Nghiên cứu đánh giá độ bền lâu của bán trục ô tô giảm tải 12

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------VŨ HUY HÙNG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN LÂU CỦA BÁN TRỤC
Ô TÔ GIẢM TẢI 1/2

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội- 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------VŨ HUY HÙNG

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN LÂU CỦA BÁN TRỤC
Ô TÔ GIẢM TẢI 1/2
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS NGUYỄN TRỌNG HOAN

Hà Nội- 2018

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN .................................................................................1

1.1. Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam và sự phát triển của lĩnh vực sản xuất ô
tô tải.........................................................................................................................1
1.1.1.

Thực trạng ...........................................................................................1

1.1.2.

Định hướng phát triển .........................................................................2

1.1.3.

Những tồn tại và nhu cầu phải đầu tư nghiên cứu phát triển. .............2

1.2. Giới thiệu chung về bán trục ô tô ..................................................................3
1.2.1.

Cấu tạo chung ......................................................................................3

1.2.2.

Công dụng, phân loại, yêu cầu chung .................................................4

1.2.3.

Các dạng tải trọng tác dụng lên bán trục .............................................5

1.3. Các chế độ tính bền bán trục ơ tơ giảm tải 1/2 ..............................................6
1.3.1.

Theo phương pháp truyền thống .........................................................6

1.3.2.

Theo phương pháp phần tử hữu hạn ( PTHH ) bằng các phần mềm

chuyên dụng ........................................................................................................6
1.4. Hướng nghiên cứu độ bền bán trục ...............................................................8
1.4.1.

Đánh giá độ bền mỏi ...........................................................................8

1.4.2.

Các nghiên cứu trong và ngoài nước về đánh giá độ bền mỏi các bộ

phận trên ô tô .....................................................................................................16
1.5. Nội dung của luân văn .................................................................................17
1.5.1.

Mục tiêu nghiên cứu ..........................................................................17

1.5.2.

Đối tượng nghiên cứu ........................................................................17

1.5.3.

Phương pháp nghiên cứu ...................................................................18

1.5.4.

Nội dung ............................................................................................18

CHƯƠNG 2.

XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN TẢI TRỌNG TÁC

DỤNG LÊN BÁN TRỤC GIẢM TẢI 1/2 .............................................................19
2.1. Các tải trọng tác dụng lên cầu chủ động......................................................19


2.1.1.

Trường hợp 1 :Chuyển động thẳng với lực phanh hoặc lực kéo cực

đại..................... .................................................................................................22
2.1.2.

Trường hợp 2: Khi xe chuyển động quay vịng có trượt ngang: .......23

2.1.3.

Trường hợp 3: Khi xe chuyển động trên đường lồi, lõm không bằng

phẳng................ .................................................................................................23
2.2. Các tải trọng tác dụng lên bán trục giảm tải 1/2 và các phương pháp đánh
giá độ bền theo các chế độ tải trọng ......................................................................24
2.2.1.

Xác định tải trọng theo phương pháp truyền thống...........................25

2.2.2.

Tính tốn bán trục 3D bằng phần mềm chun dụng. ......................27

2.2.3.

Xác định các tải trọng tác dụng lên bán trục. ....................................28

2.2.4.

Lựa chọn các hàm kích thích từ mặt đường ......................................28

2.2.5.

Tính tốn bền mỏi bán trục................................................................32

2.2.6.

Phương pháp xây dựng mơ hình........................................................38

2.2.7.

Phân tích cấu trúc ơ tơ và đặt các giả thiết ........................................39

2.2.8.

Thiết lập hệ phương trình vi phân mơ tả động lực học của xe ..........40

CHƯƠNG 3.

TÍNH TỐN ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN BÁN TRỤC GIẢM TẢI

1/2........................................ ......................................................................................42
3.1. Thơng số kí thuật của xe tham khảo VPT095 – 990kg. ..............................42
3.2. Chế độ tính tốn. ..........................................................................................48
3.3. Tính tốn xác định tải trọng.........................................................................48
3.3.1.

Mấp mơ đường theo ISO 8608-1995.................................................48

3.3.2.

Tính tốn tải trọng thẳng đứng Zi . ....................................................53

3.3.3.

Tính ứng suất trên bán trục giảm tải 1/2 ...........................................57

3.4. Tính bền mỏi bán trục giảm tải 1/2 .............................................................61
3.4.1.

Vật liệu ..............................................................................................61

3.4.2.

Xây dựng đường cong mỏi ................................................................61

3.4.3.

