Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong hệ thống truyền lực của ô tô, ly hợp giữ vai trò trung gian then chốt giữa động cơ và hệ thống truyền lực. Cụm cơ cấu này thực hiện các chức năng cơ bản: tách và nối êm dịu nguồn động lực từ trục khuỷu động cơ đến hộp số khi xe khởi hành hoặc chuyển số; giảm tải trọng động và hạn chế va đập đầu răng trong các hộp số cơ khí có cấp; đồng thời hoạt động như một cơ cấu an toàn chống quá tải cho toàn bộ hệ thống truyền lực khi xảy ra biến thiên mô-men đột ngột (như khi phanh gấp mà người lái không ngắt ly hợp).

Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn về tối ưu hóa kỹ thuật trên các dòng xe thương mại và gia đình cỡ nhỏ, đồ án tốt nghiệp tập trung giải quyết bài toán: "Thiết kế ly hợp dựa trên cơ sở ô tô Mitsubishi Expander 2020".

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân định thành các nội dung chính:

  1. Tổng quan cơ sở lý thuyết, kết cấu cụm ly hợp và hệ thống dẫn động điều khiển ly hợp trên ô tô; phân tích các phương án kết cấu và thông số kỹ thuật của xe tham khảo Mitsubishi Expander 2020.
  2. Lựa chọn phương án thiết kế phù hợp; tính toán các kích thước cơ bản của đĩa ma sát, cơ cấu ép lò xo đĩa màng; kiểm nghiệm điều kiện làm việc (công trượt, công trượt riêng, mức gia tăng nhiệt độ); kiểm nghiệm độ bền các chi tiết chịu lực (đinh tán, moay-ơ then hoa); tính toán hệ thống dẫn động điều khiển thủy lực.
  3. Phân tích các hiện tượng, nguyên nhân, tác hại của các hư hỏng thường gặp trong quá trình khai thác; xây dựng quy trình chẩn đoán, kiểm tra, điều chỉnh và bảo dưỡng kỹ thuật cụm ly hợp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cụm ly hợp ma sát khô và hệ thống dẫn động điều khiển thủy lực trên ô tô con.
  • Mẫu xe cơ sở tham chiếu: Xe du lịch 7 chỗ Mitsubishi Expander (Xpander) phiên bản 2020 trang bị động cơ xăng 1.5L DOHC MIVEC, hộp số sàn 5 cấp (5M/T), hệ dẫn động cầu trước (2WD).
  • Phạm vi không gian và thời gian: Nghiên cứu được thực hiện tại Bộ môn Cơ khí Ô tô, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thông Vận tải vào năm 2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tính toán thiết kế ô tô và cơ học tiếp xúc ma sát để giải quyết bài toán động lực học ly hợp:

  • Lý thuyết truyền mô-men ma sát: Xác định khả năng truyền tải mô-men thông qua hệ số dự trữ ma sát $\beta$, tính toán áp suất pháp tuyến bề mặt tiếp xúc $q$, kích thước đĩa ma sát hình vành khăn ($R_1, R_2, R_{tb}$).
  • Lý thuyết biến dạng lò xo đĩa nón cụt xẻ rãnh (lò xo màng): Xác định mối quan hệ phi tuyến giữa lực ép $F_N$, lực ngắt $F_n$, độ võng và trạng thái ứng suất uốn/chèn dập tại điểm liên kết theo lý thuyết vỏ mỏng đàn hồi.
  • Mô hình động năng và công trượt: Thiết lập mô hình tính toán công trượt $W_\mu$ và công trượt riêng $\omega_\mu$ dựa trên mô-men quán tính quy dẫn $I_a$, vận tốc góc ban đầu $\omega_0$ và mô-men cản quy dẫn $M_\psi$ trong giai đoạn đóng ly hợp khi xe khởi hành tại chỗ ở tay số 1.
  • Lý thuyết truyền nhiệt đẳng tích ngắn hạn: Đánh giá mức gia tăng nhiệt độ tức thời $\Delta t$ trên đĩa ép giả định toàn bộ công trượt chuyển hóa thành nhiệt nung nóng khối kim loại mà chưa kịp tỏa ra môi trường xung quanh.
  • Sức bền vật liệu: Đánh giá ứng suất cắt $\sigma_c$ và ứng suất dập $\sigma_{cd}$ của đinh tán, ứng suất then hoa moay-ơ và ứng suất tiếp tuyến lớn nhất trên thành xy-lanh thủy lực theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất (Tresca).

