SỬ DỤNG PHẦN mềm ANSYS để NGHIÊN cứu TÍNH bền cụm cơ cấu PHANH XE tải NHẸ

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngành công nghiệp ô tô không ngừng phát triển, ngày càng đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của vận tải và nhu cầu của con người.. Ngày nay nhờ và

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: T.S NGUYỄN THANH QUANG

HÀ NỘI – 2015

Đoàn Công Thành

Xin chân thành cảm ơn Trường ĐHCN Hà Nội, Trung tâm sau đại học,

Khoa Công Nghệ Ô Tô, Bộ môn ƯD Công nghệ Ô tô đã cho tôi thực hiện

luận văn tại trường và hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình làm

Luận văn

Xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thanh Quang đã tận tính hướng dẫn

về mặt chuyên môn để tôi hoàn thành Luận văn

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã động viên khuyến khích và

ủng hộ tôi trong thời gian làm luận văn

Học viên

Đoàn Công Thành

1.1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP Ô TÔ VIỆT NAM 3

1.2 ĐỊNH HƯỚNG VÀ MỤC TIÊU PHÁT TRIỂN CÔNG NGHIỆP Ô TÔ VIỆT NAM 5

1.2.1 Quan điểm phát triển 5

1.2.2 Tỷ lệ nội địa hóa 6

1.3 NHU CẦU THỰC TẾ CỦA LOẠI XE TẢI TRỌNG TẢI NHỎ 3 TẤN 7 1.4 TỔNG QUAN THỊ TRƯỜNG SẢN XUẤT VÀ LẮP RÁP Ô TÔ TRONG NƯỚC 8

1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CÚU CẦU TRƯỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 9

1.6 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 11

1.7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12

1.8 PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG, CẤU TẠO CỦA CẦU TRƯỚC 13

1.8.1 Các tính năng chính …13

1.8.2 Phân loại 13

1.8.3 Các thông số hình học của cụm dầm cầu ô tô 17

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 23

CHƯƠNG II 24

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH BỀN CỤM PHANH 24

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ24 2.1.1 Các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống phanh 24

2.1.5 Xác định mô men phanh yêu cầu 28

2.1.6 Tính toán cơ cấu phanh guốc 29

2.2 PHÂN TÍCH CÁC DẠNG TẢI TRỌNG TÁC ĐỘNG LÊN XE TRONG QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG 32

2.2.1 Mô hình mặt đường 32

2.2.2 Tải trọng tĩnh và động 33

2.4.3 Các tải trọng thẳng đứng đối xứng 35

2.2.4 Tải trọng thẳng đứng không đối xứng 36

2.2.5 Tải trọng tác động theo phương dọc xe 38

2.2.6 Lực ngang 38

2.3 XÁC ĐỊNH CÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN CỤM GUỐC PHANH CẦU TRƯỚC 40

2.3.1 Xây dựng sơ đồ tính toán 40

2.3.2 Xác định các trường hợp tính toán 41

2.4 TÍNH TOÁN BỀN GUỐC PHANH THEO PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG 45

2.4.1 Sơ đồ tính bền guốc phanh 45

2.4.2 Kiểm tra bền guốc phanh 46

2.5 TÍNH TOÁN BỀN TRỐNG PHANH THEO PHƯƠNG PHÁP ĐẠI SỐ 52 2.5.1 Xác định các lực cần thiết tác dụng lên cơ cấu phanh bằng phương pháp hoạ đồ 52

2.5.2 Tính bền trống phanh 55

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 57

CHƯƠNG 3 58

KHẢO SÁT ĐỘ BỀN CỤM GUỐC PHANH VÀ ĐỘ BỀN TRỐNG PHANH 58

3.1 CÁC THÔNG SỐ CỦA CỤM GUỐC PHANH 58

3.1.1 Bản vẽ thiết kế guốc phanh 58

4.1 KẾT LUẬN 94

4.2 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

Bảng 1.1 : Thống kê sản lượng lắp ráp của xe xuất xưởng trong năm 2012,

2013, 2014 (Hiệp hội các nhà sản xuất lắp ráp ô tô Việt Nam VAMA) 9

Bảng 2.1 Các hệ số tải trọng động 34

Bảng 2.4 Kết quả tính toán lực và mô men tại hai đầu nửa guốc trên 48

Bảng 2.5 Kết quả tính toán lực và mô mên tại hai đầu nửa guốc dưới 50

Bảng 3.1 Thành phần hóa học từ thép 45 đúc 59

Bảng 3.2 Bảng nhập thuộc tính vật liệu 66

Bảng 3.3 Tệp dữ liệu trong Ansys workbench 70

Bảng 3.4 Các bước thực hiện bài toán phần tử hữu hạn 71

Bảng 3.5 Kết quả tính toán so sánh với tiêu chuẩn ứng xuất cho phép 83

Bảng 3.6 Các bước thực hiện bài toán phần tử hữu hạn 84

Bảng 3.7 Kết quả tính toán so sánh với tiêu chuẩn ứng xuất cho phép 91

Hình 1.9 Mô hình dẫn hướng khi đi thẳng và khi quay vòng 18

Hình 1.10 Góc lái của các bánh dẫn hướng khi quay vòng là khác nhau 18

Hình 1.11 Mô hình góc nghiêng ngang của trụ đứng 18

Hình 1.12 Các dạng độ lệch tâm của trụ đứng với mặt cắt dọc bánh xe 19

Hình 1.13 Ảnh hưởng của lực phanh trên các khoảng cách giữa giao trụ đứng và mặt phẳng ngang của bánh xe 19

