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

Chỉ một số ít sản ph m của khung vỏ, thùng bệ, ca bin có thể tự sản xuất được, còn hầu hết các bộ phận chính từ động cơ, hệ thống truyền lực đến các hệ thống điều khiển… đều được nhập ng

Trang 1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, được sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Dư Quốc Thịnh và PGS.TS Lê Hồng Quân Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa 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 được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Hà Nội, ngày 10 tháng 3 năm 2017

Trang 2

LỜI CÁM ƠN

Trước hết, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy hướng dẫn

chính, PGS.TS Dư Quốc Thịnh, 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 quá trình thực hiện luận án này

Tôi xin trân trọng cám ơn PGS.TS Lê Hồng Quân, với vai trò là người hướng dẫn,

đã tận tình hướng 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 Trường 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 Trường 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 trường 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 phương 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 người 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

Trang 3

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

CHƯƠNG 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 hướng phát triển 4

1.1.3 Những tồn tại và nhu cầu phải đầu tư 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 phương pháp đánh giá 12

1.3.1 Phương pháp truyền thống 12

1.3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn PTHH 13

1.3.3 Phương pháp thực nghiệm 14

1.4 Các hướng 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 ưu hoá kết cấu 22

1.5 Các công trình nghiên cứu trong nước và vấn đề nghiên cứu của luận án 23

1.6 Đối tượng nghiên cứu 25

1.7 Nội dung của Luận án 25

1.7.1 Mục tiêu nghiên cứu 25

1.7.2 Phương pháp nghiên cứu 25

1.7.3 Phạm vi nghiên cứu 26

Trang 4

1.7.4 Nội dung nghiên cứu 26

1.8 Kết luận chương 1 27

CHƯƠNG 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 phương 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 phương 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 lưới 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 Phương 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 phương trình vi phân mô tả động lực học của xe 51

2.3.4 Hệ phương trình vi phân tổng quát 61

2.3.5 Xác định tải trọng động tác động lên vỏ cầu chủ động xe tải 62

CHƯƠNG 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 trưng 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 trường hợp chịu tải trọng lớn nhất 78

3.2.2 Đề xuất cải tiến kết cấu vỏ cầu theo hướng giảm khối lượng và tập trung ứng suất 86

3.2.3 Đánh giá độ bền phá hủy của vỏ cầu sau khi cải tiến 92

Trang 5

3.2.4 Đánh giá độ bền của vỏ cầu ưới tác động của tải trọng động 95

3.2.5 Đánh giá độ bền mỏi của vỏ cầu và cải thiện kết cấu 99

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 108

4.1 Mục đích, đối tượng và các thông số đo 108

4.1.1 Mục đích thí nghiệm 108

4.1.2 Đối tượng thí nghiệm 108

4.2 Lựa chọn phương pháp và thiết bị đo 108

4.3 Thiết bị thí nghiệm 109

4.4 Các phương án thí nghiệm 117

4.4.1 Mô tả thí nghiệm 117

4.4.2 Các phương 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

KẾT LUẬN 128

DANH MỤC C NG TR NH ĐÃ C NG Ố CỦA LUẬN ÁN 130

TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 PHỤ LỤC

Trang 6

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Trang 7

r 1 án kính động ánh xe trước m

J x Mô men quán tính khối lượng của thân xe quanh trục dọc x kg.m2

J y Mô men quán tính khối lượng của thân xe quanh trục ngang y kg.m2

J z Mô men quán tính khối lượng của thân xe quanh trục thẳng

đứng z

kg.m2

J Ax1 Mô men quán tính khối lượng của cầu trước quanh trục dọc x kg.m2

J Ax2 Mô men quán tính khối lượng của cầu sau quanh trục dọc x kg.m2

J Ay11 , J Ay12 Mô men quán tính khối lượng của các ánh xe trước quanh

x Chuyển vị theo phương ọc của khối lượng được treo m

y Chuyển vị theo phương ngang của khối lượng được treo m

z Chuyển vị theo phương thẳng đứng của khối lượng được treo m

A1 ,  A2 Chuyển vị của khối lượng không được treo cầu 1, 2 m

11 ,  12 Góc quay bánh xe dẫn hướng bên trái và bên phải độ

Trang 8

F xij Lực tác ụng lên ánh xe theo phương ọc bánh xe thứ ij N

F yij Lực tác ụng lên ánh xe theo phương ngang ánh xe thứ ij N

F zij Lực tác ụng lên ánh xe thứ ij theo phương thẳng đứng N

F Cij Lực đàn hồi hệ thống treo gần bánh xe thứ ij N

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

m c Hệ số phân ố lại trọng lượng trên cầu chủ động -

G d Hàm mật độ phổ năng lượng của chiều cao mấp mô của mặt

đường

-

Trang 9

Danh mục các chữ viết tắt

Chữ viết tắt Giải nghĩa

CKD Viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Completely Knocke Down Nghĩa là

xe lắp ráp với 100% linh kiện nhập kh u

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

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

Trang 10

DANH MỤC CÁC BẢNG

ảng 1.1 Tiêu chu n ISO 86 8:1995 phân loại đường 18

Bảng 2.1 Thông số vật liệu của vỏ cầu 42

Bảng 2.2 Kết quả đánh giá chất lượng lưới 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 trường hợp 69

Bảng 3.4 Ứng suất và chuyển vị lớn nhất trên vỏ cầu trường hợp 1) 79

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 đường 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 đường 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 đường 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 phương án thí nghiệm 118

Bảng 4.5 So sánh các kết quả lực dọc và lực ngang cực đại trường hợp 1) 122

Trang 11

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 trưng 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 phương pháp PTHH 13

Hình 1.8 So sánh các phương pháp đánh giá độ ền ằng ứng suất tương đương 14

Hình 1.9 Thí nghiệm độ ền vỏ cầu chủ động ô tô [44 14

Hình 1.1 Đường cong mỏi thực nghiệm đo được 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 đường giới hạn mỏi [56 39

Hình 2.7 Mô hình vỏ cầu chủ động xe tải 42

Hình 2.8 Phần tử tetras đặc trưng được phân chia lưới trong mô hình vỏ cầu 43

Hình 2.9 Mô hình lưới vỏ cầu trong HyperMesh với phần tử tiêu chu n có kích thước 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 đường 52

Trang 12

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 đường) 63

Hình 3.1 Mấp mô mặt đường: (a) mô tả theo chiều dài, (b) mô tả theo thời gian (v = 40 km/h) 70