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp so sánh: Khảo sát các dạng kết cấu ly hợp (lò xo trụ, lò xo màng, nhiều đĩa) và các phương thức dẫn động (cơ khí, thủy lực, trợ lực khí nén, trợ lực chân không) để lựa chọn giải pháp tối ưu cho dòng xe tham khảo.
  • Phương pháp tính toán giải tích kỹ thuật: Áp dụng hệ thống công thức giải tích chuyên ngành cơ khí ô tô để xác định kích thước hình học, tải trọng, ứng suất và các thông số điều khiển.
  • Phương pháp thực nghiệm chẩn đoán khai thác: Tổng hợp các quy trình kiểm tra thực nghiệm không tháo rời (thử tải trên dốc, thử chết máy ở tay số cao, thử âm thanh va đập khi gài số lùi) để xác định trạng thái kỹ thuật.

Nguồn dữ liệu

  • Thông số kỹ thuật danh định của xe Mitsubishi Expander 2020 do nhà sản xuất công bố.
  • Các chỉ tiêu giới hạn cho phép ($[\beta], [q], [\omega_\mu], [\Delta t], [\sigma], [S_{bd}], [F_{bd}]$) trích xuất từ tài liệu giáo trình và sổ tay thiết kế ô tô chuyên ngành.

Thiết kế kỹ thuật và tính toán hệ thống

Lựa chọn phương án kết cấu

Căn cứ vào đặc tính động học của xe con 7 chỗ, động cơ đặt trước dẫn động cầu trước, không gian khoang máy hẹp và yêu cầu đóng ngắt nhẹ nhàng, tác giả lựa chọn phương án:

  • Cụm ly hợp: Ly hợp ma sát khô, 1 đĩa bị động, cơ cấu ép sử dụng lò xo đĩa hình nón cụt xẻ rãnh (lò xo màng). Kết cấu này tích hợp chức năng lò xo ép và đòn mở, giúp phân bố lực ép đều lên vành ma sát, giảm kích thước bao và khối lượng phần bị động.
  • Hệ thống dẫn động: Dẫn động thủy lực không trợ lực. Giải pháp này giúp triệt tiêu hiện tượng rơ khâu khớp cơ khí, đạt hiệu suất truyền động cao, đáp ứng lực bàn đạp nằm trong giới hạn cho phép của người lái xe con.
[Bàn đạp ly hợp] ---> [Xy-lanh chính (d1=16mm)] ---> [Đường ống dầu] ---> [Xy-lanh công tác (d2=16mm)] ---> [Càng mở] ---> [Vòng bi mở (Bi T)] ---> [Lò xo đĩa màng] ---> [Đĩa ép tách khỏi Đĩa ma sát]

