Giáo trình Kết cấu ôtô phần 1 - Đại học Bách Khoa Hà Nội (PGS.TS Nguyễn Khắc Trái)

Giáo trình kết cấu ôtô phần 1 trình bày kiến thức nền tảng về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các bộ phận và hệ thống chính trong xe ôtô hiện đại.

• Tác giả: Nguyễn Khắc Trai
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Hải Triều
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Kết cấu ô tô
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình kết cấu ôtô phần 1

Giáo trình kết cấu ôtô phần 1 là tài liệu học thuật quan trọng do nhóm tác giả Nguyễn Khắc Trai, Nguyễn Trọng Hoan và các cộng sự tại Đại học Bách Khoa Hà Nội biên soạn. Nội dung trình bày kiến thức nền tảng về cấu tạo và nguyên lý làm việc của các hệ thống trên ô tô hiện đại. Giáo trình bao gồm nhiều phần: động cơ đốt trong, hệ thống điện cơ bản, hệ thống truyền lực và điều khiển chuyển động. Tài liệu được xây dựng dựa trên kinh nghiệm giảng dạy thực tế cùng các nguồn tài liệu kỹ thuật công nghiệp ô tô từ các quốc gia phát triển. Đối tượng sử dụng chủ yếu là sinh viên chuyên ngành cơ khí ô tô, cán bộ kỹ thuật và người tự học. Kiến thức trong giáo trình được định hướng theo tính cơ bản và hiện đại, phù hợp với điều kiện thực tế sử dụng ô tô tại Việt Nam. Đây là cẩm nang không thể thiếu cho quá trình đào tạo kỹ sư ô tô chuyên nghiệp.

1.1. Mục tiêu và phạm vi của giáo trình

Giáo trình kết cấu ôtô phần 1 hướng đến việc xây dựng nền tảng kiến thức vững chắc về cấu tạo hệ thống ô tô cho sinh viên đại học. Phạm vi bao gồm các loại ô tô con, ô tô chở người, ô tô tải và ô tô chuyên dụng đang lưu hành tại Việt Nam. Nội dung được chia thành 17 chương, mỗi chương tập trung vào một cụm tổng thành hoặc hệ thống cụ thể. Giáo trình cũng phục vụ đào tạo trung cấp, cao đẳng và các khóa bồi dưỡng kỹ thuật viên chuyên ngành. Mục tiêu cuối cùng là giúp người học nắm vững nguyên lý hoạt động để thiết kế, chế tạo và khai thác sử dụng ô tô hiệu quả.

1.2. Các nhóm tác giả và quá trình biên soạn

Nhóm biên soạn giáo trình gồm các giảng viên giàu kinh nghiệm của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. PGS. Nguyễn Khắc Trai担任主编，负责编写第2、3、5、6章及相关内容。TS. Nguyễn Trọng Hoan phụ trách chương 1, 4, 13, 17. TS. Hồ Hữu Hải đảm nhận các chương 7, 11, 12, 10. ThS. Phạm Huy Hường biên soạn chương 8, 9, 14, 15. ThS. Nguyễn Văn Chưởng viết chương 16. Quá trình biên soạn được thực hiện công phu, có sự đọc góp ý của PGS. Bùi Hải Triều và PGS. Phạm Hữu Nam để đảm bảo chất lượng nội dung.

II. Phân tích các hệ thống chính trong kết cấu ôtô

Kết cấu ôtô bao gồm nhiều hệ thống phức tạp hoạt động phối hợp nhịp nhàng. Hệ thống động cơ đốt trong là trái tim của ô tô, chuyển hóa năng lượng nhiên liệu thành cơ năng. Động cơ gồm nhiều cụm chi tiết: hệ thống phân phối khí, hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn và hệ thống làm mát. Hệ thống truyền lực đảm nhận việc truyền mô-men xoắn từ động cơ đến bánh xe chủ động, bao gồm ly hợp, hộp số, truyền lực chính và vi sai. Hệ thống điện cơ bản cung cấp năng lượng cho khởi động, chiếu sáng và điều khiển điện tử. Hệ thống điều khiển chuyển động gồm hệ thống lái và hệ thống phanh, đảm bảo an toàn khi vận hành. Mỗi hệ thống đều có cấu tạo đặc thù và nguyên lý làm việc riêng biệt. Việc hiểu rõ từng hệ thống là điều kiện tiên quyết để bảo dưỡng và sửa chữa ô tô đúng kỹ thuật. Giáo trình trình bày chi tiết cấu tạo của từng bộ phận kèm sơ đồ minh họa rõ ràng.

