Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn
Ngành giao thông vận tải đóng vai trò huyết mạch trong nền kinh tế quốc dân nhằm đáp ứng nhu cầu luân chuyển khối lượng lớn hàng hóa và hành khách. Tại Việt Nam, phát triển công nghiệp ô tô được Đảng và Nhà nước xác định là ngành công nghiệp quan trọng cần ưu tiên phát triển, phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa và nâng cao tiềm lực quốc phòng - an ninh. Định hướng phát triển ngành được thể hiện qua các văn bản pháp lý và chính sách chiến lược:
- Quyết định số 1168/QĐ-TTg ngày 16/07/2014 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt "Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035", đặt mục tiêu đáp ứng thị trường nội địa về các dòng xe có lợi thế cạnh tranh, nâng cao tỷ lệ nội địa hóa và tham gia vào chuỗi cung ứng toàn cầu.
- Nghị định số 116/2017/NĐ-CP ngày 17/10/2017 quy định điều kiện sản xuất, lắp ráp, nhập khẩu và kinh doanh dịch vụ bảo hành, bảo dưỡng ô tô, tạo hành lang pháp lý và lợi thế cho các dòng xe sản xuất, lắp ráp nội địa.
- Quyết định số 589/QĐ-TTg phê duyệt Kế hoạch cơ cấu lại ngành công nghiệp giai đoạn 2018–2020, xét đến năm 2025, tập trung khuyến khích các doanh nghiệp lớn đầu tư phát triển ngành sản xuất ô tô.
Trên thị trường quốc tế, theo thống kê của JATO tại 57 quốc gia, doanh số bán xe hơi nửa đầu năm 2018 đạt 44 triệu chiếc (tăng 3,6% so với cùng kỳ năm 2017), trong đó thị trường Trung Quốc đạt 12,23 triệu chiếc, châu Âu đạt 9,77 triệu chiếc, thị trường Mỹ đạt mức tăng trưởng ổn định và Ấn Độ vươn lên vị trí thứ 4 thế giới. Tại Việt Nam, năng lực sản xuất – lắp ráp đạt khoảng 600.000 xe/năm với sự tham gia của các doanh nghiệp lớn như THACO, Hyundai Thành Công, VinFast, Toyota, Ford... Tỷ lệ nội địa hóa ở phân khúc xe tải đến 7 tấn đã đạt khoảng 55%.
Trong hệ thống truyền lực ô tô, ly hợp là cụm chi tiết trung gian quan trọng nối giữa động cơ và hộp số. Trong quá trình vận hành, ly hợp thường xuyên chịu tải trọng động, ma sát trượt và nhiệt độ cao, dẫn đến các hư hỏng phổ biến như mòn tấm ma sát, trượt ly hợp, nung nóng đĩa ép hoặc giảm đàn hồi lò xo. Việc nghiên cứu, tính toán và thiết kế cụm ly hợp cho xe tải hạng nhẹ là yêu cầu thực tiễn cần thiết, phục vụ mục tiêu nội địa hóa phụ tùng và cung cấp tài liệu kỹ thuật cho công tác bảo dưỡng, sửa chữa và đại tu.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
- Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế cụm ly hợp cho dòng xe ô tô tải hạng nhỏ nhằm đảm bảo khả năng truyền trọn vẹn mô-men xoắn của động cơ, đóng ngắt êm dịu, dứt khoát, nâng cao độ bền và an toàn làm việc, hướng tới phục vụ sản xuất phụ tùng nội địa và thay thế sửa chữa.
- Nội dung và nhiệm vụ nghiên cứu:
- Nghiên cứu tổng quan về ngành công nghiệp ô tô và phân tích cấu tạo, nguyên lý làm việc của các loại ly hợp ô tô hiện nay.
- Phân tích ưu nhược điểm của các phương án kết cấu và dẫn động ly hợp, từ đó đề xuất và lựa chọn phương án thiết kế tối ưu cho xe tải nhẹ.
- Tính toán thiết kế các thông số cơ bản và kích thước hình học của các chi tiết chính trong cụm ly hợp (đĩa ma sát, đĩa ép, đĩa bị động, lò xo ép, lò xo giảm chấn, then hoa, đinh tán, trục ly hợp, mối ghép then).
