Xây ựng phƣơng pháp đánh giá độ ền vỏ cầu ô tô tải ằng tính toán lý thuyết; khảo sát độ bền và đề xuất giải pháp cải thiện kết cấu vỏ cầu chủ động xe tải nh 2 45 tấn sản xuất, lắp ráp tại việt nam

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, đƣợc sự hƣớng dẫn
khoa học của PGS.TS. Dƣ Quốc Thịnh và PGS.TS. Lê Hồng Quân. Các kết quả nghiên
cứu đƣợc trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chƣa từng để bảo vệ ở bất kỳ
học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã đƣợc cám ơn,
các thông tin trích dẫn trong luận án này đều đƣợc chỉ rõ nguồn gốc.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày 10 tháng 3 năm 2017
TM. Tập thể hƣớng dẫn

Tác giả luận án

PGS.TS. Lê Hồng Quân

Trần Phúc Hòa


LỜI CÁM ƠN
Trƣớc hết, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy hƣớng dẫn
chính, PGS.TS. Dƣ Quốc Thịnh, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng và chỉ bảo giúp
đỡ tôi với sự tận tâm, trách nhiệm và khoa học trong suốt quá trình thực hiện luận án này.
Tôi xin trân trọng cám ơn PGS.TS. Lê Hồng Quân, với vai trò là ngƣời hƣớng dẫn,
đã tận tình hƣớng dẫn, luôn theo sát chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi
thực hiện các kế hoạch học tập và nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng gửi lời cám ơn sâu sắc đến các thầy của Bộ môn Ô tô và Xe
chuyên dụng, Viện Sau đại học, Viện Cơ khí động lực thuộc Trƣờng Đại học Bách Khoa
Hà Nội với những sự góp ý, giúp đỡ rất thiết thực và sáng suốt trong suốt quá trình học tập
và thực hiện luận án.
Tôi xin trân trọng bày tỏ lời cám ơn đến Ban Giám hiệu và toàn thể các thầy trong
Khoa Công nghệ ô tô, Khoa Cơ khí và đơn vị nơi tôi đang công tác thuộc Trƣờng Đại học

Công nghiệp Hà Nội, đã luôn tạo điều kiện, ủng hộ và giúp đỡ tôi về mọi mặt trong suốt
quá trình theo học Nghiên cứu sinh.
Tôi rất cám ơn và trân trọng sự hợp tác, hỗ trợ của các phòng thí nghiệm chuyên
ngành của các trƣờng Đại học Lâm nghiệp, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Học viện Nông
nghiệp Việt Nam, Đại học Giao thông vận tải, Câu lạc bộ Cơ khí động lực, Tổng công ty
Máy động lực và máy nông nghiệp, Trung tâm thử nghiệm xe cơ giới thuộc Cục Đăng
kiểm Việt Nam, Công ty Altair Engineering… đã hỗ trợ, tạo điều kiện về phƣơng tiện, kỹ
thuật và trang thiết bị sử dụng cho tính toán và thí nghiệm góp phần thực hiện thành công
luận án.
Xin gửi lời cám ơn chân thành tới các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp đã luôn sát
cánh và giúp đỡ thiết thực cho luận án này.
Cuối cùng, xin gửi lời biết ơn đặc biệt nhất tới gia đình tôi, những ngƣời đã luôn ở
bên cạnh động viên, chia sẻ những khó khăn và là động lực giúp tôi hoàn thành luận án.
Hà Nội, ngày 10 tháng 3 năm 2017
Nghiên cứu sinh

Trần Phúc Hòa


MỤC LỤC
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. i
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................ v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................................... vi
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................................. 4
1.1 Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam và sự phát triển của lĩnh vực sản xuất ô tô tải . 4
1.1.1 Thực trạng ........................................................................................................ 4
1.1.2. Định hƣớng phát triển ..................................................................................... 4
1.1.3. Những tồn tại và nhu cầu phải đầu tƣ nghiên cứu phát triển .......................... 5
1.1.4 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm và sản xuất các ộ phận của

HTTL ô tô tải.................................................................................................... 6
1.2 Vỏ cầu chủ động ô tô tải .......................................................................................... 6
1.2.1 Cấu tạo chung của cầu chủ động ...................................................................... 6
1.2.2 Chức năng, nhiệm vụ của cầu chủ động ........................................................... 7
1.2.3 Đặc điểm cấu tạo và điều kiện làm việc của vỏ cầu chủ động ô tô tải ............. 7
1.3 Độ ền vỏ cầu và các phƣơng pháp đánh giá ........................................................ 12
1.3.1 Phƣơng pháp truyền thống ............................................................................. 12
1.3.2 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn PTHH .......................................................... 13
1.3.3 Phƣơng pháp thực nghiệm .............................................................................. 14
1.4 Các hƣớng nghiên cứu về độ ền vỏ cầu chủ động ............................................... 15
1.4.1 Đánh giá độ ền theo tải trọng cực đại ........................................................... 15
1.4.2 Đánh giá độ ền trong điều kiện tải trọng động ............................................. 15
1.4.3 Đánh giá độ ền mỏi ...................................................................................... 16
1.4.4 Tối ƣu hoá kết cấu .......................................................................................... 22
1.5 Các công trình nghiên cứu trong nƣớc và vấn đề nghiên cứu của luận án ............ 23
1.6 Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................ 25
1.7 Nội dung của Luận án ........................................................................................... 25
1.7.1 Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 25
1.7.2 Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................ 25
1.7.3 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 26


1.7.4 Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 26
1.8 Kết luận chƣơng 1 ................................................................................................. 27
CHƢƠNG 2. X Y DỰNG M H NH T NH TO N V Đ NH GI Đ
ỀN
V CẦU CHỦ Đ NG XE TẢI .................................................................. 29
2.1 Các chế độ tải trọng và phƣơng pháp đánh giá độ ền vỏ cầu .............................. 29
2.1.1 Các tải trọng tác ụng lên vỏ cầu chủ động của ô tô tải ................................. 29
2.1.2 Xác định tải trọng theo phƣơng pháp truyền thống ........................................ 30

2.1.3 Tính toán vỏ cầu trên mô hình 3D ằng phần mềm chuyên ụng.................. 31
2.1.4 Tính toán ền mỏi vỏ cầu ............................................................................... 35
2.2 Mô hình tính toán ền vỏ cầu chủ động ằng phần mềm HyperWorks ................ 40
2.2.1 Mô hình 3D vỏ cầu chủ động xe tải ............................................................... 42
2.2.2 Gán vật liệu .................................................................................................... 42
2.2.3 Chia lƣới ......................................................................................................... 43
2.2.4 Đặt ràng buộc điều kiện biên) ....................................................................... 45
2.2.5 Đặt lực ............................................................................................................ 47
2.2.6 Xuất kết quả.................................................................................................... 47
2.3 Xây dựng mô hình tính toán tải trọng động tác dụng lên vỏ cầu .......................... 48
2.3.1 Phƣơng pháp xây ựng mô hình .................................................................... 48
2.3.2. Phân tích cấu trúc ô tô và các giả thiết .......................................................... 49
2.3.3 Thiết lập hệ phƣơng trình vi phân mô tả động lực học của xe ....................... 51
2.3.4 Hệ phƣơng trình vi phân tổng quát................................................................. 61
2.3.5 Xác định tải trọng động tác động lên vỏ cầu chủ động xe tải ........................ 62
2.4 Kết luận chƣơng 2 ................................................................................................. 64
CHƢƠNG 3. KHẢO S T Đ NH GI Đ

