MỤC LỤC
Mục lục
Lời nói đầu
Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu.
1.1. Thực tế phát triển của nghành công nghiệp ôtô ở việt nam.
1.2. Nội dung chính của đề tài.
1.3. Lựa chọn xe cơ sở, các thông số cơ bản.
Chương 2: Bố trí tổng thể, thiết kế khung xương, cửa, ghế và các khoang chức năng của xe.
2.1. Phân loại các kiểu bố trí chung trên xe buýt.
2.2. Sắp xếp không gian bên trong xe buýt.
2.2.1. Bố trí trong khoang hành khách.
2.2.2. Cửa lên xuống.
2.2.3. Bề rộng của lối đi và việc bố trí tay vịn.
2.2.4. Bố trí khoang hành lý.
2.2.5. Bố trí không gian làm việc của người lái và phụ lái.
2.2.6. Bố trí cửa thoát hiểm bình cứu hoả.
2.2.7. Kích thước bên ngoài xe.
2.3. Thiết kế khung xương của xe buýt.
2.3.1.Thiết kế sàn xe.
2.3.2.Thiết kế xương mặt bên.
2.3.3.Thiết kế xương nóc xe.
2.3.4.Thiết kế xương mặt trước và mặt sau xe.
2.4. Thiết kế cửa hành khách, cửa lái và cửa thông gió.
2.4.1.Thiết kế cửa hành khách.
2.4.2. Thiết kế cửa lái.
2.4.3. Cửa thông gió.
2.5.Thiết kế ghế hành khách và ghế lái.
2.5.1.Thiết kế ghế ngồi hành khách.
2.5.1.1. Thiết kế ghế đơn.
2.5.1.2.Thiết kế các ghế đôi, ghế ba và ghế năm.
2.5.2.Thiết kế ghế ngồi người lái.
2.6.Thiết kế khoang chức năng.
2.6.1.Thiết kế khoang để hành lý.
2.6.2. Thiết kế trần xe và giá để hành lý.
2.6.2.1. Thiết kế trần xe.
2.6.2.2. Thiết kế giá để hành lý.
Chương 3: Kiểm nghiệm khả năng kéo và ổn định của xe.
3.1. Đặc tính động cơ của xe.
3.2. Phân tích bố trí chung hệ thống truyền lực (httl).
3.3. Tính toán đặc tính kéo.
3.3.1. Lập bảng xác định vận tốc của ôtô tương ứng với từng tỷ số truyền.
3.3.2. Xác định chỉ tiêu về công suất.
3.3.2.1. Phương trình cân bằng công suất.
3.3.2.2. Đồ thị cân bằng công suất.
3.3.3. Xác định chỉ tiêu về lực kéo.
3.3.3.1. Phương trình cân bằng lực kéo.
3.3.3.2. Đồ thị cân bằng lực kéo.
3.3.4. Xác định chỉ tiêu về nhân tố động lực học D.
3.3.4.1. Xác định nhân tố động lực học D khi ôtô chở tải định mức.
3.3.4.2. Xác định nhân tố động lực học Dx khi tải trọng thay đổi.
3.3.5. Xác định khả năng tăng tốc của ôtô.
3.3.5.1. Xác định gia tốc của ôtô.
3.3.5.2. Xác định thời gian tăng tốc và quãng đường của ôtô.
3.4. Tính toán ổn định lật của xe.
3.4.1. Xác định trọng tâm của ôtô thiết kế ôtô.
3.4.2. Tính toán kiểm tra ổn định.
Chương 4: Kiểm nghiệm hệ thống treo.
4.1. Kết cấu hệ thống treo.
4.1.1. Bộ phận hướng.
4.1.2. Bộ phận đàn hồi.
4.1.3. Giảm chấn.
4.2.Tính hệ số cản của giảm chấn.
4.3. Tính độ cứng của nhíp.
4.4. Kiểm tra dao động của xe.
4.5. Kiểm nghiệm bền nhíp.
Chương 5: Sử dụng phần mềm ANSYS để kiểm bền khung xương của xe
5.1. Giới thiệu chung về ANSYS, các lĩnh vực áp dụng.
5.2. Các bước giải bài toán trong ANSYS.
5.2.1. Xây dựng mô hình tính.
5.2.2. Đặt lực, ràng buộc và giải bài toán.
5.2.3. Phần hậu xử lý.
5.3. Các loại phần tử sử dụng trong tính toán khung xe buýt.
5.3.1. Phần tử BEAM188.
5.3.2. Phần tử COMBIN14.
5.4. Xây dựng mô hình cho xe buýt thiết kế.
5.4.1. Phân tích kết cấu khung và phương pháp mô tả trong ANSYS.
5.4.2. Xây dựng mô hình.
5.5. Kiểm chứng tính đúng đắn của mô hình.
5.6. Giải các trường hợp tải trọng.
5.6.1. Trường hợp tải trọng thẳng đứng đối xứng (trường hơp I).
5.6.2.Trường hợp tải trọng thẳng đứng không đối xứng (trường hợp II).
5.6.3. Giải bài toán cho trường hợp ôtô quay vòng trên đường không bằng phẳng đối xứng (trường hợp VII).
5.6.4. Trường hợp tải trọng tác dụng theo phương dọc xe (trường hợp VIII).
5.6.5. Trường hợp khi xe chuyển động quay vòng trên đường không bằng phẳng (trường hợp III).
5.6.6. Trường hợp khi xe chuyển động quay vòng trên đường không bằng phẳng đồng thời với việc phanh (trường hợp IV).
5.6.7. Trường hợp khi xe chuyển động quay vòng trên đường không bằng phẳng đối xứng đồng thời với việc phanh (trường hợp V).