- Kiểm nghiệm bền, tính toán công trượt, công trượt riêng và độ tăng nhiệt độ của các bề mặt ma sát nhằm đảm bảo tuổi thọ và độ tin cậy của cụm chi tiết.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Cụm ly hợp ma sát khô 1 đĩa bị động, dẫn động thủy cơ ứng dụng trên dòng xe tải nhẹ thương mại Hyundai H150 do Công ty CP Hyundai Thành Công sản xuất, lắp ráp và phân phối.
- Phạm vi nghiên cứu: Tính toán thiết kế cơ khí và động lực học cụm ly hợp dựa trên các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn của xe Hyundai H150; khảo sát quá trình đóng mở ly hợp khi xe khởi hành tại chỗ ở tay số 1 trên đường bằng phẳng.
| STT |
Tên thông số kỹ thuật |
Ký hiệu |
Giá trị |
Đơn vị |
| 1 |
Loại phương tiện |
- |
Xe tải cỡ nhỏ |
- |
| 2 |
Trọng lượng toàn bộ của xe |
$G$ ($G_a$) |
3055 |
kg |
| 3 |
Loại động cơ |
- |
Dầu Diesel |
- |
| 4 |
Công suất cực đại của động cơ |
$N_{emax}$ |
98 |
kW |
| 5 |
Số vòng quay ứng với công suất cực đại |
$n_N$ |
3800 |
vòng/phút |
| 6 |
Mô-men xoắn cực đại của động cơ |
$M_{emax}$ |
255 |
N.m |
| 7 |
Số vòng quay ứng với mô-men cực đại |
$n_M$ |
2000 |
vòng/phút |
| 8 |
Tỉ số truyền tay số 1 |
$i_{h1}$ |
4,271 |
- |
| 9 |
Tỉ số truyền tay số cao nhất (số 6) |
$i_{h6}$ |
0,676 |
- |
| 10 |
Tỉ số truyền của truyền lực chính |
$i_0$ |
3,814 |
- |
| 11 |
Bán kính làm việc của bánh xe |
$R_{bx}$ |
0,3 |
m |
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và phân loại ly hợp
Cụm ly hợp nằm giữa trục khuỷu động cơ và trục sơ cấp của hộp số, thực hiện các chức năng chính: truyền hoặc ngắt dòng công suất từ động cơ đến hệ thống truyền lực; tách dứt khoát động cơ khi sang số hoặc dừng xe; nối êm dịu trục khuỷu với trục sơ cấp khi khởi hành; đóng vai trò cơ cấu an toàn bảo vệ hệ thống truyền lực khi quá tải; dập tắt các dao động xoắn cộng hưởng.
Hệ thống lý thuyết phân loại ly hợp ô tô bao gồm:
- Theo phương pháp truyền mô-men: Ly hợp ma sát (ma sát khô hoặc ướt), ly hợp thủy lực (thủy động, thủy tĩnh), ly hợp điện từ và ly hợp liên hợp.
- Theo trạng thái làm việc: Ly hợp thường đóng và ly hợp thường mở.
- Theo phương pháp tạo lực ép: Loại lò xo ép (lò xo trụ bố trí xung quanh, lò xo đĩa trung tâm), loại nửa ly tâm và loại ly tâm hoàn toàn.
- Theo phương pháp dẫn động điều khiển: Dẫn động cơ khí (thanh kéo, dây cáp), dẫn động thủy lực (thủy cơ) và dẫn động có trợ lực (trợ lực khí nén, trợ lực chân không).
Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi đối với ly hợp xe tải hạng nhẹ gồm: truyền hết mô-men xoắn cực đại của động cơ mà không bị trượt trong trạng thái đóng ($\beta > 1$); ngắt dứt khoát và nhanh chóng; đóng êm dịu; mô-men quán tính phần bị động nhỏ để giảm va đập lên bộ đồng tốc khi chuyển số; khả năng thoát nhiệt tốt và lực đạp điều khiển nhẹ nhàng.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp kế thừa tài liệu: Thu thập, phân tích và xử lý các số liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn ngành ô tô và giáo trình chuyên ngành để xác lập hệ thống công thức tính toán, phạm vi hệ số thực nghiệm và tiêu chuẩn kích thước chi tiết máy.
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và tính toán cơ học: Vận dụng lý thuyết ô tô máy kéo, lý thuyết cấu tạo ô tô, sức bền vật liệu và thiết kế máy để:
- Xác định lực ép, kích thước vành ma sát theo điều kiện mô-men ma sát danh định.