Bảng tổng hợp các thông số tính toán thiết kế

STT Thông số tính toán Ký hiệu Giá trị tính toán Đơn vị Tiêu chuẩn / Giới hạn cho phép
1 Mô-men xoắn lớn nhất của động cơ $M_{emax}$ 141 $\text{N}\cdot\text{m}$ Thông số động cơ MIVEC 1.5L
2 Hệ số dự trữ ly hợp $\beta$ 1,5 - $1,3 \div 1,75$ (xe con)
3 Mô-men ma sát yêu cầu $M_{ms}$ 211,5 $\text{N}\cdot\text{m}$ $M_{ms} = \beta \cdot M_{emax}$
4 Đường kính ngoài tấm ma sát $D$ 212 $\text{mm}$ -
5 Đường kính trong tấm ma sát $d$ 128 $\text{mm}$ $K_R = d/D = 0,6$
6 Bán kính trung bình vành ma sát $R_{tb}$ 0,087 $\text{m}$ -
7 Diện tích 1 bề mặt vành ma sát $S$ 0,022 $\text{m}^2$ -
8 Lực ép tổng cộng cần thiết $F_{\Sigma}$ 4862,1 $\text{N}$ -
9 Áp suất trên bề mặt ma sát $q$ 0,22 $\text{MPa}$ $[q] = 0,18 \div 0,23\text{ MPa}$ (Thỏa mãn)
10 Lực ép làm việc của lò xo đĩa $F_{lx}$ 5153,83 $\text{N}$ Hệ số nới lỏng $k_0 = 1,06$
11 Lực ép lò xo tác dụng lên đĩa ép $F_N$ 5163,92 $\text{N}$ Trạng thái lò xo ép phẳng
12 Lực cần tác dụng để ngắt ly hợp $F_n$ 1624,6 $\text{N}$ -
13 Ứng suất uốn lớn nhất của lò xo đĩa $\sigma$ 68,55 $\text{kG/mm}^2$ $[\sigma] = 140\text{ kG/mm}^2$ (Thép 60C2A)
14 Mô-men quán tính quy dẫn $I_a$ 0,47 $\text{N}\cdot\text{m}^2$ -
15 Mô-men cản chuyển động quy dẫn $M_\psi$ 6,03 $\text{N}\cdot\text{m}$ Hệ số cản mặt đường $\psi = 0,02$
16 Công trượt ly hợp khi khởi hành $W_\mu$ 32976 $\text{J}$ Khởi hành tại số 1
17 Công trượt riêng $\omega_\mu$ 64,47 $\text{J/cm}^2$ $[\omega_\mu] = 50 \div 70\text{ J/cm}^2$ (Thỏa mãn)
18 Mức gia tăng nhiệt độ đĩa ép $\Delta t$ 6,85 $^\circ\text{K}$ $[\Delta t] \le 10^\circ\text{K}$ (Thỏa mãn)
19 Tỷ số truyền toàn bộ hệ điều khiển $i_{dk}$ 51,7 - $i_{dk} = i_{bd} \cdot i_{tg} \cdot i_{cm} \cdot i_{dm}$
20 Tỷ số truyền bàn đạp ly hợp $i_{bd}$ 5,17 - -
21 Tỷ số truyền càng mở và đòn mở $i_{cm}, i_{dm}$ 2; 5 - $i_{cm} = 150/75$; $i_{dm} = 80/16$
22 Hành trình toàn bộ của bàn đạp $S_{bd}$ 150 $\text{mm}$ $[S_{bd}] = 150 \div 180\text{ mm}$ (Thỏa mãn)
23 Lực tác dụng lên bàn đạp $F_{bd}$ 110,76 $\text{N}$ $[F_{bd}] \le 150\text{ N}$ (Không cần trợ lực)
24 Đường kính xy-lanh chính / công tác $d_1, d_2$ 16 / 16 $\text{mm}$ Chiều dày thành xy-lanh $t = 4\text{ mm}$
25 Hành trình piston xy-lanh công tác $S_2$ 14,62 $\text{mm}$ Thể tích dầu $V = 2938,03\text{ mm}^3$

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về ly hợp

Chương 1 hệ thống hóa toàn diện công dụng, phân loại và các yêu cầu kỹ thuật đối với cụm ly hợp trên ô tô:

  • Công dụng và yêu cầu kỹ thuật: Phân tích nhiệm vụ truyền mô-men quay cực đại không trượt ở trạng thái đóng, đóng êm dịu để tránh va đập hệ thống truyền lực, ngắt dứt khoát nhanh chóng và đảm bảo mô-men quán tính phần bị động nhỏ nhất.
  • Phân loại kết cấu: So sánh các nhóm ly hợp ma sát cơ khí, thủy lực, điện từ; ly hợp ma sát đĩa phẳng, đĩa côn, hình trống; ly hợp thường đóng và thường mở; ly hợp 1 đĩa lò xo trụ, 1 đĩa lò xo màng và ly hợp 2 đĩa.
  • Hệ thống dẫn động: Phân tích nguyên lý, ưu nhược điểm của dẫn động cơ khí, dẫn động thủy lực thuần túy, dẫn động cơ khí trợ lực khí nén và dẫn động thủy lực trợ lực chân không.
  • Thông số xe tham chiếu Mitsubishi Expander 2020:
Thông số Giá trị danh định
Kích thước tổng thể Dài x Rộng x Cao $4475 \times 1750 \times 1730\text{ mm}$
Chiều dài cơ sở / Khoảng sáng gầm xe $2775\text{ mm}$ / $205\text{ mm}$
Bán kính quay vòng tối thiểu $5,2\text{ m}$
Khối lượng toàn tải / Phân bố trước - sau $1780\text{ kg}$ / $880\text{ kg} - 1020\text{ kg}$
Động cơ / Công suất cực đại Xăng 1.5L DOHC MIVEC / $77\text{ kW}$ tại $6000\text{ vòng/phút}$
Mô-men xoắn cực đại $141\text{ N}\cdot\text{m}$ tại $4000\text{ vòng/phút}$
Hệ thống truyền động / Ký hiệu lốp Cầu trước 2WD, hộp số 5M/T / 185/65R15 88H ($r_{bx} = 0,311\text{ m}$)

