Đồ án: đề tài thiết kế ly hợp ma sát khôxetoyotavios2015 g

Đồ án đề tài thiết kế ly hợp ma sát khôxetoyotavios2015 g thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn ngành tại Việt Nam

• Tác giả: Đỗ Tiến Dũng
• Người hướng dẫn: Th.S Cao Trọng Hùng
• Trường học: Trường Đại Học Thủ Dầu Một
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật – Công Nghệ
• Đề tài: Thiết Kế Ly Hợp Ma Sát Khô Xe Toyota Vios 2015 G
• Loại tài liệu: Đồ Án
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Bình Dương

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Về Thiết Kế Ly Hợp Ma Sát Khô

Ly hợp ma sát khô là một trong những hệ thống quan trọng nhất trên ô tô, đặc biệt là trên các dòng xe như Toyota Vios 2015 G. Hệ thống này có vai trò truyền động lực từ động cơ đến hộp số một cách liên tục hoặc gián đoạn tùy theo nhu cầu của người lái. Thiết kế ly hợp ma sát cần đảm bảo hiệu suất cao, độ bền lâu dài và an toàn trong quá trình sử dụng. Với công suất cực đại 107 kW tại 6000 vòng/phút của xe Vios, việc tính toán thiết kế hệ thống ly hợp trở nên vô cùng quan trọng để đảm bảo truyền tải toàn bộ mô men xoắn cực đại 141 N.m một cách ổn định.

1.1. Khái Niệm Ly Hợp Ma Sát Khô

Ly hợp ma sát khô là thiết bị cơ học sử dụng lực ma sát giữa các bề mặt ma sát để truyền động lực. Loại ly hợp này không sử dụng chất lỏng làm môi chất truyền lực. Nó bao gồm đĩa dẫn động, đĩa bị dẫn động và cơ cấu áp lực. Khi bạn nhấn chân ga, lực ma sát giữa các đĩa sẽ truyền tải mô men xoắn từ động cơ đến hộp số một cách hiệu quả.

1.2. Ứng Dụng Trên Xe Toyota Vios 2015 G

Trên xe Toyota Vios 2015 G, hệ thống ly hợp ma sát khô được thiết kế để làm việc với mô men xoắn cực đại 141 N.m và tại tốc độ động cơ 4200 vòng/phút. Hệ thống này phải đảm bảo truyền tải toàn bộ lực từ động cơ đến hộp số số 5, đồng thời có khả năng cắt động lực khi cần thiết. Thiết kế ly hợp cần tính đến trọng lượng toàn bộ xe 1500 kg để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

II. Cơ Sở Lý Thuyết Tính Toán Thiết Kế

Cơ sở lý thuyết thiết kế ly hợp ma sát bao gồm các phương trình cơ bản về lực ma sát, mô men xoắn và độ bền của vật liệu. Tính toán hệ thống ly hợp dựa trên nguyên lý rằng lực ma sát giữa các bề mặt bằng hệ số ma sát nhân với lực pháp tuyến. Trong thiết kế ly hợp ma sát khô, ta phải tính toán kích thước đĩa, số lớp ma sát, vật liệu sử dụng và lực ép cần thiết. Các tham số thiết kế được xác định dựa trên mô men xoắn cực đại của động cơ, với hệ số an toàn thích hợp để đảm bảo độ bền lâu dài của hệ thống.

2.1. Phương Trình Tính Toán Mô Men Xoắn

Mô men xoắn truyền qua ly hợp ma sát được tính theo công thức: M = μ × F × R. Trong đó: μ là hệ số ma sát giữa các bề mặt, F là lực ép, R là bán kính trung bình của đĩa. Đối với xe Toyota Vios 2015 G có mô men xoắn cực đại 141 N.m, ta cần tính toán các thông số sao cho hệ thống ly hợp có thể truyền tải ít nhất 141 × 1.2 = 169.2 N.m (với hệ số an toàn 1.2).