- Thiết lập mô hình động học tính toán công trượt ($L$), công trượt riêng ($l_r$) và nhiệt lượng sinh ra nung nóng đĩa ép ($\Delta T$).
- Tính toán sức bền uốn, xoắn, cắt và dập của trục ly hợp, then hoa, lò xo giảm chấn, đinh tán và mối ghép then.
Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu
- Dữ liệu thông số kỹ thuật xuất xưởng của dòng xe tải Hyundai H150 do Hyundai Thành Công phân phối.
- Số liệu thống kê từ tổ chức nghiên cứu thị trường ô tô quốc tế JATO Dynamics và LMC Automotive.
- Hệ thống văn bản quy phạm pháp luật, chiến lược phát triển công nghiệp ô tô của Chính phủ Việt Nam.
- Các tiêu chuẩn tính toán thiết kế chi tiết máy và bảng tra cứu ứng suất cho phép trong ngành chế tạo ô tô.
Thiết kế và lựa chọn phương án kỹ thuật
So sánh và lựa chọn phương án dẫn động ly hợp
Đề tài tiến hành phân tích, so sánh 3 phương án dẫn động điều khiển ly hợp ma sát 1 đĩa:
| Tiêu chí kỹ thuật |
Phương án 1: Dẫn động cơ khí |
Phương án 2: Dẫn động thủy cơ |
Phương án 3: Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén |
| Đặc điểm cấu tạo |
Sử dụng bàn đạp, đòn bẩy, thanh kéo, dây cáp |
Gồm xi lanh chính, đường ống dầu, xi lanh công tác, càng mở |
Gồm hệ thống thủy lực kết hợp bình khí nén và van phân phối |
| Độ êm dịu khi đóng ngắt |
Đóng ngắt nhanh nhưng dễ bị giật |
Đóng ngắt rất êm dịu, hành trình làm việc ổn định |
Rất êm dịu, kiểm soát hành trình ngắt chính xác |
| Lực tác động lên bàn đạp |
Lớn, dễ gây mệt mỏi cho người lái |
Nhẹ nhàng, lực tác dụng vừa phải |
Rất nhẹ nhờ nguồn áp lực khí nén hỗ trợ |
| Khả năng bố trí không gian |
Bị hạn chế bởi đường truyền cơ khí cứng |
Rất linh hoạt, vị trí bàn đạp không phụ thuộc vị trí ly hợp |
Phức tạp, chiếm nhiều không gian do có bình khí và van |
| Bảo dưỡng và sửa chữa |
Kết cấu đơn giản, chi phí thấp, dễ sửa chữa |
Yêu cầu kín khít dầu phanh, bảo dưỡng định kỳ |
Chi phí chế tạo cao, kết cấu phức tạp khi đại tu |
| Mức độ phù hợp dòng xe |
Thích hợp cho xe máy nông nghiệp, xe cỡ nhỏ |
Tối ưu cho dòng xe tải nhẹ (Hyundai H150) |
Phù hợp với xe tải hạng nặng, xe khách lớn |
Kết luận lựa chọn: Tác giả chọn Phương án 2: Ly hợp ma sát khô 1 đĩa bị động, lò xo trụ bố trí xung quanh, dẫn động điều khiển kiểu thủy cơ, vì đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn về độ êm dịu, hiệu suất truyền động, kích thước nhỏ gọn và giá thành chế tạo hợp lý cho dòng xe tải nhẹ.
Kết quả tính toán thiết kế chi tiết cụm ly hợp
Quá trình tính toán động lực học và độ bền các cụm chi tiết chính trên xe tải Hyundai H150 được xác định như sau:
-
Đĩa ma sát và lực ép:
- Hệ số dự trữ ly hợp chọn $\beta = 1,8$ (nằm trong dải quy chuẩn xe tải $1,5 - 2,2$).
- Mô-men ma sát yêu cầu: $M_{ms} = \beta \cdot M_{emax} = 1,8 \cdot 255 = 459 \text{ N.m}$.
- Kích thước đĩa ma sát tiêu chuẩn: Đường kính ngoài $D = 260 \text{ mm}$, đường kính trong $d = 160 \text{ mm}$, chiều dày tấm ma sát $\delta = 3,5 \text{ mm}$, bán kính ma sát trung bình $R_{tb} = 0,105 \text{ m}$, hệ số ma sát khô $\mu = 0,3$, số đôi bề mặt ma sát $i = 2$.
- Tổng lực ép cần thiết của các lò xo: $P = 7285 \text{ N}$.