5.6.8. Trường hợp khi phanh xe trên đường không bằng phẳng (trường hợp VI).
5.7. Phân tích kết quả nhận được.
Chương 6: Kết luận.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. THỰC TẾ PHÁT TRIỂN CỦA NGHÀNH CÔNG NGHIỆP ÔTÔ Ở VIỆT NAM.
Trong công cuộc hiện đại hoá và công nghiệp hoá đất nước giai đoạn hiện nay, một trong những mục tiêu quan trọng của nhà nước ta là đẩy mạnh phát triển ngành công nghiệp ôtô để dần tiến tới sản xuất được những xe ôtô mang thương hiệu Việt Nam.
Trước đây nghành ôtô ở nước ta mới chỉ dừng lại ở việc khai thác các loại xe được nhập từ nước ngoài ở mức độ sửa chữa, đại tu các loại xe này.
Với sự định hướng này thì chỉ vài năm gần đây thôi chúng ta sẽ có những loại xe mang thương hiệu Việt Nam.
1.2. NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI.
Đề tài “Thiết kế tính toán khung xương xe buýt chạy liên tỉnh” bao gồm các nội dung sau:
* Lựa chọn xe cơ sở.
* Bố trí tổng thể của xe:
- Các tiêu chuẩn thiết kế.
- Các phương án bố trí ghế ngồi.
- Thiết kế ghế đơn, kép và ghế ngồi trên cabin.
* Thiết kế cửa và các khoang chức năng trên xe buýt:
- Thiết kế khoang hành lý,
- Thiết kế trần xe và giá để hành lý.
- Bố trí bánh xe dự trữ.
- Thiết kế cửa ra vào, cửa thông gió.
* Thiết kế khung xương xe buýt:
- Thiết kế sàn xe.
- Thiết kế xương mặt bên.
- Thiết kế xương nóc xe.
- Thiết kế xương đầu xe.
- Thiết kế xương đuôi xe.
* Kiểm nghiệm đặc tính kéo của xe, tính ổn định của xe.
* Kiểm bền hệ thống treo, độ êm dịu của xe.
* Phân tích các trường hợp tải trọng của xe.
* Xây dựng mô hình và phân tích kết quả trong ANSYS.
1.3. LỰA CHỌN XE CƠ SỞ, CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN.
Hiện nay trên thị trường có nhiều loại xe sát xi nhưng không phải loại nào cũng có thể dùng để làm xe cơ sở để thiết kế xe buýt chạy liên tỉnh được. Qua tìm hiểu thì chúng em chọn được xe cơ sở phù hợp để thiết kế xe buýt. Đó là ôtô sát xi FAW CA6801D102, là loại thông dụng dụng để đóng xe khách sản xuất ở Trung Quốc.
- Chiều dài toàn bộ: 7950 mm.
- Chiều rộng toàn bộ: 2291 mm.
- Chiều cao toàn bộ: 1850 mm.
- Trọng lượng ôtô sát xi: 3300 KG.
+ Phân bố lên cầu trước: 1680 KG.
+ Phân bố lên cầu sau: 1620 KG.
- Trọng lượng toàn bộ cho phép: 9500 KG.
* Phân bố lên cầu trước: 3325 KG.
* Phân bố lên cầu sau: 6175 KG.
- Công thức bánh xe: 4x2.
- Chiều dài cơ sở: 4000 mm.
- Vết bánh xe: Trước: 1900 mm; Sau:1770 mm.
- Khoảng sáng gầm xe: Trước: 273 mm; Sau:245 mm.
- Bán kính quay quay vòng nhỏ nhất: 8,25 m.
- Tốc độ tối đa: 98 km/h.
- Truyền động chính (cầu sau): Kiểu bánh răng côn xoắn hypoid 2 cấp. Tỷ số truyền: 6,37.
- Khung (sát xi) ôtô dạng thông dụng có hai tấm dọc với các xà ngang liên kết. Thiết diện sát xi: 220 mm x 73 mm x 6 mm.
- Hệ thống phanh với các cơ cấu ở trục trước và trục sau kiểu tang trống được dẫn động bằng khí nén.
- Phanh tay: Tác động lên guốc phanh bởi các lò xo trong bầu phanh dẫn động khí nén.
- Hệ thống lái kiểu hộp lái trục vít - êcu bi có trợ lực lái thuỷ lực với dẫn động điều khiển lái tới các bánh xe dẫn hướng trục trước nhờ hệ thống hình thang lái.
Hình dạng và các thông số cơ bản ôtô sát xi FAW CA6801D102 như hình dưới.
CHƯƠNG 2: BỐ TRÍ TỔNG THỂ, THIẾT KẾ KHUNG XƯƠNG, CỬA, GHẾ VÀ CÁC KHOANG CHỨC NĂNG CỦA XE.
2.1. PHÂN LOẠI CÁC KIỂU BỐ TRÍ CHUNG TRÊN XE BUÝT.
Bố trí chung của xe buýt được phân loại theo số dãy ghế và cách bố trí ghế.