ỀN V CẦU CHỦ Đ NG XE TẢI ...... 66

3.1 Tính toán xác định các tải trọng đặc trƣng tác động lên cầu chủ động ô tô .......... 66
3.1.1 Thông số kỹ thuật của xe tham khảo Dongfeng 2.45 tấn ............................... 66
3.1.2 Các chế độ tính ền theo tải trọng cực đại ..................................................... 69
3.1.3 Tính toán xác định tải trọng động .................................................................. 69
3.2 Phân tích kết cấu và đánh giá độ bền của vỏ cầu chủ động .................................. 78
3.2.1 Đánh giá độ bền phá hủy của vỏ cầu ở các trƣờng hợp chịu tải trọng
lớn nhất ........................................................................................................... 78
3.2.2 Đề xuất cải tiến kết cấu vỏ cầu theo hƣớng giảm khối lƣợng và tập
trung ứng suất ................................................................................................. 86
3.2.3 Đánh giá độ bền phá hủy của vỏ cầu sau khi cải tiến ..................................... 92

3.2.4 Đánh giá độ bền của vỏ cầu ƣới tác động của tải trọng động ...................... 95
3.2.5 Đánh giá độ bền mỏi của vỏ cầu và cải thiện kết cấu .................................... 99
3.3. Kết luận chƣơng 3 .............................................................................................. 106
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM........................................................... 108
4.1 Mục đích, đối tƣợng và các thông số đo ............................................................. 108
4.1.1 Mục đích thí nghiệm..................................................................................... 108
4.1.2 Đối tƣợng thí nghiệm ................................................................................... 108
4.2 Lựa chọn phƣơng pháp và thiết bị đo .................................................................. 108
4.3 Thiết bị thí nghiệm .............................................................................................. 109
4.4. Các phƣơng án thí nghiệm ................................................................................. 117
4.4.1 Mô tả thí nghiệm .......................................................................................... 117
4.4.2 Các phƣơng án thí nghiệm .......................................................................... 118
4.5 Kết quả thí nghiệm .............................................................................................. 119
4.5.1 Kết quả đo .................................................................................................... 119
4.5.2 So sánh với kết quả mô phỏng ..................................................................... 120
4.6 Kết luận chƣơng 4 ............................................................................................... 127
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 128
DANH MỤC C NG TR NH ĐÃ C NG Ố CỦA LUẬN ÁN .................................. 130
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 131
PHỤ LỤC


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Danh mục các ký hiệu
Ký hiệu

Tên gọi

g

Gia tốc trọng trƣờng

f

Hệ số cản lăn

v

Vận tốc chuyển động của xe

rt

Đơn vị
m/s2

km/h

án kính tĩnh ánh xe

m

C11, C12

Độ cứng hệ thống treo trƣớc

N/m

C21, C22

Độ cứng hệ thống treo sau

N/m

K11, K12

Hệ số cản giảm chấn trƣớc

N.s/m

K21, K22

Hệ số cản giảm chấn sau

N.s/m

CL11, CL12

Độ cứng hƣớng kính lốp trƣớc

N/m

CL21, CL22

Độ cứng hƣớng kính lốp sau

N/m

mA1

Khối lƣợng không đƣợc treo trƣớc

kg

mA2

Khối lƣợng không đƣợc treo sau

kg

Khối lƣợng toàn bộ xe đầy tải

kg

Mc1

Khối lƣợng toàn bộ phân cho cầu trƣớc

kg

Mc2

Khối lƣợng toàn bộ phân cho cầu sau

kg

LW

Chiều dài toàn bộ của xe

m

BW

Chiều rộng toàn bộ của xe

m

HW

Chiều cao toàn bộ của xe

m

L

Chiều ài cơ sở

m

b1

Một nửa khoảng cách vết bánh xe trƣớc

m

b2

Một nửa khoảng cách vết bánh xe sau

m

w1

Một nửa khoảng cách nhíp trƣớc

m

w2

Một nửa khoảng cách nhíp sau

m

hg

Chiều cao trọng tâm

m

M

i


r1

án kính động ánh xe trƣớc

m

r2

án kính động bánh xe sau

m

Jx

Mô men quán tính khối lƣợng của thân xe quanh trục dọc x

kg.m2

Jy

Mô men quán tính khối lƣợng của thân xe quanh trục ngang y

kg.m2

Jz

Mô men quán tính khối lƣợng của thân xe quanh trục thẳng
đứng z

kg.m2

JAx1

Mô men quán tính khối lƣợng của cầu trƣớc quanh trục dọc x

kg.m2

JAx2

Mô men quán tính khối lƣợng của cầu sau quanh trục dọc x

kg.m2

Mô men quán tính khối lƣợng của các ánh xe trƣớc quanh

kg.m2

JAy11, JAy12

trục ngang y
JAy21, JAy22

Mô men quán tính khối lƣợng của các bánh xe sau quanh trục

kg.m2

ngang y

x
A1, A2

Hệ số bám dọc cực đại
Góc lắc ngang của cầu thứ 1, 2

rad



Góc lắc ngang của thân xe

rad



Góc lắc dọc của thân xe

rad



Góc quay thân xe quanh trục thẳng đứng

rad

x

Chuyển vị theo phƣơng ọc của khối lƣợng đƣợc treo

m

y

Chuyển vị theo phƣơng ngang của khối lƣợng đƣợc treo

m

z

Chuyển vị theo phƣơng thẳng đứng của khối lƣợng đƣợc treo

m

ij

Góc quay bánh xe thứ ij

rad

A1, A2

Chuyển vị của khối lƣợng không đƣợc treo cầu 1, 2

m

11, 12

Góc quay bánh xe dẫn hƣớng bên trái và bên phải

độ

f dijt

Độ võng động (hành trình trả) của nhíp gần với ánh xe ij

m

f dijn

Độ võng động (hành trình nén) của nhíp gần với ánh xe ij

m

MAij

Mô men cấp cho ánh xe thứ ij

Nm

MBij

Mô men phanh ánh xe thứ ij

Nm

Mij

Mô men quay ánh xe thứ ij quanh trục y

Nm

ii


Fxij

Lực tác ụng lên ánh xe theo phƣơng ọc bánh xe thứ ij

N

Fyij

Lực tác ụng lên ánh xe theo phƣơng ngang ánh xe thứ ij

N

Fzij

Lực tác ụng lên ánh xe thứ ij theo phƣơng thẳng đứng

N

FGij

Tải trọng tĩnh ứng với bánh xe thứ ij

N

FCij

Lực đàn hồi hệ thống treo gần bánh xe thứ ij

N

FKij

Lực cản giảm chấn hệ thống treo gần bánh xe thứ ij

N

FCLij

Lực đàn hồi lốp bánh xe thứ ij

N

mc

Hệ số phân ố lại trọng lƣợng trên cầu chủ động

-

Gd

Hàm mật độ phổ năng lƣợng của chiều cao mấp mô của mặt

-

đƣờng



Tần số góc

n

Tần số không gian

chu kỳ m

n0

Giá trị tham chiếu của tần số không gian

chu kỳ m

h

Chiều cao mấp mô

m

Hm

Chiều cao mấp mô ạng sin

m

Lm

Chiều ài mấp mô ạng sin

m

Thời gian

s

t

max

rad/m

Ứng suất cực đại

MPa

Ứng suất giới hạn ền của vật liệu chế tạo

MPa

Ứng suất cắt lớn nhất

MPa

y

Ứng suất giới hạn chảy của vật liệu

MPa

v

Ứng suất tƣơng đƣơng Von Mises

MPa

S’e

Ứng suất giới hạn mỏi chu n của vật liệu

MPa

m

Ứng suất trung bình

MPa

r

Vùng biến thiên ứng suất

MPa

Su

max

a

iên độ ứng suất

MPa

R

Hệ số ứng suất

-

A

Hệ số iên độ

-

iii


Danh mục các chữ viết tắt
Chữ viết tắt

Giải nghĩa

NCS

Nghiên cứu sinh

CKD

Viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Completely Knocke Down. Nghĩa là
xe lắp ráp với 100% linh kiện nhập kh u

HTTL

Hệ thống truyền lực

VAMA

Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam

VEAM

Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam

TLC

Truyền lực chính của ô tô

BR

ánh răng

PTHH

Phần tử hữu hạn

PSD

Viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Power Spectral Density. Nghĩa là hàm
mật độ phổ năng lƣợng