2.1. Hệ thống động cơ và hệ thống nạp khí

2.2. Hệ thống ly hợp và truyền lực

Hệ thống ly hợp đảm nhận việc ngắt và truyền mô-men xoắn giữa động cơ và hộp số. Ly hợp ma sát khô một đĩa được sử dụng phổ biến trên ô tô con hiện nay. Cấu tạo gồm ba phần chính: đĩa dẫn động gắn với bánh đà, đĩa bị động có má ma sát và bộ ép sử dụng lò xo. Lò xo ép có nhiều loại: lò xo cuộn tròn, lò xo mâm và lò xo màng. Đĩa bị động trên ô tô ngày nay tích hợp bộ giảm chấn xoắn lò xo có tấm ma sát để giảm rung động. Dẫn động ly hợp có hai loại cơ bản: dẫn động cơ khí và dẫn động thủy lực, mỗi loại có ưu nhược điểm riêng về cảm giác điều khiển và độ bền.

III. Phương pháp học tập giáo trình kết cấu ôtô hiệu quả

Học tập giáo trình kết cấu ôtô đòi hỏi phương pháp khoa học và hệ thống. Trước hết, người học cần nắm vững lý thuyết cơ bản về nguyên lý hoạt động của từng hệ thống. Việc kết hợp học lý thuyết với quan sát thực tế là yếu tố quyết định hiệu quả. Người học nên thường xuyên tham gia các buổi thực hành tại xưởng để trực tiếp tháo lắp các cụm chi tiết. Sử dụng sơ đồ cấu tạo kèm mô tả chi tiết giúp ghi nhớ kiến thức lâu dài. Việc vẽ lại sơ đồ nguyên lý hoạt động cũng là phương pháp hiệu quả để hiểu sâu cấu tạo. Ngoài ra, người học cần tham khảo thêm tài liệu từ các hãng sản xuất ô tô lớn như Toyota, Honda, Mercedes-Benz. Các câu hỏi ôn tập cuối mỗi chương trong giáo trình là công cụ hữu ích để kiểm tra mức độ hiểu bài. Học nhóm thảo luận về các tình huống thực tế cũng giúp nâng cao khả năng phân tích và giải quyết vấn đề kỹ thuật.

3.1. Kết hợp lý thuyết với thực hành tháo lắp

Phương pháp học tập hiệu quả nhất là kết hợp lý thuyết trong giáo trình với thực hành tháo lắp trực tiếp. Người học nên bắt đầu bằng việc đọc kỹ cấu tạo và nguyên lý trước khi tiến hành thực hành. Khi tháo lắp, cần ghi chép lại trình tự các bước và vị trí từng chi tiết. Việc quan sát trực tiếp các cụm chi tiết như ly hợp, hộp số giúp hiểu rõ hơn so với chỉ đọc lý thuyết. Các phòng thí nghiệm ô tô tại trường đại học thường trang bị động cơ cắt bổ để minh họa nguyên lý. Thực hành thường xuyên giúp phát triển kỹ năng nghề nghiệp cần thiết cho công việc sau này. Đây cũng là cách tiếp cận mà giáo trình khuyến khích người học thực hiện.

3.2. Sử dụng tài liệu tham khảo bổ sung

Ngoài giáo trình chính, người học nên tham khảo thêm nhiều nguồn tài liệu đa dạng. Các tài liệu kỹ thuật của hãng sản xuất ô tô cung cấp thông tin chi tiết về từng model cụ thể. Sách 'Thiết kế tính toán ô tô máy kéo' của Nguyễn Hữu Cần và Phan Đình Kiên bổ sung kiến thức về tính toán kỹ thuật. Tài liệu nước ngoài như 'Advanced Vehicle Technology' của Heinz Heisler cập nhật công nghệ mới nhất. Các tạp chí chuyên ngành và website kỹ thuật ô tô cũng là nguồn tham khảo hữu ích. Việc đa dạng hóa nguồn tài liệu giúp người học có cái nhìn toàn diện và cập nhật về công nghệ ô tô hiện đại.