Tính bền mỏi bán trục giảm tải 1/2 ...................................................63

KẾT LUẬN

...…………………………………………………………………66

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................67



LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, được sự hướng dẫn
khoa học của PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan . Các kết quả nghiên cứu và được trình
bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng bảo vệ ở bất kì học vị
nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn đã được
cám ơn, các thơng tin trích dẫn trong luận văn này đều rõ nguồn gốc.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, Ngày 25 tháng 09 năm 2018
Hướng dẫn khoa học

Tác giả luận văn

PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan

Vũ Huy Hùng


DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Z1,Z2
Y1,Y2
X1,X2
R1,R'1,R2,R'2
v
Y
B
gbx
rbx
G2
m2
m1
ih
ihttl
ηhttl
Memax
Mu
Mx
Wu
Wx
B
a
b

hg
φ
φ
x0
x1
x2
c1
c2
k

Tên gọi
Phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe trái, phải
Phản lực ngang tác dụng lên bánh xe trái phải
Phản lực của vòng truyền qua các bánh xe chủ động
Lực và phản lực thẳng đứng tác dụng lên các ổ bi đỡ trái,
phải
Vận tốc chuyển động của xe
Lực quán tính bánh xe
Chiều rộng cơ sở của xe
Trọng lượng của bánh xe
Bán kính bánh xe có tính cả độ biến dạng
Trọng lượng cầu sau
Khối lượng được treo
Khối lượng không được treo
Tỉ số truyền của hộp số
Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực
Hiệu suất của hệ thống truyền lực
Mô men động cơ
Mô men uốn
Mô men xoắn

Mô men chống uốn
Mô men chống xoắn
Khoảng cách 2 vệt bánh xe cầu sau
Khoảng cách tâm 2 ổ bi đỡ
Khoảng cách tâm bánh xe đến tâm ổ bi đỡ trên bán trục
Chiều cao trọng tâm
Hệ số bám dọc cực đại
Hệ số bám ngang cực đại
Chuyển vị theo phương thẳng đứng của mặt đường
Chuyển vị theo phương thẳng đứng của khối lượng không
được treo
Chuyển vị theo phương thẳng đứng của khối lượng được
treo
Độ cứng của lốp
Độ cứng của nhíp
Hệ số cản của giảm chấn

Đơn vị
N
N
N
N
km/h
m
N
m
kg
kg
kg

kgm2
kg
kg
Nm
Nm
m
m
m
m

m
m
m
N/m
N/m
N/m/s


Ω

Hàm mật độ phổ năng lượng của chiều cao mấp mơ của mặt
đường
Tần số góc

n

Tần số khơng gian

no

Giá trị tham chiếu của tần số không gian

h
Hm

Chiều cao mấp mô
Chiều cao mấp mô dạng sin

rad/m
Chu
kỳ/m
Chu
kỳ/m
m
m

Lm
t
σmax

Chiều dài mấp mô dạng sin
Thời gian
Ứng suất cực đại

m
s
MPa

Ứng suất giới hạn bền của vật liệu chế tạo

MPa

Ứng suất cắt lớn nhât

MPa

σy

Ứng suất giới hạn chảy của vật liệu

MPa

σv

Ứng suất tương đương Von Mises

MPa

S’e

Ứng suất giới hạn mỏi của vật liệu

MPa

σm

Ứng suất trung bình

MPa

σr

Vùng biến thiên ứng suất

MPa

σa
R
A

Biên độ ứng suất
Hệ số ứng suất
Hệ số biên độ

MPa
-

Gd

[σ],Su
τmax

-


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CKD

Viết tắt của cụm từ tiếng anh: Completely Knocked Down. Ngĩa là
xe lắp ráp với 100% linh kiện nhập khẩu.

VAMA

Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam

VEAM

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

PTHH

Phần tử hữu hạn

ISO
3D
CAE

CAD

Viết tắt của cụm từ tiếng anh: Internationnal Organization for
Standardization. Nghĩa là tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế.
Viết tắt của cụm từ tiếng anh: Three dimenson. Nghĩa là 3 chiều
Viết tắt của cụm từ tiếng anh: Computer Aided Engineering. Nghĩa
là phân tích cơng nghệ với sự trợ giúp của máy tính.
Viết tắt của cụm từ tiếng anh: Computer Aided Design. Nghĩa là
phân tích cơng nghệ với sự trợ giúp của máy tính.


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1

Cơ tính một số vật liệu chế tạo trục

Bảng 1.2

Tiêu chuẩn ISO 8608-1995 phân loại đường

11

Bảng 1.3

Thông số kĩ thuật của xe tải VPT095

42

Bảng 1.4

Thông số sử dụng trong tính tốn mơ phỏng động lực học

47

Bảng 1.5

Tải trọng thẳng đứng Zi cực đại trên các đường mấp mô

56

Bảng 1.6

Ứng suất cực đại trên các đường mấp mơ

60

Bảng 1.7

Thành phần hợp chất trong thép C35

61

Bảng 1.8

Tính tuổi thọ trên đường E-F

65

Bảng 1.9

Tuổi thọ trên các đường B-C,C-D,D-E

65

5


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1
Hình 1.2

Hình 1.3

Cấu tạo bán trục ơ tơ tải
Mơ hình bán trục sử dụng trong tính tốn bằng phương pháp
PTHH
So sánh các phương pháp đánh giá độ bền bằng ứng suất tương
đương