Hình 3.2a Tải trọng động theo phương ọc Fx22 (v = 40 km/h) 71

Hình 3.2b Tải trọng động cực đại theo phương ọc 71

Hình 3.3a Tải trọng động theo phương thẳng đứng Fz22 (v = 40 km/h) 71

Hình 3.3b Tải trọng động cực đại theo phương thẳng đứng 71

Hình 3.4a Tải trọng động theo phương ọc Fx2i (v = 40 km/h) 72

Hình 3.5a Tải trọng động theo phương thẳng đứng Fz2i (v = 40 km/h) 72

Hình 3.6a Tải trọng động theo phương ngang Fy2i (v = 40 km/h) 72

Hình 3.6b Tải trọng động cực đại theo phương ngang 72

Hình 3.7a Tải trọng động theo phương ọc Fx2i (v = 40 km/h) 73

Hình 3.8a Tải trọng động theo phương thẳng đứng Fz2i (v = 40 km/h) 74

Hình 3.9a Tải trọng động theo phương ngang Fy2i (v = 40 km/h) 74

Hình 3.9b Tải trọng động cực đại theo phương ngang 74

Hình 3.10 Mấp mô mặt đường theo tiêu chu n ISO 8608:1995 75

Hình 3.11a Mấp mô mặt đường D-E (v = 40 km/h) 76

Hình 3.11b Mấp mô mặt đường E-F (v = 40 km/h) 76

Hình 3.12a Tải trọng động theo phương ọc Fx2i v = 4 km h, đường D-E) 76

Hình 3.12b Tải trọng động theo phương ọc Fx2i v = 4 km h, đường E-F) 76

Hình 3.13a Tải trọng động theo phương thẳng đứng Fz2i v = 4 km h, đường D-E) 76

Hình 3.13b Tải trọng động theo phương thẳng đứng Fz2i v = 4 km h, đường E-F) 76

Hình 3.14a Tải trọng động cực đại theo phương ọc 77

Trang 13

Hình 3.15 Sơ đồ đặt lực lên vỏ cầu trong trường 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 tương đương Von Mises trên vỏ cầu và điểm có giá trị lớn nhất 79

Hình 3.18 Ứng suất theo phương x 80

Hình 3.19 Ứng suất theo phương y 80

Hình 3.20 Ứng suất theo phương z 80

Hình 3.21 Sơ đồ đặt lực lên vỏ cầu trong trường hợp chuyển động thẳng với lực phanh cực đại 81

Hình 3.23 Ứng suất tương đương Von Mises trên vỏ cầu và điểm có giá trị lớn nhất 81

Hình 3.27 Sơ đồ đặt lực lên vỏ cầu trường hợp quay vòng với lực ngang cực đại 83

Hình 3.29 Ứng suất tổng hợp Von Mises trên vỏ cầu và điểm có giá trị lớn nhất 83

Hình 3.33 Sơ đồ đặt lực tác dụng lên vỏ cầu trường hợp lực thẳng đứng cực đại 84

Hình 3.35 Ứng suất tổng hợp Von Mises trên vỏ cầu và điểm có giá trị lớn nhất 85

Hình 3.39 Hệ số an toàn phân bố trên vỏ cầu trong trường 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 đươc đã được 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

Trang 14

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 tương đương 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 tương đương 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 tương đương 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 tương đương 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 đường D-E) 96

Hình 3.60 Biến thiên ứng suất tương đương theo thời gian tại điểm tập trung ứng suất (phần tử 292317) với loại đường khảo sát D-E 97

Hình 3.61 Ứng suất động phân bố trên vỏ cầu đường E-F) 97

Hình 3.62 Biến thiên ứng suất tương đương theo thời gian tại điểm tập trung ứng suất (phần tử 292317) với loại đường khảo sát E-F 97

Hình 3.63 Ứng suất động phân bố trên vỏ cầu đường D-E) 98

Hình 3.64 Biến thiên ứng suất tương đương theo thời gian tại điểm tập trung ứng suất (phần tử 444690) với loại đường khảo sát D-E 98

Hình 3.65 Ứng suất động phân bố trên vỏ cầu đường E-F) 98

Hình 3.66 Biến thiên ứng suất tương đương theo thời gian tại điểm tập trung ứng suất (phần tử 444690) với loại đường khảo sát E-F 99

Hình 3.67 Đường cong mỏi S-N trong trường 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 đường D-E 102

Hình 3.69 Số chu kỳ mỏi trên mô hình cải tiến lần 1, với loại đường D-E 103

Hình 3.70 Số chu kỳ mỏi trên mô hình nguyên bản , với loại đường E-F 103

Hình 3.71 Số chu kỳ mỏi trên mô hình cải tiến lần 1, với loại đường E-F 103

Hình 3.72 Cải tiến án kính góc lượn tại vị trí tập trung ứng suất 104

Trang 15

Hình 3.73 Số chu kỳ mỏi trên mô hình cải tiến lần 2, với loại đường 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 được 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 được 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 phương 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 4.19 Lực dọc và thẳng đứng khi va vào mấp mô đều 2 bên bánh xe ở vận tốc 30km/h 123

Hình 4.22 Lực dọc và thẳng đứng khi va vào mấp mô lệch 2 bên bánh xe ở vận tốc 30km/h 125

Trang 16

Hình 4.23 Lực dọc và thẳng đứng khi va vào mấp mô lệch 2 bên bánh xe ở vận tốc

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

50km/h 126

Trang 17

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 trước, nhưng 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 nước 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 nước ngoài Tỷ lệ nội địa hóa trong sản ph m ô tô trong nước còn rất thấp Mặc ù đã có nhiều chính sách ưu đãi của Chính phủ đối với các dòng xe tải nhỏ và trung bình, nhưng 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 được, còn hầu hết các bộ phận chính từ động cơ, hệ thống truyền lực đến các hệ thống điều khiển… đều được nhập ngoại, trong đó phần lớn các linh kiện là từ Trung Quốc với chất lượng thấp, qui mô sản xuất và mức đầu tư cho công nghệ còn thấp, chất lượng còn rất hạn chế

Với bối cảnh như vậy, chúng ta còn rất nhiều việc phải làm để có thể sản xuất ra những sản

ph m ô tô tải mang thương hiệu Việt Nam có chất lượng và giá thành về trước mắt đáp ứng nhu cầu trong nước và về lâu ài để hướng 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 lược 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 được một số chi tiết quan trọng trong hệ thống truyền lực, đặc biệt chú trọng nhất là cho xe khách và xe tải nh