2.2. Lựa Chọn Vật Liệu Ma Sát

Vật liệu ma sát cho ly hợp ma sát khô thường là composite gồm asbestos, cốc và nhựa. Hệ số ma sát thường nằm trong khoảng 0.3 - 0.4. Việc lựa chọn vật liệu ma sát phù hợp giúp đảm bảo hiệu suất truyền tải cao, giảm mài mòn và kéo dài tuổi thọ của hệ thống ly hợp.

III. Phương Án Thiết Kế Hệ Thống Ly Hợp

Phương án thiết kế hệ thống ly hợp ma sát khô cho xe Toyota Vios 2015 G được lựa chọn dựa trên nhiều tiêu chí kỹ thuật và kinh tế. Thiết kế ly hợp áp dụng cấu trúc hai đĩa với một đĩa dẫn động gắn trực tiếp vào puly động cơ và một đĩa bị dẫn động nối vào trục đầu vào hộp số. Hệ thống áp lực sử dụng lò xo dạng lá hoặc lò xo xoắn để tạo lực ép cần thiết. Phương án này đã được chứng minh hiệu quả trên nhiều dòng xe ô tô nhẹ và đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật của xe Vios với trọng lượng 1500 kg và công suất 107 kW.

3.1. Cấu Trúc Hai Đĩa Ma Sát

Cấu trúc hai đĩa ma sát bao gồm đĩa dẫn động và đĩa bị dẫn động. Đĩa dẫn động được gắn cứng vào puly động cơ thông qua lò xo giãn, trong khi đĩa bị dẫn động được nối với trục đầu vào hộp số. Thiết kế này cho phép truyền tải mô men xoắn từ động cơ đến hộp số một cách mượt mà khi nhấn chân ga.

3.2. Hệ Thống Áp Lực Lò Xo

Hệ thống áp lực sử dụng lò xo dạng lá hoặc lò xo xoắn để tạo lực ép giữa các đĩa. Lực ép được thiết kế để đảm bảo hệ số ma sát đủ để truyền tải mô men xoắn cực đại. Kích thước và số lượng lò xo được tính toán sao cho khi động cơ hoạt động ở mô men xoắn cực đại 141 N.m, ly hợp không bị trượt.

IV. Ứng Dụng Phần Mềm Mô Phỏng Thiết Kế

Ứng dụng phần mềm mô phỏng đã trở thành công cụ không thể thiếu trong thiết kế hệ thống ly hợp ma sát hiện đại. Các phần mềm như SOLIDWORKS, CATIA, ANSYS cho phép các kỹ sư thực hiện mô phỏng 3D của các bộ phận, phân tích ứng suất, và kiểm tra khả năng chịu tải. Đối với đề tài thiết kế ly hợp ma sát trên xe Toyota Vios 2015 G, phần mềm mô phỏng giúp tối ưu hóa kích thước đĩa ma sát, áp lực ép lò xo, và kiểm tra độ bền của các bộ phận dưới các điều kiện làm việc thực tế. Việc sử dụng công nghệ này giúp rút ngắn thời gian thiết kế, giảm chi phí, và nâng cao chất lượng của sản phẩm cuối cùng.

4.1. Mô Phỏng 3D Bộ Phận Ly Hợp

Mô phỏng 3D trong SOLIDWORKS cho phép xây dựng mô hình chính xác của toàn bộ hệ thống ly hợp với các bộ phận như đĩa, lò xo, và cơ cấu áp lực. Mô hình 3D này có thể kiểm tra khớp nối, khoảng cách giữa các bộ phận, và độ chính xác của quá trình gia công.

