Thiết kế, chế tạo giá treo xe đạp lắp trên ô tô du lịch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
------------------------

PHẠM VĂN THỐNG

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO GIÁ TREO XE ĐẠP
LẮP TRÊN Ô TÔ DU LỊCH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KHÁNH HÒA - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
------------------------

PHẠM VĂN THỐNG

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO GIÁ TREO XE ĐẠP
LẮP TRÊN Ô TÔ DU LỊCH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Ngành:

Cơ khí động lực

Mã số:

8620116

Mã số học viên

58CH332

Quyết định giao đề tài:

Số 398-QĐ-ĐHNT ngày 12/4/2018

Quyết định thành lập hội đồng
Ngày bảo vệ
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
TS. Huỳnh Lê Hồng Thái
Chủ tịch hội đồng:

Phòng Đào tạo Sau Đại học:

KHÁNH HÒA - 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan kết quả của luận văn “Thiết kế, chế tạo giá treo xe đạp lắp
trên ô tô du lịch” đƣợc thực hiện từ tháng 3 năm 2018 đến tháng 10 năm 2019 là
chính xác. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trình bày trong luận văn là trung thực và
chƣa đƣợc tác giả nào công bố trong bất cứ cơng trình nào khác.
Khánh Hịa ngày

tháng

Tác giả

Phạm Văn Thống

iii

năm 2019


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện luận văn “Thiết kế, chế tạo giá treo xe đạp lắp trên ô
tô du lịch”, tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ của quý thầy, Cô các chuyên gia,
các Công ty, bạn bè đồng nghiệp và gia đình. Vậy nay tơi:
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS. Huỳnh Lê Hồng Thái, đã dành
nhiều thời gian, tâm huyết truyền đạt những kiến thức khoa học quý báu, hƣớng dẫn,
định hƣớng, động viên tơi trong q trình thực hiện luận văn.
Xin cảm ơn quý thầy, cô Trƣờng ĐH Nha Trang đã tận tình giảng dạy, truyền
đạt những kiến thức nền tảng, chuyên môn cho tôi trong thời gian tôi học tập và nghiện
cứu tại trƣờng.
Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để
cho tơi hồn thành đề tài này.
Xin cảm ơn gia đình đã ln ở bên tơi.
Xin chân thành cảm ơn.
Khánh Hòa ngày

tháng năm 2019

Tác giả

Phạm Văn Thống

iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. iv
MỤC LỤC ....................................................................................................................... v
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................................. ix
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................. xi
DANH MỤC ĐỒ THỊ ................................................................................................... xii
TRÍCH YẾU LUẬN VĂN ........................................................................................... xiii
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 1
1.1. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nƣớc ..................................... 1
1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài......................................................................................... 1
1.1.2. Các cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nƣớc ................................................... 1
1.1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc ....................................................................... 1
1.1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc .......................................................................2
1.2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................. 3
1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 3
1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................ 3
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................... 3
1.4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ..................................................................... 3
1.4.1. Ý nghĩa khoa học ................................................................................................... 3
1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................... 4
1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 4
1.5.1. Phƣơng pháp phân tích tƣ liệu sẵn có.................................................................... 4
1.5.2. Phƣơng pháp thực nghiệm ..................................................................................... 4
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................ 5
v

2.1. Tổng quan về lý thuyết ô tô, các yếu tố ảnh hƣởng đến giá treo khi lắp trên ô tô ........... 5
2.1.1. Tổng quan về lý thuyết ô tô ................................................................................... 5
2.1.1.1. Khái quát chung về tính ổn định......................................................................... 5
2.1.1.2. Tính ổn định dọc của ơ tơ ................................................................................... 5
2.1.1.3. Tính ổn định ngang của ô tô ............................................................................... 7
2.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến giá treo khi lắp trên ô tô............................................ 10
2.1.2.1 . Hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe ô tô ................................................... 10
2.1.2.2. Lực cản lăn ở bánh xe dẫn hƣớng..................................................................... 10
2.1.2.3. Gia tốc tại trọng tâm của xe khi quay vòng ...................................................... 10
2.2. Khái quát về thiết kế chế tạo sản phẩm .................................................................. 10
2.2.1. Khái niệm thiết kế ............................................................................................... 10
2.2.2. Phát sinh ý tƣởng ................................................................................................. 11
2.2.3. Nghiên cứu khả thi .............................................................................................. 11
2.2.4. Thiết kế ban đầu và thiết kế cuối cùng ................................................................ 11
2.3. Cơ sở lý thuyết về phần mềm đồ họa thiết kế Solidworks ..................................... 11
2.3.1. Giới thiệu về phần mềm Solidworks ................................................................... 12
2.3.1.1. Chức năng CAD ............................................................................................... 12
2.3.1.2. Chức năng CAE ................................................................................................ 13
2.3.2. Chức năng SolidWorks Simulation ..................................................................... 13
2.3.2.1. Giới thiệu về Solidworks Simulation ............................................................... 13
2.3.2.2. Các kiểu phân tích ............................................................................................ 14
2.4. Định luật Hooke và điều kiện bền .......................................................................... 18
2.4.1. Định luật Hooke .................................................................................................. 18
2.4.2. Điều kiện bền:...................................................................................................... 20
2.5. Khảo sát, phân tích lựa chọn phƣơng án thiết kế ................................................... 21
2.5.1. Khảo sát xe đạp ................................................................................................... 21
2.5.2. Khảo sát giá treo xe đạp ......................................................................................22
vi