Trước 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 tư 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 lượng 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 đường 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 như một ầm đỡ trọng lượng của thân xe và phải chịu tác động của các tải trọng từ tương tác giữa ánh xe với đường Cho tới nay đã có một vài

đề tài đề cập đến việc thiết kế vỏ cầu, tuy nhiên các hướng nghiên cứu mới tập trung chủ yếu vào công nghệ chế tạo chứ chưa đầu tư 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 lượng sản ph m, trong đó có độ ền Trên thế giới, độ bền của các chi tiết có thể được 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 như hiện nay thì phương pháp đánh giá phù hợp nhất cho các nhà khoa học Việt Nam là đánh giá ằng lý thuyết

Trang 18

Xuất phát từ những nhu cầu ở trên, nghiên cứu sinh đã chọn hướng 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 lượng 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 phương 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 tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của luận án được 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 trưng trên đường với 4 trường hợp nặng nhọc nhất và chuyển động trên đường 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 như sau:

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 trưng

- 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 hướng giảm khối lượng vật liệu gia công và giảm tập trung ứng suất trên vỏ cầu

- Phương pháp và thí nghiệm hợp lý để đo tải trọng trọng động lên vỏ cầu khi xe chuyển động trên đường thực Kết quả so sánh giữa thí nghiệm và mô phỏng với sai số chấp nhận được

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 nước, thí nghiệm kiểm chứng được thực hiện trong điều kiện thực với các thiết bị

Trang 19

hiện có tại Việt Nam Điều này cho phép gợi mở các hướng 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 được 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 được phương 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 được phương pháp đánh giá độ bền và hướng 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 nước, 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 được 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 như đánh giá độ bền của các chi tiết của ô tô tải cùng loại

Trang 20

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 phát đầu hình thành từ những năm đầu thập niên

90 của thế kỷ trước và phát triển mạnh sau những năm 2 Theo thống kê của ộ Công Thương [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 nước (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 được 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 nước 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 nước ngoài Doanh nghiệp ô tô lớn nhất Việt Nam hiện nay là Trường 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 như vậy, lĩnh vực sản xuất ô tô tải, mặc

ù được hưởng nhiều chính sách ưu 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 được 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 được nhập kh u từ nước ngoài, trong đó phần lớn là từ Trung Quốc

Với linh kiện nhập kh u 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 không cao

Trước 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 lượng và giá thành đáp ứng nhu cầu trong nước

và hướng tới xuất kh u, hội nhập với khu vực và thế giới

1.1.2 Định hướng phát triển

Trước tình hình trên, trong tháng 7/2014 Thủ tướng 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 lược 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 được sự quan tâm đặc biệt [12, 13] Gần đây nhất, ngày 4 2 2 16 Thủ tướng Chính phủ đã ký an hành Quyết

Trang 21

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 [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 được sản lượng 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 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 nh )”

Sự quan tâm đặc iệt của Chính phủ tới công nghiệp hỗ trợ đã được 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 tư 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 như Trường 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 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 ph m của các cơ sở lắp ráp trong nước còn ở mức độ hạn chế Tuy nhiên, đây là nguồn cung cấp ôtô chủ yếu cho thị trường trong nước hiện nay nhờ có ưu 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 tư 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 nước là rất thấp Theo

ộ Công thương (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] 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 oanh nghiệp trong nước hội nhập với thế giới

Trang 22

Trước 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 tư chiều sâu, đặc biệt là đầu tư cho lĩnh vực nghiên cứu phát triển sản ph m có chất lượng cao Trong đó, ưu tiên hàng đầu cần được 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 ản ất c c ộ phận của H t tải

Cho tới ngày nay, các nhà máy cơ khí Việt Nam mới chỉ sản xuất được một số ạng chi tiết phục vụ cho việc thay thế phụ tùng trong sửa chữa HTTL ô tô như 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 như 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 chương trình trọng điểm cấp Nhà nước KC 5 đã được thực hiện tại Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam VEAM với những kết quả

an đầu được 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 được quy trình thiết kế, chế tạo các ộ phận chính của

vỏ cầu chủ động và phương 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 được phân tích, nghiên cứu kỹ lưỡng 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 chưa đầu tư 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 được mô tả trên hình 1.1

Cầu chủ động ao gồm các ộ phận cuối cùng trên đường 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 được 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 như một ầm đỡ trọng lượng của thân xe và phải chịu tác động của các tải trọng từ tương tác ánh xe – đường

Các loại ô tô có động cơ đặt trước, cầu sau chủ động đều có cầu chủ động với cấu tạo tương tự như trên, trừ trường hợp cầu sau chủ động của ô tô con có hệ thống treo độc lập

Trang 23

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, thường

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 hướng 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 lượng phía sau của ô tô và chịu các tải trọng từ tương tác ánh xe với đường Vì vậy, kết cấu của vỏ cầu phải đảm ảo độ ền và đặc iệt

là độ cứng vững để không ảnh hưởng 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

Trang 24

thể được 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 được chế tạo thành hai chi tiết riêng iệt như mô tả trên hình 1.2 Chúng không đối xứng vì một nửa nửa trái trên hình 1.2 được 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 được 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 ưỡng sửa chữa

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

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

Trang 25

Loại vỏ cầu này thường được 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 như lực k o

Phía sau của cụm TLC là khoảng không gian phục vụ cho việc tháo lắp ình thường phần không gian này được đậy ằng một nắp ằng th p ập mỏng Do cách ố trí như vậy, việc tháo lắp các ộ phận ên trong phải được 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

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

Vỏ cầu Nắp sau Bu lông Hộp TLC và vi sai

Ê cu Mặt ích

Vòng đệm Bu lông

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

Trang 26

Đối với các loại ô tô tải nh , loại vỏ cầu kiểu ầm liền rỗng giữa được sử ụng phổ iến hơn cả o có kết cấu đơn giản và thuận tiện cho quá trình ảo ưỡng sửa chữa [50] Ô tô tải DongFeng DVM 2.5 là đối tượng nghiên cứu của luận án, có vỏ cầu chủ động thuộc ạng này