IV. Ứng dụng kiến thức kết cấu ôtô trong thực tế

Kiến thức từ giáo trình kết cấu ôtô có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật. Trong sản xuất ô tô, hiểu biết về kết cấu giúp kỹ sư thiết kế và tối ưu hóa các cụm chi tiết. Công tác bảo dưỡng sửa chữa ô tô tại các garage đòi hỏi nhân viên phải nắm vững cấu tạo từng hệ thống. Lĩnh vực kiểm định xe cơ giới cần kiến thức sâu về tiêu chuẩn kỹ thuật và kết cấu an toàn. Các hãng sản xuất phụ tùng ô tô cũng cần đội ngũ kỹ thuật viên hiểu rõ nguyên lý hoạt động. Trong đào tạo nghề, giáo trình là tài liệu không thể thiếu cho các chương trình dạy nghề cơ khí ô tô. Kiến thức về hệ thống điện và điều khiển điện tử ngày càng quan trọng với sự phát triển của ô tô hybrid và điện. Ứng dụng thực tế của kiến thức kết cấu ôtô trải rộng từ thiết kế, chế tạo đến khai thác sử dụng, đóng góp vào sự phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam.

4.1. Ứng dụng trong bảo dưỡng và sửa chữa ô tô

Kiến thức kết cấu ôtô là nền tảng cho công tác bảo dưỡng và sửa chữa chuyên nghiệp. Kỹ thuật viên cần hiểu rõ cấu tạo để chẩn đoán chính xác hư hỏng và đề xuất phương án sửa chữa phù hợp. Ví dụ, hiểu nguyên lý hoạt động của ly hợp giúp xác định nhanh nguyên nhân trượt ly hợp hoặc kẹt ly hợp. Kiến thức về hệ thống nhiên liệu và đánh lửa giúp khắc phục hiệu quả các sự cố khởi động khó. Các garage ô tô chuyên nghiệp thường yêu cầu nhân viên có trình độ đại học hoặc cao đẳng chuyên ngành. Việc cập nhật kiến thức về công nghệ mới như phun xăng điện tử, hệ thống ABS là yêu cầu bắt buộc. Giáo trình cung cấp nền tảng vững chắc để kỹ thuật viên tiếp cận công nghệ mới một cách có hệ thống.

4.2. Ứng dụng trong nghiên cứu và phát triển công nghệ mới

Kiến thức nền tảng về kết cấu ôtô là tiền đề cho hoạt động nghiên cứu và phát triển công nghệ mới. Các kỹ sư nghiên cứu cần hiểu rõ nguyên lý cơ bản trước khi cải tiến hoặc phát triển giải pháp mới. Công nghệ ô tô hybrid sử dụng kết hợp động cơ đốt trong và mô-tơ điện đòi hỏi kiến thức sâu về cả hai hệ thống. Lĩnh vực ô tô tự lái phát triển nhanh chóng cần đội ngũ kỹ sư am hiểu kết cấu truyền thống. Các trường đại học và viện nghiên cứu tại Việt Nam đang đẩy mạnh đào tạo kỹ sư ô tô chất lượng cao. Giáo trình kết cấu ôtô là tài liệu tham khảo không thể thiếu cho các đề tài nghiên cứu cấp bộ và cấp nhà nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 CAU TAO CHUNG CÚA Ô TÔ 1. CÁU TẠO CHUNG CỦA Ô TÔ Ô tô là một loại phương tiện giao thông vận tải có khả năng chuyên chở người và hàng hóa. Ô tô được bố trí nguồn năng lượng tạo động lực đề thực hiện khả năng tự chuyển động trên nền đường. Nguồn động lực đặt trên ô tô gọi tên là đông cơ.