ISO

Viết tắt của cụm từ tiếng Anh: International Organization for
Standardization. Nghĩa là Tổ chức tiêu chu n hóa quốc tế

3D

Viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Three imension. Nghĩa là 3 chiều

CAD

Viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Computer Ai e Design. Nghĩa là thiết
kế với sự trợ giúp của máy tính

CAE

Viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Computer Ai e Engineering. Nghĩa là
phân tích công nghệ với sự trợ giúp của máy tính

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
ảng 1.1 Tiêu chu n ISO 86 8:1995 phân loại đƣờng ....................................................... 18
Bảng 2.1 Thông số vật liệu của vỏ cầu................................................................................ 42
Bảng 2.2 Kết quả đánh giá chất lƣợng lƣới ở mức trung bình ............................................ 44
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật xe tải Dongfeng DVM 2.5 ..................................................... 66
Bảng 3.2 Thông số sử dụng trong tính toán mô phỏng động lực học ................................. 67
Bảng 3.3 Tải trọng tĩnh đặt lên vỏ cầu trong các trƣờng hợp.............................................. 69
Bảng 3.4 Ứng suất và chuyển vị lớn nhất trên vỏ cầu trƣờng hợp 1) ................................ 79
Bảng 3.5 Ứng suất và chuyển vị lớn nhất trên vỏ cầu trƣờng hợp 2) ................................ 81

Bảng 3.6 Ứng suất và chuyển vị lớn nhất trên vỏ cầu trƣờng hợp 3) ................................ 83
Bảng 3.7 Ứng suất và chuyển vị lớn nhất trên vỏ cầu trƣờng hợp 3) ................................ 85
Bảng 3.8 So sánh các giá trị điểm tập trung ứng suất tĩnh lớn nhất trên mô hình vỏ
cầu nguyên bản và cải tiến trong các điều kiện làm việc khác nhau ....................... 95
Bảng 3.9 So sánh các giá trị và điểm tập trung ứng suất động lớn nhất trên mô hình
vỏ cầu nghiên cứu trong 2 loại mặt đƣờng ngẫu nhiên D-E và E-F ........................ 96
Bảng 3.10 Các thông số vật liệu nhập vào để phân tích bái toán mỏi ............................... 100
Bảng 3.11 Bảng xác định các thông số đầu vào, tiêu chu n phân tích bái toán mỏi ........ 101
Bảng 3.12 So sánh các số chu kì bền mỏi trên mô hình vỏ cầu nghiên cứu trong 2
loại mặt đƣờng ngẫu nhiên DE và EF .................................................................... 103
Bảng 3.13 So sánh số chu kì bền mỏi trên mô hình vỏ cầu nguyên bản, cải tiến lần 1
và cải tiến lần 2 với 2 loại mặt đƣờng ngẫu nhiên D-E và E-F ............................. 105
Bảng 4.1 Thông số điện trở tenzo ..................................................................................... 111
Bảng 4.2 Thông số của cảm biến Z4 ................................................................................. 114
Bảng 4.3 Kết quả lấy chu n thiết bị đo lực thẳng đứng .................................................... 116
Bảng 4.4 Kết quả lấy chu n thiết bị đo lực dọc ................................................................ 116
Bảng 4.5 Các phƣơng án thí nghiệm ................................................................................. 118
Bảng 4.5 So sánh các kết quả lực dọc và lực ngang cực đại trƣờng hợp 1) .................... 122
Bảng 4.6 So sánh các kết quả lực dọc và lực ngang cực đại trƣờng hợp 2) .................... 124
Bảng 4.7 So sánh các kết quả lực dọc và lực ngang cực đại trƣờng hợp 3) .................... 126

v


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Cấu tạo cầu chủ động ô tô ...................................................................................... 7
Hình 1.2 Cấu tạo vỏ cầu kiểu hai nửa trumpet type ........................................................... 8
Hình 1.3 Cấu tạo vỏ cầu loại ầm liền, rỗng giữa

anjo type ............................................ 8

Hình 1.4 Sơ đồ lắp ráp cụm TLC và vi sai vào vỏ cầu KC 5 ........................................... 9
Hình 1.5 Cấu tạo vỏ cầu loại liền khối carrier type ............................................................ 9
Hình 1.6 Các chế độ tải trọng đặc trƣng tác động lên vỏ cầu chủ động của ô tô tải ........... 11
Hình 1.7 Mô hình vỏ cầu sử ụng trong tính toán ằng phƣơng pháp PTHH .................... 13
Hình 1.8 So sánh các phƣơng pháp đánh giá độ ền ằng ứng suất tƣơng đƣơng.............. 14
Hình 1.9 Thí nghiệm độ ền vỏ cầu chủ động ô tô [44 ...................................................... 14
Hình 1.1 Đƣờng cong mỏi thực nghiệm đo đƣợc từ các mẫu th p A517 [55 .................. 19
Hình 1.11 Kết quả thí nghiệm trên thiết ị tiêu chu n [61 ................................................. 19
Hình 1.12 Các tiêu chu n ền mỏi [61 ............................................................................... 21
Hình 1.13 Phân ố ứng suất trên vỏ cầu theo kết quả tính toán ằng ANSYS [53 ........... 22
Hình 1.14 Vị trí xuất hiện vết nứt o mỏi trên vỏ cầu theo kết quả thí nghiệm [53 .......... 22
Hình 1.15 Cầu chủ động ô tô tải nh DongFeng DVM 2.5................................................. 25
Hình 2.1 Sơ đồ các lực tác ụng lên cầu chủ động ô tô tải ................................................. 29
Hình 2.2 Mấp mô ạng sin .................................................................................................. 32
Hình 2.3 Ứng suất trong các chi tiết chịu k o đơn thuần .................................................... 34
Hình 2.4 Đồ thị iến thiên ứng suất trên chi tiết chịu tải .................................................... 36
Hình 2.5. iểu đồ giới hạn mỏi [61 ................................................................................... 38
Hình 2.6 iểu đồ các đƣờng giới hạn mỏi [56 ................................................................... 39
Hình 2.7 Mô hình vỏ cầu chủ động xe tải ........................................................................... 42
Hình 2.8 Phần tử tetras đặc trƣng đƣợc phân chia lƣới trong mô hình vỏ cầu. ................... 43
Hình 2.9 Mô hình lƣới vỏ cầu trong HyperMesh với phần tử tiêu chu n có kích thƣớc
là 5 mm. ................................................................................................................... 43
Hình 2.1 Sơ đồ và kết cấu bố trí bán trục giảm tải hoàn toàn ........................................... 46
Hình 2.11 Ràng buộc tại vị trí ổ i ánh xe đặt trên vỏ cầu. ............................................... 46
Hình 2.12 Ràng buộc mô men xoắn tại tâm cầu ................................................................. 47
Hình 2.13 Mô hình tổng thể vỏ cầu với các vị trí đặt ràng buộc ......................................... 47
Hình 2.14 Mô hình không gian xe tải .................................................................................. 50
Hình 2.15 Mô hình lực tác động lên xe trong mặt phẳng song song với mặt đƣờng .......... 52
vi

