Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp ô tô giữ vai trò thiết yếu trong việc đáp ứng nhu cầu vận chuyển hành khách và hàng hóa trong xã hội hiện đại. Tại Việt Nam, ô tô là phương tiện giao thông phát triển nhanh chóng và ngày càng phổ biến. Tuy nhiên, năng lực sản xuất nội địa đối với các cụm chi tiết phức tạp trong hệ thống truyền lực, điển hình là cụm ly hợp, vẫn còn nhiều hạn chế và chưa tự chủ hoàn toàn trong khâu chế tạo. Xuất phát từ thực tế này, đồ án tốt nghiệp hướng tới việc tiếp cận quy trình tính toán, thiết kế và kiểm nghiệm một hệ thống ly hợp hoàn chỉnh nhằm phục vụ nhu cầu tiêu dùng và nâng cao năng lực kỹ thuật cơ khí ô tô trong nước.

Đồ án xác định các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể như sau:

  1. Xây dựng cái nhìn khái quát và xác lập quy trình các bước tính toán, thiết kế kỹ thuật chính xác cho hệ thống ly hợp dựa trên xe cơ sở.
  2. Nắm vững tổng quan về kết cấu cơ khí, nguyên lý hoạt động và chu trình làm việc của cụm ly hợp cùng hệ thống dẫn động điều khiển trên dòng xe du lịch.
  3. Đánh giá ưu điểm, nhược điểm của phương án kết cấu lựa chọn; thực hiện mô hình hóa không gian ba chiều (3D) và kiểm nghiệm ứng suất của chi tiết chịu lực then chốt bằng công cụ mô phỏng số.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là cụm ly hợp ma sát khô một đĩa, sử dụng lò xo ép dạng đĩa và cơ cấu dẫn động điều khiển bằng thủy lực. Phạm vi nghiên cứu kỹ thuật được giới hạn trên không gian lắp đặt có kích thước chiều dài 154 mm, bố trí nằm giữa động cơ xăng 2ZR-FE (dung tích 1,8 lít, trang bị công nghệ van biến thiên kép Dual VVT-i) và hộp số sàn 6 cấp EC60 của dòng xe du lịch Toyota Corolla Altis 1.8E MT phiên bản năm 2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết động lực học ô tô và phương pháp luận thiết kế chi tiết máy truyền thống trong ngành cơ khí ô tô:

  • Khung lý thuyết và mô hình tính toán: Đồ án áp dụng các mô hình giải tích theo giáo trình Thiết kế tính toán ô tô của tác giả Đặng Quý và Lý thuyết ô tô máy kéo của tác giả Nguyễn Hữu Cẩn. Các nội dung bao gồm: lý thuyết ma sát học cơ học, mô hình truyền mô-men xoắn qua bề mặt ma sát vành khăn phẳng, mô hình động học quá trình trượt ly hợp hai giai đoạn, phương trình cân bằng năng lượng sinh nhiệt và phương pháp tính toán hệ thống dẫn động thủy lực đóng ngắt ly hợp.
  • Phương pháp nghiên cứu: Tác giả kết hợp phương pháp giải tích truyền thống (tính toán kích thước hình học, kiểm nghiệm bền theo ứng suất tiếp xúc, ứng suất cắt, ứng suất chèn dập và tính toán công trượt riêng) với phương pháp mô phỏng kỹ thuật có trợ giúp của máy tính (CAD/CAE).
  • Phần mềm và công cụ kỹ thuật: Phần mềm SOLIDWORKS (phiên bản của hãng Dassault Systèmes) được sử dụng để thiết kế mô hình hình học 3D của các chi tiết, lắp ráp cụm cơ cấu (Assembly), mô phỏng động học quá trình hoạt động (Motion Study) và phân tích ứng suất, biến dạng phần tử hữu hạn phi tuyến tĩnh (Nonlinear Static Simulation) cho lò xo đĩa.
  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu kỹ thuật đầu vào được trích xuất trực tiếp từ thông số xe Toyota Corolla Altis 2018 do nhà sản xuất công bố (khối lượng toàn tải $G_a = 1630\text{ kg}$, mô-men xoắn cực đại của động cơ $M_{emax} = 173\text{ Nm}$ tại 4000 vòng/phút, kích thước lốp 195/65R15) cùng các hệ số thực nghiệm tiêu chuẩn trong sổ tay thiết kế ô tô.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Đồ án đã thiết kế hoàn chỉnh hệ thống ly hợp ô tô bao gồm hai phân hệ chính: cụm cơ cấu ly hợp cơ khí và hệ thống dẫn động điều khiển thủy lực.