Từ phân tích kết cấu và điều kiện làm việc của dòng xe tham khảo, tác giả xác lập quyết định thiết kế: Sử dụng ly hợp ma sát khô 1 đĩa lò xo màng kết hợp hệ thống dẫn động thủy lực không trợ lực.

Chương 2: Tính toán, thiết kế ly hợp

Chương 2 trình bày toàn bộ các bước tính toán động lực học, độ bền và kích thước hình học của cụm ly hợp và hệ dẫn động:

  • Xác định mô-men ma sát và kích thước vành ma sát: Với $M_{emax} = 141\text{ N}\cdot\text{m}$, chọn hệ số dự trữ $\beta = 1,5$, mô-men ma sát yêu cầu đạt $M_{ms} = 211,5\text{ N}\cdot\text{m}$. Hệ số ma sát tấm ma sát khô chọn $\mu = 0,25$, hệ số tỷ lệ bán kính $K_R = 0,6$, số đôi bề mặt ma sát $z_{ms} = 2$. Kết quả xác định đường kính ngoài $D = 212\text{ mm}$, đường kính trong $d = 128\text{ mm}$, bán kính trung bình $R_{tb} = 0,087\text{ m}$, diện tích bề mặt $S = 0,022\text{ m}^2$, lực ép yêu cầu $F_\Sigma = 4862,1\text{ N}$, áp suất tiếp xúc $q = 0,22\text{ MPa}$ (nằm trong khoảng cho phép $0,18 \div 0,23\text{ MPa}$).
  • Tính toán lò xo đĩa (thép đàn hồi 60C2A): Xác định các đường kính đặc trưng: đường kính ngoài tỳ lên đĩa ép $D_e = 202\text{ mm}$, đường kính mép xẻ rãnh $D_a = 145\text{ mm}$, đường kính đỉnh đĩa $D_i = 85\text{ mm}$, đường kính tựa gối $D_c = 174\text{ mm}$, chiều dày lò xo $\delta = 2,3\text{ mm}$, chiều cao phần nón tự do $h = 4,6\text{ mm}$. Lực ép của lò xo khi ép phẳng đạt $F_N = 5163,92\text{ N}$, lực ngắt ly hợp tác dụng lên đỉnh thanh mở $F_n = 1624,6\text{ N}$. Ứng suất uốn lớn nhất tại vùng chân rãnh $\sigma = 68,55\text{ kG/mm}^2 < [\sigma] = 140\text{ kG/mm}^2$.
  • Kiểm nghiệm khả năng làm việc:
    • Tỷ số truyền truyền lực chính $i_0 = 4,1$, tỷ số truyền số một $i_{h1} = 3,3$, hiệu suất truyền lực $\eta_t = 0,95$.
    • Mô-men quán tính quy dẫn $I_a = 0,47\text{ N}\cdot\text{m}^2$, mô-men cản $M_\psi = 6,03\text{ N}\cdot\text{m}$, vận tốc góc $\omega_0 = 366,5\text{ rad/s}$.
    • Công trượt toàn phần $W_\mu = 32976\text{ J}$.
    • Công trượt riêng $\omega_\mu = 64,47\text{ J/cm}^2$, đạt tiêu chuẩn kiểm nghiệm cho xe con ($[\omega_\mu] = 50 \div 70\text{ J/cm}^2$).