Hình 2.16 Mô hình các lực tác động trong mặt phẳng dọc ................................................. 53
Hình 2.17 Mô hình các lực tác động trong mặt phẳng ngang (nhìn từ phía sau) ................ 54
Hình 2.18 Nội lực hệ thống treo .......................................................................................... 55
Hình 2.19 Đặc tính hệ thống treo ........................................................................................ 56
Hình 2.2 Mô hình động lực học ánh xe đàn hồi .............................................................. 58
Hình 2.21 Mô hình lốp ........................................................................................................ 59
Hình 2.22 Sơ đồ lực tác động lên cầu xe (chiếu theo mặt phẳng song song với
đƣờng) ...................................................................................................................... 63
Hình 3.1 Mấp mô mặt đƣờng: (a) mô tả theo chiều dài, (b) mô tả theo thời gian (v =
40 km/h) ................................................................................................................... 70
Hình 3.2a Tải trọng động theo phƣơng ọc Fx22 (v = 40 km/h) .......................................... 71
Hình 3.2b Tải trọng động cực đại theo phƣơng ọc ............................................................ 71
Hình 3.3a Tải trọng động theo phƣơng thẳng đứng Fz22 (v = 40 km/h) .............................. 71
Hình 3.3b Tải trọng động cực đại theo phƣơng thẳng đứng ............................................... 71
Hình 3.4a Tải trọng động theo phƣơng ọc Fx2i (v = 40 km/h) ........................................... 72
Hình 3.4b Tải trọng động cực đại theo phƣơng ọc ............................................................ 72
Hình 3.5a Tải trọng động theo phƣơng thẳng đứng Fz2i (v = 40 km/h)............................... 72
Hình 3.5b Tải trọng động cực đại theo phƣơng thẳng đứng ............................................... 72
Hình 3.6a Tải trọng động theo phƣơng ngang Fy2i (v = 40 km/h) ....................................... 72
Hình 3.6b Tải trọng động cực đại theo phƣơng ngang ........................................................ 72
Hình 3.7a Tải trọng động theo phƣơng ọc Fx2i (v = 40 km/h) ........................................... 73
Hình 3.7b Tải trọng động cực đại theo phƣơng ọc ............................................................ 73
Hình 3.8a Tải trọng động theo phƣơng thẳng đứng Fz2i (v = 40 km/h)............................... 74
Hình 3.8b Tải trọng động cực đại theo phƣơng thẳng đứng ............................................... 74
Hình 3.9a Tải trọng động theo phƣơng ngang Fy2i (v = 40 km/h) ....................................... 74
Hình 3.9b Tải trọng động cực đại theo phƣơng ngang ........................................................ 74
Hình 3.10. Mấp mô mặt đƣờng theo tiêu chu n ISO 8608:1995 ........................................ 75
Hình 3.11a Mấp mô mặt đƣờng D-E (v = 40 km/h) ........................................................... 76

Hình 3.11b Mấp mô mặt đƣờng E-F (v = 40 km/h) ........................................................... 76
Hình 3.12a Tải trọng động theo phƣơng ọc Fx2i v = 4 km h, đƣờng D-E) ..................... 76
Hình 3.12b Tải trọng động theo phƣơng ọc Fx2i v = 4 km h, đƣờng E-F) ..................... 76
Hình 3.13a Tải trọng động theo phƣơng thẳng đứng Fz2i v = 4 km h, đƣờng D-E)......... 76
Hình 3.13b Tải trọng động theo phƣơng thẳng đứng Fz2i v = 4 km h, đƣờng E-F) ......... 76
Hình 3.14a Tải trọng động cực đại theo phƣơng ọc .......................................................... 77
vii


Hình 3.14b Tải trọng động cực đại theo phƣơng thẳng đứng ............................................. 77
Hình 3.15 Sơ đồ đặt lực lên vỏ cầu trong trƣờng hợp chuyển động thẳng với lực k o
cực đại ...................................................................................................................... 79
Hình 3.16 Kết quả chuyển vị vỏ cầu và vị trí có giá trị lớn nhất ........................................ 79
Hình 3.17 Ứng suất tƣơng đƣơng Von Mises trên vỏ cầu và điểm có giá trị lớn nhất ....... 79
Hình 3.18 Ứng suất theo phƣơng x ..................................................................................... 80
Hình 3.19 Ứng suất theo phƣơng y ..................................................................................... 80
Hình 3.20 Ứng suất theo phƣơng z ..................................................................................... 80
Hình 3.21 Sơ đồ đặt lực lên vỏ cầu trong trƣờng hợp chuyển động thẳng với lực
phanh cực đại ........................................................................................................... 81
Hình 3.22 Kết quả chuyển vị vỏ cầu và vị trí có giá trị lớn nhất ........................................ 81
Hình 3.23 Ứng suất tƣơng đƣơng Von Mises trên vỏ cầu và điểm có giá trị lớn nhất ....... 81
Hình 3.24 Ứng suất theo phƣơng x ..................................................................................... 82
Hình 3.25 Ứng suất theo phƣơng y ..................................................................................... 82
Hình 3.26 Ứng suất theo phƣơng z ..................................................................................... 82
Hình 3.27 Sơ đồ đặt lực lên vỏ cầu trƣờng hợp quay vòng với lực ngang cực đại ............. 83
Hình 3.28 Kết quả chuyển vị vỏ cầu và vị trí có giá trị lớn nhất ........................................ 83
Hình 3.29 Ứng suất tổng hợp Von Mises trên vỏ cầu và điểm có giá trị lớn nhất .............. 83
Hình 3.30 Ứng suất theo phƣơng x ..................................................................................... 84
Hình 3.31 Ứng suất theo phƣơng y ..................................................................................... 84
Hình 3.32 Ứng suất theo phƣơng z ..................................................................................... 84

Hình 3.33 Sơ đồ đặt lực tác dụng lên vỏ cầu trƣờng hợp lực thẳng đứng cực đại .............. 84
Hình 3.34 Kết quả chuyển vị vỏ cầu và vị trí có giá trị lớn nhất ........................................ 85
Hình 3.35 Ứng suất tổng hợp Von Mises trên vỏ cầu và điểm có giá trị lớn nhất .............. 85
Hình 3.36 Ứng suất theo phƣơng x ..................................................................................... 85
Hình 3.37 Ứng suất theo phƣơng y ..................................................................................... 86
Hình 3.38 Ứng suất theo phƣơng z ..................................................................................... 86
Hình 3.39 Hệ số an toàn phân bố trên vỏ cầu trong trƣờng hợp lực kéo cực đại (ứng
suất giới hạn chảy 490 MPa) ................................................................................... 87
Hình 3.40 Phân bố lại ứng suất trên toàn bộ vỏ cầu với hệ số an toàn bằng 3 .................... 87
Hình 3.41 Các vùng vật liệu thừa bền đã đƣơc đã đƣợc cắt gọt dựa trên phân tích mô
hình ứng suất tổng hợp và hệ số an toàn trên vỏ cầu ............................................... 88
Hình 3.42 Cải tiến vùng vỏ giữa ......................................................................................... 88
Hình 3.43 Cải tiến vùng đặt quang nhíp .............................................................................. 89
viii


HÌnh 3.44 Cải tiến vùng chuyển tiếp gần moay ơ ............................................................... 89
Hình 3.45 Cải tiến vùng chuyển tiếp trên vỏ cầu ................................................................ 90
Hình 3.46 Cải tiến vùng tập trung ứng suất ít ..................................................................... 90
Hình 3.47 Cải tiến vỏ chuyển tiếp giữa phần vỏ cacte và phần chứa các bán trục ............. 91
Hình 3.48 Cải tiến vỏ chuyển tiếp giữa phần vỏ cacte và phần chứa các bán trục ............. 91
Hình 3.49 Mô hình vỏ cầu nguyên bản ............................................................................... 92
Hình 3.50 Mô hình vỏ cầu sau khi cải tiến .......................................................................... 92
Hình 3.51 Ứng suất tƣơng đƣơng trên vỏ cầu cải tiến (TH 1: lực kéo cực đại) .................. 92
Hình 3.52 Chuyển vị tổng hợp trên vỏ cầu cải tiến (TH 1: lực kéo cực đại) ...................... 93
Hình 3.53 Ứng suất tƣơng đƣơng trên vỏ cầu cải tiến (TH 1: lực phanh cực đại) .............. 93
Hình 3.54 Chuyển vị tổng hợp trên vỏ cầu cải tiến (TH 1: lực phanh cực đại) .................. 93
Hình 3.55 Ứng suất tƣơng đƣơng trên vỏ cầu cải tiến (TH 2: lực ngang cực đại) .............. 94
Hình 3.56 Chuyển vị tổng hợp trên vỏ cầu cải tiến (TH 2: lực ngang cực đại) .................. 94
Hình 3.57 Ứng suất tƣơng đƣơng trên vỏ cầu cải tiến (TH 3: lực thẳng đứng cực đại) ..... 94

