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.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp ô tô đóng vai trò then chốt trong hạ tầng giao thông vận tải, dịch vụ logistics, y tế, cứu hộ và an ninh quốc phòng, đồng thời là một trong những động lực thúc đẩy nền kinh tế và khoa học kỹ thuật. Tại Việt Nam, định hướng chiến lược của ngành là gia tăng tỷ lệ nội địa hóa sản xuất, tiếp cận và chuyển giao các công nghệ tiên tiến trên thế giới. Tuy nhiên, ngành sản xuất ô tô trong nước hiện vẫn đang ở giai đoạn phát triển sơ khai, đòi hỏi việc nghiên cứu chuyên sâu về động lực học và thiết kế hệ thống truyền lực nhằm nâng cao chất lượng phương tiện, đáp ứng nhu cầu nội địa và hướng tới xuất khẩu.

Trong hệ thống truyền động ô tô, cụm ly hợp giữ chức năng truyền ngắt mô men xoắn giữa động cơ và hộp số. Đối với dòng xe du lịch cỡ nhỏ, việc tối ưu hóa ly hợp ma sát khô đóng vai trò quyết định đến độ êm dịu khi khởi hành, tính linh hoạt khi chuyển số và hiệu suất truyền lực. Vấn đề kỹ thuật trọng tâm đặt ra trong quá trình làm việc là hiện tượng trượt tương đối giữa đĩa ép và đĩa ma sát, sinh ra nhiệt lượng lớn làm gia tăng nhiệt độ của đĩa ép. Điều này có thể dẫn tới sự tập trung ứng suất nhiệt, gây biến dạng cơ nhiệt và làm giảm tuổi thọ cụm ly hợp nếu không được tính toán, kiểm nghiệm chính xác.

Đề tài "Thiết kế ly hợp ma sát khô xe Toyota Vios 2015 G" được thực hiện bởi nhóm sinh viên thuộc Viện Kỹ thuật – Công nghệ, Trường Đại học Thủ Dầu Một nhằm giải quyết bài toán thiết kế cơ khí và mô phỏng hệ thống ly hợp cho xe con 5 chỗ. Các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định bao gồm:

1. Tìm kiếm và tổng hợp tài liệu tham khảo liên quan đến hệ thống ly hợp của dòng xe Toyota Vios 2015 G;
2. Phân tích tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước về ứng dụng phần mềm mô phỏng hệ thống ly hợp trên ô tô;
3. Phân tích, so sánh và lựa chọn phương án thiết kế hệ thống ly hợp;
4. Tìm hiểu và hệ thống hóa cơ sở lý thuyết tính toán liên quan đến động học, động lực học và nhiệt học của ly hợp;
5. Tính toán thiết kế chi tiết các thông số hình học, lực ép, công trượt và ứng suất cơ cấu theo phương án đã chọn;
6. Thực hiện xây dựng bộ bản vẽ kỹ thuật 2D và mô hình 3D của hệ thống ly hợp trên phần mềm SolidWorks.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là cụm ly hợp ma sát khô và hệ thống dẫn động điều khiển ly hợp trên dòng xe thương mại Toyota Vios phiên bản 2015 G. Phạm vi nghiên cứu dựa trên các thông số kỹ thuật đầu vào do nhà sản xuất công bố:

STT	Thông số kỹ thuật xe Toyota Vios 2015 G	Ký hiệu	Giá trị	Đơn vị
1	Trọng lượng toàn bộ của xe	$G_a$	1500	kg
2	Công suất cực đại của động cơ	$N_{e-max}$	107	kW
3	Số vòng quay ứng với công suất cực đại	$n_N$	6000	v/ph
4	Mô men xoắn cực đại của động cơ	$M_{e-max}$	141	N.m
5	Số vòng quay ứng với mô men xoắn cực đại	$n_M$	4200	v/ph
6	Hệ số cản cực đại của mặt đường	$\Psi_{max}$	0,482	-
7	Vận tốc cực đại của xe	$V_{a\ max}$	180	km/h

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên các nguyên lý cơ bản của động lực học hệ thống truyền lực ô tô và lý thuyết ma sát học trong cơ học máy. Ly hợp có nhiệm vụ kết nối trục khuỷu động cơ với trục sơ cấp hộp số, cho phép truyền mô men xoắn, đóng ngắt êm dịu khi xe khởi hành hoặc sang số, đồng thời hoạt động như một cơ cấu an toàn chống quá tải khi phanh đột ngột.