    • Độ tăng nhiệt độ đĩa ép sau một lần khởi hành: $\Delta t = 6,85^\circ\text{K} < [\Delta t] = 10^\circ\text{K}$ (với khối lượng đĩa ép $m_d = 5\text{ kg}$, nhiệt dung riêng gang thép $c = 481,5\text{ J/kg}\cdot^\circ\text{C}$, hệ số hấp thụ nhiệt $\gamma = 0,5$).
  • Tính toán kiểm nghiệm bền chi tiết:
    • Đinh tán tấm ma sát - xương đĩa: Đinh tán nhôm/đồng $d = 5\text{ mm}$, bố trí 2 dãy với $n_1 = n_2 = 16$ đinh tại các bán kính $r_1 = 100\text{ mm}$, $r_2 = 120\text{ mm}$. Kiểm tra dãy ngoài chịu tải lớn nhất ($F_2 = 346,72\text{ N}$) cho thấy ứng suất cắt $\sigma_c$ và dập $\sigma_{cd}$ đều nhỏ hơn giới hạn bền cho phép.
    • Đinh tán moay-ơ - xương đĩa: Đinh tán thép $d = 8\text{ mm}$, số lượng $n = 8$, bán kính đặt $r = 50\text{ mm}$, chịu lực $F = 2820\text{ N}$, thỏa mãn điều kiện bền $[\sigma_c] = 30\text{ MPa}$ và $[\sigma_{cd}] = 80\text{ MPa}$.
    • Moay-ơ đĩa bị động: Chiều dài moay-ơ $L = 35\text{ mm}$, số then hoa $z_2 = 10$, đường kính ngoài $D = 35\text{ mm}$, đường kính trong $d = 28\text{ mm}$, bề rộng then $b = 4\text{ mm}$. Ứng suất cắt và chèn dập trên then hoa đều nhỏ hơn giới hạn cho phép.
  • Thiết kế hệ thống dẫn động thủy lực:
    • Tỷ số truyền hệ thống: bàn đạp $i_{bd} = 5,17$, trung gian $i_{tg} = 1$, càng mở $i_{cm} = 2$ ($b_2/b_1 = 150/75\text{ mm}$), đòn mở $i_{dm} = 5$ ($a_2/a_1 = 80/16\text{ mm}$), tỷ số truyền tổng $i_{dk} = 51,7$.
    • Hành trình bàn đạp $S_{bd} = 150\text{ mm} \le [S_{bd}] = 150 \div 180\text{ mm}$.
    • Lực bàn đạp $F_{bd} = 110,76\text{ N} \le [F_{bd}] = 150\text{ N}$, khẳng định hệ thống điều khiển vận hành nhẹ nhàng mà không cần trang bị bộ trợ lực.
    • Xy-lanh chính và xy-lanh công tác: Đường kính trong $d_1 = d_2 = 16\text{ mm}$, đường kính ngoài $D_1 = D_2 = 24\text{ mm}$, bề dày thành $t = 4\text{ mm}$, hành trình piston $S_1 = S_2 = 14,62\text{ mm}$. Kiểm nghiệm bền theo thuyết ứng suất tiếp lớn nhất cho kết quả ứng suất tương đương $\sigma_{td} \le [\sigma]$.

Chương 3: Khai thác kỹ thuật ly hợp

Chương 3 tập trung vào chẩn đoán kỹ thuật, các dạng hư hỏng điển hình và quy trình bảo dưỡng cụm ly hợp:

  • Phân tích 7 dạng hư hỏng thường gặp:
    1. Ly hợp bị trượt khi đóng: Do mòn tấm ma sát, sai lệch hành trình tự do bàn đạp hoặc rò rỉ dầu/khí; gây quá nhiệt, cháy đĩa và mất công suất kéo.
    2. Ly hợp bị rung giật, làm việc không êm: Do chai cứng bề mặt ma sát, gãy yếu lò xo giảm chấn, lỏng đinh tán hoặc kẹt đĩa trên trục.
    3. Ly hợp ngắt không hoàn toàn: Do bàn đạp quá thấp, cong vênh đĩa ép/đĩa ma sát, rò rỉ thủy lực, mòn hỏng then hoa moay-ơ; dẫn đến khó gài số, va đập gãy răng hộp số.
    4. Ly hợp phát ra tiếng kêu bất thường: Do lọt đất cát mạt kim loại, mòn then hoa moay-ơ, khô mỡ hoặc hỏng ổ bi tỳ (bi T), vỡ ổ bi đỡ đầu trục ly hợp trên đuôi trục khuỷu.
    5. Bàn đạp ly hợp bị rung: Do bánh đà bị đảo lệch tâm hoặc lệch tâm giữa động cơ và trục sơ cấp hộp số.
    6. Đĩa ly hợp chóng mòn: Do mất hành trình tự do bàn đạp, lò xo ép yếu, bề mặt bánh đà bị cháy rỗ/đảo.
    7. Bàn đạp ly hợp bị nặng: Do thiếu mỡ bôi trơn cơ cấu đòn nối, cong cần đẩy xy-lanh, bó kẹt cúp-pen xy-lanh thủy lực hoặc kẹt khớp xoay bàn đạp.
  • Phương pháp chẩn đoán và thử nghiệm thực tế:
    • Thử trượt ly hợp: Thử gài số cao (số 4 hoặc 5), kéo hết phanh tay, chèn bánh xe, tăng ga nhả côn từ từ (nếu xe không chết máy là ly hợp bị trượt); thử giữ xe trên dốc $8^\circ \div 10^\circ$ ở số 1; thử đẩy xe ở số 1 khi tắt máy; nhận biết mùi khét khi đầy tải.
    • Thử ngắt ly hợp: Đạp hết côn gài số 1 xem xe có bị trôi; gài cần số chậm về số lùi (không đồng tốc) rồi đạp từ từ bàn đạp ly hợp để kiểm tra sự triệt tiêu tiếng va đập răng.
  • Quy trình kiểm tra, điều chỉnh và bảo dưỡng: Hướng dẫn chi tiết các bước đo đạc độ mòn, kiểm tra độ phẳng, độ đảo, độ đàn hồi và khe hở lắp ghép đối với đĩa ma sát, đĩa ép, lò xo đĩa, vỏ ly hợp, bánh đà, ổ bi tỳ, bàn đạp, xy-lanh chính và xy-lanh công tác.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán thiết kế kỹ thuật

  1. Xác lập hoàn chỉnh bộ thông số kết cấu cho cụm ly hợp ma sát khô 1 đĩa lò xo màng tương thích với động cơ 1.5L ($M_{emax} = 141\text{ N}\cdot\text{m}$) trên xe Mitsubishi Expander 2020:
    • Đường kính ngoài/trong đĩa ma sát: $D = 212\text{ mm}$, $d = 128\text{ mm}$.
    • Áp suất tiếp xúc: $q = 0,22\text{ MPa}$ (đạt chuẩn $< 0,23\text{ MPa}$).
    • Kích thước lò xo đĩa: $D_e = 202\text{ mm}, D_a = 145\text{ mm}, D_i = 85\text{ mm}, \delta = 2,3\text{ mm}, h = 4,6\text{ mm}$, ứng suất uốn $\sigma = 68,55\text{ kG/mm}^2 < 140\text{ kG/mm}^2$.
  2. Kiểm nghiệm chính xác các chỉ tiêu làm việc và độ bền động học:
    • Công trượt riêng $\omega_\mu = 64,47\text{ J/cm}^2$ nằm trong phạm vi cho phép ($50 \div 70\text{ J/cm}^2$).
    • Mức gia tăng nhiệt độ $\Delta t = 6,85^\circ\text{K} < 10^\circ\text{K}$, đảm bảo không gây suy giảm hệ số ma sát hoặc cháy đĩa khi khởi hành tại chỗ.
    • Các kết cấu đinh tán ($d = 5\text{ mm}$ và $d = 8\text{ mm}$), then hoa moay-ơ ($10$ then, $D = 35\text{ mm}, d = 28\text{ mm}$) và vỏ xy-lanh ($d = 16\text{ mm}, D = 24\text{ mm}$) đều thỏa mãn điều kiện bền cắt, dập và ứng suất tương đương.
  3. Tối ưu hóa hệ thống dẫn động điều khiển:
    • Xác định lực bàn đạp yêu cầu chỉ đạt $F_{bd} = 110,76\text{ N}$ với hành trình $S_{bd} = 150\text{ mm}$.
    • Chứng minh về mặt định lượng việc loại bỏ bộ trợ lực là hoàn toàn khả thi trên dòng xe này, giúp cắt giảm khối lượng hệ thống, đơn giản hóa không gian khoang động cơ và tiết kiệm chi phí sản xuất, bảo dưỡng.