Hình 3.58 Chuyển vị tổng hợp trên vỏ cầu cải tiến (TH 3: lực thẳng đứng cực đại) .......... 94
Hình 3.59 Ứng suất động phân bố trên vỏ cầu đƣờng D-E) .............................................. 96
Hình 3.60 Biến thiên ứng suất tƣơng đƣơng theo thời gian tại điểm tập trung ứng
suất (phần tử 292317) với loại đƣờng khảo sát D-E ................................................ 97
Hình 3.61 Ứng suất động phân bố trên vỏ cầu đƣờng E-F) ............................................... 97
Hình 3.62 Biến thiên ứng suất tƣơng đƣơng theo thời gian tại điểm tập trung ứng
suất (phần tử 292317) với loại đƣờng khảo sát E-F ................................................ 97
Hình 3.63 Ứng suất động phân bố trên vỏ cầu đƣờng D-E) .............................................. 98
Hình 3.64 Biến thiên ứng suất tƣơng đƣơng theo thời gian tại điểm tập trung ứng
suất (phần tử 444690) với loại đƣờng khảo sát D-E ................................................ 98
Hình 3.65 Ứng suất động phân bố trên vỏ cầu đƣờng E-F) ............................................... 98
Hình 3.66 Biến thiên ứng suất tƣơng đƣơng theo thời gian tại điểm tập trung ứng
suất (phần tử 444690) với loại đƣờng khảo sát E-F ................................................ 99
Hình 3.67 Đƣờng cong mỏi S-N trong trƣờng hợp xác định theo ứng suất mỏi giới
hạn của vật liệu FL (hay Se trong lý thuyết) [37] .................................................. 101
Hình 3.68 Số chu kỳ mỏi trên mô hình nguyên bản , với loại đƣờng D-E........................ 102
Hình 3.69 Số chu kỳ mỏi trên mô hình cải tiến lần 1, với loại đƣờng D-E....................... 103
Hình 3.70 Số chu kỳ mỏi trên mô hình nguyên bản , với loại đƣờng E-F ........................ 103
Hình 3.71 Số chu kỳ mỏi trên mô hình cải tiến lần 1, với loại đƣờng E-F ....................... 103
Hình 3.72 Cải tiến án kính góc lƣợn tại vị trí tập trung ứng suất .................................... 104
ix


Hình 3.73 Số chu kỳ mỏi trên mô hình cải tiến lần 2, với loại đƣờng E-F ....................... 105
Hình 4.1 Xe ô tô tải thí nghiệm ......................................................................................... 108
Hình 4.2. Sơ đồ hệ thống đo xác định tải trọng uốn trên một thanh dầm ......................... 109
Hình 4.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đo mô men uốn trên dầm .............................................. 109
Hình 4.4 Cầu điện trở tenzo trên vỏ cầu thí nghiệm ......................................................... 110
Hình 4.5. Thiết bị DMC Plus nối ghép máy tính .............................................................. 113
Hình 4.6. Giao diện phần mềm DMC Labplus.................................................................. 113

Hình 4.7 Sơ đồ hiệu chu n thiết bị đo lực thẳng đứng và lực dọc cầu xe ......................... 114
Hình 4.8 Cảm biến lực Z4 dùng cho hiệu chu n các cầu đo. ............................................ 115
Hình 4.9 Đồ thị chu n tải xác định quan hệ giữa tín hiệu điện áp đo đƣợc ở cầu điện
trở và lực thẳng đứng trên vỏ cầu .......................................................................... 115
Hình 4.1 Đồ thị chu n tải xác định quan hệ giữa tín hiệu điện áp đo đƣợc ở cầu điện
trở và lực dọc trên vỏ cầu ...................................................................................... 116
Hình 4.11 Bộ khuếch đại tín hiệu DMC Plus kết nối với máy tính .................................. 117
Hình 4.12 Hình ảnh về các phƣơng án thí nghiệm ............................................................ 118
Hình 4.13 Lực dọc và thẳng đứng khi va vào mấp mô đơn ở vận tốc 30, 40 và 50
km/h ....................................................................................................................... 119
Hình 4.14 Lực dọc và thẳng đứng khi va vào mấp mô đều ở vận tốc 30, 40 và 50
km/h ....................................................................................................................... 119
Hình 4.15 Lực dọc và thẳng đứng khi va vào mấp mô lệch ở vận tốc 30, 40, 50km/h..... 120
Hình 4.16 Lực dọc và thẳng đứng khi va vào mấp mô 1 bên bánh xe ở vận tốc
30km/h ................................................................................................................... 121
Hình 4.17 Lực dọc và thẳng đứng khi va vào mấp mô 1 bên bánh xe ở vận tốc
40km/h ................................................................................................................... 121
Hình 4.18 Lực dọc và thẳng đứng khi va vào mấp mô 1 bên bánh xe ở vận tốc
50km/h ................................................................................................................... 122
Hình 4.19 Lực dọc và thẳng đứng khi va vào mấp mô đều 2 bên bánh xe ở vận tốc
30km/h ................................................................................................................... 123
Hình 4.20 Lực dọc và thẳng đứng khi va vào mấp mô đều 2 bên bánh xe ở vận tốc
40km/h ................................................................................................................... 123
Hình 4.21 Lực dọc và thẳng đứng khi va vào mấp mô đều 2 bên bánh xe ở vận tốc
50km/h ................................................................................................................... 124
Hình 4.22 Lực dọc và thẳng đứng khi va vào mấp mô lệch 2 bên bánh xe ở vận tốc
30km/h ................................................................................................................... 125

x

Hình 4.23 Lực dọc và thẳng đứng khi va vào mấp mô lệch 2 bên bánh xe ở vận tốc
40km/h ................................................................................................................... 125
Hình 4.24 Lực dọc và thẳng đứng khi va vào mấp mô lệch 2 bên bánh xe ở vận tốc
50km/h ................................................................................................................... 126

xi


MỞ ĐẦU
Sau hơn 2 năm xây ựng, mặc ù đã phát triển mạnh so với những năm đầu thập niên 90
của thế kỷ trƣớc, nhƣng ngành công nghiệp ô tô Việt Nam vẫn ở mức quy mô nhỏ với công
nghệ lạc hậu. Đại đa phần các doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nƣớc có quy mô vừa và
nhỏ với công việc chủ yếu là lắp ráp dạng CKD, trên cơ sở linh kiện nhập kh u từ nƣớc
ngoài. Tỷ lệ nội địa hóa trong sản ph m ô tô trong nƣớc còn rất thấp. Mặc ù đã có nhiều
chính sách ƣu đãi của Chính phủ đối với các dòng xe tải nhỏ và trung bình, nhƣng lĩnh vực
sản xuất ô tô tải vẫn còn đang trong một tình trạng không mấy khả quan. Chỉ một số ít sản
ph m của khung vỏ, thùng bệ, ca bin có thể tự sản xuất đƣợc, còn hầu hết các bộ phận
chính từ động cơ, hệ thống truyền lực đến các hệ thống điều khiển… đều đƣợc nhập ngoại,
trong đó phần lớn các linh kiện là từ Trung Quốc với chất lƣợng thấp, qui mô sản xuất và
mức đầu tƣ cho công nghệ còn thấp, chất lƣợng còn rất hạn chế.
Với bối cảnh nhƣ vậy, chúng ta còn rất nhiều việc phải làm để có thể sản xuất ra những sản
ph m ô tô tải mang thƣơng hiệu Việt Nam có chất lƣợng và giá thành về trƣớc mắt đáp ứng
nhu cầu trong nƣớc và về lâu ài để hƣớng tới xuất kh u, hội nhập với khu vực và thế giới.
Theo quy hoạch của Chính phủ trong Quyết định số 229 QĐ-TTg ngày 4 2 2 16 về Cơ
chế, chính sách thực hiện Chiến lƣợc và Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt
Nam, trong đó thể hiện sự quan tâm lớn đến công nghiệp phụ trợ. Theo bản Quy hoạch
này, mục tiêu cho đến năm 2020, chúng ta có thể chế tạo đƣợc một số chi tiết quan trọng
trong hệ thống truyền lực, đặc biệt chú trọng nhất là cho xe khách và xe tải nh .
Trƣớc tình hình trên, để có thể tiến tới tự sản xuất hoàn chỉnh các cụm chi tiết trên ô tô, thì