2.5.3. Phân tích lựa chọn phƣơng án thiết kế ................................................................ 25
2.5.3.1. Phƣơng án treo xe đạp bên hông ô tô ............................................................... 25
2.5.3.2. Phƣơng án treo xe đạp trong ô tô ....................................................................25
2.5.3.3. Phƣơng án treo xe đạp trên trần ô tô ................................................................ 26
2.5.3.4. Phƣơng án treo xe đạp phía trƣớc xe ô tô ......................................................... 26
2.5.3.5. Phƣơng án treo xe đạp phía sau ơ tơ .................................................................27
CHƢƠNG 3. TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM ................................. 30
3.1. Tính tốn thiết kế .................................................................................................... 30
3.1.1. Hình dạng và thơng số kích thƣớc giá treo .......................................................... 30
3.1.1.1. Hình dạng ......................................................................................................... 30
3.1.1.2. Thơng số kích thƣớc tính tốn .......................................................................... 31
3.1.1.3. Thơng số khối lƣợng giá đỡ và xe đạp. ............................................................ 31
3.1.2. Tính tốn các tổ hợp tải trọng .............................................................................. 32
3.1.2.1. Tải trọng tác dụng lên giá đỡ ............................................................................32
3.1.2.2. Kiểm tra cụm bu lông số 1(chi tiết số 2) .......................................................... 40
3.1.2.3. Kiểm tra cụm bu lông số 2(chi tiết số 4 ) ......................................................... 41
3.2. Đánh giá kết quả tính tốn ...................................................................................... 42
3.3. Chế tạo sản phẩm.................................................................................................... 42
CHƢƠNG 4. THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ......................................... 44
4.1. Thử nghiệm và đánh giá tính linh hoạt ................................................................... 44
4.2. Thử nghiệm và đánh giá độ bền ............................................................................. 47
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 52
5.1. Kết luận

............................................................................................................... 52

5.2. Kiến nghị ............................................................................................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 54

vii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

L

Chiều dài

[ch]

Giới hạn chảy



Hệ số Poisson

k

Hệ số an toàn

f

Hệ số ma sát

i

Hệ số tiếp xúc giữa các tấm thép

γ

Khối lƣợng riêng

v

Lực xiết bu lông

G

Mô-đun trƣợt

Mxe
Mgiá treo

Moment do xe tác dụng
Moment do kết cấu giá treo tác dụng

E

Modun đàn hồi

[e]

Ma trận vuông

Fi

Ngoại lực tác dụng lên mỗi bu lông

F

Ngoại lực tác dụng lên cụm bu lông

FEM

Phƣơng pháp phần tử hữu hạn

FEA

Phân tích phần tử hữu hạn

z

Số lƣợng bu lông trong cụm

Fbt

Trọng lực bản thân

Fxe

Trọng lực của xe

Fgiatreo

Trọng lực của giá treo

[k]

Ứng suất giới hạn

, -

Ứng suất cho phép

{}

Vectơ thành phần biến dạng

{}

Vectơ thành phần ứng suất

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Sơ đồ lực và mơ men tác dụng lên ô tô khi đứng trên dốc .............................. 5
Hình 2.2. Sơ đồ lực và mơ men tác dụng lên ơ tơ khi chuyển động lên dốc ...................7
Hình 2.3. Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động trên đƣờng nghiêng ngang .......8
Hình 2.4. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên ô tô khi chuyển động quay vịng trên
đƣờng nghiêng ngang ......................................................................................................9
Hình 2.5. Giá treo xe đạp bên hơng ơ tơ ........................................................................22
Hình 2.6. Treo xe đạp trong ơ tơ ...................................................................................23
Hình 2.7. Giá treo xe đạp trên trần xe ...........................................................................23
Hình 2.8. Treo xe đạp phía trƣớc ơ tơ ...........................................................................24
Hình 2.9. Giá treo lắp ráp mỗi khi treo xe .....................................................................24
Hình 2.10. Giá treo lắp cố định trên xe. ........................................................................25
Hình 2.11. Treo xe đạp trên trần xe ...............................................................................26

