Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành cơ khí động lực và công nghệ kỹ thuật ô tô, cụm ly hợp là một trong những cụm chi tiết cơ bản của hệ thống truyền lực, giữ vai trò truyền hoặc ngắt dòng mô-men xoắn từ trục khuỷu động cơ đến hộp số và các cụm tiếp theo. Quá trình làm việc của ly hợp diễn ra trong điều kiện chịu tải trọng thay đổi liên tục, ma sát trượt sinh nhiệt cao và chịu tác động trực tiếp từ môi trường khí hậu, địa hình vận hành. Việc tính toán thiết kế, xác định các thông số hình học, kiểm nghiệm độ bền cơ học và nhiệt động học của cụm ly hợp là nhiệm vụ cốt lõi nhằm đảm bảo độ êm dịu khi gài số, bảo vệ hệ thống truyền lực khỏi hiện tượng quá tải và tăng độ bền tuổi thọ của các chi tiết.

Đồ án môn học "Tính toán thiết kế ô tô - Tính toán thiết kế ly hợp" do nhóm sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh (HUTECH) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Nhanh vào tháng 12 năm 2022. Đề tài tập trung vào việc nghiên cứu kết cấu, tính toán thiết kế và mô phỏng cụm ly hợp ma sát khô một đĩa cho dòng xe du lịch 7 chỗ, lấy các thông số kỹ thuật thực tế của xe Toyota Innova làm cơ sở tham chiếu.

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án được văn bản xác định cụ thể bao gồm ba nhiệm vụ:

  1. Trình bày công dụng, các yêu cầu kỹ thuật và phân loại các loại cụm ly hợp trên ô tô.
  2. Nắm vững kết cấu, nguyên lý hoạt động và phân tích động học, lực truyền của cụm ly hợp.
  3. Đo đạc kích thước thực tế từ các linh kiện thật của cụm ly hợp, ứng dụng phần mềm SolidWorks để xây dựng mô hình hình học không gian 3D và các bản vẽ kỹ thuật 2D.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là cụm ly hợp ma sát khô một đĩa thường đóng, sử dụng lò xo ép dạng đĩa (lò xo màng) kết hợp bộ giảm chấn xoắn và hệ thống dẫn động điều khiển bằng thủy lực có trợ lực. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở các thông số hình học, động lực học và độ bền của cụm ly hợp lắp trên dòng xe du lịch 7 chỗ (tham chiếu mẫu xe Toyota Innova động cơ xăng dung tích 2.0L VVT-i) trong điều kiện vận hành tiêu chuẩn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng trên nền tảng lý thuyết tính toán động lực học ô tô, lý thuyết ma sát học cơ khí và giáo trình sức bền vật liệu. Các khung lý thuyết và tài liệu tham khảo chính được nhóm tác giả sử dụng gồm:

  • Giáo trình "Tính toán thiết kế ô tô" của TS. Nguyễn Phụ Thượng Lưu (Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh).
  • Tài liệu "Bản vẽ kết cấu ly hợp Ôtô - Máy kéo" của tác giả Nguyễn Hữu Cẩn (1966).
  • Giáo trình "Sức bền vật liệu (Tập 1, 2)" của tác giả Lê Quang Minh và Nguyễn Văn Vượng (NXB Giáo dục, 2000).
  • Công thức kinh nghiệm của Viện HAHM dùng trong việc xác định công trượt của ly hợp khi ô tô khởi động tại chỗ.
  • Phương pháp giải tích ứng suất cơ học: Ứng suất cắt, ứng suất chèn dập đối với đinh tán và mối ghép then hoa; lý thuyết uốn - xoắn đồng thời theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất đối với trục ly hợp; lý thuyết uốn tấm mỏng tròn đối với lò xo màng.