cần phải có đầu tƣ đặc biệt cho lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu phục vụ cho việc thiết kế
chế tạo, trong đó có các cụm của hệ thống truyền lực, nhằm phát triển sản ph m có chất
lƣợng cao.
Cầu chủ động là một trong những cụm chi tiết quan trọng của hệ thống truyền lực trên ô tô,
là ộ phận cuối cùng trên đƣờng truyền công suất từ động cơ đến các ánh xe chủ động.
Trong đó, vỏ cầu là ộ phận chứa tất cả các ộ phận truyền lực truyền lực chính, vi sai,
bán trục… , đồng thời nó làm việc nhƣ một ầm đỡ trọng lƣợng của thân xe và phải chịu
tác động của các tải trọng từ tƣơng tác giữa ánh xe với đƣờng. Cho tới nay đã có một vài
đề tài đề cập đến việc thiết kế vỏ cầu, tuy nhiên các hƣớng nghiên cứu mới tập trung chủ
yếu vào công nghệ chế tạo chứ chƣa đầu tƣ nghiên cứu sâu về cơ sở lý thuyết của một
trong những khâu quan trọng trong quy trình thiết kế chế tạo các chi tiết là đánh giá chất
lƣợng sản ph m, trong đó có độ ền. Trên thế giới, độ bền của các chi tiết có thể đƣợc
đánh giá ằng lý thuyết và thực nghiệm. Tuy nhiên, trong điều kiện còn nhiều thiếu thốn
về cơ sở vật chất, trang thiết ị thí nghiệm nhƣ hiện nay thì phƣơng pháp đánh giá phù hợp
nhất cho các nhà khoa học Việt Nam là đánh giá ằng lý thuyết.
1


Xuất phát từ những nhu cầu ở trên, nghiên cứu sinh đã chọn hƣớng nghiên cứu là xác định
độ bền của vỏ cầu chủ động của xe tải nhỏ nhằm góp phần tạo dựng cơ sở lý thuyết phục
vụ cho việc đánh giá chất lƣợng của sản ph m thiết kế nói riêng và hoàn thiện qui trình
thiết kế hệ thống nói chung.
Mục đích của luận án:
Xây ựng phƣơng pháp đánh giá độ ền vỏ cầu ô tô tải ằng tính toán lý thuyết; khảo sát
độ bền và đề xuất giải pháp cải thiện kết cấu vỏ cầu chủ động xe tải nh 2.45 tấn sản xuất,
lắp ráp tại Việt Nam.
Đối tƣợng nghiên cứu:
Đối tƣợng nghiên cứu của luận án đƣợc lựa chọn là vỏ cầu chủ động ô tô tải DongFeng
DVM 2.5, tải trọng 2.45 tấn sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam.
Phạm vi nghiên cứu:

Đánh giá độ ền tĩnh và ền mỏi vỏ cầu ô tô tải nhỏ tải trọng 2,45 tấn sản xuất, lắp ráp tại
Việt Nam trong các điều kiện sử dụng cụ thể, bao gồm chuyển động đặc trƣng trên đƣờng
với 4 trƣờng hợp nặng nhọc nhất và chuyển động trên đƣờng thực với mấp mô ngẫu nhiên
(theo tiêu chu n ISO).
Nội dung và bố cục của luận án:
Nội dung nghiên cứu của luận án gồm các phần chính nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan
Chƣơng 2: Xây ựng mô hình tính toán và đánh giá độ ền vỏ cầu chủ động ô tô tải
Chƣơng 3: Khảo sát đánh giá độ ền vỏ cầu
Chƣơng 4: Thí nghiệm xác định tải trọng tác động lên vỏ cầu
Kết luận.
Những kết quả mới của luận án:
- Mô hình xác định tải trọng tĩnh và động tác động lên vỏ cầu để đánh giá độ bền của vỏ
cầu ở các chế độ làm việc đặc trƣng.
- Mô hình đánh giá độ bền của vỏ cầu chủ động xe tải nhỏ độ bền phá hủy và độ bền mỏi).
- Qui trình đánh giá độ bền và đề xuất cải tiến kết cấu của vỏ cầu theo hƣớng giảm khối
lƣợng vật liệu gia công và giảm tập trung ứng suất trên vỏ cầu.
- Phƣơng pháp và thí nghiệm hợp lý để đo tải trọng trọng động lên vỏ cầu khi xe chuyển
động trên đƣờng thực. Kết quả so sánh giữa thí nghiệm và mô phỏng với sai số chấp nhận
đƣợc.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án:
- Luận án đã sử dụng bộ thông số và kết cấu thực của sản ph m xe tải sản xuất, lắp ráp
trong nƣớc, thí nghiệm kiểm chứng đƣợc thực hiện trong điều kiện thực với các thiết bị

2


hiện có tại Việt Nam. Điều này cho phép gợi mở các hƣớng nghiên cứu lý thuyết và thực
nghiệm áp dụng với các sản ph m nội địa với điều kiện hiện có.
- Các đề xuất về cải tiến kết cấu đƣợc áp dụng trên mô hình vỏ cầu có tham khảo các công

nghệ chế tạo hiện đang áp ụng tại Việt Nam, cho phép thử nghiệm để tiến tới chế tạo thử
nhằm giảm chi phí sản xuất thực tế.
Ý nghĩa khoa học của luận án:
- Xây dựng đƣợc phƣơng pháp xác định tải trọng động tác động lên vỏ cầu bằng mô hình,
làm cơ sở cho việc lựa chọn hợp lý các thông số kết cấu khi tính toán cầu chủ động trong
hệ thống truyền lực tại Việt Nam.
- Xây dựng đƣợc phƣơng pháp đánh giá độ bền và hƣớng đề xuất cải thiện kết cấu nhằm
nâng cao độ bền của chi tiết, làm cơ sở khoa học để xây dựng các mô hình đánh giá độ bền
của các sản ph m thiết kế, chế tạo trong nƣớc, góp phần hoàn thiện qui trình thiết kế các
chi tiết, cụm chi tiết trong cầu chủ động nói riêng và hệ thống truyền lực nói chung.
- Luận án có thể đƣợc sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các nhà sản xuất ô tô tải tại Việt
Nam trong quá trình nghiên cứu phát triển thiết kế mới cũng nhƣ đánh giá độ bền của các
chi tiết của ô tô tải cùng loại.

3


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam và sự phát triển của lĩnh vực sản
xuất ô tô tải
1.1.1 Thực trạng
Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam bắt đầu phát đầu hình thành từ những năm đầu thập niên
90 của thế kỷ trƣớc và phát triển mạnh sau những năm 2
. Theo thống kê của ộ Công
Thƣơng [1 , tính đến 1 2 15 Việt Nam có khoảng gần 400 doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp
ô tô. Tổng năng lực sản xuất - lắp ráp ô tô khoảng 46 ngàn xe năm, gồm hầu hết các
chủng loại xe con (khoảng 2 ngàn xe năm , xe tải và xe khách (khoảng 215 ngàn
xe năm . Ngành công nghiệp ô tô đã có đóng góp đáng kể cho ngân sách nhà nƣớc (bình
quân khoảng 01 tỷ USD năm - chỉ tính riêng các khoản thuế) và giải quyết công ăn việc
làm cho khoảng 8 ngàn lao động trực tiếp.