3
7

8

Hình 1.4

Đường cong mỏi thực nghiệm đo được từ các mẫu thép A517 [2]

12

Hình 1.5

Kết quả thí nghiệm trên thiết bị tiêu chuẩn [2]

12

Hình 1.6
Hinh 1.7
Hình 1.8

Kết quả thí nghiệm với các tải trọng khác (Kéo nén đúng tâm,
Xoắn)
Các tiêu chuẩn bền mỏi [2]

Mô phỏng phân bố ứng suất trên bán trục tính tốn bằng
Inventor

14
15
16

Hình 1.9

Xe VEAM - VPT095 tải trọng 990kg

18

Hình 2.0

Sơ đồ các lực tác dụng lên cầu sau chủ động

19

Hình 2.1

Sơ đồ các lực tác dụng lên bán trục giảm tải ½

24

Hình 2.2

Mấp mơ dạng sin

28

Hình 2.3

Ứng suất trong các chi tiết chịu kéo đơn thuần

31

Hình 2.4

Đồ thị biến thiên ứng suất trên chi tiết chịu tải

32

Hình 2.5

Biểu đồ giới hạn mỏi [2]

35

Hình 2.6

Biểu đồ các đường giới hạn mỏi [2]

37

Hình 2.7

Mơ hình dao động 2 khối lượng

40

Hình 2.8

Tính tốn bằng Matlab thu được kết quả bề mặt 4 loại đường

50

Hình 2.9

Mấp mơ mặt đường tính theo tiêu chuẩn ISO 8608-1995

50

Hình 3.0

Mấp mơ mặt đường B-C

51

Hình 3.1

Mấp mơ mặt đường C-D

52

Hình 3.2

Mấp mơ mặt đường D-E

52

Hình 3.3

Mấp mơ mặt đường E-F

53


Hình 3.4

Sơ đồ bài tốn mơ hình động lực học để tính các Zi bằng Matlap
Sumulink

54

Hình 3.5

Tải trọng thẳng đứng Zi trên đường mấp mơ B-C

54

Hình 3.6

Tải trọng thẳng đứng Zi trên đường mấp mơ C-D

55

Hình 3.7

Tải trọng thẳng đứng Zi trên đường mấp mơ D-E

55

Hình 3.8

Tải trọng thẳng đứng Zi trên đường mấp mơ E-F

56

Hình 3.9

Sơ đồ tính tốn bán trục giảm tải 1/2

57

Hình 4.0

Tiết diện bán trục tại vị trí lắp ổ bi đỡ

58

Hình 4.1

Ứng suất theo thời gian trên đường B-C

59

Hình 4.2

Ứng suất theo thời gian trên đường C-D

59

Hình 4.3

Ứng suất theo thời gian trên đường D-E

60

Hình 4.4

Ứng suất theo thời gian trên đường E-F

60

Hình 4.5

Đồ thị biến thiên ứng suất trên chi tiết chịu tải

62

Hình 4.6

Đường cong mỏi theo hệ trụ logarit

62

Hình 4.7

Biểu đồ phân bố ứng suất đường E-F

65


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, ngành cơng nghiệp ơtơ nước ta cũng
đang có những biến chuyển và ngày càng ảnh hưởng sâu rộng tới các lĩnh vực sản
xuất.. Tuy nhiên sau 20 năm hưởng ưu đãi của một ngành sản xuất mũi nhọn, ngành
công nghiệp ô tô việt nam vẫn chỉ là ngành công nghiệp lắp ráp, chủ yếu là nhập
CKD từ nước ngoài Thị trường ơ tơ nhỏ bé, do đó sản lượng ô tô chưa cao kéo theo
việc số lượng các doanh nghiệp sản xuất linh kiện phụ trợ cho các nhà máy lắp ráp
ô tô chưa nhiều. Chưa đạt được tiêu chí của ngành sản xuất ơ tơ thực sự, sản xuất
nhỏ lẻ, thiếu sự liên kết. Bên cạnh đó, chất lượng sản phẩm phụ tùng linh kiện ô tô
cung cấp trên thị trường vẫn còn kém, chưa đáp ứng yêu cầu, thiếu sự đa dạng trong
khi giá thành vẫn đang ở mức cao…
Trong bối cảnh đó, để có thể tiến tới tự sản xuất hoàn chỉnh các cụm chi tiết
trên ô tô tại Việt Nam cần có sự đầu tư đặc biệt cho lĩnh vực nghiên cứu thiết kế chế
tạo, trong đó có các chi tiết trong hệ thống truyền lực nhằm phát triển sản phẩm có
chất lượng cao.
Bán trục là một trong những chi tiết quan trọng trong hệ thống truyền lực
trên ô tô, đảm bảo truyền mô men cực đại từ HTTL chính tới các bánh xe chủ động
theo mọi điều kiện chuyển động của ơ tơ, vì vậy nên cần độ bền và độ cứng vững
cao. Trong điều kiện còn nhiều thiếu thốn về cơ sở vật chất, trang thiết bị thí
nghiệm như hiện nay thì phương pháp đánh giá phù hợp nhất là đánh giá độ bền
bằng lý thuyết.
Chính vì vậy, học viên chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá độ bền lâu của
bán trục ô tơ giảm tải 1/2” nhằm góp phần tạo dựng cơ sở lý thuyết phục vụ cho
việc đánh giá chất lượng của sản phẩm và làm tiền đề cho việc nghiên cứu các chi
tiết khác.
Do thời gian và và sự hiểu biết tìm hiểu của bản thân cịn hạn chế vì vậy