Hình 2.12. Treo xe đạp phía sau ơ tơ .............................................................................27
Hình 2.13. Xe đạp có khung sƣờn ngang .....................................................................28
Hình 2.14. Xe đạp có khung sƣờn xiên .........................................................................28
Hình 2.15. Chốt giữ cố định .......................................................................................... 29
Hình 2.16. Bulơng có tai vặn bằng tay ..........................................................................29
Hình 3.1. Tổng thể giá treo ............................................................................................ 30
Hình 3.2. Kích thƣớc giá treo ........................................................................................ 31
Hình 3.3. Mơ hình tách chi tiết để phân tích lực ........................................................... 32
Hình 3.4. Mơ hình tổng thể giá treo ..............................................................................33
Hình 3.5. Sơ đồ trọng tâm giá đỡ và xe .........................................................................33
Hình 3.6. Sơ đồ đặt lực trên giá đỡ................................................................................35
Hình 3.7. Bảng thơng số lƣới chia .................................................................................35
Hình 3.8. Mơ hình chia lƣới giá đỡ ...............................................................................36
ix


Hình 3.9. Phóng to một số điểm chia lƣới .....................................................................36
Hình 3.10. Kết quả ứng suất .......................................................................................... 37
Hình 3.11. Vị trí nguy hiểm trên giá đỡ ........................................................................37
Hình 3.12. Kết quả biến dạng ........................................................................................ 38
Hình 3.13. Vị trí biến dạng lớn nhất ..............................................................................39
Hình 3.14. Hình ảnh thật của giá treo ............................................................................43
Hình 4.1. Lắp một xe đạp lên giá ..................................................................................44
Hình 4.2. Ơ tơ chạy thử khi lắp một xe đạp lên giá .......................................................44
Hình 4.3. Lắp hai xe đạp lên giá ....................................................................................45
Hình 4.4. Ơ tô chạy thử khi lắp hai xe đạp lên giá ........................................................ 45
Hình 4.5. Giá nghiêng để mở cốp xe .............................................................................46
Hình 4.6. Xếp giá khi khơng treo xe đạp .......................................................................46
Hình 4.7. Lắp giá treo và xe để kiểm tra độ võng ......................................................... 47
Hình 4.8. Chiều cao của giá khi chƣa treo xe ................................................................ 47

Hình 4.9. Chiều cao của giá khi treo 2 xe .....................................................................48
Hình 4.10. Chiều cao của giá khi treo 2 xe và vật nặng ................................................48
Hình 4.11. Độ ngã của giá khi treo 2 xe đạp .................................................................49
Hình 4.12. Độ võng của giá khi treo 2 xe đạp và vật nặng ...........................................50

x


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của các loại xe đạp phổ biến đang lƣu hành ...................21
Bảng 4.1. Kết quả kiểm tra độ võng ..............................................................................49
Bảng 4.2. Kết quả kiểm tra độ ngã ................................................................................50
Bảng 4.3. Bảng thực nghiệm trên đƣờng .......................................................................51

xi


DANH MỤC ĐỒ THỊ

Đồ thị 3.1. Biểu đồ phân bố ứng suất trên thanh ngang đỡ vòng ..................................38
Đồ thị 3.2. Biểu đồ ứng suất lớn nhất ứng với các tải trọng khác nhau ........................ 39
Đồ thị 3.3. Biểu đồ biến dạng lớn nhất ứng với các tải trọng khác nhau ......................40

xii


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Việt Nam đang trong thời kỳ hội nhập và phát triển, đặc biệt là ngành công
nghiệp ô tơ, chính phủ đã và đang có các chính sách về việc hỗ trợ, đầu tƣ vào việc
phát triển công nghiệp ô tô cùng các ngành công nghiệp phụ trợ với mục tiêu đƣa

ngành ô tô trong nƣớc phát triển hơn.
Nhu cầu sử dụng ô tô là phƣơng tiện đi lại ở nƣớc ta ngày càng tăng, vì thế nhu
cầu trang bị các vật dụng và thiết bị phục vụ cho việc dã ngoại cũng đƣợc tính đến khi
mỗi gia đình có ơ tơ riêng. Trong đó nhu cầu về việc mang xe đạp theo trong hành
trình dã ngoại là một trong những nhu cầu cần thiết.
Chính vì vậy đề tài “Thiết kế, chế tạo giá treo xe đạp lắp trên ô tô du lịch” đã
đáp ứng đƣợc nhu cầu thực tiễn cho ngành công nghiệp phụ trợ ô tô hiện nay.
Đề tài tập trung nghiên cứu những nội dung nhƣ sau:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Tính tốn thiết kế và chế tạo sản phẩm
Chương 4: Thử nghiệm và đánh giá kết quả
Chương 5: Kết luận và kiến nghị

xiii


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nƣớc
1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam đang trong thời kỳ hội nhập và phát triển, đặc biệt phát triển các
ngành cơng nghiệp cơ khí, trong đó có ngành cơng nghiệp ơ tơ, chính phủ đã và đang
có các chính sách về việc hỗ trợ, đầu tƣ vào việc phát triển công nghiệp ô tô cùng các
ngành công nghiệp phụ trợ với mục tiêu đƣa ngành ơ tơ trong nƣớc phát triển hơn. Các
chính sách này nhằm mục tiêu nâng cao tỉ lệ nội địa hóa các chi tiết của ơ tơ và mở ra
các cơ hội cho các ngành liên quan đến ô tô phát triển. Chính vì vậy tơi đề xuất đề tài
“Thiết kế, chế tạo giá treo xe đạp lắp trên ô tô du lịch” với các lý do sau:
Nhu cầu sử dụng ô tô là phƣơng tiện đi lại ở nƣớc ta ngày càng tăng, vì thế nhu
cầu trang bị các vật dụng và thiết bị phục vụ cho việc dã ngoại cũng đƣợc tính đến khi
mỗi gia đình có ơ tơ riêng. Trong đó nhu cầu về việc mang xe đạp theo trong hành