Mặc ù đã đạt đƣợc một số thành tựu, sau hơn 2 năm xây ựng và phát triển Việt Nam
vẫn đang sở hữu một ngành công nghiệp ô tô quy mô nhỏ, công nghệ lạc hậu. Đa số các
doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nƣớc có quy mô vừa và nhỏ với công việc chủ yếu là lắp
ráp dạng CKD trên cơ sở linh kiện nhập kh u từ nƣớc ngoài. Doanh nghiệp ô tô lớn nhất
Việt Nam hiện nay là Trƣờng Hải cũng vẫn chỉ là cơ sở lắp ráp với tỷ lệ nội địa hóa thấp.
Trong bối cảnh chung của ngành công nghiệp ô tô nhƣ vậy, lĩnh vực sản xuất ô tô tải, mặc
ù đƣợc hƣởng nhiều chính sách ƣu đãi của Chính phủ cũng đang ở trong một tình trạng
không mấy khả quan. Hầu hết các doanh nghiệp ô tô Việt Nam mới chỉ sản xuất đƣợc một
số sản ph m của khung vỏ, thùng bệ, ca bin và một số chi tiết khác. Toàn bộ phần máy
móc từ động cơ, hệ thống truyền lực đến các hệ thống điều khiển… đều đƣợc nhập kh u từ
nƣớc ngoài, trong đó phần lớn là từ Trung Quốc.
Với linh kiện nhập kh u từ Trung Quốc chất lƣợng thấp, quy mô sản xuất không lớn và
mức đầu tƣ cho công nghệ thấp, ô tô tải nội thƣờng có chất lƣợng không cao.
Trƣớc tình hình trên, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam còn rất nhiều việc phải làm để có
thể sản xuất ra những chiếc ô tô tải có chất lƣợng và giá thành đáp ứng nhu cầu trong nƣớc
và hƣớng tới xuất kh u, hội nhập với khu vực và thế giới.
1.1.2. Định hƣớng phát triển
Trƣớc tình hình trên, trong tháng 7/2014 Thủ tƣớng Chính phủ đã an hành 2 văn ản quan
trọng là “Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2 2 , tầm nhìn
đến năm 2 3 ” và “Chiến lƣợc phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2 25,
tầm nhìn đến năm 2 35”, trong đó lĩnh vực sản xuất ô tô tải nhận đƣợc sự quan tâm đặc
biệt [12, 13]. Gần đây nhất, ngày 4 2 2 16 Thủ tƣớng Chính phủ đã ký an hành Quyết
4


định số 229 QĐ-TTg về Cơ chế, chính sách thực hiện Chiến lƣợc và Quy hoạch phát triển
ngành công nghiệp ô tô Việt Nam [14].
Theo quy hoạch của Chính phủ, cần “Chú trọng phát triển dòng xe tải nhỏ phục vụ cho sản
xuất nông nghiệp …” nhằm đạt đƣợc sản lƣợng xấp xỉ 1 .
xe và vào năm 2 2 , đáp

ứng 78% nhu cầu tiêu thụ nội địa.
ản Quy hoạch lần này đã thể hiện sự quan tâm đặc iệt đến công nghiệp phụ trợ: “Giai
đoạn đến năm 2020, cơ bản hình thành ngành công nghiệp hỗ trợ cho sản xuất ô tô. Phấn
đấu đáp ứng 30 - 40% (về giá trị) nhu cầu linh kiện, phụ tùng của sản xuất, lắp ráp xe ô tô
trong nƣớc, chế tạo đƣợc một số chi tiết quan trọng trong bộ phận truyền động, hộp số,
động cơ (nhất là cho xe khách và xe tải nh )”.
Sự quan tâm đặc iệt của Chính phủ tới công nghiệp hỗ trợ đã đƣợc khẳng định ằng Nghị
định số 111 2 15 NĐ-CP về Phát triển công nghiệp hỗ trợ, an hành ngày 03/11/2015,
trong đó định rõ những chính sách hỗ trợ phát triển đối với ngành công nghiệp này, trong
đó có lĩnh vực sản xuất phụ tùng ô tô [8].
1.1.3. Những t n tại v nh cầ phải đầ tƣ nghi n cứ ph t t iển
Hiện nay chúng ta có khá nhiều doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp ôtô tải, chủ yếu là loại
nhỏ và trung bình. Có thể kể đến những nhà sản suất lớn nhƣ Trƣờng Hải, VEAM, TMT...
Ngoài ra còn có các liên oanh cũng tham gia sản xuất một số loại ôtô tải các cỡ.
Nhìn chung, các sản ph m trong lĩnh vực này đều dựa trên các bộ linh kiện nhập kh u (chủ
yếu từ Trung Quốc và Hàn Quốc) với tỷ lệ nội địa hóa không cao. Phần sản xuất trong
nƣớc chỉ có ca bin, thùng xe và khung. Với mức đầu tƣ về chất xám và trang thiết bị còn
khiêm tốn, chất lƣợng của các sản ph m của các cơ sở lắp ráp trong nƣớc còn ở mức độ
hạn chế. Tuy nhiên, đây là nguồn cung cấp ôtô chủ yếu cho thị trƣờng trong nƣớc hiện nay
nhờ có ƣu thế về giá thành.
Một trong những nguyên nhân chính kìm hãm sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô
Việt Nam là sự yếu k m của công nghiệp phụ trợ. Theo thống kê, hiện nay ở Việt Nam,
hiện chỉ có khoảng 40 nhà cung cấp linh kiện trên tổng số 50 nhà lắp ráp, trong khi Thái
Lan có tới trên 1.500 doanh nghiệp phụ trợ với tỷ lệ nội địa hóa đạt tới 70%-8 %. Đài
Loan cũng có khoảng trên 2.
nhà đầu tƣ sản xuất linh kiện phụ tùng thay thế [18].
Với thực trạng trên, tỷ lệ nội địa hoá của các loại ô tô lắp ráp trong nƣớc là rất thấp. Theo
ộ Công thƣơng (2016): "Tỷ lệ nội địa hoá đạt thấp, …" đến nay chủ yếu mới đạt bình
quân 7-10%. Đối với xe con của Thaco đạt 15-18%, của Toyota Việt Nam đạt 37% đối với
òng xe Inova. Đối với xe tải nh : Thaco đạt khoảng 33%, Vinaxuki đạt khoảng 50%” [1].

Nhƣ vậy, có thể thấy rằng các nhà sản xuất trong nƣớc thực chất mới chỉ làm công việc lắp
ráp mà chƣa quan tâm đến nghiên cứu phát triển để có thể tiến tới chế tạo những chiếc xe
mang thƣơng hiệu Việt Nam và đƣa các oanh nghiệp trong nƣớc hội nhập với thế giới.
5


Trƣớc tình hình trên, để có thể tiến tới tự sản xuất hoàn chỉnh các cụm và các hệ thống cho
ô tô, thì cần phải có đầu tƣ chiều sâu, đặc biệt là đầu tƣ cho lĩnh vực nghiên cứu phát triển
sản ph m có chất lƣợng cao. Trong đó, ƣu tiên hàng đầu cần đƣợc dành cho các nghiên cứu
chuyên sâu phục vụ cho việc thiết kế chế tạo các bộ phận, trong đó có các ộ phận của hệ
thống truyền lực.
1.1.4 Nghi n cứ thiết kế chế tạo th nghiệm v
tải

ản

ất c c ộ phận của H

t

Cho tới ngày nay, các nhà máy cơ khí Việt Nam mới chỉ sản xuất đƣợc một số ạng chi tiết
phục vụ cho việc thay thế phụ tùng trong sửa chữa HTTL ô tô nhƣ ánh răng trụ, ánh
răng côn và một số chi tiết cơ khí đơn giản trong hộp số, cầu chủ động.
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, trong những năm gần đây, đã
xuất hiện một số đề tài nghiên cứu thiết kế các cụm trong HTTL nhƣ đề tài “Nghiên cứu
thiết kế và công nghệ chế tạo cụm hộp số cho các loại xe ô tô thông dụng” 2 6 và
“Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm cầu sau sử dụng cho các loại ô tô tải nhỏ tải trọng đến
3 tấn” 2 1 thuộc chƣơng trình trọng điểm cấp Nhà nƣớc KC. 5 đã đƣợc thực hiện tại
Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam VEAM với những kết quả
an đầu đƣợc đánh giá cao [4].