1.2.3.2 t li u và công ngh ch t o

Tuỳ theo các ạng kết cấu đã mô tả trên đây, vỏ cầu có thể được chế tạo từ gang đúc hoặc

th p ập Công nghệ sử ụng gang đúc có thể được áp ụng đối với cả a loại vỏ cầu mô tả trên đây Để đảm ảo độ ền trong điều kiện làm việc khắc nghiệt với tải trọng iến thiên trong phạm vi rộng, người ta thường sử ụng gang cầu để đúc vỏ cầu ô tô tải Riêng vỏ cầu kiểu ầm liền rỗng giữa anjo type có thể được chế tạo từ các mảng th p ập và hàn gh p với nhau

Do kết cấu vỏ cầu rất phức tạp, người ta thường chế tạo chúng ưới ạng các chi tiết và

gh p với nhau ằng cách hàn Chẳng hạn, vỏ cầu trên hình 1.5 có phần giữa được làm từ gang đúc, hai ống lắp hai ên có thể làm ằng th p ống, còn hai mặt ích ở hai đầu và các giá đỡ các ộ phận của hệ thống treo được hàn với các ống này

Gần đây (2013), một số nhà nghiên cứu đã công ố kết quả công trình nghiên cứu độ ền của vỏ cầu ô tô tải nh làm từ vật liệu hợp kim nhôm lai composit hybrid aluminium composite) với kết quả khả quan [34] Giải pháp này có thể giảm đáng kể khối lượng của cầu chủ động

Hiện nay, đối với vỏ cầu ô tô tải gang cầu vẫn là loại vật liệu được sử ụng phổ iến hơn

cả nhờ nó có độ ền cao và có những tính chất đặc iệt phù hợp với công nghệ đúc độ chảy loãng cao, điền khuôn tốt, độ co ngót thấp khi đông cứng, …) Gang cầu có nhiều chủng loại khác nhau với ứng suất giới hạn phá hủy nằm trong khoảng 460 - 920 MPa và giới hạn chảy 310 - 670 MPa [36, 38] Giới hạn ền mỏi của gang cầu thường lớn hơn 2 MPa và số chu kỳ gây mỏi nằm trong khoảng 1 6 – 108 [55]

1.2.3.3 iều ki n làm vi c và các d ng t i tr ng

Vỏ cầu phải chịu tác ụng của các lực và mô men từ các ánh xe chủ động truyền lên cùng với các lực tương tác với hệ thống treo

Các phản lực tại ánh xe, thường được gọi theo phương tác động, gồm lực ọc lực k o và lực phanh , lực ngang và lực thẳng đứng Các lực này tạo thành các tải trọng tác động lên

vỏ cầu ưới ạng lực hoặc mô men Ngoài ra, mô men xoắn truyền qua các ộ phận trong cầu chủ động cũng có tác động lên vỏ cầu Trong quá trình chuyển động của ô tô, vỏ cầu còn phải chịu tác ụng của các lực từ khối lượng được treo truyền qua các vị trí lắp nhíp và giảm chấn

Trang 27

Sơ đồ các lực và mô men tác ụng lên vỏ cầu cho một số trường hợp đặc trưng được mô tả trên hình 1.6 [78]

Trên hình sử ụng các ký hiệu sau:

GM – trọng lượng phân ố lên cầu chủ động;

Rzt, Rzp – phản lực thẳng đứng tại các ánh xe ên trái và ên phải;

Hình 1.6 Các ch ộ t i tr ng c trưng tác ộng lên vỏ cầu chủ ộng của ô tô t i

M ut = R zt l (mô men uốn)

Chuyển động thẳng

T = P k r k (mô men xoắn)

M ut = R zl l (mô men uốn)

M un = P.l (mô men uốn)

T = P k r k (mô men xoắn)

Mô men uốn do các ph n lực R z

Trang 28

Ryt, Ryp – phản lực theo phương ngang tại các ánh xe ên trái và ên phải;

Tk, Pk – mô men chủ động và lực k o tại ánh xe;

T, P – mô men phanh và lực phanh tại ánh xe;

Py – lực ngang tác ụng lên thân;

Mut – mô men uốn trong mặt phẳng thẳng đứng;

Mun – mô men uốn trong mặt phẳng ngang;

rk – án kính ánh xe

Do ô tô tải thường xuyên phải hoạt động trên đường xấu nên ầm cầu phải chịu tải trọng động iến thiên liên tục với iên độ lớn Trong đó, các lực ọc 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 vào điều kiện đường xá và thường có quy luật ngẫu nhiên Sự iến thiên của tải trọng thẳng đứng o mấp mô mặt đường thường gây nên hiện tượng hư hỏng o mỏi làm giảm tuổi thọ của vỏ cầu [34, 44, 53…]

Những phân tích trên đây cho thấy, vỏ cầu chủ động ô tô tải phải chịu tác ụng của các lực động theo cả a phương cùng với các mô men uốn và xoắn Do vỏ cầu là nơi lắp TLC, vi sai và các án trục, nên ngoài việc phải đảm ảo độ ền, nó còn phải có đủ độ cứng vững với độ iến ạng theo các phương là tối thiểu để không ảnh hưởng xấu đến điều kiện làm việc của các ộ phận trên

1.3 Độ ền v cầ v c c phương ph p đ nh gi

1.3.1 Phương ph p t ền thống

Để đánh giá độ ền vỏ cầu theo phương pháp này, người ta thường tính toán cho a trường hợp đặc trưng sau [78]:

 Chuyển động thẳng với lực ọc 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

a trường hợp trên được tính toán độc lập với mục đích xác định giá trị ứng suất cực đạimax trên vỏ cầu Vỏ cầu được coi là đủ ền nếu ứng suất cực đại không vượt quá giới hạn cho ph p đối với vật liệu chế tạo:

 max

   ,

với   là giới hạn cho phép của vật liệu chế tạo

Phương pháp này thường cho kết quả là vỏ cầu thừa ền, kết cấu không hợp lý o ứng suất phân ố không đều và có khối lượng lớn

Trang 29

Do vỏ cầu phải chịu tác động đồng thời của nhiều lực và mô men theo các phương, nên để đánh giá độ ền của nó người ta phải sử ụng ứng suất tương đương Hiện nay, có khá nhiều phương pháp xác định ứng suất tương đương trong trường hợp chi tiết chịu tải trọng phức tạp Thông ụng hơn cả là hai phương pháp Tresca và Von Mises [23, 27, 55, 59] Giả thuyết của Tresca cho rằng chi tiết ị phá huỷ o sự trượt tương đối giữa các lớp vật liệu Theo giả thiết này, điều kiện để chi tiết không ị hỏng là ứng suất cắt lớn nhất max

không vượt quá giới hạn chảy của vật liệu y:

với v là ứng suất tương đương von Mises

Hình 1.7 Mô hình vỏ cầu sử dụng trong tính toán bằng phương pháp PTHH

Trang 30

Nếu gọi ứng suất chính theo các phương là 1, 2, 3 thì ứng suất Von Mises được xác định như sau:

Sự khác iệt giữa phương pháp Tresca và phương pháp Von Mises là không lớn Điều này

có thể thấy rõ qua sự so sánh ằng đồ thị trên hình 1.8

Hiện nay, ứng suất tương đương Von Mises được sử ụng phổ iến hơn cả trong các phần mềm phân tích kết cấu chuyên ụng

1.3.3 Phương ph p thực nghiệm

Trong nghiên cứu phát triển, người ta thường đánh giá độ ền vỏ cầu ằng phương pháp thực nghiệm Phương pháp này đòi hỏi chi phí lớn cho thiết ị đo và mẫu vỏ cầu để thí nghiệm ởi vì, đối với ạng thí nghiệm phá huỷ thì mỗi lần thí nghiệm làm hỏng một mẫu

Hình 1.8 So sánh các phương pháp ánh giá ộ bền bằng ứng su t tương ương

Hình 1.9 Thí nghi m ộ bền vỏ cầu chủ ộng ô tô [44]

Lực tác động

Xi lanh gây tải

Trang 31

Các tác giả [44 đã tiến hành đo độ ền vỏ cầu ằng thiết ị như mô tả trên hình 1.9 Vỏ cầu thử nghiệm được gắn chặt trên hai xi lanh gây tải ằng thuỷ lực tại các điểm lắp nhíp

A và Hai đầu của vỏ cầu được đỡ trên các trụ C và D Các xi lanh gây tải sinh ra lực tác động lên vỏ cầu với giá trị tăng ần từ cho tới khi vỏ cầu ị phá hủy Phương pháp này cho ph p xác định giá trị tải trọng cực đại mà vỏ cầu có thể chịu được

Ngoài ra, vỏ cầu còn được thử nghiệm để đánh giá độ ền o mỏi với tải trọng tác động theo chu kỳ [25, 71 Tuy nhiên, thí nghiệm ạng này đòi hỏi thời gian thực hiện ài và chi phí lớn Hơn nữa, o không thể làm thí nghiệm với tải trọng và thời gian tương tự như điều kiện vận hành thực tế của ô tô, nên cần có phương pháp quy ẫn kết quả để đánh giá độ

Các giá trị tải trọng trên đây cũng có thể được đặt vào các vị trí tương ứng trên vỏ cầu 3D

và tính ền ằng phương pháp PTHH như đã trình ày trong mục 1.3.2 [27, 29, 40, 41] Việc tính toán thường được thực hiện ằng các phần mềm phân tích kết cấu (ANSYS, HyperWorks , Nastran, CosmosWorks,… Các phần mềm này đều có thể xuất kết quả ưới ạng ứng suất theo các phương hoặc ứng suất Von Mises

Phương pháp tính ền trên thường được gọi là tính ền tĩnh o chỉ sử ụng một giá trị tải trọng tính toán cho ph p đánh giá khả năng chịu đựng của vật liệu mà không gây nên hiện tượng gãy, vỡ trực tiếp

1.4.2 Đ nh gi độ ền t ong điề kiện tải t ọng động

Theo một số nhà nghiên cứu [25, 32, 53], phương pháp tính ền tĩnh trên đây chỉ phù hợp với ô tô chuyển động ở vận tốc thấp và khối lượng không lớn Khi ô tô chuyển động với vận tốc lớn thì quán tính của các ộ phận có khối lượng lớn sẽ sinh ra các tải trọng động có ảnh hưởng đáng kể đến độ ền vỏ cầu Trên thực tế, các tải trọng động này thường không

đủ lớn để gây hư hỏng trực tiếp cho vỏ cầu, nhưng sẽ có ảnh hưởng rất lớn đến độ ền lâu

Trang 32

của nó Trong những trường hợp như vậy, việc sử ụng tải trọng động để đánh giá độ ền của vỏ cầu sẽ cho kết quả phù hợp hơn với điều kiện vận hành thực tế Hơn nữa, sự phát triển mạnh của các phần mềm phân tích kết cấu trong những năm gần đây đã cung cấp cho các nhà nghiên cứu công cụ hữu hiệu để giải quyết ài toán này

Vì những lý o trên, các công trình nghiên cứu về độ ền vỏ cầu trong những năm gần đây

đã ngả theo hướng sử ụng tải trọng động thay cho tải trọng tĩnh trước đây

Để đánh giá vỏ cầu trong điều kiện tải trọng động, Ji-xin Wang (2011) và các nhà nghiên cứu [43] đã sử ụng các ạng tải trọng iến thiên theo quy luật cho trước đặt lên vỏ cầu 3D

và tính toán đánh giá độ ền ằng phương pháp PTHH trong phần mềm ANSYS

Meng Qinghua cùng các đồng tác giả (2011) đã sử ụng mô hình động lực học chuyển động của ô tô với kích thích từ mặt đường ạng ngẫu nhiên để xác định tải trọng động tác ụng lên vỏ cầu chủ động ạng ầm liền rỗng giữa anjo type) [53] Các kết quả nghiên cứu đã cho ph p đề xuất một số giải pháp cải thiện kết cấu vỏ cầu nhằm tăng độ ền mà khối lượng tăng không đáng kể

Một số công trình nghiên cứu cũng công ố kết quả phân tích mo al vỏ cầu chủ động ằng phần mềm chuyên ụng nhằm xác định các ạng riêng và tần số riêng của vỏ cầu Các tính toán của G Rajesh Babu (2011) [31] ằng ANSYS cho thấy, đối với vỏ cầu kiểu hai nửa (trumpet type) ằng gang đúc hoặc th p, 4 tần số riêng đầu tiên của vỏ cầu nằm trong khoảng 3,27 – 9,47Hz Với đối tượng là vỏ cầu ạng ầm liền rỗng giữa anjo type , các nhà nghiên cứu [43] đã thu được các tần số riêng cao hơn nhiều 74,3Hz; 132,3Hz; …) Một nghiên cứu khác về vỏ cầu chủ động máy k o [41] cho thấy 4 tần số riêng đầu tiên là: 678,54; 72 ,29; 9 8;78 và 1877 Hz