Hình 1.14 Các dạng góc Camber 20

Hình 1.15 Biến dạng lốp ứng với trường hợp góc camber chủ động 20

Hình 1.16 Mô hình góc Caster 20

Hình 1.17 Mô hình lực lốp 21

Hình 1.18 Độ chụm của bánh dẫn hướng 21

Hình 1.19 Các cách xác định độ chụm bánh xe dẫn hướng 21

Hình 1.20 Xác định độ nghiêng bên trụ đứng 22

Hình 2.1 Mô hình động lực học cụm cầu trước xe tải nhẹ 25

Hình 2.2 Mô hình phẳng một vết của ôtô 30

Hình 2.3 Mô hình chịu tải của cụm cầu trước 31

Hình 2.4 Sơ đồ tính lực ngang do tác dụng của tải trọng 33

Hình 2.5 Sơ đồ tính lực ngang do tác dụng của lực kéo 36

Hình 2.8 Trường hợp xe chịu tải trọng thẳng đứng không đối xứng 39

Hình 2.9 Trường hợp tải trọng tác động theo phương dọc xe 40

Hình 2.10 Trường hợp xe chịu tác dụng của lực ngang 47

Hình 2.11 Sơ đồ lực trên nửa guốc dưới 48

Hình 2.12 Biểu đồ nội lực tác dụng lên guốc phanh 50

Hình 2.13 Mặt cắt guốc phanh 51

Hình 2.14 Hoạ đồ lực phanh 54

Hình 3.1 Bảng nhập thuộc tính vật liệu 58

Hình 3.2 Bảng nhập thuộc tính vật liệu 66

Hình 3.3 Một số vật liệu trong thư viện 67

Hình 3.4 Chia lưới tự do 67

Hình 3.5 Chia lưới có qui tắc 67

Hình 3.6 Xây dựng mô hình 3D dầm cầu trước vào phần mềm 75

Hình 3.6 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên cụm guốc phanh trên ô tô 75

Hình 3.7 Sơ đồ phân tích lực tác dụng lên cụm trống phanh trên ô tô 87

LỜI NÓI ĐẦU

Vận tải đường sắt, đường sông, đường biển, đường hàng không và đường bộ đã hình thành nên một hệ thống vận tải chung của một đất nước Vận tải ô tô là một bộ phận của hệ thống vận tải đó, nó có một vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế, xã hội và phục vụ các nhu cầu của con người Ô tô là loại phương tiện vận tải không thể thiếu được và đã có những đóng góp to lớn cho sự phát triển của xã hội Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngành công nghiệp ô tô không ngừng phát triển, ngày càng đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của vận tải và nhu cầu của con người Đó là các yêu cầu về độ tin cậy và an toàn trong khai thác sử dụng, tốc độ chuyển động,

độ bền lâu, bảo vệ môi trường, tiện nghi sử dụng tốt, chi phí nhiên liệu thấp, giá thành hạ

Do tính thông dụng và tiện lợi của phương tiện, ngày nay ngành công nghiệp ô tô vẫn không ngừng phát triển, các nghiên cứu khoa học tiếp tục phát triển để hoàn thiện ô tô hơn nữa Các hướng nghiên cứu ưu tiên giải quyết các vấn đề đó là: Đảm bảo an toàn trong khai thác sử dụng, bảo vệ môi trường, sự tiện nghi, và độ tin cậy trong sử dụng Để đảm bảo an toàn trong khai thác sử dụng ô tô thì hệ thống phanh có vai trò rất quan trọng, nó giúp cho việc điều khiển ô tô được an toàn và tin cậy Ngày nay nhờ vào sự phát triển của khoa học công nghệ, các nhà nghiên cứu và sản xuất đã chế tạo ra những chiếc ô tô có hệ thống phanh đáp ứng được những yêu cầu đặt ra

Cuối tháng 4 năm 2004, Bộ công nghiệp (nay là Bộ công thương) đã hoàn thành quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ôtô trong giai đoạn 2005-

2010, tầm nhìn 2020 Trong đó có một điều đáng chú ý là: khuyến khích các doanh nghiệp đầu tư vào lĩnh vực đáp ứng các yêu cầu về tỉ lệ nội địa hoá Riêng đối với cụm hệ thống phanh hiện nay chưa có doanh nghiệp nào nội địa

hướng dẫn tận tình của Tiến Sĩ Nguyễn Thanh Quang cùng sự giúp đỡ và tạo mọi điều kiện của các thầy cô trong khoa công nghệ ô tô trường Đại học công nghiệp hà nội

Em đã tiến hành nghiên cứu đề tài “Sử dụng phần mềm Ansys để nghiên cứu tính bền cụm cơ cấu phanh xe tải nhẹ”

Nội dung của đề tài:

Phần 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

- Tổng quan về hệ thống phanh, tình hình nghiên cứu cụm phanh trên thế giới và ở việt nam

Phần 2: Cơ sở lý thuyết tính bền cụm phanh

- Cơ sở lý thuyết

- Xác định tải trọng dầm cầu trước xe tải nhẹ

Phần 3: Khảo sát độ bền trống phanh, guốc phanh

- Xây dựng mô hình 3D dầm cầu trước

- Ứng dụng phương pháp PTHH

- Giới thiệu phần mềm Ansys

- Kết quả khảo sát cụm trống phanh guốc phanh bằng phần mềm Ansys

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP Ô TÔ VIỆT NAM

Trong những năm gần đây nền kinh tế việt nam đã có những tiến bộ phát triển nhanh chóng và ổn định Đặc biệt phải kể đến sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp ôtô việt nam, đây cũng là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn trong quá trình phát tiển kinh tế Một số nước có nền kinh tế phát triển trong khu vực và trên thế giới đều ưu tiên phát triển ngành công nghiệp ô tô và xem đây là một trong những ngành mũi nhọn cần chú trọng đầu tư cơ bản, nhằm khai thác có hiểu quả các lợi thế mà ít ngành công nghiệp khác có được Ở việt nam ngành chế tạo ô tô so với nhiều nước trong khu vực chúng ta phát triển sau khoảng 20 đến 30 năm, mặt khác lại đang trong quá trình hội nhập nên gặp không ít khó khăn trở ngại nhưng bù lại việt nam hiện có số dân đông đến 90 triệu người, có tiềm năm phát triển ngành chế tạo công nghiệp cơ khí chế tạo, vì vậy không thể không chú trọng tới việc phát triển ngành công nghiệp ô tô và phụ tùng để đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước, tiến tới tham gia vào phân công hợp tác sản xuất trong ngành công nghiệp ôtô của khu vực và trên thế giới Để phát triển nhanh và bền vững ngành công nghiệp ô tô việt nam, thời gian qua Chính phủ đã có những chính sách, giải pháp nhằm phát huy tối đa năng lực của các doanh nghiệp thuộc mọi thành phần kinh tế trong cả nước tham gia vào sản xuất phụ tùng ô