-
Công trượt và chế độ nhiệt:
- Khảo sát quá trình xe khởi hành ở tay số 1 ($i_{h1} = 4,271$), mô-men cản quy dẫn về trục ly hợp $M_a = 12,98 \text{ N.m}$.
- Cường độ tăng mô-men khi đóng ly hợp: $K = 220 \text{ N.m/s}$ (nằm trong giới hạn kinh nghiệm cho phép đối với xe tải là $150 - 750 \text{ N.m/s}$).
- Công trượt riêng $l_r$ đạt giá trị nhỏ hơn giới hạn cho phép ($l_r \le 2500 \text{ kJ/m}^2$).
- Độ tăng nhiệt độ của đĩa ép trong một lần khởi hành $\Delta T \le 10^\circ\text{C}$ với hệ số phân bố nhiệt $\gamma = 0,50$ và nhiệt dung riêng vật liệu $c = 481,5 \text{ J/kg.K}$, đảm bảo bề mặt không bị cháy và lò xo không bị biến tính đàn hồi.
-
Lò xo ép:
- Sử dụng lò xo trụ tiết diện tròn, bố trí xung quanh đĩa ép; vật liệu có giới hạn bền $\sigma_b = 1500 \text{ MPa}$, ứng suất xoắn cho phép $[\tau] = 450 \text{ MPa}$.
- Đường kính ngoài lò xo $D = 30 \text{ mm}$, đường kính dây lò xo $d = 5 \text{ mm}$, số vòng làm việc $n = 5$ vòng.
- Chiều dài tối thiểu khi chịu tải lớn nhất $L_{min} = 36 \text{ mm}$, chiều dài tự do khi không chịu tải $L_{max} = 49 \text{ mm}$, chiều dài làm việc $L_{lv} = 38,5 \text{ mm}$.
- Lực ép của một lò xo ở trạng thái làm việc $P_e = 631,3 \text{ N}$, lực nén lớn nhất khi mở ly hợp $P_{max} = 781,6 \text{ N}$, độ cứng lò xo $C = 60123,8 \text{ N/m}$.
-
Đĩa ép và đĩa bị động:
- Đĩa ép: Đường kính ngoài $D = 260 \text{ mm}$, đường kính trong $d = 160 \text{ mm}$, chiều dày đĩa ép $S_1 = 13 \text{ mm}$.
- Xương đĩa bị động: Chế tạo bằng thép lò xo (65Mn, 70Mn hoặc 85Mn) có xẻ rãnh hướng tâm và uốn lượn sóng để giảm cong vênh do nhiệt; chiều dày xương đĩa bằng $1,5 \text{ mm}$.
- Then hoa moay-ơ đĩa bị động: Sử dụng then hoa răng chữ nhật cỡ nặng bằng thép 40Cr tôi ram đạt độ cứng HRC $38 - 45$; thông số hình học gồm số răng $Z = 10$, đường kính trong $d = 28 \text{ mm}$, đường kính ngoài $D = 35 \text{ mm}$, chiều rộng răng $b = 4 \text{ mm}$, chiều cao răng $h = 2,7 \text{ mm}$, chiều dài moay-ơ $l = 35 \text{ mm}$.
-
Bộ giảm chấn xoắn và liên kết đinh tán:
- Lò xo giảm chấn: Gồm $Z_g = 8$ lò xo bố trí trên bán kính $R_{tbgc} = 100 \text{ mm}$; đường kính dây $d = 3 \text{ mm}$, đường kính trung bình lò xo $D_{tblx} = 15 \text{ mm}$, số vòng làm việc $n_{lx} = 4$ vòng; mô-men ma sát dập tắt dao động $M_{msgc} = 25,5 \text{ N.m}$.
- Đinh tán ghép tấm ma sát: Sử dụng đinh tán nhôm/đồng bố trí thành 2 dãy vòng tròn; bán kính dãy trong $r_1 = 190 \text{ mm}$, bán kính dãy ngoài $r_2 = 230 \text{ mm}$; số lượng mỗi dãy $n_1 = n_2 = 16$ đinh; đường kính đinh tán $d_{dt} = 5 \text{ mm}$, chiều dài rèn dập $l_{dt} = 2 \text{ mm}$.
-
Trục ly hợp và then:
- Trục ly hợp chế tạo bằng Thép 45 tôi cải thiện ($\sigma_b = 600 \text{ MPa}$, ứng suất uốn cho phép $[\sigma_{th}] = 50 - 70 \text{ MN/m}^2$).