Các phương pháp nghiên cứu thực tế đã được triển khai:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Phân loại, so sánh ưu nhược điểm của các dạng kết cấu ly hợp (ly hợp lò xo trụ xung quanh của xe ZIN-130, AZ-53 với ly hợp lò xo màng của xe Innova) và các hệ thống dẫn động (cơ khí, thủy lực, trợ lực khí nén, trợ lực chân không).
  • Phương pháp tính toán giải tích: Tính toán xác định mô-men ma sát yêu cầu, kích thước cơ bản của đĩa ma sát, công trượt, công trượt riêng, nhiệt độ tăng của đĩa ép khi đóng ly hợp và kiểm nghiệm ứng suất các chi tiết chịu lực.
  • Phương pháp đo đạc thực nghiệm: Sử dụng thước kẹp, dưỡng đo để lấy kích thước hình học chi tiết từ cụm ly hợp thực tế.
  • Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng: Ứng dụng phần mềm SolidWorks để dựng hình mô hình hóa 3D các chi tiết và lắp ráp cụm ly hợp.

Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng trong tính toán dựa trên thông số kỹ thuật của xe tham khảo Toyota Innova:

Thông số kỹ thuật Ký hiệu / Đơn vị Giá trị
Kích thước bao (Dài x Rộng x Cao) mm 4555 x 1770 x 1745
Chiều dài cơ sở mm 2750
Chiều rộng cơ sở (Trước / Sau) mm 1510 / 1510
Trọng lượng bản thân / Toàn bộ kg 1530 / 2170
Vận tốc cực đại km/h 200
Động cơ Loại 4 xi-lanh thẳng hàng, 16 van DOHC, VVT-i
Công suất cực đại ($N_{e\max}$) ml (mã lực) / vg/ph 134 / 5600
Mô-men xoắn cực đại ($M_{e\max}$) kG.m (N.m) / vg/ph 18,6 (182,4) / 4000
Tỉ số truyền tay số 1 ($i_{h1}$) - 4,12
Tỉ số truyền lực chính ($i_o$) - 4,53
Kích thước lốp - 195/70/R14T

Thiết kế và triển khai

Cụm ly hợp được thiết kế theo phương án ly hợp ma sát khô 1 đĩa thường đóng, sử dụng lò xo màng làm cơ cấu tạo lực ép và cơ cấu ngắt ly hợp, kết hợp hệ thống dẫn động điều khiển bằng thủy lực có trợ lực chân không. Nhóm tác giả thực hiện đo đạc trực tiếp các chi tiết từ cụm ly hợp thực tế để thu thập dữ liệu phục vụ dựng mô hình 3D trên phần mềm SolidWorks.

Thông số kích thước đo đạc chi tiết phục vụ mô hình hóa được tổng hợp như sau:

Tên bộ phận / chi tiết Kích thước và thông số đo đạc thực tế
Đinh tán đĩa ma sát Đường kính đầu đinh: $\varnothing 8$ mm; Đường kính thân: $\varnothing 5,5$ mm; Độ dày mũ: 1,25 mm; Chiều dài thân: 6,75 mm.
Lò xo giảm chấn Đường kính dây lò xo: $\varnothing 3$ mm; Bán kính uốn xoắn: 10 mm; Chiều dài tự do: 34,4 mm.
Lò xo nhỏ Đường kính dây: $\varnothing 0,75$ mm; Bán kính uốn xoắn: 2,875 mm; Chiều dài tự do: 9,75 mm; Chiều cao trụ: 11,25 mm.
Chốt dừng Đường kính mũ: $\varnothing 3$ mm; Đường kính trục: $\varnothing 2$ mm; Đường kính đầu chốt: $\varnothing 9$ mm; Đường kính thân chốt: $\varnothing 7$ mm; Độ dày mũ: 1 mm; Chiều dài thân: 16,80 mm.
Nắp lò xo Độ dày: 1,75 mm; Đường kính ngoài: $\varnothing 123,9$ mm; Đường kính trục: $\varnothing 30$ mm; Chiều cao: 6,39 mm; Có 4 lỗ lắp chốt dừng M5.
Đĩa ma sát Đường kính trong: $\varnothing 125$ mm; Đường kính ngoài: $\varnothing 180$ mm; Chiều dày: 4 mm; Rãnh: $\varnothing 2,25$ mm; 12 lỗ định vị M5 mm.
Đĩa ép Đường kính ngoài: $\varnothing 180$ mm; Đường kính lỗ trong: $\varnothing 45$ mm; Độ dày: 0,75 mm; 4 lỗ lắp chốt dừng $\varnothing 7$ mm; 12 lỗ đinh tán ghép đĩa ma sát.
Đĩa áp suất ly hợp Đường kính đĩa: $\varnothing 190$ mm; Đường kính trong: 126,5 mm; Chiều dày: 13,5 mm; Chiều rộng: 228,9 mm; 3 lỗ ren M5 bước ren 0,8 mm (chiều dài lỗ ren 0,5 mm).
Moay-ơ ly hợp Đường kính ngoài: $\varnothing 43$ mm; Chiều cao răng ngoài: 8 mm; Răng trong mô-đun: 0,6; Chiều dài răng: 24 mm; Đường kính ngoài hình học: $\varnothing 26$ mm; Đường kính chân răng: 13,2 mm.
Bánh đà Đường kính ngoài: $\varnothing 241,9$ mm; Đường kính trong: $\varnothing 60$ mm; 4 lỗ không ren $\varnothing 12$ mm sâu 8 mm; Chiều dày: 17,75 mm; 5 lỗ ren M5 ($\varnothing 5,25$ mm) lắp nắp ly hợp; Chiều cao vành răng: 6 mm.
Lò xo hoành (lò xo màng) Chiều rộng ngoài: $\varnothing 183$ mm; Chiều dày: 2 mm; Chiều cao nón: 17,5 mm; Đường kính trong: $\varnothing 30$ mm.
Nắp ly hợp Chiều cao: 30 mm; Chiều rộng: $\varnothing 220$ mm; Chiều dày: 2 mm; 3 lỗ không ren $\varnothing 5,25$ mm.
Mặt bích trung tâm Chiều dày: 3,5 mm; Đường kính trong: 190 mm; Đường kính ngoài: $\varnothing 124$ mm; Tâm khớp với tâm moay-ơ.
Đệm lò xo Chiều dày: 0,25 mm; Đường kính trong: $\varnothing 50$ mm; Đường kính ngoài: $\varnothing 60$ mm; Chiều cao: 3 mm.
Vòng đệm (Plate Washer) Chiều dày: 3 mm; Đường kính trong: $\varnothing 54$ mm; Chiều dài cạnh: 63,36 mm; Cạnh vát: 6 mm.
Đĩa đồng tâm Chiều dày: 3,75 mm; Đường kính trong: $\varnothing 26$ mm; Đường kính ngoài: $\varnothing 37$ mm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Chương 1 trình bày tổng quan về vai trò của ngành công nghiệp ô tô đối với nền kinh tế và an ninh quốc phòng, mục tiêu phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam theo định hướng của Đảng và Nhà nước. Tác giả nêu rõ tầm quan trọng của hệ thống ly hợp như một cụm chi tiết làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, chịu ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ, ma sát và rung động. Nội dung chương đề ra các mục tiêu nghiên cứu cụ thể, phương pháp tiếp cận từ thu thập tài liệu, tính toán lý thuyết đến đo đạc thực tế và mô phỏng 3D trên SolidWorks.

Chương 2: Ly hợp trên ô tô

Chương này hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về ly hợp:

  • Công dụng và yêu cầu: Phân tích nhiệm vụ truyền mô-men quay êm dịu, cắt truyền động dứt khoát, đóng vai trò cơ cấu an toàn chống quá tải cho hệ thống truyền lực và động cơ.
  • Kết cấu chung: Mô tả chi tiết 3 phần chính gồm phần chủ động (bánh đà, nắp ly hợp, mâm ép), phần bị động (đĩa ma sát, moay-ơ, trục sơ cấp hộp số) và cơ cấu điều khiển ngắt ly hợp (dạng cơ khí và dạng thủy lực). Chương cũng phân tích chi tiết cấu tạo bánh đà khối lượng đơn, bánh đà khối lượng kép (Dual Mass Flywheel - DMF), mâm ép lò xo trụ, mâm ép lò xo màng, vòng bi mở và bộ giảm chấn dập tắt dao động xoắn.
  • Phân loại ly hợp: Phân tích theo 4 tiêu chí chính:
    1. Theo phương pháp truyền mô-men: Ly hợp ma sát (ma sát khô/ướt, loại 1 đĩa/2 đĩa/nhiều đĩa, ma sát nón, ma sát trống; vật liệu thép-gang, thép-phêrađô...), ly hợp thủy lực, ly hợp điện từ và ly hợp liên hợp (thủy cơ).
    2. Theo trạng thái làm việc: Ly hợp thường đóng và ly hợp thường mở.
    3. Theo phương pháp tạo lực ép: Lò xo (lò xo đặt xung quanh, lò xo trung tâm, lò xo đĩa/màng), điện từ, ly tâm và nửa ly tâm.
    4. Theo phương pháp dẫn động: Điều khiển tự động và điều khiển cưỡng bức (dẫn động cơ khí, dẫn động thủy lực, dẫn động có trợ lực chân không/khí nén).