Kiến trúc cơ khí của cụm ly hợp được lựa chọn là loại ly hợp ma sát khô, thường đóng, một đĩa bị động và tạo lực ép bằng lò xo đĩa. Bố cục không gian cụm ly hợp gồm các thành phần:

  • Phần chủ động: Bánh đà động cơ, vỏ ly hợp bắt cố định vào bánh đà bằng bu-lông, đĩa ép bằng gang đặc có vấu truyền mô-men xoắn và lò xo đĩa đặt điểm tựa ở giữa trên vỏ ly hợp.
  • Phần bị động: Đĩa bị động gồm xương đĩa thép đàn hồi mỏng gắn với hai tấm ma sát bằng vật liệu sợi carbon tổng hợp qua các đinh tán nhôm/đồng; cụm giảm chấn xoắn tích hợp 4 lò xo nén dập tắt dao động tần số cao và các đệm ma sát dập tắt dao động tần số thấp; moay-ơ thép dập có then hoa ăn khớp với trục sơ cấp hộp số.
  • Cơ cấu ngắt ly hợp: Ổ bi tỳ (ổ bi T) đỡ chặn di trượt dọc trục tác động trực tiếp vào các đầu nan của lò xo đĩa (đóng vai trò như các đòn mở ly hợp).

Kiến trúc hệ thống dẫn động điều khiển sử dụng chất lỏng thủy lực nhằm tối ưu không gian khoang máy và tạo cảm giác êm dịu khi đạp ly hợp. Cơ cấu bao gồm bàn đạp ly hợp, xy-lanh chính (tổng côn) có bình chứa dầu đặt trên cao để chống lọt khí, đường ống dẫn dầu chịu áp lực cao, xy-lanh công tác (chuột côn) tích hợp vít xả khí và càng gạt nối với ổ bi tỳ.

Triển khai mô phỏng kỹ thuật trên SOLIDWORKS được thực hiện theo chu trình:

  1. Thiết kế mô hình 3D cho toàn bộ 12 chi tiết thành phần trong môi trường Part Design.
  2. Thiết lập các ràng buộc động học và quan hệ tiếp xúc trong môi trường Assembly để tạo cụm ly hợp hoàn chỉnh.
  3. Xây dựng kịch bản mô phỏng tháo lắp bằng công cụ Exploded View và ConfigurationsManager.
  4. Mô phỏng động học bằng Motion Study: thiết lập tiếp xúc Contact giữa bánh đà và đĩa ma sát, dùng Rotary Motor quay bánh đà trong 10 giây để mô phỏng truyền mô-men; sử dụng Linear Motor tác động lên ổ bi tỳ đẩy lò xo đĩa và loại bỏ Contact để mô phỏng chu trình cắt ly hợp.
  5. Kiểm nghiệm bền phần tử hữu hạn (FEA) phi tuyến cho lò xo đĩa trong môi trường SOLIDWORKS Simulation: gán điều kiện biên ngàm (Fixed Geometry) tại mép ngoài, đặt lực ép dọc trục $F_n = 2756\text{ N}$ từ ổ bi tỳ lên các đầu đòn mở, chia lưới phần tử và chạy phân tích ứng suất Von Mises cùng chuyển vị.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về ly hợp

Chương này hệ thống hóa các kiến thức cơ bản về hệ thống ly hợp trên xe du lịch và khảo sát chi tiết cấu trúc xe cơ sở:

  • Trình bày sơ đồ phân loại ly hợp ô tô theo phương thức truyền mô-men (ma sát, thủy lực, điện từ), trạng thái làm việc (thường đóng, thường mở), phương pháp tạo lực ép (lò xo đĩa, lò xo trụ, lò xo côn), môi trường bề mặt ma sát (khô, ướt) và phương thức dẫn động (cơ khí, thủy lực, khí nén).
  • Khảo sát kết cấu liên kết giữa động cơ xăng 2ZR-FE (I4, 1.8L, Dual VVT-i) và hộp số sàn 6 cấp EC60, xác định không gian thiết kế khả dụng cho cụm ly hợp là 154 mm.
  • Phân tích chi tiết cấu tạo, nguyên lý vận hành và yêu cầu kỹ thuật của các bộ phận cơ bản: lò xo đĩa, đĩa ép liên kết dạng vấu truyền mô-men, đĩa bị động, tấm ma sát sợi carbon tổng hợp (hệ số ma sát đạt 0,38, pha phụ gia thiếc, đồng, chì), bộ dập tắt dao động xoắn và cụm đòn mở - ổ bi tỳ.
  • Xác định mục tiêu, nhiệm vụ và lập lộ trình triển khai thuyết minh đồ án.

Chương 2: Tính toán và thiết kế kết cấu ly hợp dựa trên xe Toyota Corolla Altis

Chương này thực hiện toàn bộ chuỗi tính toán giải tích từ thông số tham khảo của xe cơ sở đến kích thước chi tiết cụm ly hợp và hệ thống dẫn động:

  • Xác định thông số tham khảo: Từ kích thước lốp 195/65R15, tính được bán kính thiết kế bánh xe $r_0 = 0,317\text{ m}$ và bán kính động lực học $r_b = 0,3\text{ m}$ (với hệ số biến dạng $\lambda = 0,945$). Tính toán tỷ số truyền lực chính $i_0 = 4,53$ (chọn hệ số vòng quay động cơ $\theta = 40$) và tỷ số truyền tay số một của hộp số $i_h = 2,68$ (hệ số cản lớn nhất $\Psi_{max} = 0,4$, hiệu suất truyền lực $\eta_{tl} = 0,93$).
  • Tính toán kết cấu ly hợp:
    • Mô-men ma sát yêu cầu của ly hợp: $M_{ms} = \beta \cdot M_{emax} = 1,4 \times 173 = 242,2\text{ Nm}$ (với hệ số dự trữ mô-men chọn $\beta = 1,4$).
    • Số đĩa bị động: Do $M_{emax} = 173\text{ Nm} \le 465\text{ Nm}$, chọn ly hợp 1 đĩa bị động ($z_i = 1$) với 2 bề mặt ma sát ($z_\mu = 2$).
    • Kích thước đĩa ma sát: Đường kính ngoài $D = 192\text{ mm}$, bán kính ngoài $R = 96\text{ mm}$, bán kính trong $r = 72\text{ mm}$ (đường kính trong $d = 144\text{ mm}$), bề dày tấm ma sát $\delta = 3\text{ mm}$, bán kính trung bình vành khăn $R_{tb} = 84,6\text{ mm}$.
    • Bộ giảm chấn xoắn: Bố trí $z_{lxg} = 4$ lò xo trên vòng tròn bán kính $R_{lxg} = 80\text{ mm}$, lực sinh ra trên mỗi lò xo $F_{lxg} = 7,55\text{ kg}$, mô-men cực đại ép giảm chấn $M_{gmax} = 3222,3\text{ kg}\cdot\text{cm}$ ($M_{msg} = 805,575\text{ kg}\cdot\text{cm}$ và $M_{lxg} = 2416,725\text{ kg}\cdot\text{cm}$).
    • Lò xo đĩa: Đường kính ngoài $D_e = 192\text{ mm}$, đường kính tại điểm nguy hiểm $D_a = 128\text{ mm}$, đường kính vòng lăn $D_c = 160\text{ mm}$, đường kính trong $D_i = 76,8\text{ mm}$, bề dày $\delta = 2,4\text{ mm}$, độ nón $h = 4,8\text{ mm}$, dịch chuyển $l_1 = 1,2\text{ mm}$. Lực tác dụng lên đĩa ép tính được $F_N = 7166\text{ N}$, lực ép cần thiết khi mở ly hợp $F_n = 2756\text{ N}$. Ứng suất tính toán lý thuyết lớn nhất của lò xo đĩa đạt $\sigma = 630,56\text{ MPa}$, nhỏ hơn giới hạn chảy của thép 60C2A ($[\sigma_y] = 1400\text{ MPa}$).
    • Kiểm nghiệm bền các chi tiết: Ứng suất chèn dập đĩa ép $\sigma_{cd} = 8\text{ MPa} \le [\sigma_{cd}] = 20 \div 30\text{ MPa}$; đinh tán đĩa bị động bố trí 2 dãy ($r_1 = 78\text{ mm}, r_2 = 90\text{ mm}$, mỗi dãy 16 đinh nhôm/đồng đường kính 6 mm) có ứng suất cắt lớn nhất $\sigma_{c2} = 1,2\text{ MPa} \le 30\text{ MPa}$ và chèn dập $\sigma_{cd2} = 9,15\text{ MPa} \le 80\text{ MPa}$; then hoa moay-ơ (10 then, $d = 30\text{ mm}, D = 35\text{ mm}, L = 35\text{ mm}$, vật liệu thép 40X) có ứng suất cắt $\sigma_c = 6,08\text{ MPa} \le 20\text{ MPa}$ và chèn dập $\sigma_{cd} = 1,86\text{ MPa} \le 10\text{ MPa}$.
  • Tính toán công trượt và chế độ nhiệt:
    • Mô-men quán tính quy dẫn $I_a = 1,04\text{ kg}\cdot\text{m}^2$; mô-men cản chuyển động quy dẫn $M_\Psi = 8,66\text{ Nm}$; tốc độ góc động cơ lúc đóng ly hợp $\omega_0 = 296,6\text{ rad/s}$; tốc độ góc trục bị động $\omega_a = 288,46\text{ rad/s}$.
    • Thời gian trượt giai đoạn 1: $t_1 = 0,058\text{ s}$ với công trượt $L_1 = 74,14\text{ J}$; thời gian trượt toàn phần $t_2 = 2\text{ s}$ với công trượt giai đoạn hai $L_2 = 47847,9\text{ J}$. Tổng công trượt khởi hành là $L = 47922\text{ J}$.
    • Công trượt riêng: $L_0 = 183,3154\text{ J/cm}^2 \le [L_0] = 190\text{ J/cm}^2$.
    • Nhiệt độ và áp suất: Chọn mức gia nhiệt cho phép $\Delta T = 10^\circ\text{C}$ xác định được khối lượng đĩa ép tối thiểu $m_d = 4,97\text{ kg}$; tổng công suất nhiệt sinh ra $T = 4,792\text{ kW}$; áp suất bề mặt ma sát $q = 0,143\text{ MPa} \le [q] = 0,18 \div 0,23\text{ MPa}$.
  • Thiết kế hệ dẫn động thủy lực:
    • Kích thước các đòn dẫn động: $a = 200\text{ mm}$, $b = 35\text{ mm}$, $c = 127\text{ mm}$, $d = 55\text{ mm}$; đường kính xy-lanh chính $d_1 = 20\text{ mm}$, đường kính xy-lanh công tác $d_2 = 20\text{ mm}$; tỷ số truyền các đòn mở $i_2 = 4,475$; tỷ số truyền dẫn động $i_{dd} = 42,22$.
    • Lực tác dụng lên bàn đạp ly hợp: $Q_{bd} = 165,375\text{ N}$.
    • Hành trình bàn đạp ly hợp: Hành trình tự do khắc phục khe hở ổ bi tỳ ($\delta = 3\text{ mm}$) là $S_{td} = 39,6\text{ mm}$; hành trình làm việc khắc phục khe hở đĩa ma sát ($\Delta l = 2\text{ mm}$) là $S_{lv} = 84,44\text{ mm}$. Tổng hành trình bàn đạp đạt $S_{bd} = 124\text{ mm} \le [S_{bd}] = 140 \div 160\text{ mm}$.
Thông số thiết kế ly hợp Ký hiệu Giá trị tính toán Đơn vị Tiêu chuẩn / Giới hạn cho phép Đánh giá
Mô-men ma sát yêu cầu $M_{ms}$ 242,2 Nm $\ge 173\text{ Nm}$ Đạt
Đường kính ngoài đĩa ma sát $D$ 192 mm $190 \div 400\text{ mm}$ Đạt
Đường kính trong đĩa ma sát $d$ 144 mm $r \approx 0,75R$ Đạt
Ứng suất uốn lò xo đĩa $\sigma$ 630,56 MPa $\le 1400\text{ MPa}$ (60C2A) Đạt
Ứng suất chèn dập đĩa ép $\sigma_{cd}$ 8,00 MPa $\le 20 \div 30\text{ MPa}$ Đạt
Ứng suất cắt đinh tán ngoài $\sigma_{c2}$ 1,20 MPa $\le 30\text{ MPa}$ Đạt
Ứng suất dập đinh tán ngoài $\sigma_{cd2}$ 9,15 MPa $\le 80\text{ MPa}$ Đạt
Ứng suất cắt then hoa moay-ơ $\sigma_c$ 6,08 MPa $\le 20\text{ MPa}$ Đạt
Ứng suất dập then hoa moay-ơ $\sigma_{cd}$ 1,86 MPa $\le 10\text{ MPa}$ Đạt
Tổng công trượt $L$ 47922 J - Đạt
Công trượt riêng $L_0$ 183,3154 $\text{J/cm}^2$ $\le 190\text{ J/cm}^2$ Đạt
Áp suất bề mặt ma sát $q$ 0,143 MPa $0,18 \div 0,23\text{ MPa}$ Đạt
Lực tác dụng lên bàn đạp $Q_{bd}$ 165,375 N Tham khảo $\approx 150\text{ N}$ Chấp nhận
Hành trình tổng bàn đạp $S_{bd}$ 124 mm $140 \div 160\text{ mm}$ Đạt