trình dã ngoại là một trong những nhu cầu cần thiết.
Sản phẩm giá treo xe đạp ở Việt Nam cịn hạn chế (gần nhƣ là chƣa có công ty
nào tham gia thiết kế chế tạo mẫu) chủ yếu là các sản phẩm nhập ngoại có giá thành
cao và tính lắp đặt chƣa linh hoạt.
Một số sản phẩm đƣợc ngƣời dân độ chế tiềm ẩn nguy cơ mất an tồn gây tai
nạn trong q trình vận chuyển vì vậy việc thiết kế sản phẩm giá treo xe đạp đảm bảo
đƣợc độ an tồn, có tính linh hoạt và phù hợp với một số dòng xe cụ thể là cần thiết.
Việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo giá treo xe đạp là bƣớc đầu thử nghiệm để
có thể cho ra đời sản phẩm cơng nghiệp hồn thiện góp phần tạo ra các sản phẩm trong
nƣớc đạt chất lƣợng cao và đƣợc đăng kiểm chấp nhận.
1.1.2. Các cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nƣớc
1.1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Hiện nay, trên thế giới nhiều hãng thiết kế các thiết bị liên quan đến phần giá đỡ
tiện ích, đa năng, thông minh lắp trên ô tô nhƣ:
- Hãng Kristen Hall-Geisler đã thử nghiệm các giá đỡ trên ô tô và các thiết bị
của họ kể từ năm 2002. Kristen là một ngƣời đi xe đạp thƣờng xuyên có nhiều kinh
1


nghiệm với các kệ xe đạp trên xe ô tô của mình. Ngồi việc thử nghiệm 14 mơ hình
giá đỡ khi đƣa ra phiên bản đầu tiên, Kristen đã tƣ vấn với các nhân viên về sự thăng
trầm của tất cả các loại giá đỡ xe đạp.
- Công ty ô tô Ford đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho thiết kế giá đỡ xe đạp
thông minh trên ô tơ của mình, giá đỡ này khơng chỉ bắt lên hoặc tháo xe đạp xuống
một cách nhẹ nhàng trong mỗi chuyến đi, mà thiết bị này không cồng kềnh. Chúng ta
chỉ cần trƣợt các mảng đỡ của giá treo ra vào thân xe là có thể tháo lắp đƣợc, điều này
đồng nghĩa là kẻ trộm có thể tháo và ăn cắp chiếc xe đạp khi đậu xe.
- Nhà thiết kế James Owen đã thiết kế và chế tạo ra hai sản phẩm có tên
Yakima Super Joe Pro và Kin Joe Pro, những sản phẩm này giúp dễ dàng mang theo
xe đạp trong những chuyến dã ngoại xa. Các mẫu giá đỡ này đƣợc sử dụng để gắn

những chiếc xe đạp đằng sau ơ tơ một cách an tồn và chắc chắn, đặc biệt là tránh
đƣợc những vết trầy xƣớc vỏ xe.
- Khởi nguồn từ nhà máy sản xuất thiết bị cho những ngƣ dân Thụy Điển. Logo
Thule lần đầu tiên đƣợc gắn lên đồ dùng câu cá vào năm 1942, đánh dấu sự ra đời của
Thule Group, tập đoàn đứng đầu về sản phẩm phục vụ các hoạt động, sự kiện thể thao
ngoài trời. Năm 2004, Thule ProRide 591 ra đời, và trở thành sản phẩm bán chạy nhất.
ProRide 591 là loại giá treo xe đạp đa năng gắn trên ô tô.
Tóm lại: Trên thế giới có rất nhiều hãng thiết kế và chế tạo giá treo xe đạp trên
ô tơ. Tuy nhiên cho đến nay vẫn chƣa có một cơng trình học thuật chính thức nào đƣợc
cơng bố nói về việc thiết kế này.
1.1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện nay, nhu cầu sử dụng ô tô tại việt nam ngày càng tăng, đi cùng với đó là
nhu cầu mang các vật dụng theo xe ngày càng cao. Hầu hết các xe ô tô du lịch tại Việt
Nam hiện nay, các hãng đều không thiết kế các giá đỡ đa năng lắp theo xe. Xuất phát
từ nhu cầu đó, nhiều hãng ô tô đã bắt đầu phát triển lĩnh vực thiết kế các giá đỡ đa
năng, thông minh để gắn lên ô tô. Tại việt nam, các loại giá đỡ xe đạp lắp trên ơ tơ này
rất ít đƣợc thiết kế đúng kỹ thuật, cách lắp đặt và độ bền chƣa đƣợc tính đến. Đa số
nhập từ các cơng ty thiết kế và sản xuất của nƣớc ngoài về để sử dụng.
2