- Kích thước đường kính các đoạn trục: đoạn lắp ổ đỡ đầu trục $d_1 = 40 \text{ mm}$, đoạn lắp moay-ơ đĩa bị động $d_2 = 45 \text{ mm}$, đoạn lắp ổ bi đỡ trục $d_3 = 40 \text{ mm}$, đoạn lắp may-ơ bánh răng $d_4 = 35 \text{ mm}$.
- Mối ghép then bằng trên đoạn trục $d = 35 \text{ mm}$ được kiểm nghiệm đạt điều kiện bền dập $[\sigma_d] \le 100 \text{ MPa}$.
Nội dung chính theo từng chương
Đặt vấn đề và Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 1 tổng hợp bức tranh toàn cảnh về ngành công nghiệp ô tô thế giới và thực trạng phát triển tại Việt Nam:
- Phân tích số liệu thị trường quốc tế nửa đầu năm 2018: Quy mô tiêu thụ toàn cầu đạt 44 triệu xe, sự tăng trưởng vượt bậc của Ấn Độ (vượt qua Đức) và xu thế phát triển tập trung vào 3 trụ cột: nâng cao hiệu suất động cơ đốt trong, kết nối thông minh và công nghệ xe tự hành.
- Đánh giá thực trạng ngành sản xuất ô tô Việt Nam: Phân tích tác động của các chính sách thuế, Nghị định 116/2017/NĐ-CP, Quyết định 1168/QĐ-TTg và Quyết định 589/QĐ-TTg; tổng năng lực lắp ráp đạt 600.000 xe/năm; bài học kinh nghiệm phát triển công nghiệp phụ trợ từ Thái Lan và Malaysia.
- Trình bày cơ sở lý thuyết tổng quan về cụm ly hợp ô tô: Định nghĩa, chức năng, yêu cầu kỹ thuật và phân loại chi tiết các dạng ly hợp (ly hợp ma sát 1 đĩa, 2 đĩa, ly hợp thủy lực, điện từ).
- Xác lập mục tiêu, phương pháp nghiên cứu và giới thiệu đối tượng thiết kế cụ thể là xe tải nhẹ Hyundai H150 với bảng thông số kỹ thuật chi tiết ($G = 3055 \text{ kg}$, $M_{emax} = 255 \text{ N.m}$, $N_{emax} = 98 \text{ kW}$).
Chương 2: Đề xuất, lựa chọn phương án thiết kế
Nội dung chương 2 tập trung phân tích kỹ thuật nhằm tìm kiếm giải pháp kết cấu phù hợp nhất:
- Đề xuất và mô tả nguyên lý làm việc của 3 phương án dẫn động ly hợp ma sát khô 1 đĩa:
- Phương án 1: Dẫn động cơ khí dùng đòn bẩy và thanh kéo.
- Phương án 2: Dẫn động thủy lực (thủy cơ) gồm xi lanh chính và xi lanh công tác.
- Phương án 3: Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén.
- Thiết lập hệ thống tiêu chí đánh giá lựa chọn: Tính nhỏ gọn, hiệu suất truyền động, độ cứng vững kết cấu, tính êm dịu khi gài khớp, lực đạp điều khiển nhẹ và tính thuận tiện trong bảo dưỡng, sửa chữa.
- Luận chứng kỹ thuật đi đến kết luận: Chọn phương án 2 (Ly hợp ma sát 1 đĩa bị động dẫn động bằng thủy cơ) làm kết cấu thiết kế chính thức cho xe tải Hyundai H150.
Chương 3: Thiết kế cụm chi tiết chính của ly hợp
Chương 3 là phần trọng tâm kỹ thuật của đồ án, thực hiện toàn bộ các bước tính toán động lực học, nhiệt học và độ bền:
- Tính toán kích thước hình học đĩa ma sát: Xác định đường kính ngoài $D = 260 \text{ mm}$, đường kính trong $d = 160 \text{ mm}$, chiều dày $\delta = 3,5 \text{ mm}$ với hệ số dự trữ $\beta = 1,8$ và lực ép lò xo $P = 7285 \text{ N}$.