Chương 3: Mô phỏng và phân tích ứng suất của lò xo đĩa

Chương này tập trung triển khai kỹ thuật mô phỏng CAD/CAE trên phần mềm SOLIDWORKS:

  • Giới thiệu tổng quan cấu trúc tính năng của phần mềm SOLIDWORKS (thiết kế 3D Part, lắp ráp Assembly, xuất bản vẽ 2D và mô-đun phân tích mô phỏng Simulation).
  • Trình bày danh mục 12 chi tiết 3D được mô hình hóa: xương đĩa, tấm ma sát, đĩa dẫn động, vòng đệm ma sát, ron thép, moay-ơ, côn trung tâm, lò xo giảm chấn, bánh đà, đĩa ép, lò xo đĩa và vỏ mâm ép.
  • Thực hiện lắp ghép thành cụm hoàn chỉnh và mô phỏng phân rã, tái lắp ráp cụm chi tiết bằng các lệnh Exploded View, ConfigurationsManager và Animate collapse.
  • Thiết lập mô phỏng động học hoạt động (Motion Analysis) với thời gian chu trình 10 giây, gán Motor quay bánh đà và Linear Motor điều khiển dịch chuyển tịnh tiến của bi tỳ để tách đĩa ma sát.
  • Phân tích ứng suất kết cấu phần tử hữu hạn (Simulation Study: Nonlinear Static) cho lò xo đĩa:
    • Do thư viện SOLIDWORKS không có sẵn mác thép đàn hồi 60C2A của Nga/Việt Nam, tác giả lựa chọn vật liệu tương đương trong hệ thống tiêu chuẩn ASTM là AISI 4340 steel normalized với giới hạn chảy $[\sigma_y] = 710\text{ MPa}$.
    • Thiết lập tiếp xúc Local Interaction giữa mặt tựa ổ bi tỳ và đầu nan lò xo đĩa; ngàm cố định mép vành ngoài (Fixed Geometry); đặt tải trọng ép $F_\Sigma = 2756\text{ N}$.
    • Kết quả mô phỏng số cho thấy ứng suất Von Mises lớn nhất đạt $\sigma = 652,248\text{ MPa}$ (tập trung tại vùng chuyển tiếp giữa nan mở và vành nón của lò xo đĩa, hiển thị vùng màu đỏ), độ biến dạng chuyển vị cực đại đạt $\delta = 0,268\text{ mm}$. So sánh với giới hạn chảy $[\sigma_y] = 710\text{ MPa}$, lò xo đĩa hoàn toàn đảm bảo điều kiện bền tĩnh.
    • Phân tích so sánh đặc tính phi tuyến của lò xo đĩa so với lò xo trụ: Lò xo đĩa có vùng lực ép ít thay đổi khi tấm ma sát bị mòn, lực ngắt ly hợp nhỏ hơn lực ép ban đầu, khắc phục triệt để hiện tượng trượt ly hợp do mòn so với lò xo trụ.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đạt được các kết quả kỹ thuật định lượng và đóng góp cụ thể:

  1. Kết quả tính toán và thiết kế hoàn chỉnh: Xác lập bộ thông số hình học và cơ tính tối ưu cho hệ thống ly hợp xe Toyota Corolla Altis 2018 (đĩa ma sát $D/d = 192/144\text{ mm}$, chiều dày 3 mm; lò xo đĩa dày 2,4 mm; 4 lò xo giảm chấn xoắn; khối lượng đĩa ép 4,97 kg; hành trình bàn đạp 124 mm). Toàn bộ các chỉ tiêu về công trượt riêng ($183,3154\text{ J/cm}^2 \le 190\text{ J/cm}^2$), áp suất tiếp xúc ($0,143\text{ MPa}$) và độ bền các chi tiết then hoa, đinh tán đều thỏa mãn tiêu chuẩn thiết kế ô tô con.
  2. Kiểm nghiệm số bằng CAE: Xác thực kết quả tính toán giải tích bằng mô phỏng phần tử hữu hạn phi tuyến trên SOLIDWORKS Simulation. Giá trị ứng suất mô phỏng đạt $652,248\text{ MPa}$, có mức độ sai lệch nhỏ và tiệm cận với giá trị tính toán lý thuyết ($630,56\text{ MPa}$), đồng thời kiểm chứng được vị trí tập trung ứng suất nguy hiểm nhất và độ biến dạng hình học ($0,268\text{ mm}$) dưới lực mở $2756\text{ N}$.
  3. Đóng góp của đồ án: Tác giả đã tự tổng hợp và xây dựng thành công một quy trình thiết kế tích hợp hoàn chỉnh dành cho sinh viên ngành cơ khí ô tô: đi từ dữ liệu thông số xe cơ sở thực tế $\rightarrow$ tính toán giải tích truyền thống $\rightarrow$ mô hình hóa 3D toàn bộ cụm chi tiết $\rightarrow$ mô phỏng động học lắp ráp $\rightarrow$ phân tích ứng suất kết cấu bằng phần tử hữu hạn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo tự nhận định của tác giả và phạm vi kỹ thuật của đồ án:

  • Hạn chế:
    • Đề tài chỉ dừng lại ở bước tính toán lý thuyết và mô phỏng trên phần mềm máy tính, chưa có điều kiện chế tạo mẫu thử nghiệm thực tế do năng lực sản xuất ly hợp trong nước còn hạn chế.
    • Thư viện vật liệu của phần mềm SOLIDWORKS thiếu mác thép đàn hồi chuyên dụng 60C2A, buộc phải sử dụng mác thép AISI 4340 steel normalized thay thế để chạy mô phỏng, dẫn đến độ chênh lệch nhất định về cơ tính vật liệu.
    • Các tính toán động lực học công trượt và nhiệt độ dựa trên các giả thiết lý thuyết đơn giản hóa (khởi hành trên đường bằng phẳng với hệ số cản tổng cộng $\Psi = 0,02$, xe không kéo rơ-moóc).
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Nghiên cứu chế tạo mẫu thực nghiệm cụm đĩa ma sát và lò xo đĩa để đo đạc đường đặc tính lực - biến dạng thực tế trên băng thử.
    • Thực hiện bài toán phân tích mỏi (Fatigue Simulation) và phân tích truyền nhiệt chuyển tiếp (Transient Thermal Analysis) trên đĩa ép và bề mặt ma sát khi đóng ly hợp liên tục ở điều kiện khắc nghiệt.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí động lực, Kỹ thuật ô tô thực hiện đồ án môn học Thiết kế tính toán ô tô hoặc đồ án tốt nghiệp liên quan đến hệ thống truyền lực.
  • Kỹ sư thiết kế cơ khí ô tô cần tham khảo chuỗi công thức tính toán giải tích công trượt ly hợp hai giai đoạn, phương pháp tính toán dẫn động thủy lực và thông số hình học của dòng xe du lịch hạng C (Toyota Corolla Altis).
  • Người học có nhu cầu nghiên cứu quy trình thiết lập bài toán mô phỏng chuyển động Motion Analysis và phân tích ứng suất phi tuyến lò xo đĩa (Nonlinear FEA) trên phần mềm SOLIDWORKS.