Tác giả đã thực hiện phân tích so sánh các loại cụm ly hợp:

• Ly hợp thủy lực: Truyền mô men qua môi trường chất lỏng thông qua bánh bơm ly tâm và bánh tuabin hướng tâm. Ưu điểm là làm việc êm dịu, giảm tải trọng động; tuy nhiên nhược điểm là tồn tại độ trượt 2–3%, tiêu hao công suất, mở không dứt khoát do có mô men dư, yêu cầu độ kín khít và dầu công tác đặc biệt làm giá thành cao.
• Ly hợp điện từ: Truyền mô men bằng từ trường qua bột kim loại trong khe hở từ. Có ưu điểm êm dịu và chống quá tải tốt nhưng kết cấu cồng kềnh, khối lượng trên đơn vị công suất lớn, chỉ thích hợp cho xe công trình hoặc tàu thuyền.
• Ly hợp ma sát khô: Phương án tối ưu nhờ hiệu suất truyền lực cao, kết cấu gọn, giá thành thấp, bảo dưỡng dễ dàng và khả năng đóng ngắt dứt khoát. Đối với các dòng xe có mô men cực đại $M_{e-max} < 465\text{ N.m}$, ly hợp ma sát 1 đĩa là phương án tối ưu hơn ly hợp 2 đĩa (vốn dùng cho xe tải nặng có mô men lớn nhưng mở kém dứt khoát).

Về phương pháp nghiên cứu, tác giả kết hợp hai phương pháp chính:

1. Phương pháp giải tích tính toán thiết kế kỹ thuật: Ứng dụng các công thức kinh điển để xác định mô men ma sát cần truyền, bán kính vành khăn đĩa ma sát ($R_1, R_2, R_{tb}$), diện tích bề mặt ma sát, lực ép của cơ cấu lò xo, mô men quán tính quy dẫn $J_a$, mô men cản quy dẫn $M_a$, thời gian trượt trong các giai đoạn ($t_1, t_2$), công trượt tổng cộng $L$, công trượt riêng, nhiệt sinh ra do ma sát trượt và bề dày tối thiểu của đĩa ép nhằm tránh biến dạng nhiệt.
2. Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng số trên máy tính: Sử dụng phần mềm CAD/CAE SolidWorks để xây dựng mô hình hình học 3D, lập bộ bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp 2D, đồng thời tiến hành phân tích ứng suất, kiểm nghiệm độ bền tĩnh của các chi tiết chịu lực dưới tác động của mô men xoắn và lực ép lò xo.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống ly hợp được lựa chọn thiết kế là ly hợp ma sát khô một đĩa ma sát kết hợp cơ cấu dẫn động thủy lực thuần túy. Cấu trúc chi tiết của hệ thống bao gồm ba phân hệ chính:

1. Phần chủ động: Gồm bánh đà, vỏ ly hợp bắt cố định vào bánh đà bằng bu lông, và đĩa ép. Đĩa ép được chế tạo từ gang đặc, có gân hướng tâm nhằm tăng cường khả năng tản nhiệt ra môi trường không khí. Đĩa ép liên kết với vỏ ly hợp thông qua các thanh mỏng đàn hồi, giúp truyền mô men xoắn mà không gây ma sát trượt tại các điểm liên kết khi đĩa ép dịch chuyển dọc trục.
2. Phần bị động: Gồm đĩa bị động lắp trên then hoa của trục sơ cấp hộp số. Xương đĩa làm bằng thép mỏng, tán với các cánh đàn hồi hình chữ T được bẻ vênh nhẹ để đảm bảo quá trình tiếp xúc êm dịu khi đóng ly hợp. Tấm ma sát làm từ vật liệu amiăng gia cường phụ gia thiếc (ổn định hệ số ma sát), đồng (nâng cao khả năng dẫn nhiệt) và chì (giảm tốc độ mài mòn, chống cào xước), có khả năng chịu nhiệt độ làm việc liên tục đến $200^\circ\text{C}$ và nhiệt độ tức thời lên đến $350^\circ\text{C}$. Trên bề mặt tấm ma sát bố trí các rãnh thông gió để thoát nhiệt và phoi mài mòn. Cụm giảm chấn xoắn dập tắt dao động xoắn cộng hưởng gồm các lò xo nén đặt trong cửa sổ của xương đĩa và các tấm ma sát pherado tiêu tán năng lượng dao động.
3. Cơ cấu ép và đòn mở: Cơ cấu sử dụng lò xo ép dạng lò xo trụ bố trí đều theo chu vi đĩa ép (hoặc lò xo đĩa) giúp phân bố lực ép đồng đều lên bề mặt ma sát. Đòn mở được làm từ thép hợp kim chịu lực, liên kết với đĩa chủ động để truyền lực từ bạc mở bi "T" nhằm kéo đĩa ép dịch chuyển sang phải khi ngắt ly hợp.
4. Phân hệ dẫn động thủy lực: Gồm bàn đạp ly hợp, xy lanh chính, đường ống dẫn dầu chịu áp lực và xy lanh công tác tác động lên càng mở. Xy lanh chính tích hợp bình chứa dầu, lỗ bù dầu $b$ (có chức năng điều hòa áp suất dầu khi nhiệt độ tăng cao để tránh hiện tượng tự mở ly hợp), lỗ cung cấp dầu $a$, phớt cao su, van một chiều và van hồi dầu. Khi đạp bàn đạp, áp lực dầu nén dịch chuyển piston xy lanh công tác đẩy càng mở và bạc mở sang trái. Khi nhả bàn đạp, các lò xo hồi vị kéo hệ thống về vị trí đóng ban đầu, dầu hồi về khoang nén qua van hồi dầu.
5. Mô hình hóa và kiểm nghiệm bền bằng SolidWorks: Toàn bộ các cụm chi tiết (bánh đà, đĩa ép, đĩa bị động, lò xo, đòn mở, càng mở, vỏ ly hợp) được dựng mô hình 3D chính xác trên SolidWorks, xuất bản vẽ lắp chi tiết và bản vẽ 2D kỹ thuật; mô phỏng kiểm bền tĩnh được thiết lập nhằm đánh giá phân bố ứng suất von Mises và chuyển vị biến dạng của đĩa ép và lò xo trong điều kiện tải lớn nhất.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Chương này phân tích tổng quan bối cảnh phát triển của ngành công nghiệp ô tô toàn cầu và chiến lược phát triển tại Việt Nam. Tác giả nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu động lực học ô tô, nâng cao chất lượng hệ thống truyền lực và tối ưu hóa cụm ly hợp ma sát khô nhằm nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm. Vấn đề nhiệt ma sát sinh ra trên đĩa ép và hiện tượng mài mòn bề mặt tiếp xúc được xác định là cơ sở thực tiễn của đề tài.

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Nội dung chương tập trung trình bày phân loại, yêu cầu kỹ thuật và nguyên lý làm việc của hệ thống ly hợp trên ô tô. Tác giả tiến hành so sánh toàn diện các phương án kết cấu:

• Cụm ly hợp: So sánh ly hợp thủy lực, ly hợp điện từ, ly hợp ma sát 1 đĩa và 2 đĩa;
• Cơ cấu ép: Đánh giá đặc tính biến dạng - lực ép của lò xo trụ, lò xo côn xoắn và lò xo đĩa;
• Hệ thống dẫn động: Phân tích 5 phương án dẫn động gồm dẫn động cơ khí (thanh/cần, cáp tự điều chỉnh bánh cóc), dẫn động thủy lực, dẫn động cơ khí cường hóa khí nén, dẫn động thủy lực cường hóa khí nén, và dẫn động thủy lực trợ lực chân không.

Từ các phân tích trên, đồ án đưa ra kết luận lựa chọn phương án thiết kế cụm ly hợp ma sát khô một đĩa, dẫn động bằng thủy lực, đồng thời tổng hợp các thông số kỹ thuật đầu vào của xe Toyota Vios 2015 G và danh mục các bản vẽ 2D/3D thực hiện trên SolidWorks.