- Tính toán quá trình trượt và kiểm tra nhiệt: Xác định mô-men quán tính quy dẫn $J_b$, mô-men cản $M_a = 12,98 \text{ N.m}$, thời gian trượt $t_1, t_2$, kiểm tra cường độ tăng mô-men $K = 220 \text{ N.m/s}$, công trượt riêng $l_r$ và kiểm nghiệm độ tăng nhiệt độ đĩa ép $\Delta T \le 10^\circ\text{C}$.
- Tính toán thiết kế lò xo ép: Chọn kích thước dây $d = 5 \text{ mm}$, đường kính ngoài $D = 30 \text{ mm}$, số vòng làm việc $n = 5$, xác định các chiều dài đặc tính $L_{min} = 36 \text{ mm}$, $L_{max} = 49 \text{ mm}$, $L_{lv} = 38,5 \text{ mm}$.
- Tính toán đĩa ép, đĩa bị động và then hoa: Xác định chiều dày đĩa ép $S_1 = 13 \text{ mm}$; chọn vật liệu thép lò xo cho đĩa bị động; tính bền then hoa moay-ơ trục ($Z = 10$, $d = 28 \text{ mm}$, $D = 35 \text{ mm}$).
- Tính toán cụm giảm chấn xoắn và đinh tán: Thiết kế 8 lò xo giảm chấn trên bán kính $100 \text{ mm}$; tính toán bố trí 32 đinh tán đồng/nhôm đường kính $5 \text{ mm}$ trên 2 dãy vòng tròn.
- Thiết kế động lực học trục ly hợp và then: Phân tích lực tác dụng lên trục, vẽ biểu đồ mô-men uốn và xoắn, xác định đường kính các đoạn trục ($d_1 = 40 \text{ mm}, d_2 = 45 \text{ mm}, d_3 = 40 \text{ mm}, d_4 = 35 \text{ mm}$); kiểm nghiệm bền dập then bằng may-ơ bánh răng.
Chương 4: Kết luận, kiến nghị
- Tổng hợp toàn bộ các kết quả tính toán thiết kế cụm ly hợp, khẳng định các kích thước và chỉ tiêu cơ học đều thỏa mãn điều kiện bền, điều kiện nhiệt và tuổi thọ làm việc.
- Đưa ra các kiến nghị liên quan đến việc ứng dụng kết quả tính toán vào thực tế sản xuất linh kiện, hoàn thiện quy trình công nghệ chế tạo và thử nghiệm cụm ly hợp trên các thiết bị kiểm tra chuyên dụng.
Kết quả và đóng góp
Kết quả tính toán kỹ thuật chính
| Bộ phận / Chi tiết |
Thông số tính toán thiết kế |
Giá trị xác lập |
Đơn vị |
Tiêu chuẩn kiểm nghiệm |
| Đĩa ma sát |
Đường kính ngoài ($D$) / trong ($d$) |
$260 / 160$ |
mm |
Đạt yêu cầu lắp ghép bánh đà |
|
Chiều dày tấm ma sát ($\delta$) |
3,5 |
mm |
Tiêu chuẩn bề mặt ma sát |
|
Hệ số dự trữ ly hợp ($\beta$) |
1,8 |
- |
Thỏa mãn dải $1,5 - 2,2$ |
| Chế độ trượt & nhiệt |
Cường độ tăng mô-men ($K$) |
220 |
N.m/s |
Nằm trong dải $150 - 750$ N.m/s |
|
Công trượt riêng ($l_r$) |
$< 2500$ |
kJ/m² |
Thỏa mãn độ bền mòn |
|
Độ tăng nhiệt độ đĩa ép ($\Delta T$) |
$\le 10$ |
°C |
Thỏa mãn giới hạn nhiệt cho phép |
| Lò xo ép |
Đường kính dây ($d$) / ngoài ($D$) |
$5 / 30$ |
mm |
Thỏa mãn $[\tau] = 450$ MPa |
|
Chiều dài tự do ($L_{max}$) / làm việc ($L_{lv}$) |
$49 / 38,5$ |
mm |
Đảm bảo lực ép $P_e = 631,3$ N |
| Đĩa ép |
Chiều dày đĩa ép ($S_1$) |
13 |
mm |
Thỏa mãn ứng suất chèn dập |
| Then hoa moay-ơ |
Kích thước then hoa ($Z \times d \times D$) |
$10 \times 28 \times 35$ |
mm |
Thỏa mãn ứng suất dập và cắt |
| Lò xo giảm chấn |
Số lượng lò xo ($Z_g$) / Bán kính đặt ($R_{tbgc}$) |
$8 / 100$ |
chiếc / mm |
Mô-men ma sát dập tắt $25,5$ N.m |
| Đinh tán đĩa bị động |
Số lượng ($n_1 + n_2$) / Đường kính ($d_{dt}$) |
$32 / 5$ |
cái / mm |
Đạt độ bền cắt và rèn dập |
| Trục ly hợp |
Kích thước trục các đoạn ($d_1, d_2, d_3, d_4$) |
$40, 45, 40, 35$ |
mm |
Thỏa mãn $[\sigma_{th}] = 50 - 70$ MN/m² |
Đề xuất và giải pháp kỹ thuật
- Áp dụng phương án dẫn động thủy cơ để giảm lực tác động lên bàn đạp ly hợp, đảm bảo sự êm dịu khi gài số và tăng tính tiện nghi cho người vận hành xe tải nhẹ.