khơng thể tránh khỏi những sai xót và thiếu kinh nghiệm. Học viên kính mong q
thầy (cơ) góp ý và chỉ ra những thiếu xót, khuyết điểm để học viên có thể rút kinh
nghiệm và hồn thiện hơn kiến thức chuyên ngành của mình.


Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới thầy hướng dẫn
PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan, người đã tận tình hướng dẫn, định hướng và chỉ bảo
giúp đỡ tôi với sự tận tâm, trách nhiệm và khoa học trong suốt thời gian làm luận
văn này.
Học viên xin chân thành cảm ơn !!!
Hà nội, ngày 25 tháng 09 năm 2018
Học viên
Vũ Huy Hùng


CHƯƠNG 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 hình thành từ những năm đầu thập niên
90 của thế kỉ trước và phát triển mạnh sau những năm 2000. Theo thống kê của bộ
cơng thương , tính đến 12/2015 Việt Nam có khoảng gần 400 doanh nghiệp sản
xuất, lắp ráp ô tô. Tổng năng lực sản xuất lắp ráp ô tô khoảng 460 ngàn xe/năm,
gồm hầu hết các chủng loại xe con (công suất khoảng 200 ngàn xe/năm). Nghành
cơng nghiệp ơ tơ đã có đóng góp đáng kể cho ngân sách nhà nước (bình quân
khoảng 1 tỷ USD/năm – chỉ tính riêng các khoản thuế) và giải quyết cơng ăn việc
làm cho khoảng 80 nghìn lao động trực tiếp.
Mặc dù đã đạt được một số thành tựu, sau hơn 20 năm xây dựng và phát triển, Việt
Nam vẫn đang sở hữu một nền công nghiệp ô tô quy mô nhỏ, công nghệ lạc hậu. Đa
số các doanh nghiệp sản xuất ơ tơ trong nước có quy mơ vừa và nhỏ với công việc

chủ yếu là lắp ráp dạng CKD trên cơ sở linh kiện nhập khẩu từ nước ngồi. Doanh
nghiệp ơ tơ lớn nhất Việt Nam hiện nay là Trường Hải cũng vẫn chỉ là cơ sở lắp ráp
với tỉ lệ nội địa hóa thấp.
Trong bối cảnh chung của nghành công nghiệp ô tô như vậy, lĩnh vực sản xuất ô tô
tải, mặc dù được hưởng nhiều chính sách ưu đãi của Chính phủ cũng đang ở trong
một tình trạng khơng mấy khả quan. Hầu hêt các doanh nghiệp ô tô Việt Nam mới
chỉ sản xuất được một số sản phẩm khung vỏ, thùng bệ, ca bin và một số chi tiết
khác. Toàn bộ phần máy từ động cơ, hệ thống truyền lực đến các hệ thống điều
khiển…đều được nhập khẩu từ nước ngồi, trong đó phần lớn là từ Trung Quốc.
Với linh kiện nhập khẩu từ Trung Quốc chất lượng thấp, quy mô sản xuất không lớn
và mức đầu tư cho công nghệ thấp, ô tô tải nội thường có chất lượng khơng cao.
Trước tình hình trên, nghành cơng nghiệp ơ tơ Việt Nam cịn rất nhiều việc phải làm
để có thể sản xuất ra những chiếc ơ tơ tải có chất lượng và giá thành đáp ứng nhu
cầu trong nước và hướng tới xuất khẩu, hội nhập với khu vực và thế giới.
1