- Theo số dãy ghế người ta chia ra loại bốn dãy, ba dãy và hai dãy và loại có bố trí khoảng không tự do trên một phần chiều dài xe buýt.
- Theo cách phân loại thứ hai người ta chia ra: bố trí ghế theo hướng chuyển động, ngược hướng chuyển động và bố trí dọc thành xe.
Ở dạng bố trí 4 dãy (hình 2.1a, 2.1b), các ghế ngồi bố trí theo hai dãy hai bên với lối đi ở giữa, khi đó dãy ghế cuối có thể bố trí được 5 ghế. Đặc điểm của kiểu bố trí 4 dãy này là lối đi ở giữa bé cũng như không gian cho hành khách đứng là ít.
Với xe buýt chạy liên tỉnh thiết kế ta bố trí cụ thể như sau:
- 01 ghế lái xe được bố trí ở vị trí như của ôtô sát xi cơ sở.
- 02 ghế đơn và được bố trí ở trong khoang người lái.
- 02 ghế đôi bố trí ở phía bên trái thành xe.
- 04 ghế đôi bố trí ở phía bên phải thành xe.
- 05 ghế ba chỗ bố trí ở phía bên trái thành xe.
- 01 ghế năm chỗ bố trí ở phía cuối xe.
Tổng số 35 chỗ ngồi. Hàng ghế bên trái có bước ghế 700 (mm), hàng ghế bên phải có bước ghế 710 (mm), bề rộng lối đi là 300 (mm).
Sơ đồ bố trí như hình dưới.
2.2. SẮP XẾP KHÔNG GIAN BÊN TRONG XE BUÝT.
Việc sắp xếp không gian bên trong xe buýt bao gồm việc bố trí ghế ngồi của hành khách, chỗ làm việc của người lái, phụ lái, các thiết bị tiện nghi như khoang để hành lý, nhà vệ sinh, nơi gửi áo khoác, phòng ăn nhanh. Việc bố trí cửa, các bậc lên xuống, tay vịn. Việc tổ chức dòng chuyển động của hành khách trong xe, phương thức thu tiền và phục vụ hành khách.
- Cho phép bố trí khoang hành lý bên dưới sàn (2.5¸10 m3).
- Chấp nhận nhiều phương án bố trí hệ truyền lực và động cơ.
- Giảm tối đa hoặc loại bỏ hoàn toàn vấu lồi ở sàn để bố trí bánh xe.
- Tăng tính tiện nghi do giảm mức độ say xe của hành khách, tăng tầm quan sát và tách biệt được khoang hành khách với tiếng ồn, bụi và khói, nhiệt độ do động cơ sinh ra.
Thông số kích thước khoang hành khách tham khảo thể hiện bảng 2.2.
2.2.1. Bố trí trong khoang hành khách.
Khoang hành khách của xe buýt trong đề tài này được thiết kế theo tiêu chuẩn TCVN 4145-99. Phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn TCVN 4145-99:
Tiêu chuẩn này quy định các thông số kích thước cơ bản của ôtô chở khách một tầng có số chỗ ngồi lớn hơn 9 (kể cả ghế của người lái), được thiết kế , chế tạo trong nước, nhập khẩu chạy trong thành phố, liên tỉnh và đường dài.
2.2.3. Bề rộng của lối đi và việc bố trí tay vịn.
* Bề rộng lối đi:
Ở ôtô buýt có bề rộng khuôn khổ là 2500 mm, bề rộng dành cho bố trí chỗ ngồi nằm trong khoảng B= 2280 đến 2390 mm tuỳ thuộc vào bề dày thành xe. Giá trị lớn là của xe buýt thành phố, còn ở một vài xe bề rộng không gian bên trong chỉ còn 2100 mm.
Hệ số sử dụng bề rộng khuôn khổ của xe a là tỷ số giữa bề rộng khoang hành khách và bề rộng khuôn khổ cần phải thiết kế ở mức độ lớn tối đa để tăng phần diện tích có ích của ô tô buýt và tăng bề rộng của lối đi.
a=Bk/B= 0.912¸0.954.
* Tay vịn:
Các tay vịn ở lối vào ra và dọc xe giúp cho hành khách có thể di chuyển trong xe cũng như để hành khách bám vào khi xe chạy. Tay vịn được bố trí ở trần xe, vách và chỗ tựa lưng phía sau của ghế và cũng có thể ở dạng các cột đứng ở cửa ra vào, ở không gian mua vé và dọc theo lối đi. Chúng ta cũng có thể gặp trên các xe buýt chỉ sử dụng các tay vịn dạng cột chống thẳng đứng được bố trí ở mỗi dãy ghế hay cách dãy. Điều này rất thuận tiện với khách lên xuống nhanh nhưng lại gây ra một vài bất tiện cho khách ngồi.
2.2.5. Bố trí không gian làm việc của người lái và phụ lái.
Trong thực tế tồn tại hai sơ đồ giới hạn chỗ làm việc của người bán vé: loại cố định và loại thay đổi.
Đối với sơ đồ cố định, chỗ làm việc của người bán vé được ngăn ra bởi các thanh chắn và trang bị các máy đổi tiền và bán vé. Chỗ làm việc cần đảm bảo sao cho người bán vé có thể làm việc một cách thuận tiện khi đứng cũng như khi ngồi. Khoang bán vé được trang bị như vậy thường chiếm diện tích từ 0.5 đến 0.8 m2. Không gian mua vé cần phải tách biệt khỏi ca bin bằng các tay vịn để hành khách mua vé chỉ có thể đi vào vùng bên ngoài của người bán vé. Không gian làm việc của người bán vé có thể ở dạng mở có nghĩa là không gian làm việc của người bán vé được phân cách bằng các tay vịn, hoặc dạng đóng ( bằng các vách kính).