Đóng góp về mặt khai thác kỹ thuật

  • Hệ thống hóa các phương pháp chẩn đoán nhanh tình trạng kỹ thuật của ly hợp không cần tháo rời thông qua các bài thử động học thực tế trên đường và tại xưởng.
  • Xây dựng tài liệu hướng dẫn quy trình bảo dưỡng, sửa chữa định kỳ các cụm chi tiết cơ khí và thủy lực cho dòng xe MPV 7 chỗ cỡ nhỏ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Các kết quả tính toán động lực học, công trượt và nhiệt độ trong đồ án dựa trên các giả thiết giải tích lý thuyết (bỏ qua lượng nhiệt tỏa ra môi trường xung quanh trong thời gian trượt ngắn, giả định vận tốc góc động cơ không đổi trong quá trình đóng ly hợp). Đồ án chưa tiến hành mô phỏng số 3D (CAD/CAE/FEM) để khảo sát trường ứng suất cục bộ trên lò xo màng cũng như chưa thực hiện đo đạc thực nghiệm kiểm chứng trên băng thử chuyên dụng.
  • Hướng mở rộng:
    • Ứng dụng các phần mềm phần tử hữu hạn (như ANSYS, Abaqus) để mô phỏng phân bố trường nhiệt độ và biến dạng đàn hồi phi tuyến của lò xo đĩa màng trong các chu kỳ đóng ngắt lặp lại liên tục.
    • Thiết kế, chế tạo mẫu thực nghiệm và khảo sát độ tin cậy của hệ thống dẫn động thủy lực trên băng thử tải trọng động.

Giá trị tham khảo

Bản đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí, Kỹ thuật Ô tô: Sử dụng làm tài liệu mẫu về quy trình tính toán, thiết kế ly hợp lò xo đĩa màng và hệ thống dẫn động điều khiển thủy lực theo chuẩn học thuật.
  • Kỹ sư thiết kế hệ thống truyền lực ô tô: Tham khảo phương pháp lựa chọn thông số kết cấu và phương pháp kiểm chứng điều kiện nhiệt, công trượt riêng đối với dòng xe du lịch phân khúc MPV/Crossover cỡ nhỏ.
  • Kỹ thuật viên dịch vụ, sửa chữa ô tô: Ứng dụng các quy trình chẩn đoán hư hỏng, kiểm tra định kỳ đĩa ma sát, đĩa ép, bi T và hệ thống xy-lanh thủy lực trình bày tại Chương 3.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả lựa chọn lò xo ép dạng đĩa màng thay vì lò xo xoắn trụ bố trí xung quanh?

Lò xo đĩa màng tích hợp đồng thời hai chức năng: vừa tạo lực ép đều lên toàn bộ bề mặt đĩa ép, vừa đóng vai trò làm các đòn mở khi tác dụng lực ngắt. Kết cấu này giúp cụm ly hợp có kích thước bao nhỏ gọn, giảm trọng lượng, hạn chế lực ly tâm làm cong vênh lò xo ở tốc độ quay cao và tạo cảm giác ngắt côn êm dịu, rất phù hợp với không gian khoang máy của xe con như Mitsubishi Expander 2020.