Động cơ được sử dụng có thể là động cơ đốt trong, động cơ điện. Ngày nay phô biến sử dụng là động cơ đốt trong (xăng hay diesel). Để di chuyên trên nền đường, ô tô sử dụng các bánh xe lăn tròn đặt song song với trục đọc toàn xe. Trục quay của các bánh xe được gọi là cẩu xe.

Các bánh xe được nỗi với động cơ thông qua hệ thống truyên lực. Động cơ của ô tô tạo nên mô men quay, một số hay tất cả bánh xe nối với nguồn động lực và thực hiện chuyển động quay. Nhờ quan hệ tương tác của bánh xe quay trên nên cố định tạo nên sự dịch chuyển của tâm bánh xe và mang theo toàn bộ thân xe chuyên động tịnh tiến, đo vậy nó là phương tiện giao thông đường bộ. Trên ô tô, số lượng cầu xe tối thiểu là hai.

Một số ô tô có số lượng nhiều hơn, trong đó mỗi cầu xe có hai đầu trục lắp với bánh xe. Các đầu trục nối với nguồn động lực được gọi là đầu trục chủ động hay câu chủ động. Như vậy tối thiểu trên ô tô phải có một cầu chủ động. Thân xe là nơi xếp hàng hóa hay tạo nên các chỗ đặt ghế ngồi thực hiện chức năng chuyên chở.

Sự chuyên chở được gọi bằng thuật ngữ "vận tải", nói lên công dụng của ô tô. Cấu tạo của thân xe rất đa dạng và phục vụ mục đích vận tải yêu cầu. Năng lượng dùng để di chuyển hàng hóa và bản thân ô tô được thực hiện trên cơ sở năng lượng do nguồn động lực sinh ra, với động cơ đốt trong là năng lượng nhiệt khi đốt cháy nhiên liệu (xăng hay diesel) chuyên thành cơ năng (tạo | nên mô men quay), với động cơ điện, năng lượng điện cũng biến đổi thành cơ năng. Như vậy nguồn năng lượng hữu ích dùng để chuyên chở chỉ là một phần của toàn bộ năng lượng do động cơ sinh ra.

Khả năng di chuyển linh hoạt của ô tô trên nền đường được thực hiện bằng việc thay đổi tốc độ chuyên động và hướng chuyên động. Việc thay đổi tốc độ chuyền động của ô tô có thể nhờ: — Thay đổi mức độ cung cấp nhiệt năng, tức là thay đổi tốc độ quay và mô men quay bên trong động cơ thông qua cơ cấu điều khiển (bàn đạp chân ga), — Dùng cơ cấu tiêu hao động năng trên các bánh xe (cơ cầu phanh) hay hệ thống truyền lực đề điều chỉnh tốc độ chuyển động của ô tô qua cơ cầu điều khiển (bàn đạp phanh, tay phanh. Việc thay đôi hướng chuyển động của ô tô nhờ hệ thong lái (qua vành lái). Sự hoạt động của ô tô trên đường rất đa dang, do vay cấu tạo của ô tô còn đáp ứng khả năng, điều khiển như: phanh ô tô đến tốc độ nào đó hay chuyển hướng linh hoạtô tô khi cần thiết.

Kết cấu như vậy được tổ hợp trong các chức năng của hệ thống phanh và hệ thống lái, gọi chung là hệ thống điều khiến. 16 Do tính chất phức tạp của nền đường chuyên động, trên ô tô còn bó trí hệ thông liên kết giữa bánh xe và thân xe, hệ thông nảy được gọi là hệ rhống rreo. Trong hệ thông treo bánh xe được liên kết mềm với thân xe và lốp cao su có chứa khí nén, giúp cho thân xe không bị va đập mạnh bởi các map mô của mặt đường đảm bao thân xe chuyển động "êm dịu" bảo vệ tốt hàng hoá và người, hạn chế tải trọng phá hong nén. 016 1a phương tiện cơ động thường xuyên hoạt động trong cộng đông, do vậy cdu tao cua 6 tô còn có các thiết bị báo như: tín hiệu ánh sáng (đèn) hay tín hiệu âm thanh (còi).

