ nhàng bằng các lò xo xoắn trong bộ moay-ơ.