4.2. Phân Tích Ứng Suất Và Độ Bền

ANSYS được sử dụng để phân tích ứng suất trên các bộ phận chịu lực như đĩa ma sát và lò xo. Phân tích này giúp xác định vùng tập trung ứng suất cao, từ đó điều chỉnh thiết kế để tránh hỏng hóc và kéo dài tuổi thọ của hệ thống ly hợp trên xe Vios 2015 G.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN Sản lượng bán ô tô trên thế giới ngày nay đang có tốc độ tăng trưởng đáng kể, đặc biệt là trong các nước đang phát triển. Ô tô không chỉ là phương tiện giao thông chủ yếu mà còn là cột mốc quan trọng trong mạng lưới vận tải của các quốc gia. Nhu cầu vận chuyển không ngừng gia tăng, đáp ứng linh hoạt cả ở thành phố lẫn nông thôn, làm cho ô tô trở thành lựa chọn cần thiết. Ở Việt Nam, ngành công nghiệp ô tô đang phát triển mạnh mẽ, với mục tiêu tăng tỉ lệ nội địa hóa sản xuất.

Tuy nhiên, ngành công nghiệp này đang trong giai đoạn sơ khai, đòi hỏi nhiều công việc để sản xuất ô tô chất lượng, đáp ứng không chỉ nhu cầu nội địa mà còn xuất khẩu. Trong bối cảnh này, nghiên cứu động lực học ô tô là một phần quan trọng trong quá trình thiết kế và chế tạo các hệ thống trên xe, hướng tới việc tạo ra những chiếc ô tô mang thương hiệu Việt Nam đạt tiêu chuẩn quốc tế. Chất lượng và hiệu suất của hệ thống truyền lực (HTTL) trên ô tô là một vấn đề quan trọng, đặc biệt trong bối cảnh sự cạnh tranh ngày càng gay gắt. Việc thiết kế một hệ thống ly hợp xuất sắc không chỉ cung cấp hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng mà còn đáp ứng các yêu cầu của người lái, giúp các nhà sản xuất ô tô tạo ra những sản phẩm cạnh tranh và hấp dẫn trên thị trường.

Ly hợp ma sát khô, một thành phần quan trọng trong hệ thống truyền động ô tô, đặc biệt chú ý đến đĩa ép, một phần chủ chốt của ly hợp ma sát khô. Khi ly hợp hoạt động, mô men xoắn từ động cơ được truyền thông qua sự trượt của đĩa ép vào đĩa ma sát. Sự chuyển động tương đối tạo ra nhiệt ma sát, làm tăng nhiệt độ của đĩa ép, có thể dẫn đến tăng ứng suất nhiệt và biến dạng, gây hỏng ly hợp. 7 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.

Giới thiệu tổng quan về hệ thống ly hợp Trong cấu tạo hộp số, bộ ly hợp ô tô (clutch) là bộ phận quan trọng kết nối trục khuỷu của động cơ với các bộ phận khác của hộp số. Công dụng của bộ ly hợp trên ô tô là dẫn động cho hộp số bằng cách đóng (hợp) và mở (ly) tùy theo điều khiển của người lái, theo đó momen lực sẽ được nối hoặc ngắt, giúp xe chuyển động tiến, lùi hoặc dừng lại.1:Bộ ly hợp trên xe ô tô du lịch Nhiệm vụ của ly hợp ô tô là truyền momen lực từ động cơ tới hộp số. Cụ thể, khi xe ở số tiến, ly hợp ô tô được mở ra tại số tương ứng, giúp truyền momen lực từ động cơ tới trục dẫn động của hộp số và làm bánh xe chuyển động. Khi phanh xe hoặc khi xe về số lùi, ly hợp đóng lại, động cơ sẽ bị tách ra khỏi hệ thống truyền động.

Lúc này momen lực sẽ bị ngắt hoặc đổi chiều, giúp xe dừng lại hoặc về số lùi theo điều khiển của người lái. Công dụng, yêu cầu, phân loại 2. Công dụng Ly hợp là một cụm quan trọng của hệ thống truyền lực, thực hiện nhiệm vụ: Ly hợp dùng để truyền mô men xoắn từ trục khuỷu động cơ đến các cụm tiếp theo của hệ thống truyền lực. Khi nối êm dịu động cơ đang làm việc với hệ thống truyền lực (lúc này ly hợp có sự trượt) làm cho mô men ở các bánh xe chủ động tăng lên từ từ.