1.1.2. Định hướng phát triển
Trước tình hình trên, trong tháng 7/2014 Thủ tướng chính phủ đã ban hành 2 văn
bản quan trọng là “Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm
2020, tầm nhìn đến năm 2030” và “Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tơ
Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035”, trong đó lĩnh vực sản xuất ơ tơ
tải nhận được sự quan tâm đặc biệt. Gần đây nhất, ngày 04/02/2016 Thủ tướng
chính phủ đã kí ban hành Quyết định số 229/QĐ-TTg về Cơ chế, chính sách thực
hiện Chiến lược và Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam .
Theo quy hoạch của Chính phủ, cần “Chú trọng phát triển dòng xe tải nhỏ phục vụ
cho sản xuất nông nghiệp…” nhằm đạt được sản lượng xấp xỉ 100.000 xe và vào
năm 2020, đáp ứng 78% nhu cầu tiêu thụ nội địa.
Bản quy hoạch lần này đã thể hiện sự quan tâm đắc biệt đến công nghiệp phụ trợ:
“Giai đoạn đến năm 2020, cơ bản hình thành cơng 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 nước, chế tạo được một số chi tiết quan trọng trong bộ phận truyền
động, hộp số, động cơ (nhất là cho xe khách và xe tải nhẹ)”
Sự quan tâm đặc biệt của Chính phủ tới cơng nghiệp hỗ trợ đã được khẳng định
bằng nghị định số 111/2015/NĐ-CP về phát triển công nghiệp hỗ trợ, ban hành
ngày 03/11/2015 trong đó định rõ những chính sách hỗ trợ phát triển đối với ngành
cơng nghiệp này, trong đó có lĩnh vực sản xuất phụ tùng ô tô .
1.1.3. Những tồn tại và nhu cầu phải đầu tư nghiên cứu phát triển.
Hiện nay chúng ta có khá nhiều doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp ô tơ tải, chủ yếu là
loại nhỏ và trung bình. Có thể kể đến những nhà sản xuất lớn như Trường Hải,
VEAM, TMT… Ngồi ra cịn có các liên doanh cũng tham gia sản xuất một số loại
ô tô tải các cỡ.
Nhìn chung, các sản phẩm trong lĩnh vực này đều dựa trên các bộ linh kiện nhập
khẩu (chủ yếu từ Trung Quốc và Hàn Quốc) với tỉ lệ nội địa hóa khơng cao. Phần
sản xuất trong nước chỉ có ca bin, thùng xe và khung. Với mức đầu tư về chất xám
và trang thiết bị còn khiêm tốn, chất lượng của các sản phẩm của các cơ sở lắp ráp
2


trong nước còn ở mức độ hạn chế. Tuy nhiên, đây là nguồn cung cấp ô tô chủ yếu
cho thị trường trong nước hiện nay nhờ có ưu thế về giá thành.
Một trong những ngun nhân chính kìm hãm sự phát triển ngành công nghiệp ô tô
Việt Nam là sự yếu kém của công nghiệp phụ trợ. Theo thống kê, hiện nay ở Việt
Nam, 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 tỉ lệ nội địa hóa đạt 70-80%.
Đài Loan cũng có khoảng trên 2.000 nhà đầu tư sản xuất linh kiện phụ tùng thay
thế. Với thực trạng trên, tỉ lệ nội địa hóa của các loại ơ tơ lắp ráp trong nước là rất
thấp. Theo Bộ công thương (2016): “Tỉ lệ nội địa hóa đạt thấp…” đến nay chủ yếu
mới đạt bình quân 7-10%. Đối với xe con của Thaco 15-18%, của Toyota Việt Nam
đạt 37% đối với dòng xe Inova. Đối với xe tải nhẹ: Thaco đạt khoảng 33%,

Vinaxuki đạt khoảng 50%.
Như vậy có thể thấy rằng các nhà sản xuất trong nước thực chất mới chỉ làm công
việc lắp ráp mà chưa quan tâm đến nghiên cứu phát triển để có thể tiến tới chế tạo
những chiếc xe mang thương hiệu việt nam và đưa các doanh nghiệp trong nước hội
nhập với thế giới. Trước tình hình trên, để có thể tiến tới tự sản xuất hồn chỉnh các
cụm và các hệ thống cho ơ tơ thì cần phải có đầu tư chiều sâu phục vụ cho việc thiết
kế chế tạo các bộ phận, chi tiết.
1.2. Giới thiệu chung về bán trục ơ tơ
1.2.1. Cấu tạo chung

Hình 1.1 - Cấu tạo bán trục ô tô tải
Bán trục ô tô tải thường có cấu tạo gồm 03 phần :

3


 Mặt bích : dùng để lắp với moay ơ bánh xe hoặc có then hoa ( hoặc then) để
ghép với mặt bích rời, hoặc ghép với bộ truyền lực cuối cùng tại bánh xe.
Để hãm mặt bích, đầu trục có tiện ren để dùng đai ốc hãm, trên trục cịn có các gờ
để chặn hãm các chi tiết lắp ghép trên nó
 Thân trục : là phần trung gian kết nối then hoa và mặt bích và có tiết diện
hình trịn.
 Then hoa : là phần ghép với các bánh răng trục ra của bộ vi sai.
1.2.2. Công dụng, phân loại, yêu cầu chung
1.2.2.1. Công dụng
Dùng để truyền mômen từ bộ vi sai đến các bánh xe chủ động hay các bộ truyền lực
cuối cùng dặt tại các bánh xe chủ động.
Chịu một phần tải trọng từ mặt đường truyền lên bánh xe để đỡ một phần trọng
lượng của ô tô phân phối lên cầu xe.
1.2.2.2. Phân loại