Vị trí và kích thước của ghế ngồi người lái thê rhieenj như bảng 2.6.
2.2.6. Bố trí cửa thoát hiểm bình cứu hoả.
Ôtô buýt phải có đủ lối thoát khẩn cấp thoả mãn các yêu cầu sau:
* Yêu cầu về kích thước:
- Lối thoát khẩn cấp nếu là loại cửa sự cố đóng mở được thì phải có kích thước nhỏ nhất là: rộng x cao = 550 x 1200 mm.
- Cửa sổ có thể được sử dụng làm lối thoát khẩn cấp khi có diện tích không nhỏ hơn 0,4 m2 và cho phép đặt lọt một hình chữ nhật có kích thước cao 500 mm, rộng 700 mm.
- Cửa sổ phía sau có thể được sử dụng làm lối thoát khẩn cấp khi cho phép đặt lọt một dưỡng hình chữ nhật có kích thước cao 350 mm, rộng 1550 mm với các góc của hình chữ nhật có thể được làm tròn với bán kính không quá 250 mm.
* Số lượng lối thoát khẩn cấp tối thiểu được quy định như bảng sau:
Tại các cửa sổ sử dụng làm lối thoát khẩn cấp phải trang bị dụng cụ phá cửa và chỉ dẫn cần thiết.
Các loại ôtô sau phải được trang bị bình cứu hoả:
- Ôtô chở các hàng hoá nguy hiểm, hàng dễ cháy nổ.
- Ôtô khách từ 16 chỗ ngồi trở lên.
2.2.7. Kích thước bên ngoài xe.
Theo tiêu chuẩn TCVN đối với ôtô buýt có số chỗ ngồi lớn hơn 17 chỗ kích thước bên ngoài (xem hình 2.12):
- Chiều dài đầu xe LĐ không lớn hơn 35% so với chiều dài cơ sở LC,chiều dài đuôi xe LS không lớn hơn 60% so với chiều dài cơ sở LC .Góc thoát trước atr và góc thoát sau as không được nhỏ hơn 18o .
- Chiều rộng toàn bộ Bo của ôtô không lớn hơn 2500 mm.
- Chiều cao toàn bộ Ho của ôtô khi không tải không lớn hơn 3500 mm.
- Khoảng sáng gầm xe: không nhỏ hơn 120 mm.
2.3. THIẾT KẾ KHUNG XƯƠNG CỦA XE BUÝT.
Khung xương xe có một vai trò hết sức quan trọng, ngoài việc tạo ra một khoảng không gian tiện nghi ở trong xe nó còn có chức năng làm giá đỡ hành lý cho hành khách, là một lớp bảo vệ cho hành khách khỏi sự khắc nghiệt của thời tiết nó còn giúp làm giảm thiểu thiệt hại về người và của khi xảy ra tai nạn.
Sau khi đã đưa ra phương án bố trí chỗ ngồi và các khoang chức năng trong xe ta tiến hành thiết kế khung xương xe. Khung xương xe bao gồm các mảng.
- Mảng sàn xe.
- Mảng xương mặt bên.
- Mảng nóc xe.
- Mảng mặt trước và mặt sau xe.
2.3.1. Thiết kế sàn xe.
Mảng sàn xe phải được thiết kế sao cho hợp lý để thuận tiện cho việc bố trí các khoang chức năng trong xe, các cụm chi tiết. ở phần đầu xe thì sàn được thiết kế cao hơn để thuận tiện cho việc bố trí cụm động cơ và cơ cấu gài số.
Sàn xe phải có chiều cao hợp lý để thuận tiện cho việc bố trí các bậc lên xuống xe
Sàn ôtô được tạo thành bởi:
- 7 dầm ngang bằng thép hình U80x40x4, vật liệu CT3.
- 5 dầm kiểu công son bằng thép 50x50x4, vật liệu CT3.
- Các dầm dọc bằng thép hình U60x25x3, vật liệu CT3.
Các dầm ngang U80x40x4 được đặt song song với nhau và được gắn chặt
vào sát xi bằng 2 cách:
+ Dùng mã liên kết L177x40x5.
+ Dùng Bulông hình chữa U M16.
2.3.2. Thiết kế xương mặt bên.
Xương mặt bên là phần phải chịu tải trọng rất lớn: trọng lượng của hàng hoá trên nóc, lực giằng theo phương ngang, phương dọc và là mảng được thiết kế với nhiều các ô chức năng như : ô để thiết kế cửa lên xuống, ô để thiết kế cửa sổ, cửa khoang hang hoá dưới sàn xe. Nên yêu cầu vật liệu để thiết kế xương mặt bên phải đủ bền, phải có các biện pháp gia cường hợp lý để đảm bảo sự bền vững.
Xương mặt bên có vai trò rất quan trọng, là một tấm chắn bảo vệ nó làm giảm sự thiệt hại khi xe bị thúc ngang.
+ Thanh 50x50x4, 25x50x3 - vật liệu CT3.
+ Thanh L40x40x3 - vật liệu CT3.