- Sử dụng vật liệu thép lò xo đàn hồi kết hợp xẻ rãnh hướng tâm trên xương đĩa bị động nhằm hạn chế tối đa hiện tượng cong vênh khi đĩa ma sát bị nung nóng cục bộ trong quá trình trượt.
- Bố trí hệ thống 8 lò xo giảm chấn xoắn trên đĩa bị động nhằm triệt tiêu các dao động cộng hưởng phát sinh từ trục khuỷu động cơ diesel, bảo vệ các bánh răng của hộp số khỏi quá tải động.
Đóng góp của đề tài
- Xây dựng hoàn chỉnh quy trình tính toán thiết kế cơ khí cho cụm ly hợp xe tải nhẹ dựa trên cơ sở dữ liệu động cơ và hệ dẫn động thực tế của dòng xe thương mại Hyundai H150.
- Cung cấp bảng thông số kỹ thuật kích thước chi tiết, phục vụ trực tiếp cho việc thiết kế chế tạo phụ tùng thay thế trong nước, giảm sự phụ thuộc vào linh kiện nhập khẩu nguyên cụm.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế
- Đề tài tập trung chủ yếu vào tính toán lý thuyết và thiết kế động lực học giải tích, chưa tiến hành chế tạo mẫu thực nghiệm vật lý hoặc kiểm chứng các thông số mài mòn, độ tăng nhiệt thực tế trên băng thử chuyên dụng.
- Mô hình tính toán công trượt được khảo sát trong điều kiện chuẩn (khởi hành ở số 1 trên đường bằng phẳng với hệ số cản tổng cộng $\psi = 0,02$), chưa bao quát hết các điều kiện tải trọng phức tạp như khởi hành trên dốc cao, đường lầy lội hoặc khi xe kéo thêm rơ-moóc.
Hướng nghiên cứu tiếp
- Ứng dụng phần mềm mô phỏng số chuyên ngành (CAD/CAE) để phân tích trường ứng suất, biến dạng đàn hồi và mô phỏng sự truyền nhiệt trên đĩa ép và tấm ma sát trong điều kiện làm việc khắc nghiệt.
- Nghiên cứu chế tạo mẫu thử nghiệm và tiến hành kiểm tra trên băng thử ly hợp ô tô để hiệu chỉnh các hệ số thực nghiệm, tối ưu hóa vật liệu chế tạo tấm ma sát và lò xo ép.
Giá trị tham khảo
Đối tượng sử dụng
- Sinh viên và học viên chuyên ngành: Tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên ngành Kỹ thuật Ô tô, Cơ khí Động lực, Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí trong quá trình thực hiện đồ án môn học Thiết kế Ô tô, đồ án Chi tiết máy và đồ án tốt nghiệp kỹ sư.
- Cán bộ kỹ thuật và kỹ sư thiết kế: Cung cấp tài liệu tra cứu các bước tính toán động học, kiểm nghiệm sức bền và lựa chọn thông số kết cấu ly hợp ô tô tải nhẹ.
- Kỹ thuật viên bảo dưỡng, sửa chữa ô tô: Hỗ trợ việc chẩn đoán hư hỏng, kiểm tra giới hạn mòn của đĩa ma sát, độ đàn hồi của lò xo ép và phục vụ công tác đại tu hệ thống truyền lực.
Nội dung có giá trị tham khảo cao nhất
- Phương pháp luận và hệ thống công thức giải tích tính toán công trượt, công trượt riêng và kiểm nghiệm nhiệt độ nung nóng của đĩa ép.