a. Theo kết cấu thì bán trục được phân làm 02 loại : bán trục liền và bán trục ghép
 Bán trục liền được sử dụng trong cầu liền và trên hệ thống treo phụ thuộc.
 Bán trục ghép được sử dụng trong cầu rời và trên hệ thống treo độc lập.
b. Theo tải trọng thì bán trục được chia làm 04 loại :
 Bán trục chịu tải hoàn toàn: ổ tựa đặt bên trong và bên ngoài, đặt trực tiếp lên
nửa trục
 Bán trục giảm tải ½: ổ trục bên trong đặt trên vỏ vi sai và ở bên ngoài đặt trực
tiếp lên nửa trục
 Bán trục giảm tải ¾: ổ tựa ở bên trong đặt lên vỏ vi sai còn ổ tựa bên ngoài
gồm 2 ổ bi đặt trên dầm cầu và moayơ ở bánh xe không đặt trực tiếp lên trục.
 Bán trục giảm tải hoàn toàn: ổ tựa bên trong được đặt trên vỏ vi sai còn ổ tựa
bên ngoài gồm hai ổ bi đặt trên dầm cầu và moay ơ ở bánh xe không đặt trực
tiếp lên trục.
1.2.2.3. Yêu cầu
 Phải chịu được mô men lớn trong khoảng thời gian dài
4


 Bán trục phải được cân bằng tốt
 Với bán trục cầu dẫn hướng chủ động phải đảm bảo tính đồng tốc cho các
đoạn trục của bán trục
 Đảm bảo độ chính xác về hình dáng hình học về kích thước
Mỗi một bộ phận của bán trục thực hiện chức năng riêng. Chính vì vậy bán trục
đóng vai trị quan trọng trong cầu chủ động, và thực hiện chức năng truyền mơ men
từ truyền lực chính tới các bánh xe chủ động. Vì vậy kết cấu của bán trục phải đảm
bảo độ bền.
1.2.2.4. Vật liệu chế tạo
Các bán trục thường được chế tạo từ các loại thép C35, C45, thép hợp kim 35÷40
hoặc thép 40. Độ cứng của các then phải đạt được từ 46 ÷54 HRC. Bảng 1.1 dưới là
cơ tính của một số vật liệu chế tạo trục.

Bảng 1.1 - Cơ tính một số vật liệu chế tạo trục

1.2.3. Các dạng tải trọng tác dụng lên bán trục
Bán trục chủ yếu phải chịu tác dụng của các phản lực từ các bánh xe truyền lên bao
gồm :
 Lực dọc : lực kéo và lực phanh
 Lực ngang
 Lực thẳng đứng

5


Các lực này tạo thành các tải trọng động lên bán trục dưới dạng lực hoặc mơ men.
Trong q trình chuyển động của ô tô, bán trục phải chịu tác dụng của các lực từ
khối lượng được treo truyền qua các vị trí lắp nhíp và giảm chấn.
Do ơ tơ tải thường xuyên phải hoạt động trên đường xấu, nên bán trục phải chịu tải
trọng động biến thiên liên tục với biên độ lớn. Trong đó, các lực dọc và ngang phụ
thuộc chủ yếu vào tác động điều khiển của người lái (tăng tốc, phanh, quay vòng),
còn lực thẳng đứng lại phụ thuộc điều kiện đường xá và thường có quy luật ngẫu
nhiên. Sự biến thiên của tải trọng thẳng đứng do mấp mô mặt đường gây nên hiện
tượng hư hỏng do mỏi làm giảm tuổi thọ của dầm cầu [2]
Những phân tích trên đây cho thấy, bán trục cầu sau ô tô tải phải chịu tác dụng của
các lực động theo cả 3 phương cùng với mô men uốn nên bán trục phải đảm bảo độ
bền để không ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của xe.
1.3. Các chế độ tính bền bán trục ơ tơ giảm tải 1/2
1.3.1. Theo phương pháp truyền thống
Để đánh giá độ bền bán trục theo phương pháp này, người ta thường tính tốn cho
ba trường hợp đặc trưng sau :
 Chuyển động thẳng với lực dọc cực đại (tăng tốc hoặc phanh);
 Chuyển động quay vòng tới giới hạn trượt ngang;

 Chuyển động qua đường xấu với lực thẳng đứng cực đại.
Ba trường hợp trên được tính tốn độc lập với mục đích xác định giá trị ứng suất
cực đại σmax trên bán trục. Bán trục được coi là đủ bền nếu ứng suất cực đại không
vượt quá giới hạn cho phép đối với vật liệu chế tạo: σmax ≤ [σ], trong đó [σ] là
giới hạn cho phép của vật liệu chế tạo.
Phương pháp này thường cho kết quả là bán trục thừa bền, kết cấu không hợp lý (do
ứng suất phân bố không đều).
1.3.2. Theo phương pháp phần tử hữu hạn ( PTHH ) bằng các phần mềm
chuyên dụng