Với nhu cầu thiết kế giá đỡ là cần thiết nhƣ vậy, tuy nhiên cho đến nay trong
nƣớc vẫn chƣa có một cơng trình học thuật chính thức nào đƣợc cơng bố nói về việc
thiết kế này.
Vì vậy việc tính tốn và thiết kế một giá treo đa năng, thơng minh, đúng quy
chuẩn kỹ thuật, đạt độ bền, tiết kiệm chi phí và hiệu quả là rất cần thiết hiện nay.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Thiết kế, chế tạo giá treo xe đạp lắp trên ô tô du lịch
Để đáp ứng mục tiêu trên thì tác giả cần khảo sát các mẫu giá treo hiện tại, phân
tích, thiết kế và chế tạo đƣợc mẫu giá treo xe đạp lắp trên ô tô du lịch đáp ứng các yêu

cầu về đảm bảo độ bền, an toàn, lắp ráp linh hoạt, thẩm mỹ và tính kinh tế.
Chế tạo mẫu giá treo xe đạp làm cơ sở bƣớc đầu cho việc chuyển giao sản phẩm
hoặc sản xuất cơng nghiệp có tính thƣơng mại hóa phục vụ cho ngành công nghiệp
phụ trợ ô tô.
1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Trong đề tài này, đối tƣợng cần nghiên cứu là thiết kế, chế tạo giá treo xe đạp
cho xe ô tô du lịch Toyota Innova. Từ đó tạo ra bộ sản phẩm có tính thẩm mỹ, cơ động
và có thể thƣơng mại hóa ra thị trƣờng.
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu giá treo cho xe du lịch Inova
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về thiết kế, khảo sát, phân tích lựa chọn phƣơng án
thiết kế, chế tạo mẫu.
Phân tích tính tốn thiết kế giá đỡ, phân tích chuyển vị khi treo tải và biểu đồ
phân bố ứng suất bằng phần mềm Solidwork.
Chế tạo giá treo xe đạp và lắp giá treo lên xe Innova cho vận hành trên đƣờng
để kiểm tra bền.
1.4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
1.4.1. Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu, thiết kế thiết kế và chế tạo mẫu giá treo xe đạp lắp trên ô tô du lịch
đáp ứng các yêu cầu về đảm bảo độ bền, độ an tồn, lắp ráp linh hoạt, có tính thẩm mỹ
và có thể thƣơng mại hóa sản phẩm.
3


1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển ngành công nghiệp phụ
trợ ô tô mà chính phủ Việt Nam đang hƣớng tới.
1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu
1.5.1. Phƣơng pháp phân tích tƣ liệu sẵn có

Thu thập, chọn lọc thơng tin từ các cơng trình nghiên cứu trƣớc, những bài tạp
chí, bài báo trong và ngồi nƣớc có liên quan đến vấn đề nghiên cứu.

1.5.2. Phƣơng pháp thực nghiệm
Khảo sát, đo kiểm các mẫu xe thực tế; thiết kế, chế tạo sản phẩm mẫu thử và
chế tạo sản phẩm hoàn thiện.

4


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Tổng quan về lý thuyết ô tô, các yếu tố ảnh hƣởng đến giá treo khi lắp trên ô tô
trên ô tô
2.1.1. Tổng quan về lý thuyết ơ tơ
2.1.1.1. Khái qt chung về tính ổn định
Tính ổn định của ơ tơ là khả năng giữ đƣợc quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu
trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau tùy vào điều kiện chuyển động của ơ tơ,
có thể đứng n, chuyển động trên đƣờng bằng, đƣờng dốc, có thể quay vịng hoặc
phanh trên các loại đƣờng khác nhau. Trong những điều kiện chuyển động phức tạp
nhƣ vậy, ô tô cần giữ quỹ đạo chuyển động của nó sao cho khơng bi lật đổ, không bị
trƣợt, cầu xe không bị lệch trong giới hạn cho phép để đảm bảo cho xe chuyển động an
tồn [4].
2.1.1.2. Tính ổn định dọc của ơ tơ
 Tính ổn định dọc tĩnh
Tính ổn định dọc tĩnh của ơ tô là khả năng đảm bảo cho xe không bị lật đổ
hoặc bị trƣợt khi đứng trên đƣờng dốc nghiêng dọc.
Khi ô tô đứng trên dốc nghiêng dọc quay đầu lên sẽ bị tác dụng các lực sau
nhƣ hình 2.2.a.

a.Xe quay đầu lên dốc

b.Xe quay đầu xuống dốc

Hình 2.1. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên ô tô khi đứng trên dốc
Trọng lƣợng của ô tô đặt tại trọng tâm xe là G. Do có góc dốc  nên G đƣợc
phân ra thành hai thành phần G.cos và G.sin
Các phản lực thẳng đứng Z1, Z2 ta có Z1 + Z2 = G.cos
5