tô, tạo thành mạng lưới các nhà sản xuất và cung cấp phụ tùng cho các cơ sở sản xuất, lắp ráp ôtô, đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và chuẩn bị điều kiện cho các doanh nghiệp tham gia vào chương trình trao đổi, hợp tác sản xuất công nghiệp với các nước Cụ thể hiện nay cả nước có khoảng 11 công ty liên doanh ô tô như TOYOTA- Việt Nam, FORD - Việt Nam và có rất nhiều

mới được thành lập gần đây, các cơ sở sản xuất xe tải, xe du lịch trong nước hầu như chưa có gì Hiện nay ở việt Nam chỉ có cơ sở lắp ráp ô tô chủ yếu ở

Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh Công nghệ của các cơ sở sản xuất này chủ yếu là công nghệ sửa chữa, thay thế hoặc sản xuất phụ tùng ở quy mô nhỏ hoặc nếu có cũng chỉ ở dạng lắp ráp CKD1 hoặc CKD2, cá biệt có đơn vị sản xuất xe Bus theo công nghệ IKD tuy nhiên sản lượng thấp và chất lượng thiếu

ổn định

Đối với cơ sở ngoài quốc doanh thì một số công ty tư nhân chuyên sản xuất và lắp ráp xe nông dụng như công ty TNHH ô tô Chiến thắng, Hoa Mai, Cửu long…Tuy nhiên sản lượng còn khiêm tốn và chất lượng còn thấp

Đối với các cơ sở liên doanh: Trong số 11 liên doanh sản xuất ô tô đã đi vào hoạt động, tổng số vốn đăng ký lá 574 triệu USD bằng 70% tổng số vốn dăng ký Các liên doanh này đến cuối năm 2003 sản xuất chỉ đạt 42.500 ôtô các loại, chủ yếu dưới dạng CKD nhưng tình hình tiêu thục còn nhiều khó khăn do giá ô tô còn cao chưa phù hợp với người tiêu dùng Việt Nam.Trên thực tế, hầu hết các liên doanh chưa thật sự đầu tư cho việc sản xuất linh kiện, phụ tùng để tăng nhanh tỷ lệ nội địa hóa theo yêu cầu của nhà nước mà chỉ tập trung đầu tư lắp ráp dưới dạng CKD1 (lắp ráp và sơn) và CKD2 (lắp ráp, hàn, sơn) Điều này đã cản trở không nhỏ đến tiến trình nội địa hóa sản phẩm ô tô của Việt Nam Xuất phát từ thực tế đó Chính Phủ mà cụ thể là bộ công nghiệp

và một số ngành liên quan đã đưa ra một số quan điểm, định hướng và mục tiêu phát triển ngành công nghiệp ô tô

Dưới đây là một số quan điểm và định hướng quan trọng cho ngành công nghiệp ô tô Việt Nam trong thời gian qua và giai đoạn sắp tới

1.2 ĐỊNH HƯỚNG VÀ MỤC TIÊU PHÁT TRIỂN CÔNG NGHIỆP Ô

TÔ VIỆT NAM

1.2.1 Quan điểm phát triển

Những quan điểm cơ bản mà chính phủ Việt Nam đưa ra nhằm phát triển ngành công nghiệp ô tô gồm một số điểm cơ bản sau:

- Công nghiệp ô tô là ngành công nghiệp rất quan trọng cần được ưu tiên phát triển để góp phần phục vụ hiệu quả quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và xây dựng tiềm lực an ninh, quốc phòng của đất nước

- Phát triển nhanh nghành công nghiệp ô tô trên cơ sở thị trường và hội nhập với nền kinh tế thế giới, lựa chọn các bước phát triển thích hợp, khuyến khích chuyên môm hóa – hợp tác hóa nhằm phát huy lợi thế, tiềm năng của đất nước, đồng thời tích cực tham gia qúa trình phân công lao động và hợp tác quốc tế trong ngành công nghiệp ôtô

- Phát triển ngành công nghiệp ô tô phải gắn kết với tổng phát triển công nghiệp chung của cả nước và các chiến lược phát triển ngành liên quan đã được phê duyệt, nhằm huy động và phát huy tối đa các nguồn lực của mọi thành phần kinh tế, trong đó có doanh nghiệp nhà nước giữ vai trò then chốt

- Phát triển ngành công nghiệp ô tô phải dựa trên cơ sở tiếp thu công nghệ tiên tiến của thế giới, kết hợp với việc đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu – phát triển trong nước và tận dụng có hiệu quả cơ sở vật chất, trang thiết bị hiện có, nhằm nhanh chóng đáp ứng nhu cầu trong nước về các loại xe thông dụng với giá cả cạnh tranh, tạo động lực thúc đẩy các ngành công nghiệp hỗ trợ trong nước và phát triển nhằm đẩy nhanh quá trình sản xuất linh kiện, phụ tùng trong nước

triển ngành công nghiệp ô tô từng bước nội địa hóa phụ tùng, linh kiện dần tới sản xuất được những xe ô tô mang thương hiệu Việt Nam