- Ở hai xương mặt bên có các ô trống để bố trí lắp kính, bố trí cửa của khoang hành lý dưới sàn xe.
- Với các thanh để tạo làm khung cửa sổ thì phải có yêu cầu là ít bị biến dạng vì nếu bị biến dạng nhiều thi sẽ làm xô lệch kính và rơi kính ra ngoài.
2.3.3. Thiết kế xương nóc xe.
Xương nóc xe chủ yếu được tạo thành từ các thanh
Mặt cắt 25x50x3 - vật liệu CT3.
Mặt cắt L25x25x2 - vật liệu CT3.
- Các thanh tạo thành xương chính là các thanh có mặt cắt 25x50x3.
- Các thanh có mặt cắt L25x25x2 được liên kết với giá để hàng trong xe.
- Chiều rộng và chiều dài của mảng nóc xe là:
B=2300 (mm)
L=7280 (mm)
Khoảng cách cụ thể giữa các thanh được ghi chi tiết ở bản vẽ khung xương xe.
2.4. THIẾT KẾ CỬA HÀNH KHÁCH, CỬA LÁI VÀ CỬA THÔNG GIÓ.
2.4.1. Thiết kế cửa hành khách.
Ôtô thiết kế có 02 cửa lên xuống dành cho hành khách bố trí ở bên phải. Cửa lên xuống dành cho hành khách thiết kế kiểu hai cánh gập như cửa của các ôtô khách cùng loại. Khung cửa được chế tạo từ thép (CT3), các liên kết được thực hiện bằng phương pháp hàn, hai mặt của cửa được bọc bằng tôn dày 1,0 (mm). Kính lắp trên cửa để chiếu sáng cho khoang hành khách là loại kính an toàn theo tiêu chuẩn quy định.
- Cửa lên xuống có cơ cấu hãm không cho cửa tự mở ra được. Khi muốn mở cửa thì phải mở khoá hãm.
- Cơ cấu mở cửa kiểu con lăn chạy trên một thanh ray.
- Kết cấu cụ thể cửa khách ở bản vẽ số 8.
2.4.2. Thiết kế cửa lái.
Trên buồng lái được thiết kế 01 cửa. Cửa trên buồng lái là loại cửa 1 cánh có cấu tạo như hình dưới.
Khung cửa được chế tạo từ các tấm thép (CT3) dầy 1,2(mm) và được dập định hình, các liên kết được thực hiện bằng phương pháp hàn điện co2. Tại các vị trí bắt bản lề được tăng cứng bằng các tấm thép dầy 5(mm), kính lắp trên cửa để chiếu sáng cho cabin là loại kính an toàn theo tiêu chuẩn quy định.
2.5. THIẾT KẾ GHẾ HÀNH KHÁCH VÀ GHẾ LÁI.
2.5.1. Thiết kế ghế ngồi hành khách.
Dựa vào TCVN-4145-99 và các kích thước nhân chủng học đã được trình bày ở trên đông thời lưu ý đến việc thiết kế ghế cho xe buýt chạy liên tỉnh và tính kinh tế ta thiết kế ghế ngồi hành khách và ghế người lái như sau:
2.5.1.1. Thiết kế ghế đơn.
Kích thước mặt ghế là 400x400 (mm). Chiều cao từ sàn xe tới mặt ghế là : 400 mm. Chiều cao từ mặt sàn tới đỉnh trên của tựa lưng là 1099 mm. Chiều cao từ mặt ghế tới mặt trên của tựa tay là 175 mm. Góc giữa tựa lưng và mặt ghế là:1100. Khoảng cách từ chân trước tới chân sau ghế là 235 mm. Khoảng cách hàng chân ghế bên phải tới hàng chân ghế bên trái là 300 mm.
2.5.1.2.Thiết kế các ghế đôi, ghế ba và ghế năm.
Các kích thước cơ bản và yêu cầu cũng tương tự như ghế đơn ngoài ra có một số thay đổi sau: với ghế đôi kích thước mặt ghế là 400 x 800. Khoảng cách từ hàng chân ghế bên phải tới hàng chân ghế bên trái là 480 mm. Với ghế ba kích thước mặt ghế là 400 x 1200. Ghế ba có ba hàng chân dọc theo chiều dài ghế. Ghế năm có kích thước mặt ghế là 400 x 2000 và có bốn hàng chân ghế dọc theo chiều dài ghế.
2.5.2. Thiết kế ghế ngồi người lái.
Ghế ngồi người lái phải đảm bảo các yêu cầu sau: Có thể thay đổi độ cao chân ghế ±50 mm và thay đổi góc giữa mặt ghế với tựa lưng một cách dễ dàng, ghế có thể di chuyển tương đối với sàn xe theo phương dọc xe ±80 mm để thay đổi phù hợp với kích thước người lái. Kích thước mặt ghế: rộng 500mm, sâu 360 mm. tựa lưng cao 760 mm. Kích thước lớn nhất: rộng 500 mm, dài 560 mm.
2.6. THIẾT KẾ KHOANG CHỨC NĂNG.
2.6.1. Thiết kế khoang để hành lý.
Khoang để hành lý được bố trí ở dưới sàn xe. Việc bố trí này giúp ta tận dụng được khoảng không gian còn trống dưới sàn xe.
* Các yêu cầu:
- Khoang hành lý không quá thấp để không làm giảm khoảng sáng gầm xe.