Các kết quả nghiên cứu trên đây cho thấy, với các loại cầu chủ động khác nhau, tần số riêng của chúng nằm trong các miền cách nhau rất xa Vì vậy, khi thiết kế cầu chủ động, người thiết kế được khuyến cáo là nên phân tích mo al và xác định các tần số riêng để đánh giá khả năng cộng hưởng với tần số kích thích từ mặt đường [58]

Trên thực tế, tần số kích thích từ mặt đường thường nằm trong khoảng ,33 28,3Hz [15,

37, 58] Như vậy, khả năng xảy ra cộng hưởng của các loại vỏ cầu và của từng vỏ cầu cụ thể là khác nhau Chẳng hạn, theo các kết quả phân tích mo al trong các tài liệu [58 và [41 thì các vỏ cầu này không có nguy cơ cộng hưởng với kích thích từ mặt đường Nhưng, đối với vỏ cầu kiểu hai nửa mà G Rajesh a u và các cộng sự đã nghiên cứu [31 thì cần xem x t và đề xuất các giải pháp tránh cộng hưởng

1.4.3 Đ nh gi độ ền m i

1.4.3.1 T i tr ng t m p mô m t ư ng

Kích thích từ mặt đường gây nên tải trọng động iến thiên liên tục theo thời gian tác ụng lên vỏ cầu và trở thành nguyên nhân tiềm tàng gây nên hiện tượng hư hỏng o mỏi Nhiều

Trang 33

công trình đã công ố các kết quả nghiên cứu về lĩnh vực này, trong đó có tác giả [53] đã

sử ụng mô hình ao động của ô tô với kích thích từ đường là hàm ngẫu nhiên để xác định tải trọng đặt lên vỏ cầu Các tải trọng này sau đó được sử ụng làm điều kiện đầu để đánh giá độ ền mỏi của vỏ cầu

Nhiều công trình nghiên cứu khác [32, 70, 32, 57] đã công ố kết quả đánh giá độ ền mỏi của vỏ cầu chủ động ô tô tải chịu tác động của tải trọng động o kích thích ngẫu nhiên từ mấp mô mặt đường ằng phương pháp tương tự như trên

Việc mô tả mấp mô mặt đường cũng được các nhà nghiên cứu đặc iệt quan tâm Nhiều công trình nghiên cứu [22, 24, 26, 30, 40, 48, 57, 58, 64, 67] đã công ố các phương pháp

mô tả mấp mô mặt đường khác nhau Nếu như trước đây, mấp mô mặt đường được sử ụng chủ yếu trong nghiên cứu ao động ô tô, thì gần đây lĩnh vực ứng ụng của nó đã được mở rộng sang ài toán ền mỏi của các chi tiết liên quan, trong đó có vỏ cầu

Hiện nay phương pháp mô tả mấp mô mặt đường ằng hàm ngẫu nhiên đã được chu n hoá theo tiêu chu n ISO 8608:1995 [40] Vì vậy, các nhà nghiên cứu thường sử ụng tiêu chu n này để mô tả kích thích từ mặt đường trong các mô hình động lực học của ô tô Theo tiêu chu n ISI 8608:1995, mấp mô mặt đường được mô tả thông qua 3 thông số cơ

ản là tần số không gian, iên ạng đường và hàm mật độ phổ năng lượng (Power Spectral

Density, viết tắt là PSD Tần số không gian n được tính ằng số chu kỳ trên một m t

đường chu kỳ m iên ạng đường được hiểu là iến thiên chiều cao mấp mô theo trục

ọc của đường PSD là hàm mật độ phổ năng lượng của chiều cao mấp mô của mặt đường

tính theo tần số n hoặc tần số góc :

0 0

chọn ằng 2 Mối quan hệ giữa tần số n và tần số góc được thể hiện ằng iểu thức: n = Ω/2π

Tiêu chu n ISO 8608:1995 phân iệt các ạng 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 k m ần và H là loại đường xấu nhất Mỗi loại đường được đặc trưng ởi mật độ phổ năng lượng Gd (n0) (xem ảng 1.1)

Trang 34

Từ tiêu chu n ISO 86 8:1995 các nhà nghiên cứu sử ụng các phương pháp khác nhau để

mô tả mấp mô mặt đường ưới ạng [22, 24, 26, 30, 40, 43, 48, 57, 58, 64, 67]:

( )

h f x hoặc h f t'( )

với h là chiều cao mấp mô, t là thời gian và x là ịch chuyển theo hướng chuyển động

Hàm mấp mô mặt đường trên đây được sử ụng làm kích thích đầu vào cho mô hình động lực học ô tô nhằm xác định tải trọng từ mấp mô mặt đường tác ụng lên cầu chủ động Phương pháp thực hiện sẽ được trình ày chi tiết trong Chương 2 mục 2.1

1.4.3.2 ánh giá ộ bền mỏi vỏ cầu chủ ộng

Để đánh giá độ ền lâu của chi tiết chịu tải trọng lặp có chu kỳ, người ta thường sử ụng

đường cong mỏi đo ằng thực nghiệm còn gọi là đường cong S – N)

Trên hình 1.1 là một ví ụ của đường cong thực nghiệm đo được trên thiết ị thí nghiệm

ền mỏi kiểu R R Moore với mẫu thử là th p A517 [55 Trên thiết ị này, mẫu thử có kích thước tiêu chu n đường kính nhỏ nhất ,3inch chuyển động quay với vận tốc 175

v ph và chịu uốn o một trọng khối treo trên nó Thiết ị của Moore được coi là thiết ị thí nghiệm chu n trong lý thuyết ền mỏi stan ar R R Moore rotating-beam fatigue-testing machine) [61]

Đồ thị trên cho thấy, nếu chi tiết chịu ứng suất thấp hơn S’ e thì không xảy ra hỏng o mỏi

ngay cả khi N   Giá trị ứng suất S’e được gọi là giới hạn mỏi chu n của vật liệu, o được xác định ằng thiết ị và quy trình chu n Số chu kỳ tải tác động lên chi tiết tương

Trang 35

ứng với giá trị S’ e theo kết quả trên hình 1.1 th p A517 nằm trong khoảng 1 6

- 107 [55, 61]

Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm khác [55, 56, 66] đã cho thấy, số chu kỳ tải tác động tương ứng với giới hạn mỏi đối với th p và gang thường nằm trong khoảng từ 106

đến 108

Vì vậy các nhà nghiên cứu cho rằng, có thể chấp nhận giả thiết là chi tiết sẽ không hỏng o mỏi sau khi chịu được 106 chu kỳ đường cong mỏi nằm ngang sau khi đạt 1 6 chu kỳ như trên hình 1.11) [61]