Từ trước tới nay ngành công nghiệp ô tô của nước ta mới chỉ dừng lại ở việc lắp ráp thêu cho các hãng xe lớn nước ngoài dưới hình thức liên doanh,

có một số công ty vừa sản xuất vừa lắp ráp nhưng khối lượng sản xuất chưa được bao nhiêu mới chiếm khoảng 10% đến 20% sản phẩm, còn chủ yếu vẩn phải nhập khẩu Sở dĩ sau hơn 10 năm phát triển mà vấn đề nội địa hóa của nước ta chưa tiến được bước nào đáng kể là vì: Trước nay nhà nước đã đưa ra những chính sách nhằm bảo vệ ô tô lắp ráp, sản xuất trong nước như chính sách thuế, đánh thuế rất cao đối với những xe nhập khẩu từ 100% đến 200% như vậy thị trường xe trong nước thiếu hẳn sự cạnh tranh với các hãng xe nước ngoài, và thực chất chỉ có sự cạnh tranh trong nước giữa các hãng liên doanh lớn như TOYOTA, HONDA, FORD…Người tiêu dùng vẫn phải dùng

xe với giá cả đắt hơn rất nhiều mà chất lượng lại không tốt bằng.Nhưng hiện nay trước sức ép của vấn đề hội nhập quốc tế, Việt nam đã gia nhập tổ chức thương mại quốc tế WTO và đã cam kết giảm thuế nhập khẩu ô tô theo lộ trình và đến năm 2018 là 0% cho các xe nhập khẩu nguyên chiếc Vì vậy để

có thể cạnh tranh được với các hãng xe nước ngoài bắt buộc ta phải tiến hành nội địa hóa dần ô tô mang thương hiệu Việt Nam thì mới có thể cạnh tranh được về mặt giá cả vì hiện nay các ô tô sản xuất trong nước đều có giá thành cao hơn rất nhiều so với xe của nước ngoài Vì vậy nội địa hóa hiện nay là

vấn đề sống còn của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam.Chúng ta không chỉ quan tâm tới việc sản xuất các phụ tùng linh kiện ô tô nhằm nội địa hóa ngành công nghiệp ô tô trong nước mà còn hướng tới xuất khẩu phụ tùng ô tô sang các nước trong khu vực

Chính sách phát triển của ô tô nước ta là tăng tỷ lệ nội địa hóa và dần đưa vào sản xuất ôtô mang thương hiệu việt nam, đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất, vốn, thuế nhằm khuyến khích các doanh nghiệp trong nước đẩy mạnh quá trình nội địa hóa Với chính sách này các công ty trong nước sẽ có thêm nhiều thuận lợi Nhưng để nội địa hóa được linh kiện vừa cạnh tranh được về mặt giá cả vừa đảm bảo không thua kém xe nhập khẩu về mặt chất lượng ta cũng cần nội địa hóa cả vấn đề dây chuyền công nghệ hoặc tiến hành chuyển giao công nghệ, nhưng vấn đề này không thể một lúc thực hiện ngay được, cần phải có thêm thời gian để tích lũy kinh nghiệm cũng như đào tạo thêm đội ngũ cán bộ kỹ thuật có thể làm chủ công nghệ Cho nên với điều kiện kĩ thuật như ở nước ta hiện nay, để có thể đầu tư xây dựng một nhà máy có quy trình sản xuất hoàn thiện động cơ ô tô, hộp số,…là một việc hết sức khó khăn Vì vậy với diều kiện hiện nay ta nên tiến hành nội địa hóa dần những chi tiết, cụm chi tiết đòi hỏi công nghệ không quá phức tạp như khung,

vỏ, dầm cầu của những xe không đòi hỏi qua cao về mặt hình dáng và chất lượng như khung võ xe tải 1,5T đến 5T Như vậy vào thời điểm hiện nay nội địa hóa ngành công nghiệp ô tô thì con đường đi đúng đắn nhất chính là nội địa hóa sản phẩm phụ tùng ôtô

1.3 NHU CẦU THỰC TẾ CỦA LOẠI XE TẢI TRỌNG TẢI NHỎ 3 TẤN

Theo đánh giá của các tổ chức nghiên cứu kinh tế thì việt nam là một thị trường tiềm năng về nhu cầu sử dụng ô tô trong khoảng 15 năm tới ở tất cả các dòng xe, từ xe du lịch hạng sang nhằm phục vụ nhu cầu đi lại cho đến các

cho đi lại, du lịch và mục đích trang trí vui chơi Thị trường này dành cho một

bộ phận dân cư có thu nhập cao thường tập trung ở các thành phố thị xã lớn

có tốc độ phát triển cao và các cơ quan doanh nghiệp chuyên chỉ phục vụ cho công việc đi lại của lãnh đạo nên nhu cầu ngày càng phát triển mạnh khi nền kinh tế phát triển Nhưng trong điều kiện hiện nay thì khi công nghệ của các nhà máy ôtô Việt Nam chưa thể đáp ứng được những yêu cầu này do vậy thị phần này chủ yếu dành cho các công ty liên doanh với nước ngoài có công nghệ tiên tiến và xe nhập khẩu

- Với thị trường xe thương mại và xe phục vụ sản xuất: Xe phục vụ cho mục đích kinh doanh vận tải như: Xe vận tải hàng hóa, xe nông dụng, xe chở nguyên vật liệu xây dựng… Đây được đánh giá là thị trường nhiều tiềm năng và rộng lớn, Trong xu thế dịch vụ vận tải hàng hóa ngày càng phát triển mạnh, đặc biệt là loại hình xe vận tải cỡ nhỏ phù hợp cho các vùng đô thị và nông thôn vận tải cung đường ngắn Đây là một thị trường đầy sức hấp dẫn để đầu tư phát triển, đặc biệt là doanh nghiệp nhà nước và doanh nghiệp tư nhân