- Khoang hành lý không quá lớn. Sao cho phù hợp với tải trọng của động cơ, không gây lên sự mất cân bằng lớn giữa hai bên thành xe.
- Phải có độ dốc vào bên trong hợp lý để hàng hoá không bị trôi ra ngoài cũng như việc đưa vào và lấy hàng hoá ra thuận tiện.
2.6.2. Thiết kế trần xe và giá để hành lý.
2.6.2.1. Thiết kế trần xe.
Trần xe có tác dụng chống nóng cho mọi người trong xe ngoài ra còn tạo nên mĩ quan cho các khoang trong xe và lắp các thiết bị chiếu sáng, loa đài, quạt, giá để hành lý xách tay. Xương trần xe được làm bằng các thanh thép hộp 25x30x2 và các thanh thép có tiết diện chữ L để gia cố vào các chỗ bắt thiết bịnchiếu sáng, loa đài, quạt.
2.6.2.2. Thiết kế giá để hành lý.
Hành lý xách tay thường được để ở giá hành lý nằm phía trên cửa sổ với bề rộng không bé hơn 300 mm và chiều cao không gian bên trên khoang không bé hơn 200 mm. Giá thường có độ nghiêng về phía trong từ 5-100 để giữ không cho hành lý rơi ra. Ở đây ta chọn chiều rộng giá hàng là 400 mm và chiều cao không gian bên trên khoang bằng 225 mm.
CHƯƠNG 3: KIỂM NGHIỆM KHẢ NĂNG KÉO VÀ ỔN ĐỊNH CỦA XE
3.1. ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ CỦA XE.
Đường đặc tính tốc độ ngoài của đông cơ là những đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của các đại lượng công suất, mô men và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ. Các đường đặc tính này gồm có:
- Đường công suất
- Đường mômen xoắn.
- Đường suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ .
3.2. PHÂN TÍCH BỐ TRÍ CHUNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC (HTTL).
Ôtô chở người đòi hỏi tính tiện nghi cao trong khoảng không gian chở người, do vậy HTTL của ôtô chở người tuy không đa dạng như ôtô con, song cũng có những phương án bố trí riêng của nó.
Sơ đồ bố trí: Như hình dưới.
3.3. TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH KÉO.
Từ số liệu của xe cơ sở ta có:
Bảng thông số động cơ và hệ thống truyền lực
3.3.1. Lập bảng xác định vận tốc của ôtô tương ứng với từng tỷ số truyền.
%TINH VAN TOC CUA OTO THEO CAC TY SO TRUYEN.
rbx=0.449; % (m) ban kinh lam viec trung binh cua banh xe.
i0=6.37; % Ty so truyen luc chinh.
ne=500:500:3000;
L=ones(1,6);
Ik=[6.515*L;3.916*L;2.345*L;1.428*L;1.0*L;0.813*L];
ne=[ne;ne;ne;ne;ne;ne];
Vk=(0.377*rbx/i0)*ne./Ik
3.3.2. Xác định chỉ tiêu về công suất.
3.3.2.1. Phương trình cân bằng công suất.
%CAN BANG CONG SUAT.
rbx=0.449 % (m) ban kinh lam viec trung binh cua banh xe.
i0=6.37; % Ty so truyen luc chinh.
ne=500:250:3000;
L=ones(1,11);
Ne=[20.74 33.69 47.70 62.30 77.00 91.31 104.7 116.8 127.0 134.9 140];
Ik=[6.515*L;3.916*L;2.345*L;1.428*L;1.0*L;0.813*L];
3.3.2.2. Đồ thị cân bằng công suất.
Trên đồ thị, đoạn nằm giữa Nk và (Nf+Nw) là công suất dư. Công suất dư này để ôtô có thể khắc phục các công suất cản sau:
- Công suất cản lên dốc.
- Công suất cản tăng tốc.
- Công suất cản ở móc kéo.
3.3.4. Xác định chỉ tiêu về nhân tố động lực học D.
3.3.4.1. Xác định nhân tố động lực học D khi ôtô chở tải định mức.
a. Phương trình nhân tố động lực học D.
a. Phương trình nhân tố động lực học D.
Phương trình nhân tố động lực học của ôtô ở điều kiện chở tải định mức (hay đầy tải).
b. Đồ thị nhân tố động lực học khi ôtô chở tải định mức.
Để xây dựng đồ thị D, cần lập bảng tính các trị số trong phương trình (*)
3.3.4.2. Xác định nhân tố động lực học Dx khi tải trọng của ôtô thay đổi.
a. Biểu thức xác định Dx.
Ở phần trên ta đã xác định nhân tố động lực học D khi ôtô chở đầy tải (tảI định mức). Trong thực tế ôtô có thể làm việc với tải trọng thay đổi (non tải, không tải, quá tải ...),
%NHAN TO DONG LUC HOC D.
i0=6.37;
rbx=0.449;
eta=0.87;
G=9740;
f=0.02;
nemin=500;
nemax=3000;
Ne=[20.74 47.70 77.00 104.7 127.0 140]; %ma luc
b. Đồ thị nhân tố động lực học Dx (đồ thị tia) khi tải trọng thay đổi.
Bảng % tải trọng của ôtô.
3.3.5. Xác định khả năng tăng tốc của ôtô.
3.3.5.1. Xác định gia tốc của ôtô.
a. Biểu thức xác định gia tốc.