Theo hình 2.1. ứng với xe đứng trên dốc quay đầu lên. Khi góc dốc  tăng dần
Cho tới lúc bánh xe trƣớc nhấc khỏi mặt đƣờng, lúc đó phản lực Z1=0, xe sẽ bị lật
quanh điểm O2. Để xác định góc đốc giới hạn mà xe bị lật đổ, ta lập phƣơng trình mơ
men của tất cả các lực đối với điểm O2 rồi rút gọn với Z1 = 0 sẽ đƣợc :
G.b.cosl – G.hg.sinl = 0
tgl =

b
hg

(2-1)
(2-2)

Trong đó: 1 - góc dốc giới hạn mà xe bị lật khi đứng yên quay đầu lên dốc.
b, hg - kích thước toạ độ trọng tâm như hình 2.1.
Trƣờng hợp xe đứng trên dốc quay đầu xuống ta cũng làm tƣơng tự bằng cách lấy
mô men các lực đối với điểm O1, sau đó thay Z2 = 0 và rút gọn ta đƣợc
tgl =

a

hg

(2-3)

Trong đó: l- góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ khi đứng yên quay đầu xuống dốc.
Điều kiện để đảm bảo an toàn cho xe đứng trên dốc là xe bị trƣợt trƣớc khi bị lật.
Từ các biểu thức trên ta rút ra đƣợc:
 <

b
hg

(2-4)

Từ công thức nêu trên ta có nhận xét rằng góc dốc giới hạn khi ô tô đứng trên dốc
bị trƣợt hoặc bị lật đổ chỉ phụ thuộc vào toạ độ trọng tâm và hệ số bám của bánh xe
với mặt đƣờng.
 Tính ổn định dọc động
Khi xe ơ tơ chuyển động trên đƣờng dốc có thể bị mất ổn định (bị lật đổ hoặc bị
trƣợt) dƣới tác dụng của các lực và mô men tác dụng lên chúng. Mặt khác khi ô tô
chuyển động với tốc độ cao trên đƣờng bằng cũng có thể bị lật đổ.

6


Hình 2.2. Sơ đồ lực và mơ men tác dụng lên ô tô khi chuyển động lên dốc
Ta sử dụng các cơng thức xác định phản lực thẳng góc từ đƣờng tác dụng lên các
bánh xe trƣớc (Z1)và các bánh xe sau (Z2), ta có:
G. cos b  f .rb   G. sin   Pj  P hg  Pm .hm 


L
G. cos a  f .rb   G sin   Pj  P hg  Pm .hm 

Z2 

L
Z1 

(2-5)

Cách làm cũng tƣơng tự nhƣ phần ổn định dọc tĩnh, ta xác định đƣợc ngay góc dốc
mà xe bị lật đổ khi chuyển động lên dốc hoặc xuống dốc (trƣờng hợp xe lên dốc ứng
với Z1 = 0 và xuống dốc ứng với Z2 = 0)
Để đơn giản ta xét trƣờng hợp ô tô chuyển động ổn định lên dốc, khơng kéo mc.
Do đó lực qn tính Pj = 0, lực kéo mc Pm =0
Góc dốc giới hạn khi xe bị lật đổ
tgd =

b  f .rb P

hg
hg

(2-6)

2.1.1.3. Tính ổn định ngang của ơ tơ
 Tính ổn định ngang của ơ tơ khi chuyển động trên đƣờng nghiêng ngang
Trƣờng hợp này giả thiết vết của bánh xe trƣớc và sau trùng nhau, trọng tâm của
xe nằm trong mặt phẳng đối xứng dọc, lực và mô men tác dụng lên ơ tơ gồm:
-  là góc nghiêng ngang của đƣờng

- Trọng lƣợng của ô tô G phân ra thành hai thành phần theo góc nghiêng 
- Mơ men của các lực qn tính tiếp tuyến Mjn tác dụng trong mặt phẳng ngang
khi xe chuyển động không ổn định
- Các phản lực Z’, Z’’ và Y’, Y’’

7


Hình 2.3. Sơ đồ lực tác dụng lên ơ tơ khi chuyển động trên đƣờng nghiêng ngang
Dƣới tác dụng của các lực và mơ men, khi góc  tăng dần tới góc giới hạn, xe bị lật
qua điểm A (A là giao điểm của mặt phẳng thẳng đứng qua tâm trục bánh xe bên trái
và mặt đƣờng), lúc đó phản lực Z = 0. từ cơng thức tính phản lực ta có:
c
G cos  d  Ghg sin  d  M jn
Z” = 2
0
c

(2-7)

Trong công thức (2-7) ta coi Mjn  0 vì trị số nhỏ có thể bỏ qua từ đó ta có thể xác
định đƣợc góc giới hạn lật đổ khi xe chuyển động trên đƣờng nghiêng ngang
tgd =

c
2h g

(2-8)

Trong đó: d - góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ

Điều kiện để xe trƣợt trƣớc khi bị lật
tg < tgd hay

y <

c
2h g

(2-9)