1.4 TỔNG QUAN THỊ TRƯỜNG SẢN XUẤT VÀ LẮP RÁP Ô TÔ TRONG NƯỚC

Theo thống kê sản lượng lắp ráp xuất xưởng của hiệp hội các nhà sản xuất lắp ráp trong nước VAMA thì tỷ trọng của dòng xe tải, bán tải trong cơ cấu sản lượng xe của cả nước luôn chiếm tỷ lệ 30%, bảng 1.1

Với tỷ lệ sản phẩm xuất xưởng chiếm tỷ trọng lớn nên nhu cầu đối với chủng loại sản phẩm cầu trước của xe tải phục vụ cho quá trình lắp ráp cũng chiếm tỷ trọng lớn

Bảng 1.1 Thống kê sản lượng lắp ráp của xe xuất xưởng trong năm 2012,

2013, 2014

TT Chủng loại sản phẩm Năm 2012 Năm 2013 Năm 2014

1 SUV/MPV/Cross-over (Xe hai

2 Passenger cars (Xe du lịch) 26,074 30,020 46,519

3 Comm Vehicles (Xe thương mại) 29,320 32,800 53,379

(Nguồn: Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam VAMA)

Ngoài ra tỷ trọng của dòng xe tải này luôn giữ một tỷ lệ ổn định trong tổng sản lượng xe xuất xưởng nên trong vòng khoảng thời gian vận hành và

sử dụng thì nhu cầu đối với sản phẩm thay thế cũng đòi hỏi cao nhằm nâng cao nâng suất và hiệu quả trong quá trình khai thác vận chuyển của thiết bị

1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CÚU CẦU TRƯỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC

*Trên Thế giới:

Chế tạo dầm cầu trước đang tập trung ở các nhà máy có nền công nghệ chế tạo phát triển như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, Trung Quốc… Nhưng những nghiên cứu được công bố còn rất hiếm hoi và được coi là các bí quyết công nghệ của các hãng

Các công bố thường là các tài liệu cơ bản trong đào tạo và các quảng cáo thương mại trong sản xuất kinh doanh như các catalog, sách hướng dẫn sử dụng, cấu tạo, lắp ráp và chăm sóc bảo dưỡng cụm cầu trước và đi theo tài laieeuj của loại xe cụ thể

đều cần đặt đến sự hoàn hảo Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về độ bền các chi tiết trên ô tô nói chung và các chi tiết trong hệ thống phanh cũng như cụm trống phanh, các nghiên cứu này đã trở thành kinh điển và được áp dụng trong đào tạo và sản xuất Tuy nhiên do sự phát triển ngày càng hoàn hảo trên

ô tô nên các nghiên cứu này luôn là vấn đề mới cho các nhà nghiên cứu và các nhà sản xuất ô tô nhằm tăng tính an toàn chuyển động của xe ô tô

*Trong nước:

Các nghiên cứu mới chỉ ở mức sơ khai chủ yếu được niêu trong các giáo trình về cấu tạo và thiết kế được giảng dạy trong các trường đại học kỹ thuật nhưng ở mức sơ sài

Nhìn chung nghiên cứu thiết kế và cầu trước chưa được nghiên cứu trong nước nên mục tiêu làm chủ thiết kế và làm chủ công nghệ chế tạo của cầu trước là cấp bách và được tác giả nghiên cứu đặt làm đối tượng nghiên cứu

Trong các ngành công nghiệp trọng điểm của nước ta hiện nay, ngành công nghiệp ô tô là một trong những ngành được ưu tiên hàng đầu Việc nghiên cứu tìm hiểu và chế tạo các chi tiết trên ô tô ngày càng phát triển, để tăng thêm độ bền cũng như tuổi thọ các chi tiết cấu thành trên ô tô càng hoàn hảo hơn Vì thế, trống phanh, guốc phanh ô tô cũng là một chi tiết quan trọng

đã và đang nghiên cứu Các nghiên cứu độc lập trong nước về độ bền hệ thống phanh hầu như chưa có công trình nào công bố do đặc thù ngành công

nghiệp phụ trợ chế tạo phụ tùng ô tô của chúng ta chưa có Vì vậy việc nghiên

cứu về độ bền chi tiết ô tô nhằm tiếp cận với công nghiệp phụ trợ tham gia

vào chương trình nội địa hóa công nghiệp ô tô sẽ có tính cấp bách hiện nay

cũng như trong tương lai

1.6 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu của Luận văn là các chi tiết nằm trong cụm cầu

trước và hệ thống phanh xe tải nhẹ Lifan 3 tấn LF3070G1-2 được lắp ráp

trong nước Đây là loại xe được nhập khẩu dạng linh kiện rời rạc từ Trung

Quốc và lắp ráp dạng CKD tại công ty Mekong Auto Hình dạng xe được nêu

1.4.1 Phân bố lên trục 1: 26850 N 2.1.4.2 Phân bố lên trục 2: 50000N

1.5 Khối lượng cho phép lớn nhất trên trục:

2.4 Chiều dài đầu/đuôi xe: (mm) 1170/1420 2.5 Vết bánh xe trước/sau: (mm) 1720/1640 2.6 Khoảng sáng gầm xe: (mm) 240

1.7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Có ba phương pháp được sử dụng trong Luận văn là:

- Phương pháp tính truyền thống sử dụng phương trình cơ bản để kiểm

nghiệm bền các chi tiết

- Phương pháp tính toán sử dụng công cụ máy tính: phương pháp phần

tử hữu hạn sử dụng phần mềm công nghiệp ANSYS

- Phương pháp ứng dụng kết quả nghiên cứu khoa học: Luận văn đã

ứng dụng kết quả nghiên cứu khoa học của Đề tài NCKH cấp Bộ Công

Thương "Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm cầu trước xe tải nhẹ dưới 3 tấn"