được gọi chung là hệ thống tín hiệu. Cùng với hệ thống tín hiệu, hệ thống chiếu sáng giúp cho ô tô có khả năng hoạt động trong mọi điều kiện cần thiết. Đề đảm bảo cho các hệ thông có thê làm việc ngay cả khi động cơ làm việc hay không làm việc trên ô tô còn có hệ thống điện. Ngày nay nhu câu sử dụng của ô tô ngày càng nâng cao, một hay nhiều hệ thống có thê ở dạng điều khiến tự động hiện dai.

Các hệ thống tự động điều khiến thường gặp như: chuyên số tự động, phanh chống trượt lết, chống trượt quay, thay đổi độ cứng của hệ thống treo. phần lớn đều dùng các liên hợp cơ khí, khí nén hay thuỷ lực với hệ thông điện tử tạo nên các chức năng tối ưu cho hoạt động của ô tô. Tổng quát có thể mô tả cấu tạo của ô tô bao gồm các phần chính (hình I.1): động cơ 1, hệ thống truyền lực 2, thân xe 3, hệ thống điều khiến (phanh, lái), hệ thống treo 5, hệ thống điện, điện tử, bánh xe 6.1: Cầu tạo chung của ô tô 1. Hệ thống treo 7.

Hệ thống truyền lực 4. Bánh xe Mức độ phức tạp của các cấu trúc tùy thuộc vào khả năng hoàn thiện nhằm thoả mãn tối đa mục đích sứ dụng của con người. Để xem xét và đánh giá cấu trúc can thiết phải dựa trên các mục đích sử dụng của ô tô. Ô tô là một phương tiện vận tải đường bộ được hình thành trên cơ sở tính năng kỹ thuật vận tắt yêu cầu.

Tính năng kỹ thuật vận tải tùy thuộc vào công dụng, được phân chia thành nhóm và xem xét theo phân loại: ô tô con, ô tô chở người, Ô tÔ tải. PHÂN LOẠI Ô TÔ THEO CÔNG DỤNG (ISO 6549) Ký hiệu phân loại chung các phương tiện giao thông đường bộ được tiễn hành theo công dụng: loại L: cho xe có bố trí động cơ 2, 3 bánh; M: cho ô tô 4 bánh dùng vận chuyên người; N: cho ô tô (4 bánh hay nhiều hơn) dùng vận chuyên hàng hóa; T: cho máy kéo, O cho phần nối của xe kéo, R cho tất cả các phương tiện còn lại. Phân loại ô tô bao gồm: ô tô con dùng cho vận chuyển người (cá nhân hay nhóm nhỏ).1, 6 t6 cho người — bảng 1.3, ro mooc — bang 1.4 và đoàn xe - bảng 1.1: Bang phén loại cho ô tô con STT Tén goi Dac diém Hinh dang „ - _ Sedan, , :4 cửa 4: xa Š 1 Vỏ cứng, 2+4 cửa, 4:5 chỗ ngôi ines Saloon a. “sài = Convertible , Vỏ cứng, 2+4 cửa, 4+6 chỗ ngồi ö 2 saloon 3 Pullman saloon Vỏ cứng, 4+6 cửa lớn, 4+6 chỗ ngồi 4 | Coupe Vỏ cứng 2 ghé, 2 cửa equim: 5 Convertible, Ô tô mui trần, mui dạng xếp, rời, 2 -_ngr= Roadster, Cabriolet ghê,é, 2 cửa O ‘0 Vỏ cứng khoang sau rộng 4 cửa 6 Station wagon Kombi bên, 1 cửa sau Truck Station wagon Vỏ cứng, 2:4 cửa bên, 1 cửa sau, 7 Kombi (chở người) không gian rộng ea 3 | Special passenger car, Ban tải, khoang chuyên dùng, 2:4 cond Pick-up cửa bên (®) oO 9 Multi-purpose car Che người, chở hàng, đi được ở (Ô tô đa dụng) nhiều địa hình ` l Bang 1.2: Bang phan loại cho ô tô chở người STT Tên gọi Đặc điểm Hinh dáng 4 Minibus Ô tô chờ người loại nhỏ, 9 +17 chỗ ngôi 2 | City bus Ô tô chở người thành phó mm 3 Bus, Autocar Ô tô chở người liên tỉnh 2 cửa bên 4 Line Bus, Autocar Ô tô chở người đường dài 2 cửa bên nhỏ Articulated bus Ô tô chở người thành phó hai thân Two section dính liên 6 Trolley bus Ô tô điện chở người trong thành phố 7 Special bus Ô tô chở người chuyên dụng có đây đủ tiện nghi 18 ế Bang 1.3: Bang phan loại cho ô tô tại |_STT Tên gọi Đặc điểm Hinh dáng 1 General purpose Ô tô đa dụng, có buồng lái và khoang — goods vehicle chứa hàng aoe 2 Special commercial vehicle Chuyên dụng, có buông lái, khoang chứa m8mm chuyên dụng ho" 3 Trailer towing vehicle O tô dùng để kéo rợ moóc, có buông lái va thung ngan ae % 4 TỐ Trai ; Semi — Trailer towing vehicle Đầu kéo, ô tô kéo bán moóc, có bưồng lái, mâm xoay iẺ a; Bảng 1.4: Bang phan loai cho ban ro’ modc, ro moobc STT Tén goi Dac diém Hinh dang 1 Rigid drawbar trailer | Ban ro moóc † trục và đầu nối, thùng chở hàng Lo - a 2 Center axle trailer Ban rơ moóc nhiều trục, đầu nối, thùng chở hàng mg —ẻx~>>+ ta 3 Caravan Bán rơ moóc chở người: đầu nói, thùng chở người Cra 4 Goods trailer Rơ moóc hai trục: cầu dẫn hướng, thùng chở hàng Rơ moóc chuyên dụng: cầu dẫn hướng, thùng 5 Special trailer huyé a chuyén dung.