Do đó, xe khởi hành và tăng tốc êm. Ly hợp dùng để tách nối động cơ với hệ thống truyền lực khi khởi hành, dừng xe, chuyển số và cả khi phanh xe. Ở hệ thống truyền lực cơ khí với hộp số có cấp việc dùng ly hợp để tách tức thời động cơ khỏi hệ thống truyền lực sẽ làm giảm va đập đầu răng của các bánh răng khi vào số hoặc của các khớp gài và làm cho quá trình đổi số đuợc dễ dàng. Ly hợp còn là cơ cấu an toàn bảo đảm cho động cơ và hệ thống truyền lực khỏi bị quá tải duới tác dụng động và mô men quán tính.

Ví dụ như trong trường hợp phanh đột ngột và không nhả ly hợp. Yêu cầu Ly hợp phải thoả mãn các yêu cầu sau:  Đảm bảo truyền hết được mô men của động cơ xuống hệ thống truyền lực mà không bị trượt ở mọi điều kiện sử dụng.  Khi xe khởi hành hoặc chuyển số, quá trình đóng ly hợp phải êm dịu để giảm tải trọng động tác động lên hệ thống truyền lực.  Khi ly hợp mở cần phải ngắt dòng truyền nhanh chóng dứt khoát.

 Khối lượng các chi tiết, mô men quán tính của phần bị động của ly hợp phải nhỏ để giảm tải trọng động tác dụng lên các bánh răng và bộ đồng tốc khi sang số.  Mô men ma sát không đổi khi ly hợp ở trạng thái đóng. Có khả năng trượt khi bị quá tải. 9  Có khả năng thoát nhiệt tốt để tránh làm nóng các chi tiết khi ly hợp bị trượt trong quá trình làm việc.

 Điều khiển ly hợp nhẹ nhàng tránh gây mệt mỏi cho nguời lái xe, có khả năng tự động hoá dẫn động điều khiển.  Giá thành của bộ ly hợp rẻ, tuổi thọ cao, kết cấu đơn giản kích thước nhỏ gọn, dễ tháo lắp và sửa chữa bảo duỡng. Phân loại Theo phương thức truyền mô men từ trục khuỷu động cơ tới hệ thống truyền lực các ly hợp ô tô được phân thành: Ly hợp ma sát: Mô men truyền qua ly hợp nhờ ma sát giữa các bề mặt ma sát. Ly hợp ma sát có kết cấu đơn giản, hiện nay được sử dụng phổ biến trên ô tô với các dạng sử dụng ma sát khô và ma sát trong dầu (ma sát ướt).

Ly hợp thủy lực: Mô men được truyền nhờ môi trường chất lỏng. Do khả năng truyền mô men và tải trọng động, các bộ truyền thủy lực được dung trên các hệ thống truyền lực thủy cơ với kết cấu ly hợp thủy lực và biến mô thủy lực. Ly hợp điện từ: Mô men được truyền nhờ từ trường. Loại liên hợp: Mô men được truyền nhờ kết hợp các phương pháp trên.

Theo cấu tạo của bộ phận ma sát ta có: loại đĩa, loại đĩa côn, loại trống. Theo phương pháp điều khiển dẫn động ly hợp: Ly hợp cơ khí: Là dẫn động điều khiển từ bàn đạp tới cụm ly hợp thông qua các khâu khớp đòn nối. Loại này thường được dung trên ô tô con với yêu cầu lực ép nhỏ. Ly hợp dẫn động thủy lực: Là dẫn động thông qua các khâu khớp đòn nối và đường ống cùng với các cụm truyền chất lỏng.

Ly hợp dẫn động có trợ lực: Là tổ hợp các phương án dẫn động cơ khí hoặc thủy lực với các bộ phận trợ lực bàn đạp: cơ khí, thủy lực áp suất lớn, 10 chân không, khí nén,v. Trên ô tô ngày nay thường sử dụng trợ lực điều khiển ly hợp. Theo đặc điểm làm việc: Ly hợp thường đóng và ly hợp thường mở. Loại ly hợp thường đóng: Khi không có lực điều khiển, ly hợp luôn ở trạng thái đóng, khi đạp ly hợp các bề mặt làm việc tách ra.