 Tính ổn định ngang của ơ tơ khi chuyển động quay vịng trên đƣờng nghiêng ngang
Khi xe quay vịng, ngồi các lực tác dụng giống nhƣ phần trên, xe còn chịu tác
dụng của lực ly tâm PL đặt tại trọng tâm xe nhƣ hình 2.4. có trục quay là YY và lực
kéo ở moóc là Pm . Trƣờng hợp này coi phƣơng của lực Pm tác dụng theo phƣơng năm
ngang. Các lực PL và Pm đều đƣợc phân ra thành hai thành phần do góc nghiêng . Khi
góc  tăng dần, đồng thời dƣới tác dụng của lực Pb xe bị lật đổ quanh mặt phẳng đi qua
O1 ứng với vận tốc tới hạn và hợp lực Z” = 0

8


Hình 2.4. Sơ đồ lực và mơ men tác dụng lên ơ tơ khi chuyển động quay vịng trên
đƣờng nghiêng ngang
Sử dụng công thức đã xác định chƣơng 2, mặt khác ta thay trị số của lực ly tâm
PL=

G.v l2
vào cơng thức rồi rút gọn ta có:
gR

 C
C



G 2 cos  d  h g sin  d   Pm  hm cos  d  2 sin  d  gR



 
v n2 
C


G h g cos  d  sin  d 
2



(2-12)

Trong trƣờng hợp ô tô khơng kéo mc Pm = 0 ta xác định đƣợc vận tốc tới hạn
khi xe bị lật nhƣ sau:
C

 h g  tg d  gR
2

vn 
C

1  h g tg d
2

Trong đó:

d - góc dốc giới hạn khi xe quay vịng bị lật đổ
R - bán kính quay vịng của xe
v - vận tốc chuyển động quay vòng
vn- vận tốc tới hạn (vận tốc nguy hiểm)
g - gia tốc trọng trường

9

(2-14)


Nếu hƣớng nghiêng của đƣờng cùng phía với trục quay vịng thì vận tốc nguy
hiểm khi xe bị lật đổ là:
C

 hg  tg d  gR
2

vn  
C
1  hg tg d
2

(2-15)

2.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến giá treo khi lắp trên ô tô
2.1.2.1 . Hệ số phân bố tải trọng lên các bánh xe ô tô
Khi ô tơ làm việc, lực thẳng góc từ mặt đƣờng tác dụng lên từng bánh xe bị thay
đổi tuỳ theo điều kiện làm việc khi thay đổi trong lƣợng xe, khi gia tốc, khi phanh, khi
lên dốc hay xuống dốc [4].
2.1.2.2. Lực cản lăn ở bánh xe dẫn hướng
Lực cản lăn ở các bánh xe dẫn hƣớng sẽ thay đổi khi thay đổi trọng lực tác dụng
lên các bánh xe.
2.1.2.3. Gia tốc tại trọng tâm của xe khi quay vòng
Khi treo giá có khối lƣợng thì trọng tâm ơ tơ thay đổi sẽ làm cho gia tốc trọng
tâm khi xe quay vòng cũng thay đổi.
 Trọng lƣợng giá treo 13.9 kg, không đáng kể so với tổng trọng lƣợng của ô
tô Toyota Innova là 2.379 kg [15]. Do đó, trong quá trình tính tốn thiết kế ta có thể bỏ
qua sụ tác động của giá treo đến quá trình vận chuyển của ô tô.
2.2. Khái quát về thiết kế chế tạo sản phẩm
2.2.1. Khái niệm thiết kế
Thiết kế là những gì liên kết sự sáng tạo và đổi mới. Nó định hình các ý tƣởng
để trở thành những đề xuất thực tiễn và hấp dẫn ngƣời dùng hoặc khách hàng. Thiết kế
có thể đƣợc mơ tả nhƣ sự triển khai sáng tạo đến một mục đích cụ thể nào đó [1].
Quy trình thiết kế một sản phẩm
Quy trình thiết kế sản phẩm bao gồm bốn bƣớc cơ bản sau
- Phát sinh ý tƣởng
- Nghiên cứu khả thi
- Phát biểu và thử nghiệm thiết kế ban đầu
10


- Phát thảo thiết kế chi tiết cuối cùng của sản phẩm hoặc dịch vụ
2.2.2. Phát sinh ý tƣởng
Phát sinh ý trƣởng sáng tạo sản phẩm xuất phát từ sự hiểu biết nhu cầu khách hàng và