Đề tài do Công ty Cổ phần Cơ khí Cổ Loa thực hiện năm 2013 đã được

nghiệm thu Luận văn đã tham khảo được các thông tin về phương pháp

nghiên cứu, thiết kế, công nghệ chế tạo và đã sử dụng bản vẽ chế tạo 2D và

3D cụm cầu trước xe tải LF3070G1-2 làm đối tượng nghiên cứu

Trong hai phương pháp tính toán thì phương pháp tính toán sử dụng

công cụ máy tính có thời gian tính toán nhanh hơn, trực quan sinh động, phản

ảnh được rõ nét hình ảnh của chi tiết tính bền mô tả trạng thái chi tiết gần thực

tế

1.8 PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG, CẤU TẠO CỦA CẦU TRƯỚC

1.8.1 Các tính năng chính

Cầu trước xe tải nhẹ có các tính năng chủ yếu:

- Tiếp nhận lực tác động từ mặt đường: Truyền lực tốt giữa khung hoặc

vỏ của ô tô với bánh xe dẫn hướng (cùng với bộ phận treo)

- Tính năng dẫn hướng, thuận tiện trong việc điều khiển lái: Các bánh

xe dẫn hướng có động học đúng khi chúng dịch chuyển theo mặt phẳng thẳng đứng

Hình 1.3 Cầu trước bị động

+) Phân loại theo kiểu hệ thống treo

 Theo hệ thống treo độc lập hai bên treo trái và treo phải không phụ thuộc nhau nên cụm cầu trước không phải là dầm liền và được chia làm các đoạn nối liên tục với nhau, hình 1.4

Hình 1.4 Cầu trước và hệ thống treo độc lập

+) Phân loại theo hệ thống treo phụ thuộc

Theo hệ thống treo phụ thuộc hai bên treo trái và treo phải có phụ thuộc nhau nên cụm cầu trước là dầm liền liên tục với nhau, hình 1.5

Hình 1.5 Cầu trước và hệ thống treo phụ thuộc c) Quan hệ của cầu trước và hệ thống treo

Cầu trước dẫn hướng phụ thuộc nhiều vào hệ thống treo

 Loại cầu trước dẫn hướng dầm liền với hệ thống treo phụ thuộc thường được ứng dụng trên xe tải

 Loại cầu trước dẫn hướng với hệ thống treo độc lập thường được dùng trong các loại xe ô tô con

 Loại cầu trước vừa dẫn hướng vừa chủ động thường được sử dụng trong các xe có tính cơ động cao, yêu cầu việt dã lớn như các xe đa dụng, xe địa hình

d) Kết cấu của cầu trước dẫn hướng của xe tải

Kết cấu của cầu trước xe tải thường là dầm cứng liên tục gồm có một dầm ngang 01 gồm có lỗ tròn ở đầu, chi tiết trụ đứng 03 sẽ xuyên qua lỗ này

và liên kết với chi tiết ngõng trục 02, chi tiết ngõng trục quay quanh trục đứng giúp bánh xe lắp với tăng bua 04 và Moayo 06 chuyển hướng được dễ dàng, hình 1.6

Dầm ngang 01 thường có mặt cắt là dạng chữ I, đôi khi là dạng ống tròn Dầm cầu chế tạo theo dạng ống có tiết diện tròn hoặc tiết diện elip có thể chịu uốn và xoắn tốt hơn nhưng lại đắt tiền hơn dầm có tiết diện mặt cắt chữ I

Hình 1.6 Cầu trước dẫn hướng

7- Đòn xoay

Tiết diện chữ I có tỷ số H/B kích thước từ 1,1 – 1,5 (H là chiều cao và

B là chiều rộng của tiết diện chữ I) Với tiết diện chữ I này dầm chịu xoắn tốt Một số dầm có biên dạng uốn cong do đó có thể đặt được động cơ xuống thấp, hạ thấp tọa độ trọng tâm xe, giúp xe ổn định, hình 1.7

a)

b)

Hình 1.7 Các loại mặt cắt ngang dầm chính

Hai đầu dầm chính có chạc nối liền với moay ơ bánh xe dẫn hướng và thường có hai loại, hình 1.8

 Loại chạc làm liền với dầm ngang, trụ đứng tựa hai đầu vào lỗ của dầm

 Loại chạc làm liền với ngõng trục, trụ đứng tựa hai đầu của chạc và lồng vào đầu dầm

a) b) c)

Hình 1.8 Các loại chạc hai đầu dầm cầu trước

a) Chạc làm liền với dầm ngang; b, c) Chạc làm liền với ngõng trục

Về mặt công nghệ loại chạc làm liền với ngõng trục hợp lý hơn loại chạc làm liền với dầm cầu nên loại này được sử dụng rộng rãi

Giữa trục đứng và ngõng trục có thể đặt ổ bi tỳ, ổ bi cầu và ổ bi lăn Trọng lượng từ dầm cầu đặt lên bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo độc lập, lên ổ

bi

1.8.3 Các thông số hình học của cụm dầm cầu ô tô

Đặt bánh dẫn hướng đúng góc độ là một yêu cầu quan trọng, đảm bảo bánh dẫn hướng lăn với tổn hao công suất ít nhất, lốp mòn ít, có độ ổn định tốt Khi quay vòng đảm bảo động học quay vòng đúng thì góc quay vòng của bánh trong và bánh ngoài là khác nhau

Hình 1.9 Mô hình dẫn hướng khi đi thẳng và khi quay vòng

Hình 1.10 Góc lái của các bánh dẫn hướng khi quay vòng là khác nhau

Để đảm bảo độ ổn định lái trụ đứng được đặt nghiêng so với phương thẳng đứng một góc nghiêng ngang Khắc phụ độ võng của chi tiết cũng như các khe hở lắp ghép các chi tiết thì bánh xe được đặt nghiêng một góc camber