Chương 3: Lựa chọn phương án thiết kế ly hợp

Chương 3 tiến hành so sánh, đánh giá kết cấu thực tế của các dòng xe:

  • Đánh giá kết cấu ly hợp: So sánh ly hợp ma sát một đĩa dùng lò xo trụ bố trí xung quanh của xe ZIN-130 và xe AZ-53 với ly hợp dùng lò xo màng của xe Toyota Innova. Kết luận lựa chọn kết cấu ly hợp ma sát khô 1 đĩa, thường đóng, dùng lò xo màng kiểu Toyota Innova vì kết cấu nhỏ gọn, lực đạp nhẹ, lực ép đều và khả năng tự cân bằng ở tốc độ cao.
  • Đánh giá phương án dẫn động: Phân tích nguyên lý và ưu nhược điểm của 4 phương án dẫn động điều khiển:
    1. Phương án 1: Dẫn động cơ khí (đơn giản nhưng lực đạp lớn, hiệu suất truyền lực thấp).
    2. Phương án 2: Dẫn động thủy lực (kết cấu gọn, độ cứng vững cao, đóng êm dịu).
    3. Phương án 3: Dẫn động cơ khí có cường hóa khí nén.
    4. Phương án 4: Dẫn động thủy lực có cường hóa khí nén.
  • Lựa chọn thiết kế: Chọn phương án dẫn động thủy lực có trợ lực chân không phù hợp với xe du lịch 7 chỗ, vừa đảm bảo lực bàn đạp nhẹ nhàng, vừa tạo cảm giác bàn đạp tốt và dễ bảo dưỡng.

Chương 4: Nội dung thiết kế tính toán

Chương 4 là phần trọng tâm tính toán giải tích của đồ án, bao gồm:

  • Xác định mô-men ma sát: Chọn hệ số dự trữ $\beta = 1,5$ (trong khoảng cho phép $1,3 \div 1,75$), tính được mô-men ma sát yêu cầu $M_c = \beta \cdot M_{e\max} = 1,5 \cdot 18,6 = 27,9\text{ kG.m}$.
  • Xác định kích thước đĩa ma sát: Tính sơ bộ đường kính ngoài theo công thức kinh nghiệm với $C = 4,7$ ra $D_2 = 200\text{ mm}$, chọn chuẩn $D_2 = 220\text{ mm}$ (bán kính ngoài $R_2 = 110\text{ mm}$). Bán kính trong $R_1 = 70\text{ mm}$, bán kính ma sát trung bình $R_{tb} = 90\text{ mm}$, bề rộng tấm ma sát $b = 40\text{ mm}$. Với hệ số ma sát $\mu = 0,3$, áp suất tiếp xúc tính toán $q = 2,28\text{ kG/cm}^2$, thỏa mãn điều kiện bền $[q] = 2,5\text{ kG/cm}^2$.
  • Tính toán nhiệt và công trượt: Tính công trượt khi khởi động tại chỗ theo công thức Viện HAHM được $L = 4945\text{ kG.m}$; công trượt riêng $l_o = 10,94\text{ kG.m/cm}^2$ (thỏa mãn $[l_o] = 10 \div 12\text{ kG.m/cm}^2$); độ tăng nhiệt độ của đĩa ép ngoài $\Delta T = 8,39^\circ\text{C}$ (thỏa mãn giới hạn cho phép $[\Delta T] = 8 \div 10^\circ\text{C}$).
  • Kiểm nghiệm sức bền chi tiết:
    • Đĩa bị động: Sử dụng vật liệu phêrađô dày $\delta = 4,5\text{ mm}$, xương đĩa thép 50 dày 2 mm. Đinh tán bằng đồng $d = 4\text{ mm}$ chia 2 dãy ($n_1 = 12$ đinh ở $r_1 = 85\text{ mm}$, $n_2 = 12$ đinh ở $r_2 = 100\text{ mm}$). Ứng suất cắt và chèn dập dãy trong là $\tau_{c1} = 30,52\text{ kG/cm}^2 < 100$, $\sigma_{cd1} = 42,59\text{ kG/cm}^2 < 250$; dãy ngoài là $\tau_{c2} = 35,82\text{ kG/cm}^2 < 100$, $\sigma_{cd2} = 50\text{ kG/cm}^2 < 250$.
    • Moay-ơ đĩa bị động: Vật liệu thép 40X, then hoa $z = 10$, $L = 3\text{ cm}$, $D = 3,5\text{ cm}$, $d = 2,8\text{ cm}$, $b = 0,4\text{ cm}$. Ứng suất cắt $\tau_c = 98,4\text{ kG/cm}^2 < 100$, ứng suất chèn dập $\sigma_{cd} = 123,94\text{ kG/cm}^2 < 200$. Đinh tán moay-ơ thép 30 ($d = 6\text{ mm}$, $n = 4$) có $\tau_c = 164,54\text{ kG/cm}^2 < 300$, $\sigma_{cd} = 193,75\text{ kG/cm}^2 < 800$.
    • Lò xo màng: Lực ép yêu cầu $P = 6082\text{ N}$, đường kính ngoài $D_e = 210\text{ mm}$, đường kính trong $D_i = 70\text{ mm}$, chiều dày $\delta = 2,5\text{ mm}$, số cánh màng $Z = 12$.
    • Lò xo giảm chấn: Mô-men cực đại $M_{\max} = 318,46\text{ kG.m}$, phân bổ mô-men dập dao động cao tần $M_1 = 23884,5\text{ kG.cm}$ và dao động thấp tần $M_2 = 7961,5\text{ kG.cm}$ (25%). Bố trí $Z_1 = 4$ lò xo thép 65 trên bán kính $R_1 = 40\text{ mm}$, lực ép mỗi lò xo $P_1 = 1492,8\text{ kG}$, đường kính vòng $D' = 16\text{ mm}$, đường kính dây $d' = 4\text{ mm}$, số vòng làm việc $n_o = 5$ vòng.
    • Trục ly hợp: Vật liệu thép 40X. Tính toán lực ăn khớp của cặp bánh răng nghiêng ($P_{v1} = 332\text{ N}$, $P_{r1} = 127\text{ N}$) và bánh răng số 1 ($P_{v2} = 601\text{ N}$, $P_{r2} = 219\text{ N}$). Xác định phản lực gối đỡ, biểu đồ mô-men uốn và xoắn. Kiểm nghiệm tại tiết diện nguy hiểm (11): Ứng suất tương đương $\sigma_{th} = 148\text{ kG/cm}^2 < [\sigma] = 500\text{ kG/cm}^2$; ứng suất chèn dập then hoa trục $\sigma_{cd} = 131\text{ kG/cm}^2 < 250\text{ kG/cm}^2$; độ võng tổng hợp $f = 0,0085\text{ mm} < [f] = 0,1\text{ mm}$; góc xoay tổng hợp $\theta = 0,00019\text{ rad} < [\theta] = 0,001\text{ rad}$.

Chương 5: Phân tích các hư hỏng của ly hợp

Chương 5 phân loại và phân tích chi tiết nguyên nhân, hiện tượng và biện pháp khắc phục của 8 dạng hư hỏng thường gặp:

  1. Ly hợp bị trượt trong quá trình làm việc: Đĩa ma sát mòn nhiều, mất hành trình tự do bàn đạp, lò xo ép bị yếu hoặc gãy, bề mặt dính dầu mỡ.
  2. Ly hợp ngắt không hoàn toàn: Hành trình tự do bàn đạp quá lớn, đĩa ma sát/đĩa ép bị cong vênh, sai lệch khe hở bạc mở - đòn mở, bi T bị kẹt.
  3. Ly hợp đóng đột ngột: Đĩa ma sát mất đàn hồi, lò xo giảm chấn liệt, then hoa rơ lỏng, hệ thống thủy lực có bọt khí.
  4. Ly hợp phát ra tiếng kêu: Rơ lỏng bánh đà/bàn ép, hỏng bi đầu trục, then hoa mòn rơ, đinh tán lỏng.
  5. Chấn rung bàn đạp ly hợp: Động cơ và hộp số mất đồng tâm, bánh đà bị đảo lệch tâm.
  6. Động cơ bị rung, giật mạnh khi nhả bàn đạp: Bàn đạp chỉnh sai, nứt vỡ bàn ép, gãy lò xo giảm chấn, then hoa mòn.
  7. Không mở được ly hợp: Đĩa ma sát dính chặt vào bánh đà do nước hoặc để lâu ngày, kẹt bi T, rò rỉ mất áp suất dầu thủy lực.
  8. Đĩa ma sát mòn nhanh: Thói quen tỳ chân lên bàn đạp côn khi lái xe, lò xo ép yếu, bề mặt vênh, thiếu hành trình tự do. Bên cạnh đó, chương còn đưa ra các chỉ dẫn an toàn khi sử dụng dụng cụ chuyên dụng trong xưởng: Súng hơi (chú ý ren, siết nấc nhỏ trước khi siết nấc lớn) và cần siết lực (tăng lực siết từ thấp đến cao, mỗi lần tăng $1,5 \div 2\text{ kg}$).

Chương 6: Thiết kế và mô phỏng ly hợp

Trình bày các bảng thông số đo đạc kích thước thực tế của 16 chi tiết/cụm chi tiết trong ly hợp và quy trình mô hình hóa hình học các chi tiết trên phần mềm SolidWorks.

Chương 7: Kết luận và hướng phát triển

Đánh giá mức độ hoàn thành nhiệm vụ tính toán thiết kế ly hợp ô tô, xác nhận các kết quả tính toán đều nằm trong phạm vi an toàn cho phép và đề ra các định hướng mở rộng nghiên cứu.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã hoàn thành đầy đủ chu trình tính toán thiết kế kỹ thuật cụm ly hợp ô tô du lịch 7 chỗ dựa trên số liệu xe tham khảo Toyota Innova và đo đạc mẫu thực tế. Toàn bộ các kết quả kiểm nghiệm sức bền và nhiệt động lực học đều thỏa mãn điều kiện an toàn theo tiêu chuẩn thiết kế ô tô:

Đại lượng kiểm nghiệm Giá trị tính toán Giới hạn cho phép Kết luận
Áp lực riêng trên bề mặt ma sát ($q$) $2,28\text{ kG/cm}^2$ $[q] \le 2,5\text{ kG/cm}^2$ Đạt yêu cầu bền
Công trượt riêng bề mặt ($l_o$) $10,94\text{ kG.m/cm}^2$ $[l_o] = 10 \div 12\text{ kG.m/cm}^2$ Đạt yêu cầu chống mòn
Độ tăng nhiệt độ đĩa ép ngoài ($\Delta T$) $8,39^\circ\text{C}$ $[\Delta T] \le 8 \div 10^\circ\text{C}$ Đạt yêu cầu nhiệt
Ứng suất cắt đinh tán đĩa ma sát ($\tau_c$) $30,52 \div 35,82\text{ kG/cm}^2$ $[\tau_c] \le 100\text{ kG/cm}^2$ Đạt yêu cầu bền
Ứng suất dập đinh tán đĩa ma sát ($\sigma_{cd}$) $42,59 \div 50,00\text{ kG/cm}^2$ $[\sigma_{cd}] \le 250\text{ kG/cm}^2$ Đạt yêu cầu bền
Ứng suất cắt then hoa moay-ơ ($\tau_c$) $98,4\text{ kG/cm}^2$ $[\tau_c] \le 100\text{ kG/cm}^2$ Đạt yêu cầu bền
Ứng suất dập then hoa moay-ơ ($\sigma_{cd}$) $123,94\text{ kG/cm}^2$ $[\sigma_{cd}] \le 200\text{ kG/cm}^2$ Đạt yêu cầu bền
Ứng suất cắt đinh tán moay-ơ ($\tau_c$) $164,54\text{ kG/cm}^2$ $[\tau_c] \le 300\text{ kG/cm}^2$ Đạt yêu cầu bền
Ứng suất dập đinh tán moay-ơ ($\sigma_{cd}$) $193,75\text{ kG/cm}^2$ $[\sigma_{cd}] \le 800\text{ kG/cm}^2$ Đạt yêu cầu bền
Ứng suất tương đương trục ly hợp ($\sigma_{th}$) $148\text{ kG/cm}^2$ $[\sigma] \le 500\text{ kG/cm}^2$ Đạt yêu cầu bền uốn-xoắn
Ứng suất dập then hoa trục ly hợp ($\sigma_{cd}$) $131\text{ kG/cm}^2$ $[\sigma_{cd}] \le 250\text{ kG/cm}^2$ Đạt yêu cầu bền
Độ võng tổng hợp của trục ly hợp ($f$) $0,0085\text{ mm}$ $[f] \le 0,1\text{ mm}$ Đạt độ cứng vững
Góc xoay tổng hợp của trục ly hợp ($\theta$) $0,00019\text{ rad}$ $[\theta] \le 0,001\text{ rad}$ Đạt độ cứng vững