6


Cùng với sự phát triển của phần mềm tính tốn chun dụng như Catia, Inventor,
Solidwork… phương pháp tính tốn độ bền bán trục bằng PTHH đã trở thành công
cụ đắc lực cho các nhà thiết kế trong việc đánh giá độ bền chi tiết.
Để tính tốn bán trục bằng phương pháp PTHH, người ta xây dựng mơ hình 3D bán
trục như trên hình 1.4. Với các lực tác động và các điều kiện ràng buộc được đặt tại
các vị trí tương ứng, phần mềm chuyên dụng cho kết quả là giá trị ứng suất phân bố
tại vị trí lực tác động. Dựa trên sự phân bố ứng suất này, người thiết kế có thể đưa
ra các giải pháp gia cố (tăng hoặc giảm độ dầy vật liệu, chọn vật liệu,..) sao cho
những vùng có ứng suất cao (“thiếu bền”) và giảm bớt vật liệu ở những vùng “thừa
bền”. Với cách làm này, sản phẩm thiết kế có kết cấu hợp lý hơn: ứng suất phân bố
đều hơn và giảm được đáng kể khối lượng, gọn về kết cấu.

Hình 1.2 - Mơ hình bán trục sử dụng trong tính tốn bằng phương pháp PTHH
Do bán trục phải chịu tác động đồng thời của nhiều lực và mô men theo các
phương, nên để đánh giá độ bền của nó người ta phải sử dụng ứng suất tương
đương. Hiện nay, có khá nhiều phương pháp xác định ứng suất tương đương trong
trường hợp chi tiết phải chịu tải trọng phức tạp. Thông dụng hơn cả là hai phương

pháp Tresca và Von Mises [2].
Giả thuyết của Tresca cho rằng chi tiết bị phá hủy do sự trượt tương đối giữa các
lớp vật liệu. Theo giả thiết này, điều kiện để chi tiết không bị hỏng là ứng suất cắt
lớn nhất τmax không vượt quá giới hạn chảy của vật liệu σy:

 max   y

(1.1)

Phương pháp xác định ứng suất tương đương theo lý thuyết của Tresca còn được
gọi với tên khác là phương pháp ứng suất cắt cực đại (Maximum Shear Stress
theory).
7


Ứng suất Von Mises được xác định từ giả thiết cân bằng năng lượng biến dạng
trong trường hợp chi tiết chịu tải phức tạp với trường hợp chịu kéo đơn thuần. Khi
đó điều kiện để chi tiết khơng bị hỏng là:

 v   y (trong đó σv là ứng suất tương đương Von Mises).

(1.2)

Nếu gọi ứng suất chính theo các phương là σ1, σ2, σ3, thì ứng suất Von Mises được
xác định như sau:

v 

  1   2  2    2   3  2   3   1  2
2

(1.3)

Sự khác biệt giữa phương pháp Tresca và phương pháp Von Mises là khơng lớn.
Điều này có thể thấy rõ qua sự so sánh bằng đồ thị trên hình 1.3

Hình 1.3 - So sánh các phương pháp đánh giá độ bền bằng ứng suất tương đương
Hiện nay ứng suất tương đương Von Mises được sử dụng phổ biến hơn cả trong các
phần mềm phân tích kết cấu chuyên dụng.
1.4. Hướng nghiên cứu độ bền bán trục
1.4.1. Đánh giá độ bền mỏi
1.4.1.1. Tải trọng mấp mơ từ mặt đường
Kích thích từ mặt đường gây nên tải trọng động biến thiên liên tục theo thời gian tác
dụng lên dầm cầu và trở thành nguyên nhân tiềm tàng gây hiện tượng hư hỏng do
mỏi. Nhiều cơng trình đã cơng bố các kết quả nghiên cứu về lĩnh vực này, trong đó
có tác giả [21] đã sử dụng mơ hình dao động của ơ tơ với kích thích từ mặt đường
8


làm hàm ngẫu nhiên để xác định tải trọng đặt lên dầm cầu. Các tải trọng này sau đó
được sử dụng làm điều kiện đầu vào để đánh giá độ bền mỏi của dầm cầu.
Nhiều cơng trình nghiên cứu khác, đã công bố kết quả đánh giá độ bền mỏi của dầm
cầu trước ô tô tải chịu tác động của tải trọng động do kích thích ngẫu nhiên từ mấp
mơ mặt đường bằng nhiều phương pháp tương tự như trên.
Việc mô tả mấp mô mặt đường cũng được các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm.
Nhiều cơng trình nghiên cứu [2] đã công bố các phương pháp mô tả mấp mô mặt
đường khác nhau. Nếu như trước đây, mấp mô mặt đường được sử dụng chủ yếu
trong nghiên cứu dao động ơ tơ thì gần đây lĩnh vực ứng dụng của nó đã được mở
rộng sang bài tốn bền mỏi của các chi tiết liên quan trong đó có dầm cầu trước xe ô
tô tải.