Hình 1.11 Mô hình góc nghiêng ngang của trụ đứng

Góc Camber

Góc tổng cộng Góc nghiêng

ngang

Hình 1.12 Các dạng độ lệch tâm của trụ đứng với mặt cắt dọc bánh xe

Hình 1.13 Ảnh hưởng của lực phanh trên các khoảng cách giữa giao

trụ đứng và mặt phẳng ngang của bánh xe

Hình 1.14 Các dạng góc Camber

Hình 1.15 Biến dạng lốp ứng với trường hợp góc camber chủ động

Hình 1.16 Mô hình góc Caster

Hình 1.17 Mô hình lực lốp

Hình 1.18 Độ chụm của bánh dẫn hướng

Hình 1.19 Các cách xác định độ chụm bánh xe dẫn hướng

Muốn đặt bánh dẫn hướng đúng phải chọn đúng góc đặt của trụ đứng

và bánh xe, tức là các góc doãng γ, góc chụm δ của hai bánh xe và độ nghiêng bên α ( nghiêng ngang) và nghiêng dọc β

Phản lực

Lực đối diện

Trước

Hình 1.20 Xác định độ nghiêng bên trụ đứng

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Chương 1 của luận văn đã thực hiện các nội dung:

Trình bày những nghiên cứu tổng quan thị trường sản xuất và lắp ráp ô

tô trong nước cũng như nhu cầu và tình hình sản xuất nội địa hóa sản phẩm Khái quát được tình hình phát triển của công nghiệp ôtô và nhu cầu thực tế trong nội địa hóa sản phẩm, linh kiện phụ tùng ôtô, cụ thể là chế tạo nội địa hóa các cụm chi tiết cầu trước từ thiết kế đến chế tạo sản xuất

Tổng quan về tình hình thiết kế dầm cầu trước để thấy được tầm quan trọng, hướng thực hiện và xu thế phát triển trong nước và trên thế giới, chỉ ra một số điểm hạn chế và thực trạng hiện nay ở nước ta với vấn đề này

Phân tích cấu tạo và các yêu cầu của cụm cầu trước xe tải nhẹ, trên đó

có các cụm chi tiết sẽ được tính toán khảo sát độ bền: trống phanh, guốc phanh

Đề xuất mục đích và phương pháp thực hiện đề tài một cách có khoa học và logic để thực hiện, giải quyết mục tiêu đặt ra

Các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống phanh bao gồm:

- Có hiệu quả phanh cao, tức là khi phanh gấp phải có quãng đường phanh ngắn, gia tốc phanh lớn

- Phanh êm dịu đảm bảo sự thay đổi gia tốc đều đặn nhằm đảm bảo tính điều khiển và tính ổn định chuyển động

- Điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng kể cả phanh chân và phanh tay

- Hiệu quả phanh ít thay đổi khi phanh nhiều lần liên tục

- Phân bố mô men phanh hợp lý giữa các cầu

- Phanh chân và phanh tay có hệ thống dẫn động độc lập không gây ảnh hưởng xấu lẫn nhau

- Đảm bảo thoát nhiệt tốt ở các cơ cấu phanh, hạn chế truyền nhiệt từ

cơ cấu phanh sang các bộ phận liên quan

- Gây được cảm giác cho người lái (đảm bảo khả năng tùy động)

2.1.2 Kết cấu cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh trên ô tô đảm nhận tiêu hao động năng chuyển động Có hai dạng chính: cơ cấu phanh tang trống và cơ cấu phanh dạng đĩa Cơ cấu phanh có thể bố trí trong lòng bánh xe, đôi khi đặt ở bên cạnh cụm truyền lực chính

Trên ô tô con cơ cấu phanh các bánh xe sau thường là cơ cấu phanh của phanh tay Trên ô tô buyt, ô tô tải cơ cấu phanh chân và phanh tay riêng Cơ cấu

phanh đặt sau hộp số chính hoặc sau hộp số phụ và có tên gọi là phanh trục truyền Cơ cấu phanh có các yêu cầu riêng sau đây:

- Đảm bảo đủ khả năng tiêu hao động năng của ô tô khi phanh

- Có khả năng làm việc dài khi ô tô đi xuống dốc liên tục mà hiệu quả phanh không bị giảm nhiều Đảm bảo thoát nhiệt tốt

- Giá trị mô men phanh sinh ra có biến động nhỏ, đảm bảo làm việc êm dịu

- Có khả năng dễ dàng điều chỉnh, thay thế vật liệu ma sát trong quá trình sử dụng

2.1.3 Cơ cấu phanh tang trống

Cơ cấu phanh tang trống thường được bố trí trên ô tô tải và ở cầu sau ô

tô con Các dạng kết cấu như hình 2.1

Dạng a: đối xứng qua mặt phẳng, đặt trên cầu sau, cầu trước, có hiệu quả phanh hai chiều xấp xỉ bằng nhau

Dạng b: đối xứng qua tâm, chỉ dùng cho hệ thống phanh thủy lực và đặt

ở cầu trước Hiệu quả phanh theo chiều  của hình vẽ lớn hơn nhiều so với khi quay ngược

Dạng c, d, e: là dạng cơ cấu phanh có cường hóa Ở loại này hiệu quả phanh cao, nhưng giá trị mô men không ổn định so với hai loại trên, chỉ dùng cho cơ cấu phanh có lực điều khiển nhỏ hoặc đường kính lòng bánh xe bị hạn chế

Hình 2.1 Các loại cơ cấu phanh trên ô tô

- Dùng kết cấu vòng tựa ma sát trong xy lanh bánh xe

- Điều chỉnh vị trí đặt cam quay ban đầu (cơ cấu phanh có buồng phanh khí nén)