Câu hỏi thường gặp

1. Xe cơ sở Toyota Corolla Altis 2018 sử dụng động cơ và hộp số loại nào, không gian bố trí ly hợp là bao nhiêu?
Xe cơ sở sử dụng động cơ xăng 4 xy-lanh thẳng hàng 2ZR-FE dung tích 1,8 lít (trang bị van biến thiên kép Dual VVT-i, công suất 138 mã lực tại 6400 vòng/phút, mô-men xoắn cực đại 173 Nm tại 4000 vòng/phút) kết hợp với hộp số sàn 6 cấp EC60. Khoảng cách không gian lắp ráp ly hợp giữa động cơ và hộp số là 154 mm.

2. Công trượt riêng của ly hợp thiết kế đạt giá trị bao nhiêu và có thỏa mãn điều kiện tuổi thọ không?
Tổng công trượt sinh ra trong quá trình khởi hành xe là $L = 47922\text{ J}$ (giai đoạn một là $74,14\text{ J}$, giai đoạn hai là $47847,9\text{ J}$). Công trượt riêng tính trên diện tích bề mặt ma sát ($S = 0,013\text{ m}^2$, 2 bề mặt ma sát) đạt $L_0 = 183,3154\text{ J/cm}^2$, thỏa mãn điều kiện cho phép đối với ô tô con ($[L_0] = 190\text{ J/cm}^2$), đảm bảo tuổi thọ và khả năng chống mài mòn cho các tấm ma sát.

3. Thông số lực tác dụng và hành trình bàn đạp ly hợp được xác định như thế nào?
Lực người lái cần tác dụng lên bàn đạp để ngắt ly hợp tính toán được là $Q_{bd} = 165,375\text{ N}$ (với lực ép cực đại lò xo $P'\Sigma = 5934,82\text{ N}$ và tỷ số truyền dẫn động $i{dd} = 42,22$). Tổng hành trình bàn đạp ly hợp là $S_{bd} = 124\text{ mm}$ (bao gồm hành trình tự do $S_{td} = 39,6\text{ mm}$ và hành trình làm việc $S_{lv} = 84,44\text{ mm}$), nhỏ hơn giới hạn quy định tối đa cho xe du lịch ($[S_{bd}] = 140 \div 160\text{ mm}$).

4. Kết quả phân tích ứng suất lò xo đĩa bằng mô phỏng SOLIDWORKS Simulation so với tính toán lý thuyết có sự khác biệt ra sao?
Tính toán giải tích lý thuyết cho kết quả ứng suất lớn nhất của lò xo đĩa là $\sigma = 630,56\text{ MPa}$ (so với giới hạn bền của thép 60C2A là $[\sigma_y] = 1400\text{ MPa}$). Khi mô phỏng số phi tuyến tĩnh trên SOLIDWORKS Simulation với vật liệu thay thế AISI 4340 steel normalized dưới lực tác dụng $2756\text{ N}$, ứng suất lớn nhất đạt $\sigma = 652,248\text{ MPa}$ và độ biến dạng đạt $\delta = 0,268\text{ mm}$. Kết quả mô phỏng phản ánh độ tập trung ứng suất tại vùng chuyển tiếp giữa nan đòn mở và vành nón, đều nằm trong giới hạn chảy cho phép ($[\sigma_y] = 710\text{ MPa}$).

5. Tại sao tác giả phải dùng mác thép AISI 4340 steel normalized khi chạy mô phỏng lò xo đĩa?
Do trong thư viện vật liệu mặc định của phần mềm SOLIDWORKS không có sẵn mác thép đàn hồi chuyên dụng 60C2A theo tiêu chuẩn GOST/TCVN, tác giả đã lựa chọn mác thép kết cấu hợp kim AISI 4340 steel normalized có các thông số cơ tính tương đương để gán vật liệu cho mô hình phần tử hữu hạn.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Đỗ Minh Mẫn đã hoàn thành đầy đủ nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật cho cụm ly hợp ma sát một đĩa lò xo đĩa, dẫn động thủy lực dựa trên xe cơ sở Toyota Corolla Altis 1.8E MT 2018. Công trình đã kết hợp chặt chẽ giữa các công thức tính toán động lực học, nhiệt học truyền thống với công cụ mô hình hóa 3D và mô phỏng ứng suất phần tử hữu hạn phi tuyến trên SOLIDWORKS. Toàn bộ các thông số kích thước, công trượt riêng, nhiệt độ, áp suất bề mặt và hành trình điều khiển đều đạt tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn đối với dòng xe du lịch.