Đặc iệt, đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm cầu sau sử dụng cho các loại ô tô tải
nhỏ tải trọng đến 3 tấn” đã đề xuất đƣợc quy trình thiết kế, chế tạo các ộ phận chính của
vỏ cầu chủ động và phƣơng pháp kiểm tra đánh giá. Tuy nhiên, những thành tựu chính của
đề tài vẫn thuộc về lĩnh vực vật liệu và công nghệ chế tạo, trong đó vật liệu đúc vỏ cầu đã
đƣợc phân tích, nghiên cứu kỹ lƣỡng. Đề tài cũng đã chế tạo thử nghiệm thành công một
vỏ cầu đúc ằng gang cầu.
Tuy nhiên, các đề tài trên đều tập trung chủ yếu vào công nghệ chế tạo chƣa đầu tƣ nghiên
cứu sâu về cơ sở lý thuyết.

1.2

cầ chủ động t tải

1.2.1 Cấ tạo ch ng của cầ chủ động
Cấu tạo chung của cầu chủ động ô tô đƣợc mô tả trên hình 1.1.
Cầu chủ động ao gồm các ộ phận cuối cùng trên đƣờng truyền công suất từ động cơ đến
các ánh xe chủ động. Cầu chủ động có a ộ phận chính: truyền lực chính TLC , vi sai
và các án trục đƣợc lắp trong một vỏ. Trong đó, vỏ cầu là ộ phận chứa tất cả các ộ phận
truyền lực nêu trên, đồng thời nó làm việc nhƣ một ầm đỡ trọng lƣợng của thân xe và phải
chịu tác động của các tải trọng từ tƣơng tác ánh xe – đƣờng.
Các loại ô tô có động cơ đặt trƣớc, cầu sau chủ động đều có cầu chủ động với cấu tạo
tƣơng tự nhƣ trên, trừ trƣờng hợp cầu sau chủ động của ô tô con có hệ thống treo độc lập.
6


Nắp sau

Vị trí lắp nhíp
R ị động TLC

Ổ i
Vỏ vi sai
Ổ i

án trục

Ổ i
Mặt ích

R
trục
án trục Vỏ cầu
Mặt
ích

Phớt

án
R hành
tinh

R chủ động TLC

Hình 1.1 C u t o cầu chủ ộng ô tô

1.2.2 Chức n ng nhiệm vụ của cầ chủ động
Mỗi ộ phận của cầu chủ động thực hiện một chức năng riêng. ộ truyền lực chính, thƣờng
là cặp ánh răng hypoit hoặc ánh răng côn, có nhiệm vụ tạo tỷ số truyền nhằm tăng mô
men truyền tới các ánh xe chủ động. Ngoài ra, đối với ô tô tải, TLC còn thực hiện thêm
chức năng đổi hƣớng chuyển động đi một góc 9 o. ộ vi sai tạo điều kiện cho các ánh xe

quay với vận tốc khác nhau khi ô tô quay vòng. Các án trục thực hiện chức năng truyền
mô men tới các ánh xe chủ động.
Vỏ cầu chủ động là hộp chứa TLC, vi sai và các án trục. Ngoài ra, vỏ cầu còn thực hiện
chức năng của ầm đỡ toàn ộ phần trọng lƣợng phía sau của ô tô và chịu các tải trọng từ
tƣơng tác ánh xe với đƣờng. Vì vậy, kết cấu của vỏ cầu phải đảm ảo độ ền và đặc iệt
là độ cứng vững để không ảnh hƣởng đến điều kiện làm việc của các ộ phận ên trong.
Chẳng hạn, nếu vỏ cầu ị iến ạng quá mức thì vị trí lắp đặt các ổ đỡ ị sai lệch, các án
trục ị uốn cong và các ánh răng ị sai điều kiện ăn khớp. Điều này làm gia tăng độ ồn
của cầu chủ động và giảm tuổi thọ của các chi tiết liên quan.
1.2.3 Đ c điểm cấ tạo v điề kiện l m việc của v cầ chủ động ô tô tải
1.2.3.1

c i mc ut o

Cấu trúc của vỏ cầu khá đa ạng, phụ thuộc vào cấu tạo của các ộ phận ên trong và kết
cấu của hệ thống treo cùng với cách lắp đặt các ánh xe. Theo M.J. Nunney [50 , vỏ cầu có
7


thể đƣợc phân thành 3 loại: loại liền khối carrier type , loại hai nửa trumpet type và loại
ầm liền rỗng giữa anjo type .
Vỏ cầu loại hai nửa trumpet đƣợc chế tạo thành hai chi tiết riêng iệt nhƣ mô tả trên hình
1.2. Chúng không đối xứng vì một nửa nửa trái trên hình 1.2 đƣợc thiết kế để chứa ánh
răng chủ động của TLC cùng với các ổ đỡ của nó, nửa còn lại có kết cấu đơn giản hơn. Do
các nửa của vỏ cầu có hình loa k n, nên loại vỏ cầu này có tên gọi là Trumpet. Hai nửa vỏ
cầu đƣợc liên kết với nhau ằng một ãy u lông tạo thành ầm cầu có kết cấu vững chắc
với độ cứng vững cao. Tuy nhiên, Vỏ cầu loại này có cấu tạo phức tạp, khó chế tạo và
không thuận tiện cho quá trình ảo ƣỡng sửa chữa.

Bu lông

Nửa trái
vỏ cầu
Nửa phải
vỏ cầu

Hình 1.2 C u t o vỏ cầu ki u hai nửa (trumpet type)

Hình 1.3 C u t o vỏ cầu lo i dầm liền, rỗng giữa (banjo type)

Vỏ cầu loại ầm liền rỗng giữa anjo type đƣợc chế tạo liền khối với vùng giữa rỗng cả
hai phía hình 1.3 . Phía trƣớc ùng để lắp các ộ phận của TLC và vi sai. Các ộ phận này
đƣợc lắp lên một vỏ riêng và gh p lên vỏ cầu ằng các u lông hình 1.4 . Mặt sau của
vùng rỗng đƣợc che kín ằng một nắp làm từ th p ập mỏng, không chịu lực.
8


Loại vỏ cầu này thƣờng đƣợc sử ụng trên các loại ô tô có tải trọng nhỏ và trung ình. Nó
có khả năng chịu lực thẳng đứng rất tốt, tuy nhiên khả năng chịu các lực ọc nhƣ lực k o
và lực phanh lại k m.
Ƣu điểm nổi ật của loại vỏ cầu này là việc tháo lắp cụm TLC và vi sai rất thuận tiện, giảm
đƣợc nhiều công sức trong quá trình ảo ƣỡng, sửa chữa hình 1.4 .
Hộp TLC và vi sai
Ê cu

Vòng đệm

Vỏ cầu

Nắp sau Bu lông

Mặt ích

Bu lông
Hình 1.4 Sơ ồ lắp ráp cụm TLC và vi sai vào vỏ cầu (KC 05)

Vỏ cầu liền khối carrier type có đặc điểm là phần giữa của nó đƣợc đúc ằng gang liền
khối tạo thành hộp vững chắc để chứa các ộ phận của TLC và vi sai hình 1.1 . Cấu tạo
của vỏ cầu loại liền khối đƣợc mô tả trên hình 1.5.

Hình 1.5 C u t o vỏ cầu lo i liền khối (carrier type)

Phía sau của cụm TLC là khoảng không gian phục vụ cho việc tháo lắp. ình thƣờng phần
không gian này đƣợc đậy ằng một nắp ằng th p ập mỏng. Do cách ố trí nhƣ vậy, việc
tháo lắp các ộ phận ên trong phải đƣợc thực hiện từ phía sau. Các thao tác này phức tạp
nhiều hơn nhiều so với loại vỏ cầu ầm liền, rỗng giữa anjo type .

9