- Dùng cơ cấu điều chỉnh dẫn động điều khiển phanh tay đặt trong cơ cấu phanh

Các biện pháp kết cấu này được chia thành hai nhóm: điều chỉnh định

kỳ và tự động điều chỉnh

2.1.4 Nhiệm vụ, yêu cầu và cấu tạo hệ thống phanh

Hệ thống phanh có nhiệm vụ làm giảm tốc độ của ôtô hoặc làm dừng hẳn

sự chuyển động của ôtô Hệ thống phanh còn đảm bảo giữ cố định xe trong thời gian dừng Đối với ôtô hệ thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng nhất vì nó đảm bảo cho ôtô chuyển động an toàn ở chế độ cao, cho phép người lái có thể điều chỉnh được tốc độ chuyển động hoặc dừng xe trong tình huống nguy hiểm

a Phân loại

- Phân loại theo tính chất điều khiển chia ra phanh chân và phanh tay

- Phân loại theo vị trí đặt cơ cấu phanh mà chia ra: phanh ở bánh xe và phanh

ở trục chuyển động

- Phân loại theo kết cấu của cơ cấu phanh: phanh guốc, phanh đai, phanh đĩa

- Phân loại theo phương thức dẫn động có: Dẫn động phanh bằng cơ khí, chất lỏng, khí nén hoặc liên hợp

b Yêu cầu

- Phải nhanh chóng dừng xe trong bất khì tình huống nào, khi phanh đột ngột xe phải được dừng sau quãng đường phanh ngắn nhất, tức là có gia tốc phanh cực đại

- Hiệu quả phanh cao kèm theo sự phanh êm dịu để đảm bảo phanh chuyển động với gia tốc chậm dần đều giữ ổn định chuyển động của xe

- Lực điều khiển không quá lớn, điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng cả bằng chân và tay

- Hệ thống phanh cần có độ nhạy cao, hiệu quả phanh không thay đổi giữa các lần phanh

- Đảm bảo tránh hiện tượng trượt lết của bánh xe trên đường, phanh chân

và phanh tay làm việc độc lập không ảnh hưởng đến nhau

- Các cơ cấu phanh phải thoát nhiệt tốt, không truyền nhiệt ra các khu vực làm ảnh hưởng tới sự làm việc của các cơ cấu xung quanh, phải dễ dàng điều chỉnh thay thế chi tiết hư hỏng

c Cấu tạo hệ thống phanh

- Trống phanh: có hình dạng như cái trống được gắn vào trục bánh xe hoặc

mặt bích của moayơ ở ngay bên trong bánh xe và quay cùng bánh xe Trống phanh có bề mặt cứng chịu được mài mòn, có độ bền vật liệu tốt để không bị biến dạng và hoạt động như một bộ phận tiêu nhiệt Hầu hết trống phanh được chế tạo bằng gang xám do gang xám có hệ số ma sát cao, có khả năng chịu mài mòn tốt tuy nhiên nó lại rất dễ vỡ Do vậy hiện nay trống phanh có thể được cải tiến bằng cách chế tạo trống phanh có nhiều thành phần: phần giữa làm bằng thép dập, phần vành và bề mặt ma sát làm bằng thép gang

- Guốc phanh: guốc phanh được chế tạo bằng thép 45 đúc hoặc hàn tản nhiệt

tốt

phanh

- Bộ điều chỉnh guốc phanh: các guốc phanh phải được điều chỉnh theo chu

kỳ để giữ cho má phanh tương đối sát với bề mặt trống phanh

2.1.5 Xác định mô men phanh yêu cầu

Mô men phanh yêu cầu được xác định trên cơ sở đảm bảo lực phanh sinh ra tương ứng với giá trị lực bám, ngoài ra còn cần phải đảm bảo ô tô đứng trên dốc với góc dốc cực đại yêu cầu

Lực phanh cực đại trên một bánh xe được tính:

2

2

.

m2p; (2.1)

Pp1, Pp2 : lực phanh tác dụng lên một bánh xe cầu trước, cầu sau

G1, G2, G: Trọng lượng đặt lên cầu trước, cầu sau và của cả ô tô

a, b, L: Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu trước, cầu sau và chiều dài cơ

Mô men phanh ở cơ cấu phanh của cầu trước và cầu sau bằng:

Mp1 = Pp1.rd; Mp2 = Pp2.rd (2.3)

Giá trị tính toán Pp1, Pp2 có thể đạt cực đại, song trong tính toán cần để ý tới tình trạng thực tế sử dụng Điều này phụ thuộc vào việc chọn sơ đồ hệ thống phanh: có ABS, có bộ điều chỉnh lực phanh

Với ô tô không có bộ điều chỉnh lực phanh có thể lấy: các giá trị tải trọng và chiều cao hg, a, b ở chế độ đày tải, giá trị φ và jp lấy theo các tài liệu kinh nghiệm: jp = g φ

Cho ô tô con: φ = 0,5 ÷ 0,6 Cho ô tô tải: φ = 0,4 ÷ 0,5

Mô men phanh cho toàn ô tô: Mp = Mp1 + Mp2 (2.4)

Mô men phanh cho một cơ cấu phanh lấy bằng 1/2 mô men phanh trên một cầu

Đối với cơ cấu phanh đặt tại trục truyền (phanh tay) tính theo điều kiện giữ ô tô trên dốc với các bánh xe cầu sau Mô men phanh Mpt đặt tại trục truyền:

Góc dốc tính toán cho ô tô: Ô tô con: góc dốc 23%; Ô tô tải: góc dốc 31%

2.1.6 Tính toán cơ cấu phanh guốc

Các giả thiết trong tính toán:

- Phân bố lực tác dụng giữa má phanh và tang trống được tính tương đương bằng lực đặt tại điểm giữa của góc ôm má phanh trên guốc phanh

- Quy luật biến dạng tuân theo định luật Húc,

- Guốc là tuyệt đối cứng

Trên cơ sở đó sơ đồ tính toán mô tả trên hình 2.2

a Khi tang trống quay cùng chiều với lực tác dụng F p