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LY HỢP MA SÁT KHÔ

Chương này triển khai các thuật toán và công thức tính toán thiết kế chi tiết:

• Xác định kích thước cơ bản: Tính toán mô men ma sát yêu cầu $M_{ms}$, bán kính trong $R_1$, bán kính ngoài $R_2$ và bán kính trung bình $R_{tb}$ của vành khăn tấm ma sát; tính diện tích tiếp xúc và xác định lực ép tổng cộng của cơ cấu ép;
• Tính toán động học và nhiệt học quá trình trượt ly hợp: Xác định mô men quán tính quy dẫn $J_a$, mô men cản quy dẫn $M_a$, tính toán thời gian trượt trong các giai đoạn ($t_1, t_2$), công trượt tổng cộng $L$, công trượt riêng của bề mặt ma sát;
• Kiểm tra nhiệt và kích thước đĩa ép: Tính toán lượng nhiệt sinh ra trong quá trình đóng ly hợp và xác định bề dày tối thiểu của đĩa ép bằng gang để đảm bảo khả năng tích nhiệt và tản nhiệt;
• Tính toán cơ cấu lò xo ép: Xác định độ cứng lò xo $C_{lx}$, lực tác dụng lớn nhất lên từng lò xo, đường kính dây, đường kính vòng xoắn và các kích thước hình học định hình của lò xo.

CHƯƠNG IV: KIỂM BỀN LY HỢP MA SÁT KHÔ BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORK

Chương này trình bày việc thiết lập bài toán mô phỏng kiểm nghiệm bền trên mô-đun Simulation của SolidWorks. Các chi tiết chịu lực chính như đĩa ép, xương đĩa và lò xo được gán vật liệu, thiết lập điều kiện biên (ngàm, liên kết quay) và áp đặt tải trọng (lực ép, mô men xoắn cực đại $M_{e-max} = 141\text{ N.m}$). Kết quả mô phỏng thể hiện biểu đồ phân bố ứng suất và biến dạng, làm cơ sở kết luận về hệ số an toàn của các chi tiết thiết kế.

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN

Tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được của đồ án, khẳng định tính hợp lý của phương án ly hợp ma sát khô một đĩa dẫn động thủy lực đối với dòng xe du lịch Toyota Vios 2015 G, và đề xuất hướng nghiên cứu hoàn thiện.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu đề ra với những kết quả cụ thể:

Hạng mục kết quả	Chi tiết kỹ thuật đạt được
Phương án kết cấu	Ly hợp ma sát khô 1 đĩa bị động, lò xo ép đối xứng, đĩa ép bằng gang có gân tản nhiệt, liên kết tấm mỏng đàn hồi
Phương án dẫn động	Dẫn động thủy lực thuần túy với xy lanh chính có lỗ bù dầu $b$ chống tự mở ly hợp ở nhiệt độ cao
Tính toán động học & nhiệt học	Hoàn thiện hệ thống công thức xác định mô men ma sát, lực ép, công trượt riêng, nhiệt sinh ra và bề dày tối thiểu đĩa ép
Mô hình hóa & kiểm nghiệm bền	Xây dựng bộ bản vẽ kỹ thuật 2D chi tiết, bản vẽ lắp và mô hình 3D hoàn chỉnh trên SolidWorks; kiểm nghiệm ứng suất tĩnh đạt độ bền yêu cầu

Về mặt đóng góp, đề tài cung cấp tài liệu tham khảo có cấu trúc rõ ràng về phương pháp tính toán thiết kế cụm ly hợp ô tô con dựa trên thông số kỹ thuật thực tế của một dòng xe thương mại phổ biến (Toyota Vios 2015 G), kết hợp giữa lý thuyết cơ học tính toán truyền thống với công cụ CAD/CAE hiện đại.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Nghiên cứu chủ yếu dừng lại ở mức độ tính toán lý thuyết và mô phỏng kiểm bền tĩnh trên phần mềm SolidWorks; chưa có điều kiện chế tạo mẫu thực tế để thử nghiệm độ bền mỏi, đo đạc nhiệt độ thực tế trên băng thử động lực học (dyno) hoặc trên xe thực tế. Ngoài ra, vật liệu tấm ma sát phân tích trong cơ sở lý thuyết dựa trên gốc amiăng truyền thống, chưa cập nhật sâu các loại vật liệu ma sát composite phi amiăng (non-asbestos hữu cơ, gốm kim loại) phổ biến trên các dòng xe hiện đại.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng mô phỏng phân tích động lực học đa vật thể (MBD) và mô phỏng tương tác cơ - nhiệt khớp nối (coupled thermo-mechanical analysis) trong các điều kiện làm việc khắc nghiệt (khởi hành liên tục trên dốc cao); khảo sát và tối ưu hóa biên dạng đĩa ép cùng vật liệu tấm ma sát thế hệ mới thân thiện với môi trường.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Ô tô và Kỹ thuật Cơ khí khi thực hiện đồ án môn học Chi tiết máy, Đồ án Chuyên ngành Ô tô hoặc đồ án tốt nghiệp. Các nội dung có giá trị tham khảo cao bao gồm:

• Bảng tổng hợp so sánh ưu nhược điểm của các loại ly hợp (thủy lực, điện từ, ma sát) và 5 sơ đồ dẫn động điều khiển ly hợp;
• Chuỗi công thức tính toán công trượt, nhiệt phát sinh và kiểm tra bề dày đĩa ép;
• Quy trình ứng dụng phần mềm SolidWorks trong việc mô hình hóa 3D và phân tích kiểm bền chi tiết cơ khí ô tô.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án lựa chọn ly hợp ma sát khô 1 đĩa thay vì ly hợp 2 đĩa cho xe Toyota Vios 2015 G? Theo phân tích trong đồ án, ly hợp 1 đĩa có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, mở dứt khoát và mô men quán tính phần bị động nhỏ, hoàn toàn phù hợp với các dòng xe con có mô men xoắn cực đại $M_{e-max} < 465\text{ N.m}$ (xe Toyota Vios 2015 G có $M_{e-max} = 141\text{ N.m}$). Ly hợp 2 đĩa có kích thước cồng kềnh, mở kém dứt khoát và chỉ cần thiết cho các dòng xe tải nặng đòi hỏi truyền mô men rất lớn.

2. Vì sao hệ thống dẫn động điều khiển không sử dụng trợ lực khí nén? Các cơ cấu trợ lực khí nén (cơ khí hay thủy lực có cường hóa khí nén) bắt buộc xe phải được trang bị máy nén khí, kết cấu phức tạp và cồng kềnh. Do Toyota Vios 2015 G là xe du lịch cỡ nhỏ không có máy nén khí và lực bàn đạp yêu cầu không quá lớn, phương án dẫn động thủy lực thuần túy là giải pháp tối ưu về không gian bố trí, hiệu suất truyền lực và độ êm dịu khi đóng ly hợp.

3. Lỗ bù dầu (lỗ b) trong xy lanh chính của hệ thống dẫn động thủy lực có vai trò gì? Lỗ bù dầu $b$ có nhiệm vụ bổ sung lượng dầu thừa từ khoang nén trở về bình chứa khi nhả bàn đạp, đồng thời đóng vai trò điều hòa áp suất khi nhiệt độ môi trường tăng cao làm dầu giãn nở, qua đó khắc phục hiện tượng tự mở ly hợp ngoài ý muốn.

4. Bộ giảm chấn dao động xoắn trên đĩa bị động hoạt động theo nguyên lý nào? Bộ giảm chấn gồm các lò xo nén đặt trong cửa sổ xương đĩa và các tấm ma sát pherado. Khi xuất hiện dao động xoắn cộng hưởng từ động cơ hoặc mặt đường, xương đĩa và moay-ơ dịch chuyển xoay tương đối với nhau một góc $\alpha$, làm lò xo bị nén lại để giảm độ cứng xoắn của hệ truyền lực, đồng thời các bề mặt ma sát hấp thụ và triệt tiêu năng lượng dao động.

5. Khả năng chịu nhiệt của tấm ma sát đĩa bị động được quy định như thế nào trong đồ án? Tấm ma sát làm từ vật liệu amiăng pha phụ gia kim loại (thiếc, đồng, chì) có khả năng làm việc ổn định lâu dài ở nhiệt độ lên tới $200^\circ\text{C}$ và chịu được nhiệt độ tức thời sinh ra do ma sát trượt lên đến $350^\circ\text{C}$.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế ly hợp ma sát khô xe Toyota Vios 2015 G" đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kỹ thuật một cụm chi tiết cơ khí quan trọng trong hệ thống truyền lực ô tô du lịch. Nghiên cứu đã hệ thống hóa đầy đủ cơ sở lý thuyết, phân tích lựa chọn tối ưu phương án ly hợp ma sát khô 1 đĩa kết hợp dẫn động thủy lực, đồng thời hoàn thành chuỗi tính toán động lực học, nhiệt học và kiểm nghiệm bền trên phần mềm SolidWorks. Kết quả của đồ án đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngành và là tài liệu tham khảo có giá trị trong đào tạo kỹ thuật ô tô.

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.