Rơ moóc chở người: cầu dẫn hướng, thủng chởmm người Ws iL 5 6 Bus trailer Bang 1.5: Bang phan loai cho doan xe STT Tén goi Dac diém Hinh dang Passeger car | Doan xe: 6 tô kéo và bán rơ moóc một 1 combination trục Passeger road | Đoàn xe rời xe kéo và rơ moóc 2 train chở người 3 Road train Đoàn xe tải: xe kéo và rơ moóc chở hàng aa ee 4 Articulated Đoàn xe bán rơ moóc vận tải nhiều trục vehicle œ 5 Double road train | Đoàn xe kéo nhiều thân nối tiếp "Ÿ=.ˆ-- yma "tơ 6 Platform road train | Đoàn xe kéo bán rơ moóc thân dài 4. CÁU TẠO CHUNG CỦA Ô TÔ CON Ô tô con được dùng để chuyên chở người (tối đa 9 người kế cả người lái), hành lý hay đồ đạc gọn nhẹ của họ. Cau tao 6 16 con gồm 3 khoang: động cơ, chở người, hành lý (hình 1. Hình dang vo cua 6 tô con được tổ hợp bởi3 khoang trên.

Các dạng vỏ Tùy thuộc vào khả năng sử dụng ô tô con có thể phân chia ra các dạng hình dáng vỏ khác nhau. Các dạng co ban bé trí khung vỏ trình bày trên hình 1.2: Cấu tạo của ô tô con Võ là một bộ phận có thể được chế tạo liền với ˆ a 1— Khoang động cơ, khung hay chê £ tạo khung, vỏ riêng. 2~ Khoang chớ người đ~ Khoang hành lý.3a): Khung vỏ có câu trúc liền kín tạo nên bởi các thép tắm định hình, tắm nóc hàn liền hoặc có cửa mở, đuôi xe hạ bậc. Khoang hành khách có hai day ghế, day ghế sau có 3 chỗ ngồi.

Giữa khoang hành khách và khoang hảnh lý là vách ngăn kín. Loại sedan gồm cả loại hatchback, litback (có phần sau phăng), limousine (chiều dài tối thiểu 5,4m).