Về mặt giải pháp kỹ thuật và chẩn đoán bảo dưỡng, đồ án tổng hợp quy trình xử lý 8 nhóm sự cố cơ bản của cụm ly hợp ma sát khô và các quy tắc hiệu chỉnh khe hở hành trình tự do của bàn đạp, cách thức định tâm trục khuỷu - hộp số, cũng như quy trình thao tác với súng xiết ốc bằng khí nén và cần siết lực.

Về mặt đóng góp học thuật và thực tiễn do nhóm tác giả tự nêu: Đồ án đã kết hợp việc vận dụng lý thuyết giải tích truyền thống với quy trình đo đạc ngược từ linh kiện vật lý thực tế, từ đó lập bảng dữ liệu kích thước hình học chi tiết phục vụ mô hình hóa 3D trên SolidWorks, tạo tiền đề kiến thức cho đồ án tốt nghiệp chuyên ngành kỹ thuật ô tô.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo tự nhận xét của nhóm tác giả trong văn bản, đồ án còn tồn tại một số hạn chế:

  • Nhóm chưa thực hiện việc chế tạo hoặc đúc thực tế các chi tiết cơ khí mà chủ yếu dựa trên các bộ phận có sẵn để đo đạc và tính toán kiểm nghiệm.
  • Kinh nghiệm thực tế và kiến thức chuyên sâu của nhóm sinh viên còn hạn chế, dẫn đến việc mô hình hóa CAD có thể xuất hiện dung sai so với thực tế chế tạo nguyên khối.

Các hướng phát triển tiếp theo được nhóm tác giả đề xuất:

  • Nghiên cứu quy trình lắp ráp hoàn chỉnh các cụm chi tiết trong toàn bộ hệ thống truyền lực ô tô.
  • Mở rộng phạm vi tính toán chi tiết cơ tính và công nghệ vật liệu chế tạo từng linh kiện cấu thành.
  • Hoàn thiện kỹ năng thực hành lắp ráp, căn chỉnh và kiểm tra thực nghiệm hoạt động của hệ thống trên bệ thử.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực thực hiện đồ án môn học "Tính toán thiết kế ô tô", đồ án chuyên ngành hoặc khóa luận tốt nghiệp liên quan đến hệ thống truyền động và cụm ly hợp.
  • Kỹ thuật viên sửa chữa ô tô cần hệ thống hóa các dạng hư hỏng, nguyên nhân và phương pháp khắc phục sự cố trên cụm ly hợp ma sát khô dẫn động thủy lực.

Các phần có giá trị tham khảo cao nhất trong tài liệu gồm: Hệ thống công thức tính toán kiểm nghiệm sức bền chi tiết (Chương 4), bảng thông số kích thước đo đạc chi tiết phục vụ dựng hình 3D (Chương 6) và hướng dẫn phân tích hư hỏng thực tế (Chương 5).