Đại đa số các ly hợp trên ô tô dùng loại này. Loại ly hợp thường mở: Khi không có lực điều khiển, ly hợp luôn ở trạng thái mở. Theo dạng lò xo ép có thể phân loại ly hợp như sau: Lò xo trụ bố trí theo vòng tròn, lò xo côn xoắn và lò xo côn đĩa. Sơ đồ vị trí ly hợp trong hệ thống truyền lực Hình 2.2:Động cơ đặt trước cầu sau chủ động *Chú thích: 1.

Hộp số cơ khí; 4. Cụm cầu chủ động 11 Hình 2.3: Động cơ đặt trước cầu trước chủ động *Chú thích: 1. Hộp số cơ khí; 4. Cụm cầu chủ động 2.

Lựa chọn cụm ly hợp 2. Phương án 1: Ly hợp thuỷ lực Ly hợp thủy lực truyền mô men thông qua chất lỏng. Cấu tạo của ly hợp gồm 2 phần: - Phần chủ động: là phần bánh bơm, bánh đà; - Phần bị động: là phần bánh tuabin nối với trục sơ cấp của hộp giảm tốc. Nguyên lý hoạt động Ly hợp thủy lực gồm có 2 bánh công tác.

Bánh bơm ly tâm và bánh tuabin hướng tâm, tất cả được đặt trong hộp kín điền đầy chất lỏng công tác. Trục của bánh bơm đuợc nối với động cớ và trục của bánh tuabin đuợc nối với hộp số. Khi động cơ làm việc, bánh bơm quay, duới tác dụng của lực ly tâm chất lỏng công tác bị dồn từ trong ra ngoài dọc theo các khoảng giữa các cánh bơm. Khi ra khỏi cánh bơm, chất lỏng có vận tốc lớn và đập vào các bánh tuabin quay theo.

Nhờ đó năng lượng được truyền từ bánh bơm sang bánh tuabin nhờ dòng chảy chất lỏng. Ly hợp thủy lực không có khả năng biến đổi mô men, nó chỉ 12 làm việc như một khớp nối thuần túy nên nó còn gọi là khớp nối thủy lực. Ưu điểm Đây là loại ly hợp mà mô men ma sát được truyền nhờ ma sát của môi trường chất lỏng nên làm việc rất êm dịu do đó giảm được tải trọng động cho hệ thống truyền lực cũng như động cơ. Nhược điểm Tuy nhiên ly hợp thủy lực lại mở không dứt khoát vì luôn có mô men dư (dù số vòng quay của động cơ rất thấp) làm ảnh hưởng đến việc gài số.

Ngoài ra ly hợp thủy lực luôn xảy ra sự trượt (ít nhất 2-3%) do vậy luôn có tổn hao công suất động cơ và tiêu hao thêm nhiên liệu. Mặt khác ly hợp thủy lực đòi hỏi cao về độ chính xác, độ kín khít của các mối ghép nên rất khó chế tạo, yêu cầu các loại dầu đặc biệt (dầu có độ nhờn và nhiệt độ đông đặc thấp, không sủi bọt.) dẫn đến giá thành sẽ cao hơn ly hợp cơ khí thông thường rất nhiều. Do đó loại ly hợp này chỉ sử dụng rất ít trên các loại xe có công suất riêng lớn. Phương án 2: Ly hợp điện từ Ly hợp điện từ hình thành với 2 dạng kết cấu: - Ly hợp ma sát sử dụng lực ép điện từ; - Ly hợp điện tử làm việc theo nguyên lý nam châm điện bột.

Cả hai loại này đều sử dụng nguyên tắc đóng mở ly hợp thông qua công tắc đóng mở mạch điện bố trí tại cần gài số. Như vậy không cần bố trí bàn đạp ly hợp và thực hiện điều khiển theo hệ thống ‘điều khiển hai pedal’. Sau đây ta xét sơ đồ ly hợp điện nam châm bột.