Hiện nay phương pháp mô tả mấp mô mặt đường bằng hàm ngẫu nhiên đã được
chuẩn hóa theo tiêu chuẩn ISO 8608-1995 [22]. Vì vậy, các nhà nghiên cứu thường
sử dụng tiêu chuẩn này để mô tả kích thích từ mặt đường trong các mơ hình động
lực học của ô tô.
Theo tiêu chuẩn ISO 8608-1995, mấp mô mặt đường được mô tả thông qua 3 thông
số cơ bản là tần số không gian, biên dạng đường và hàm mật độ phổ năng lượng
(Power Spectral Density, viết tắt là PSD). Tần số khơng gian n được tính bằng số
chu kỳ trên 1 mét đường (chu kì/m). Biên dạng đường đươc hiểu là biến thiên chiều
cao mấp mô theo trục dọc của đường. PSD là hàm mật độ phổ năng lượng của chiều
cao mấp mơ mặt đường tính theo tần số n hoặc tần số góc Ω:
 n 
Gd ( n )  Gd ( n0 )  
 n0 

Hoặc:


Gd (  )  Gd ( 0 ) 

 0 

w

(1.4)

w

(1.5)

Trong công thức trên, n là tần số không gian (chu kỳ/m), n0 là giá trị tham chiếu

của n (được lấy n0 = 0,1 chu kỳ/m, Gd(n0) là mật độ phổ ở tần số n0 (được lấy theo
bảng 1), Ω là tần số góc (rad/m), Ω0 = 1rad/m. Khi tính tốn các loại đường ơ tơ, chỉ
9


số w thường được chọn bằng 2. Mối quan hệ giữa tần số n và tần số góc được thể
hiện bằng biểu thức: n = Ω/2π.
Tiêu chuẩn ISO 8608:1995 phân biệt các dạng đường (đường phố, cao tốc và địa
hình không đường xá) theo mật độ phổ năng lượng và chia chúng thành 8 loại với
ký hiệu quy ước từ A đến H. Trong đó A là loại đường chất lượng tốt nhất, các chữ
cái tiếp theo mô tả các loại đường có chất lượng kém dần và H là loại đường xấu
nhất. Mỗi loại đường được đặc trưng bởi mật độ phổ năng lượng Gd(n0) (xem bảng
1.2).
Từ tiêu chuẩn ISO 8608-1995 các nhà nghiên cứu sử dụng các phương pháp khác
nhau để mô tả mấp mô mặt đường dướng dạng [2]:
h = f(x) hoặc h = f’(t)
Với :
 h là chiều cao mấp mô của đường.
 t là thời gian.
 x là dịch chuyển theo hướng chuyển động.
Hàm mấp mơ mặt đường trên đây được sử dụng làm kích thích đầu vào cho mơ
hình động lực học ơ tơ nhằm xác định tải trọng từ mấp mô mặt đường tác dụng lên
bán trục giảm tải 1/2 tại cầu sau chủ động. Phương pháp thực hiện sẽ được trình bày
chi tiết tại Chương 2.

10


Thông số mô tả mấp mô theo tần số không gian (n)
Loại

đường

k

A- B

Gd(n0)[10-6m3]
Min

Trung Bình

Max

3

…..

24

25

B- C

4

25

26

27

C-D

5

27

28

29

D-E

6

29

210

211

E-F

7

211

212

213

F-G

8

213

214

215

G-H

9

215

216

217

H+

…..

217

…..

…..

n0 = 0,1 chu kỳ/m
Bảng 1.2 - Tiêu chuẩn ISO 8608-1995 phân loại đường
1.4.1.2. Đánh giá độ bền mỏi bán trục
Để đánh giá độ bền lâu của chi tiết chịu tải trọng lặp có chu kì, người ta thường sử
dụng đường cong mỏi đo bằng thực nghiệm (cịn gọi là đường cong S-N)
Trên hình 1.4 là một ví dụ của đường cong thực nghiệm đo được trên thiết bị thí
nghiệm bền mỏi kiểu R.R. Moore với mẫu thử là thép A517 [2]. Trên thiết bị này,
mẫu thử có kích thước tiêu chuẩn (đường kính nhỏ nhất 0,3 inch) chuyển động quay
với vận tốc 1750 v/phút và chịu uốn do một trọng khối treo trên nó. Thiết bị của
Moore được coi là thiết bị chuẩn trong lý thuyết bền mỏi (standard R.R. Moore
rotating-beam fatigue-testing machine).
Đồ thị hình 1.4 cho thấy, nếu chi tiết chịu ứng suất thấp hơn S’e thì khơng xảy ra
hỏng do mỏi ngay cả khi N → ∞. Giá trị ứng suất S’e được gọi là giới hạn mỏi
chuẩn của vật liệu, do được xác định bằng thiết bị và quy trình chuẩn. Số chu kì tải
tác động lên chi tiết tương ứng với giá trị S’e theo kết quả trên hình 1.4 (thép A517)
nằm trong khoảng 106- 107 [2]

11