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án lựa chọn hệ số dự trữ của ly hợp bằng bao nhiêu và mô-men ma sát tính toán là bao nhiêu?
Tác giả lựa chọn hệ số dự trữ $\beta = 1,5$ (nằm trong dải thực nghiệm đối với xe du lịch từ $1,3 \div 1,75$). Với mô-men xoắn cực đại của động cơ Toyota Innova $M_{e\max} = 18,6\text{ kG.m}$, mô-men ma sát yêu cầu của ly hợp được xác định là $M_c = \beta \cdot M_{e\max} = 1,5 \cdot 18,6 = 27,9\text{ kG.m}$.

2. Kích thước cơ bản của đĩa ma sát được lựa chọn như thế nào và áp lực riêng có đạt tiêu chuẩn không?
Đường kính ngoài của đĩa ma sát được chọn là $D_2 = 220\text{ mm}$ ($R_2 = 110\text{ mm}$), bán kính trong $R_1 = 70\text{ mm}$, bán kính ma sát trung bình $R_{tb} = 90\text{ mm}$, bề rộng tấm ma sát $b = 40\text{ mm}$. Áp lực riêng trên bề mặt ma sát tính được là $q = 2,28\text{ kG/cm}^2$, nhỏ hơn áp suất riêng cho phép $[q] = 2,5\text{ kG/cm}^2$.

3. Tại sao lò xo màng được ưu tiên lựa chọn hơn so với lò xo trụ đặt xung quanh?
Theo phân tích ở Chương 2 và Chương 3, lò xo màng (lò xo đĩa) có nhiều ưu điểm vượt trội đối với xe du lịch: Lực bàn đạp ly hợp nhỏ, lực ép tác dụng lên mâm ép phân bố đều hơn, lực ép không bị suy giảm ở tốc độ vòng quay cao, kết cấu đối xứng tròn xoay dễ cân bằng động, tích hợp luôn vai trò của các đòn mở giúp kết cấu cụm ly hợp gọn nhẹ hơn lò xo trụ.

4. Kết quả kiểm tra nhiệt độ của đĩa ép khi khởi động xe tại chỗ là bao nhiêu?
Với công trượt khởi động tại chỗ $L = 4945\text{ kG.m}$, khối lượng đĩa ép $m_t = 6\text{ kg}$, độ tăng nhiệt độ tính toán của đĩa ép ngoài là $\Delta T = 8,39^\circ\text{C}$, nằm trong giới hạn cho phép đối với ô tô không kéo rơ-moóc là $[\Delta T] = 8 \div 10^\circ\text{C}$.

5. Trục ly hợp được kiểm tra sức bền và độ cứng vững tại những vị trí nào?
Trục ly hợp (bằng thép 40X) được kiểm tra uốn - xoắn kết hợp tại tiết diện nguy hiểm (11) lắp ổ lăn với ứng suất $\sigma_{th} = 148\text{ kG/cm}^2 < 500\text{ kG/cm}^2$; kiểm tra ứng suất chèn dập then hoa đạt $\sigma_{cd} = 131\text{ kG/cm}^2 < 250\text{ kG/cm}^2$; độ võng tổng hợp tại vị trí bánh răng luôn ăn khớp đạt $f = 0,0085\text{ mm} < 0,1\text{ mm}$ và góc xoay tổng hợp đạt $\theta = 0,00019\text{ rad} < 0,001\text{ rad}$.

Kết luận

Đồ án "Tính toán thiết kế ly hợp" của nhóm sinh viên Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ tính toán thiết kế cụm ly hợp ma sát khô một đĩa thường đóng sử dụng lò xo màng cho xe du lịch 7 chỗ dựa trên thông số kỹ thuật xe Toyota Innova. Các kết quả tính toán động lực học, áp suất tiếp xúc, công trượt, nhiệt độ nung nóng và độ bền cơ học của đinh tán, moay-ơ, lò xo màng, lò xo giảm chấn cùng trục ly hợp đều thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn. Đồng thời, đồ án đã hoàn thành bảng đo đạc kích thước thực tế để dựng hình mô phỏng 3D trên phần mềm SolidWorks và tổng hợp hệ thống chẩn đoán 8 dạng hư hỏng cơ bản của ly hợp ô tô.