- Trình tự thiết kế chi tiết các cụm thành phần cơ khí: từ đĩa ma sát, lò xo ép trụ, đĩa ép, xương đĩa bị động, lò xo giảm chấn đến trục ly hợp và mối ghép then hoa.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đề tài lại lựa chọn phương án dẫn động thủy cơ thay vì dẫn động cơ khí hay trợ lực khí nén?
Dẫn động cơ khí có kết cấu đơn giản nhưng lực đạp bàn đạp lớn và đóng ngắt không êm dịu, trong khi dẫn động trợ lực khí nén có cấu tạo cồng kềnh, chi phí sản xuất cao, thường chỉ dùng cho xe tải nặng. Phương án dẫn động thủy cơ đáp ứng hoàn hảo các yêu cầu của xe tải hạng nhẹ: kết cấu gọn, dễ bố trí đường ống dầu, đóng ngắt êm dịu, lực đạp vừa phải và độ tin cậy cao.
2. Thông số kích thước cơ bản của đĩa ma sát ly hợp được xác định là bao nhiêu?
Đĩa ma sát được tính toán và lựa chọn theo tiêu chuẩn lắp ghép với vành bánh đà xe Hyundai H150 gồm: đường kính ngoài $D = 260 \text{ mm}$, đường kính trong $d = 160 \text{ mm}$, chiều dày $\delta = 3,5 \text{ mm}$, hệ số ma sát khô $\mu = 0,3$ và hệ số dự trữ ly hợp $\beta = 1,8$.
3. Điều kiện kiểm nghiệm nhiệt sinh ra do trượt ly hợp được tính toán như thế nào?
Độ tăng nhiệt độ của đĩa ép ($\Delta T$) trong mỗi lần xe khởi hành được tính toán với hệ số cản mặt đường $\psi = 0,02$, nhiệt dung riêng của thép/gang $c = 481,5 \text{ J/kg.K}$ và hệ số nung nóng $\gamma = 0,50$. Kết quả tính toán đảm bảo $\Delta T \le 10^\circ\text{C}$, nằm trong giới hạn an toàn cho phép để không làm trơ bề mặt ma sát hay giảm tính đàn hồi của lò xo ép.
4. Hệ thống lò xo ép trong cụm ly hợp có kết cấu và thông số kỹ thuật ra sao?
Ly hợp sử dụng các lò xo ép dạng trụ tiết diện tròn bố trí xung quanh đĩa ép. Thông số hình học gồm: đường kính ngoài lò xo $D = 30 \text{ mm}$, đường kính dây lò xo $d = 5 \text{ mm}$, số vòng làm việc $n = 5$ vòng, chiều dài tự do $L_{max} = 49 \text{ mm}$, chiều dài làm việc $L_{lv} = 38,5 \text{ mm}$ và chiều dài nén tối thiểu $L_{min} = 36 \text{ mm}$.
5. Then hoa moay-ơ đĩa bị động sử dụng loại nào và kích thước bao nhiêu?
Moay-ơ đĩa bị động sử dụng mối ghép then hoa răng chữ nhật cỡ nặng chế tạo bằng thép 40Cr tôi ram đạt độ cứng HRC $38 - 45$. Kích thước danh nghĩa gồm: số răng $Z = 10$, đường kính trong $d = 28 \text{ mm}$, đường kính ngoài $D = 35 \text{ mm}$, chiều rộng răng $b = 4 \text{ mm}$, chiều cao răng $h = 2,7 \text{ mm}$ và chiều dài moay-ơ $l = 35 \text{ mm}$.
Kết luận
Khóa luận đã hoàn thành việc nghiên cứu tổng quan, đề xuất phương án và tính toán thiết kế hoàn chỉnh cụm ly hợp ma sát khô 1 đĩa bị động, dẫn động thủy cơ cho dòng xe tải nhẹ Hyundai H150. Toàn bộ các thông số hình học, chế độ trượt, độ tăng nhiệt và độ bền của các chi tiết chính như đĩa ma sát, lò xo ép, đĩa ép, đĩa bị động, lò xo giảm chấn, then hoa và trục ly hợp đều được kiểm nghiệm đạt tiêu chuẩn kỹ thuật. Kết quả nghiên cứu cung cấp tài liệu cơ sở khoa học có giá trị ứng dụng cao cho việc thiết kế, chế tạo linh kiện nội địa và phục vụ công tác đào tạo, sửa chữa trong ngành cơ khí ô tô.