chủ động trong việc phát triển đƣợc những nhu cầu của khách hàng. Ý tƣởng về sản phẩm
mới xuất phát phần lớn từ chiến lƣợc của doanh nghiệp đối với thị trƣờng. Ví dụ, nếu một
doanh nghiệp muốn thực hiện việc cải tiến, những ý tƣởng có thể xuất phát đầu tiên từ
phịng thí nghiệm hoặc các nhóm nghiên cứu của các trƣờng đại học. Nếu doanh nghiệp có
ƣu thế về sản xuất hơn là về thiết kế, những ý tƣởng về sản phẩm mới có thể chủ yếu là từ
việc phân tích thế mạnh sản phẩm hoặc dịch vụ của đối thủ cạnh tranh và nỗ lực cải tiến
những sản phẩm đó thành cho riêng doanh nghiệp.
2.2.3. Nghiên cứu khả thi
Nghiên cứu khả thi bao gồm các bƣớc phân tích thị trƣờng, phân tích kinh tế và
phân tích kỹ thuật/chiến lƣợc.
Việc thực hiện nghiên cứu khả thi bao gồm nhiều bƣớc phân tích và bắt đầu
bằng phân tích thị trƣờng. Bƣớc phân tích thị trƣờng nhằm đánh giá nhu cầu về sản
phẩm đƣợc thiết kế nhằm hỗ trợ và trả lời câu hỏi liệu có tiếp tục thực hiện quyết định
đầu tƣ vào sản phẩm mới hay khơng?
Nếu có nhu cầu về sản phảm, phân tích kinh tế đƣợc thực hiện nhằm ƣớc lƣợng
chi phí cho việc phát triển và sản xuất sản phẩm và so sánh với doanh thu ƣớc lƣợng.
2.2.4. Thiết kế ban đầu và thiết kế cuối cùng
Các bộ phận thiết kế đƣợc bộ phận tiếp thị cung cấp những yêu cầu về đặc điểm
sản phẩm (thƣờng là rất tổng quát) và chuyển những yêu cầu đó thành những yêu cầu
kỹ thuật. Quá trình bao gồm việc tạo ra thiết kế ban đầu, xây dựng thiết kế mẫu, thử
nghiệm thiết kế mẫu, hiệu chỉnh thiết kế, thử nghiệm lại và cứ thế tiếp tục cho đến khi
thiết kế ban đầu có tính khả thi. Khi thiết kế ban đầu đƣợc chấp nhận, bộ phận thiết kế
sẽ phát triển thành thiết kế cuối cùng thông qua ba giai đoạn:
1. Thiết kế chức năng sản phẩm
2. Thiết kế dạng sản phẩm
3. Thiết kế sản xuất.

2.3. Cơ sở lý thuyết về phần mềm đồ họa thiết kế Solidworks
11

2.3.1. Giới thiệu về phần mềm Solidworks
Phần mềm Solidworks là một trong những phần mềm chuyên về thiết kế 3D do
hãng Dassault System phát hành dành cho những xí nghiệp vừa và nhỏ, đáp ứng hầu
hết các nhu cầu thiết kế cơ khí hiện nay. Solidworks đƣợc biết đến từ phiên bản
Solidworks 1998 và đƣợc du nhập vào nƣớc ta với phiên bản 2003 và cho đến nay với
phiên bản 2019 và phần mềm này đã phát triển đồ sộ về thƣ viện cơ khí và phần mềm
này khơng những dành cho những xí nghiệp cơ khí nữa mà cịn dành cho các ngành
khác nhƣ: đƣờng ống, kiến trúc, trang trí nội thất, mỹ thuật [1].
Solidworks bao gồm 2 tính năng chính là CAD và CAE, CAD có chức năng
thiết kế cịn CAE có chức năng phân tích độ bền kết cấu.
2.3.1.1. Chức năng CAD
Các khối đƣợc xây dựng trên cơ sở kỹ thuật tham số, mơ hình hóa. Chức năng
báo lỗi giúp ngƣời sử dụng dễ dàng biết đƣợc lỗi khi thực hiện lệnh.
Bảng quản lý cây thƣ mục cho phép ta xem các đối tƣợng vừa tạo và có thể thay đổi
thứ tự thực hiện các lệnh. Các lệnh mang tính trực quan làm cho ngƣời sử dụng dễ nhớ.
Dữ liệu đƣợc liên thông giữa các môi trƣờng giúp cập nhật nhanh sự thay đổi
của các môi trƣờng.
Hệ thống quản lý kích thƣớc và ràng buộc trong mơi trƣờng vẽ phát giúp ngƣời
sử dụng tạo các biên dang một cách dễ dàng và tránh đƣợc các lỗi khi tạo biên dạng.
Trong môi trƣờng vẽ cho phép ta tạo các hình chiếu vng góc các chi tiết hoặc các
bản lắp với tỉ lệ và vị trí do ngƣời sử dụng quy định mà khơng ảnh hƣởng đến kích thƣớc.
Cơng cụ tạo kích thƣớc tự động và kích thƣớc theo quy định của ngƣời sử dụng.
Tạo các chú thích cho các lỗ một cách nhanh chóng. Chức năng ghi độ nhám bề
mặt, dung sai kích thƣớc và hình học đƣợc sử dụng dễ dàng.
Trong môi trƣờng bản vẽ lắp (Assembly), các chi tiết 3D sau khi thiết kế xong
có thể lắp ráp lại với nhau tạo thành một bộ phận máy hoặc một máy hoàn chỉnh. Xây
dựng các đƣờng dẫn thể hiện quy trình lắp ghép.
Xác định các bậc tự do cho chi tiết lắp ghép phục vụ việc mô phỏng chuyển
động của các cơ cấu.

12