Đối với th p và gang, đường cong mỏi có ạng giống nhau và giống như trên hình 1.1 Các nhà nghiên cứu cũng nhận thấy rằng, nếu đặt các giá trị đo được lên hệ trục lôgarit thì người ta thu được các đoạn thẳng như trên hình 1.11

Do việc tiến hành thí nghiệm xây ựng đường cong mỏi mất nhiều thời gian và chi phí, nên người ta đã cố gắng ựa trên các kết quả thí nghiệm tìm ra một số quy luật để từ đó có thể

Hình 1.10 ư ng cong mỏi thực nghi m o ược t các mẫu thép A517 [55]

Trang 36

xây ựng đường cong mỏi ằng cách tính toán ựa trên các thuộc tính của vật liệu Chẳng hạn, trên hình 1.11 giá trị giới hạn mỏi có thể được tính từ giới hạn ền của vật liệu:

'

0,5

Ngoài ra, kết quả thí nghiệm trên hình 1.1 a cũng cho thấy chi tiết có thể chịu được tới 1 3

chu kỳ tải với ứng suất ẳng 9 % giới hạn ền của vật liệu (ở điểm đầu tiên của đường S-N

ta có: S = 0,9.S u)

Như vậy, với 2 điểm được xác định như trên ta vẽ được đoạn thẳng trên hệ trục lô ga rit mô

tả mối quan hệ S-N

Với đường cong mỏi đã được xây ựng, nếu xác định được giá trị ứng suất mà chi tiết phải

chịu là S thì ta có thể ựa vào đường cong mỏi để suy ra số chu kỳ tải tác động gây hỏng

o mỏi N và từ đó tính được tuổi thọ của nó

Tuy nhiên, các chi tiết máy trong điều kiện làm việc thực của nó không chịu tải trọng giống

như điều kiện thí nghiệm chu n trên đây Vì vậy, giá trị giới hạn mỏi sẽ không còn là S’ e

như trên hình 1.1 mà thường thấp hơn Chẳng hạn, thí nghiệm mẫu thử với tải trọng k o –

n n đúng tâm sẽ cho giá trị giới hạn mỏi thấp hơn so với S’ e chu n khoảng 1 % Thí nghiệm với các ạng tải trọng khác cũng cho kết quả thấp hơn so với S’ e chu n từ 1 – 3

% tuỳ trường hợp cụ thể [61]

Do không thể làm thí nghiệm xác định S’e cho mọi điều kiện tải trọng, nên người ta chấp nhập việc xác định giới hạn ền mỏi S’e theo ứng suất giới hạn của vật liệu Su (ultimate tensile strength thông qua một hệ số kinh nghiệm [61]:

Se < S’e

Giới hạn ền mỏi thực tế Se được sử ụng làm cơ sở để đánh giá ền mỏi của chi tiết ằng những phương pháp khác nhau Một trong những phương pháp thông ụng nhất hiện nay là

sử ụng các tiêu chu n ền mỏi

Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm [44, 55, 56, 61, 66] cho thấy, hư hỏng o mỏi phụ thuộc chủ yếu vào 2 thông số đặc trưng của ứng suất mà chi tiết phải chịu: giá trị trung ình m và iên độ a của nó Vì vậy, các tiêu chu n ền mỏi được xây ựng ựa trên giả thiết về mối quan hệ giữa các ứng suất a và m với các giá trị ứng suất giới hạn của vật

Trang 37

liệu như giới hạn iến ạng ẻo Sy (yield strength), giới hạn ền phá huỷ Su (ultimate tensile strength và ứng suất phá huỷ thực f (true fracture stress với Sy < Su < f

Các tiêu chu n ền mỏi thường được thể hiện ưới ạng đồ thị quan hệ giữa a và m với tên gọi là “đường đồng thuổi thọ” hình 1.11 Vùng ên trái của đường cong là vùng an

toàn không hỏng o mỏi , còn vùng ên phải là vùng có tuổi thọ giới hạn sẽ hỏng sau N

trong đó, S e là giới hạn mỏi thực tế thường nhỏ hơn nhiều so với S' e đo được trên đường

cong mỏi thực nghiệm) Phương pháp đánh giá ền mỏi vỏ cầu chủ động ô tô tải sẽ được trình ày chi tiết trong chương 2 mục 2.1

Ngày nay, các phần mềm phân tích kết cấu cung cấp công cụ đánh giá ền mỏi rất hữu hiệu, cho ph p giảm tối đa công việc tính toán và đạt độ chính xác cao Chẳng hạn các tác giả [53 sử ụng phần mềm ANSYS để phân tích kết cấu và thực hiện tính toán ền mỏi vỏ cầu Kết quả cho thấy vùng có ứng suất cao nhất và có nguy cơ hỏng o mỏi sớm nhất là A2 như trên hình 1.13

Hình 1.12 Các tiêu chu n bền mỏi [61]

Ứng suất trung ình

Trang 38

Kết quả tính toán trên đây hoàn toàn phù hợp với kết quả thực nghiệm thể hiện trên hình 1.14 [53 Vết nứt o mỏi xuất hiện đúng vào vùng A2 có ứng suất lớn nhất theo kết quả tính toán ằng ANSYS hình 1.13)

1.4.4 ối ư ho kết cấ

Đánh giá độ ền thường là khâu cuối trong quá trình thiết kế Kết quả tính ền vỏ cầu ằng phương pháp PTHH thường được thể hiện ằng sự phân ố ứng suất hoặc hệ số an toàn trên vỏ cầu Nhờ đó, người thiết kế có thể nhận thấy những ất hợp lý trong kết cầu vỏ cầu

để từ đó đề xuất các giải pháp tối ưu hoá kết cấu

Theo một số kết quả nghiên cứu về độ ền vỏ cầu chủ động của ô tô, hệ số an toàn ứng suất phân ố không đều trên toàn ộ vỏ cầu mà có sự chênh lệch khá lớn Chẳng hạn, theo Meng Qinghua [53 hệ số an toàn thấp nhất là ,8 và cao nhất là 15 Cũng tương tự như vậy, một nghiên cứu khác [44 cho thấy hệ số an toàn trên vỏ cầu iến thiên trong khoảng

Hình 1.13 Ph n bố ứng su t trên vỏ cầu theo k t qu tính toán bằng ANSYS [53]