Khi ôtô chuyển động trên đường bằng (góc dốc a=0).
b. Lập đồ thị tính gia tốc của ôtô.
Chương trình MatLab lập đồ thị gia tốc J:
%CHUONG TRINH TINH GIA TOC J.
i0=6.37;
rbx=0.449;
eta=0.87;
G=9740;f=0.015;
g=9.81;
nemax=3000;
nemin=500;
ne=nemin:500:nemax;
Ne=[20.74 47.70 77.00 104.7 127.0 140]; %ma luc
Me=(716.2*Ne)./ne;% kGm
3.3.5.2. Xác định thời gian tăng tốc và quãng đường của ôtô.
Để xác định thời gian tăng tốc t ta dùng phương pháp tính toán trên máy vi tính bằng chương trình MatLab.
%CHUONG TRINH TINH TOAN THOI GIAN & QUANG DUONG TANG TOC.
i0=6.37;
rbx=0.449;
eta=0.87;
G=9740;
f=0,02;
nemax=3000;
nemin=500;
ne=nemin:500:nemax;
Ne=[20.74 47.70 77.00 104.7 127.0 140]; %ma luc
Me=(716.2*Ne)./ne;
Sau khi chạy chương trình ta có đồ thị thời gian & quãng đường tăng tốc như hình dưới.
- Trong quá trình tính toán thơì gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc, không kể đến sự mất mát vận tốc trong quá trình chuyển số, vì vậy đường cong t và s là liên tục.
- Khi có kể đến sự mất mát vận tốc và thời gian chuyển số (kí hiệu vc và tc) đường t và s sẽ không cong liên tục mà bị gẫy khúc ở những đoạn chuyển số. Thời gian chuyển số phụ thuộc vào trình độ của người lái, kết cấu của hộp số và loại động cơ. Qua thực nghiệm, có thể xác định được tc, vc và Sc.
3.4. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH LẬT CỦA XE.
3.4.1. Xác định trọng tâm của ôtô thiết kế ôtô.
Toạ độ trọng tâm ôtô là thông số quan trọng ảnh hưởng tới khả năng ổn định của ôtô. Vì vậy cần phải xác định toạ độ trọng tâm của ôtô theo chiều dọc và chiều cao cả khi không tải và đầy tải. Theo chiều ngang ta coi ôtô đối xứng dọc và trọng tâm ôtô nằm trên mặt phẳng đối xứng dọc của ôtô.
- Toạ độ trọng tâm ôtô theo chiều dọc:
+ Không tải:
ao = (G20.L)/G0 = 3006.4000/5920 = 2031 (mm).
- Toạ độ trọng tâm ôtô theo chiều cao:
Từ công thức trên sau khi tính toán ta nhận được: hgo=1064 (mm) ; hg=1200 (mm).
3.4.2. Tính toán kiểm tra ổn định:
* Ổn định dọc ôtô:
- Khi ôtô lên dốc, giới hạn ổn định ôtô theo chiều dọc sẽ là:
+ Không tải: tgaL0 = b0/hg0 = 1969/1064 = 1,8506
=> aL0 = 61,610
+ Đầy tải: tgaL= b/hg = 1520/1200 = 1,267
=> aL = 51,70
- Khi ôtô xuống dốc, giới hạn ổn định ôtô theo chiều dọc sẽ là:
+ Không tải: tgaX0 = a0/hg0 = 2031/1064 = 1,9088
=> aX0 = 62,350
+ Đầy tải: tgaX = a/hg = 2480/1200 = 2,067
=> aX = 64,180
* Ổn định ngang ôtô:
- Góc nghiêng tới hạn của đường b xác định như sau:
+ Không tải: tgb0 = B/(2.hg0) = 1770/2.1064 = 0,8318
=> b0 = 39,750
+ Đầy tải: tgb = B/(2.hg) = 1770/2.1200 = 0,7375
=> b =36,410
* Không tải: Vgh= 8,2 (m/s) = 29,52(km/h).
* Đầy tải: Vgh = 7,726 (m/s) = 27,8 (km/h).
CHƯƠNG 4: KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG TREO
4.1. KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO.
Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung hoặc vỏ ôtô với hệ thống chuyển động. Nhiệm vụ của hệ thống treo là giảm các va đập sinh ra trong khi ôtô chuyển động và làm cho ôtô chuyển động êm dịu khi đi qua các bề mặt gồ ghề không phẳng, truyền lực giữa hệ thống chuyển động với khung vỏ.
4.1.1. Bộ phận hướng.
Bộ phận hướng ở cầu trước là nhíp và thanh ổn định. Đầu mút trước của nhíp bắt vào mõ nhíp cố định, đầu mút sau của nhíp bắt vào mõ nhíp di động, hai đầu mút của nhíp có thể xoay quanh chốt nhíp cố định trên mõ nhíp. Chốt nhíp được cố định chống xoay và di chuyển dọc trục bằng một bu lông trên mõ nhíp. Mõ nhíp được cố định trên sát xi bằng các đinh tán. Nhíp được bắt chặt với cầu trước bằng hai bu lông quang nhíp.
4.1.2. Bộ phận đàn hồi.
Bộ phận đàn hồi trước và sau đều sử dụng nhíp lá và là loại nhíp nửa elíp đối xứng.