2. Căn cứ vào đâu để khẳng định hệ thống điều khiển ly hợp trong đồ án không cần trang bị bộ trợ lực?

Theo tính toán thiết kế ở Chương 2, với tỷ số truyền chung của hệ thống dẫn động $i_{dk} = 51,7$ và hiệu suất dẫn động $\eta_{dk} = 0,9$, lực đạp cần thiết tại bàn đạp khi mở ly hợp là $F_{bd} = 110,76\text{ N}$. Giá trị này nhỏ hơn giới hạn lực tác dụng tối đa cho phép đối với người lái xe con ($[F_{bd}] = 150\text{ N}$), trong khi hành trình bàn đạp vẫn đảm bảo $S_{bd} = 150\text{ mm} \le [S_{bd}] = 150 \div 180\text{ mm}$. Do đó, hệ thống dẫn động thủy lực thuần túy hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn công thái học mà không cần bộ trợ lực chân không hay khí nén.

3. Công trượt riêng $\omega_\mu$ và mức gia tăng nhiệt độ $\Delta t$ của ly hợp được tính toán ra sao và có đạt yêu cầu kỹ thuật không?

Công trượt ly hợp khi khởi hành ở số 1 được tính toán đạt $W_\mu = 32976\text{ J}$. Quy về đơn vị diện tích ma sát, công trượt riêng đạt $\omega_\mu = 64,47\text{ J/cm}^2$, nằm trong phạm vi cho phép của xe con ($[\omega_\mu] = 50 \div 70\text{ J/cm}^2$). Mức gia tăng nhiệt độ tức thời trên đĩa ép kim loại ($m_d = 5\text{ kg}$) sau một lần đóng ly hợp là $\Delta t = 6,85^\circ\text{K}$, nhỏ hơn giới hạn cho phép $[\Delta t] = 10^\circ\text{K}$, đảm bảo ly hợp làm việc an toàn, bền bỉ và không bị suy giảm hệ số ma sát.

4. Bằng cách nào có thể xác định hiện tượng ly hợp bị trượt mà không cần tháo rời cụm chi tiết?

Tác giả đề xuất 4 phương pháp kiểm tra thực tế:

  • Chèn bánh xe, kéo phanh tay, đạp côn khởi động động cơ, gài số cao (số 4 hoặc số 5), tăng ga đều và nhả bàn đạp côn từ từ: Nếu động cơ bị chết máy là ly hợp tốt, nếu động cơ vẫn nổ là ly hợp bị trượt.
  • Giữ xe trên đoạn đường dốc $8^\circ \div 10^\circ$, đầu xe hướng xuống dốc, tắt máy, gài số 1 và nhả phanh: Nếu bánh xe không bị lăn là ly hợp tốt.
  • Đẩy xe trên đường bằng khi xe tắt máy, gài số 1: Với lực đẩy của 3-4 người, nếu xe không chuyển động là ly hợp đạt yêu cầu.
  • Cảm nhận mùi khét đặc trưng sinh ra do nhiệt ma sát khi xe vận hành ở chế độ toàn tải.

5. Kích thước và thông số kiểm nghiệm của moay-ơ then hoa đĩa bị động trong đồ án là bao nhiêu?

Moay-ơ được thiết kế với chiều dài $L = 35\text{ mm}$, số răng then hoa $z_2 = 10$, đường kính ngoài then hoa $D = 35\text{ mm}$, đường kính trong $d = 28\text{ mm}$, bề rộng then $b = 4\text{ mm}$. Kết quả tính toán ứng suất dập $\sigma_{cd}$ và ứng suất cắt $\sigma_c$ khi chịu mô-men xoắn lớn nhất của động cơ $M_{emax} = 141\text{ N}\cdot\text{m}$ đều nhỏ hơn giới hạn bền ứng suất của vật liệu chế tạo, đảm bảo then hoa không bị dập nát hay biến dạng trong suốt quá trình vận hành.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Phạm Quốc Dương đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán thiết kế cụm ly hợp ma sát khô 1 đĩa lò xo màng và hệ dẫn động thủy lực dựa trên cơ sở xe Mitsubishi Expander 2020. Các kết quả tính toán động lực học, áp suất tiếp xúc, công trượt riêng, độ tăng nhiệt và kiểm nghiệm bền đều thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành của ngành cơ khí ô tô. Bên cạnh phần tính toán thiết kế, đồ án còn xây dựng hệ thống kiến thức thực tế về chẩn đoán hư hỏng và quy trình bảo dưỡng kỹ thuật, mang lại giá trị ứng dụng rõ ràng cho công tác đào tạo và sửa chữa chuyên ngành.