Hình 1.14 ị trí xu t hi n v t nứt do mỏi trên vỏ cầu theo k t qu thí nghi m [53]

Vết nứt o mỏi

Trang 39

từ 1,56 – 15 Đối với cầu chủ động máy k o [41 sự chênh lệch còn lớn hơn nhiều: 1, 5 –

100

Những phân tích trên cho thấy, kết cấu của vỏ cầu cần cải thiện nhằm giảm thiểu sự chênh lệch hệ số an toàn trên nó Tuy nhiên, việc đồng đều hệ số an toàn mới chỉ là một tiêu chí Quy trình thiết kế, chế tạo vỏ cầu còn phụ thuộc và nhiều yếu tố khác, trong đó có các yếu

tố về công nghệ Vì vậy, ựa trên kết quả đánh giá độ ền người ta hoàn thiện kết cấu theo

sẽ giải quyết được vấn đề thiếu ền tại điểm yếu nhất trên vỏ cầu Nhưng khối lượng phần không được treo sẽ tăng lên khoảng 5% Điều này ảnh hưởng xấu đến tính kinh tế nhiên liệu đồng thời giảm độ êm ịu chuyển động của ô tô Vì vậy, các tác giả đề xuất giải pháp gia cố cục ộ các vùng yếu mà không tăng ề ày của toàn ộ vỏ cầu

Với cách làm như trên, sau khi tính được ứng suất tương đương và đánh giá độ ền vỏ cầu, người thiết kế cần đưa ra các giải pháp cải thiện hợp lý Sau đó, phải thực hiện lại việc tính

ền vỏ cầu để đánh giá hiệu quả của các đề xuất cải thiện Quá trình này được lặp lại cho tới khi đạt được các yêu cầu đặt ra đối với vỏ cầu [43, 44, 53]

Ngoài cách làm thủ công trên, một số phần mềm phân tích kết cấu có tích hợp giải pháp tính toán tối ưu (OptiStruct, SolidThinking trong Hyperworks) Người thiết kế phải lựa chọn tiêu chí, nhập vào phần mềm và chạy chương trình để có được kết cấu hợp lý nhất

1.5 C c c ng t nh nghi n cứu t ong nước v vấn đề nghi n cứ của l ận

n

Quá trình tìm hiểu về các nghiên cứu trong nước cho thấy, ngoài 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” thuộc chương trình trọng điểm cấp Nhà nước KC 5 đã được thực hiện tại Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam 2010), không có công trình khoa học lớn nào đề cập đến cầu chủ động của ô tô Đề tài này cũng mới chỉ tập trung vào giải quyết một số vấn

đề về vật liệu và công nghệ chế tạo các ộ phận chính của cầu chủ động ánh răng, trục,

Trang 40

vỏ cầu mà chưa đầu từ nghiên cứu sâu về phương pháp đánh giá độ ền, đặc iệt là độ ền của vỏ cầu

Các công trình nghiên cứu chung về hệ thống truyền lực ô tô cũng còn khá khiêm tốn cả về

số lượng và nội dung Trong đó có công trình uy nhất nghiên cứu về độ ền là luận án tiến sĩ của tác giả Lê Văn Anh 2 12 : “Nghiên cứu mài mòn các ánh răng hộp số xe tải

nh thiết kế chế tạo tại Việt Nam” [7] Tác giả đã trình ày các kết quả nghiên cứu về cơ chế mài mòn các ánh răng trong hộp số ô tô, đề xuất phương pháp tính toán tốc độ mài mòn các ánh răng, tiến hành tính toán, đánh giá cụ thể cho hộp số ô tô tải nh sản xuất tại Việt Nam

Nhiều công trình [3, 5, 6, 10, 11] tập trung vào nghiên cứu động lực học hệ thống truyền lực của các loại ô tô và máy k o nông nghiệp Một số công trình thực hiện nghiên cứu về rung ồn và các vấn đề khác trong HTTL

Các công trình nghiên cứu về độ ền mỏi cũng không nhiều [6, 9 Điển hình là luận án tiến sĩ của tác giả Phạm Lê Tiến 2 11 “Nghiên cứu đánh giá độ bền mỏi và tuổi thọ mỏi của khung giá chuyển hướng và trục ánh xe đầu máy D19E vận dụng trên đường sắt Việt Nam” [6 Đây là công trình nghiên cứu khoa học chuyên sâu về ền mỏi cả về phương iện lý thuyết và thực nghiệm Tác giả đã xây ựng được đường cong mỏi thực nghiệm và

áp dụng phương trình đồng dạng phá hủy mỏi cùng với các công cụ lý thuyết ền mỏi để đánh giá kết cấu khung giá chuyển hướng và trục ánh xe đầu máy D19E sử dụng trong ngành đường sắt Việt Nam

Tác giả Vũ Tuấn Đạt 2 15 đã công ố các kết quả nghiên cứu độ ền mỏi khung ô tô tải

tự đổ ưới tác ụng của tải trọng thẳng đứng thu được từ mô hình ao động của ô tô với công cụ tính toán là phần mềm ANSYS [9

Có thể nhận thấy rằng, hiện nay ở Việt Nam chưa hình thành các hướng nghiên cứu với định hướng rõ ràng để có thể hỗ trợ một cách hiệu quả cho việc thiết kế chế tạo các sản

ph m phục vụ ngành công nghiệp ô tô trong nước

Một trong những khâu quan trọng trong quy trình thiết kế chế tạo các chi tiết cơ khí như vỏ cầu ô tô chính là đánh giá chất lượng sản ph m, trong đó có độ ền Vỏ cầu chủ động ô tô tải chịu tác động trực tiếp từ mấp mô mặt đường, nên tải trọng tác ụng lên nó iến thiên theo quy luật ngẫu nhiên trong phạm vi rất rộng Vì vậy, việc đánh giá độ ền của vỏ cầu là rất phức tạp Có thể đánh giá ằng hai phương pháp: lý thuyết và thực nghiệm Trong điều kiện thiếu thốn về cơ sở vật chất, trang thiết ị thí nghiệm như hiện nay thì phương pháp đánh giá phù hợp nhất cho các nhà khoa học Việt Nam là đánh giá ằng lý thuyết

Trước tình hình trên, nghiên cứu sinh NCS đã chọn hướng nghiên cứu cho luận án tiến sĩ của mình là độ ền vỏ cầu chủ động ô tô tải nh sản xuất lắp ráp tại Việt Nam

Định dạng
Số trang	188
Dung lượng	7,27 MB