Nhíp trước có một lá nhíp chính và một lá nhíp gia cường, mỗi nửa nhíp có hai bó nhíp, bó nhíp thứ nhất bó chặt 4 lá, bó thứ hai bó chặt 7 lá. Khoảng cách giữa hai bulông bắt nhíp trước là 120 mm.
4.2. TÍNH HỆ SỐ CẢN CỦA HỆ THỐNG TREO
a. Cơ sở lý thuyết:
Lực cản ở giảm chấn:
Pc=kg.vm (1)
Trong hành trình nén một phần chất lỏng qua các lỗ thông trên pittông giảm chấn một phần qua các lỗ van nén do sự chênh lệch thể tích giữa hai khoang giảm chấn.
b. Chương trình tính hệ số cản viết bằng phần mềm Matlab.
Ở các hành trình trả mạnh, trả nhẹ, nén mạnh :
Sau khi chạy chương trình và nhập các số liệu của giảm chấn cho trong bảng 2 ta có:
- Hệ số cản ở hành trình trả mạnh là: 2614.239 (N.s2/m2).
- Hệ số cản ở hành trình trả nhẹ là : 4084.749 (N.s2/m2).
- Hệ só cản ở hành trình nén mạnh là: 1002.736 (N.s2/m2).
- Hệ số cản ở hành trình nén nhẹ là: 1782.642 (N.s2/m2).
c. Tính hệ số cản trung bình của giảm chấn.
Cơ sở lý thuyết:
Trước hết ta cần tìm hệ số cản trong mỗi hành trình trả, nén bằng phương pháp trung bình năng lượng như sau:
Qui giảm chấn thật có đường đặc tính như hình 1 về giảm chấn có đường đặc tính làm việc như hình 2 bằng cách xây dựng đường đặc tính của giảm chấn hình 2 sao cho công suất cản trong quá trình trả và nén bằng công suất cản trong quá trình trả và nén của giảm chấn hình 1 hay diện tích A+B = F và diện tích C+D = E.
Vì Pg= Kg.V nên trong hình 2 tag(j) chính hệ số cản Kg1 của giảm chấn trong hành trình trả. Tương tự ta tìm được Kg2 trong hành trình nén.
Hệ số cản trung bình của giảm chấn Kg= ( Kg1+Kg2)/2.
Tính toán hệ số cản trung bình:
Ta có lực cản trong hành trình trả nhẹ là :
Ptn= ktn.v = 4084,749 . 0,3 = 1225,42 N.
Lực cản trong hành trình trả mạnh là :
Ptm= ktm.V = 2614,239 . 0,6 = 1568,54 N
Lực cản trong hành trình nén nhẹ là :
Pnn= knn.V = 1782,642 . 0,3 = 534,80 N
Lực cản trong hành trình nén mạnh là :
Pnm= knm.V = 1002,736 . 0,6 = 601,64 N
Hệ số cản của hệ thống treo:
Hệ số cản của hệ thống treo là: K= Kg. cosq.
Giảm chấn sau đặt nghiêng trong mặt phẳng dọc 150 và nghiêng trong mặt phẳng ngang 300 do đó giảm chấn sau đặt nghiêng so với trục thẳng đứng một góc xấp xỉ 280 do vậy ta có:
k2= 2371,5 . cos280 » 2094 N.s/m
4.4. KIỂM TRA DAO ĐỘNG CỦA XE.
Khi thiết kế xe buýt chạy liên tỉnh trên cơ sở ôtô sát xi FAW CA6801D102 thì một trong những chỉ tiêu quan trọng cần chú ý tới là độ an toàn và thoải mái cho người lái và hành khách trên xe vì vậy độ êm dịu và ổn định của xe cần đặc biệt quan tâm tới do đó cần kiểm tra dao động của xe.
a. Cơ sở lý thuyết.
Để nghiên cứu dao động của ôtô ta xét sơ đồ dao động liên kết phẳng của ôtô, ở mô hình này lực kích động từ mặt đường lên các bánh xe trái và phải là gần như nhau, bỏ qua khối lượng của phần không được treo.
Sơ đồ dao động: Như hình vẽ.
Để tìm tần số dao động riêng của hệ ta tìm nghiệm của phương trình đặc trưng:
det(Ml2+Kl+C) = 0
Khi lực cản nhỏ nghiệm của phương trình đặc trưng là số phức liên hợp:
lk= -dk ± wki
và nghiệm của hệ phương trình vi phân có dạng:
Z = e-dt(C1coswt + C2sinwt ) là một dao động điều hoà.
b. Trương trình Matlab giải phương trình đặc trưng trên:
Sau khi chạy chương trình và nhập các số liệu:
c1= 12644,2 (KG/m); c2= 21489,7 (KG/m)
cl1=64300 (KG/m); cl2=161800 (KG/m)
k1= 237,15 (KG.s/m); k2=209,4 (KG.s/m); 1/2 khối lượng được treo: 3705 KG
a = 2,031 m; b = 1,969 m.
Ta có kết quả như sau:
- Tan so dao dong cua xe la: 99.30 (lan/phut)
Vậy tần số dao động ở cầu trước và cầu sau đều nằm trong giới hạn cho phép (70 đến 100 lần/phút).
4.4. KIỂM NGHIỆM BỀN NHÍP.
a. Cơ sở lý thuyết.
Cho nhíp đối xứng có các thông số:
- Số lá nhíp.
- Chiều dài l các lá nhíp.
- Chiều dày h mỗi lá nhíp.
- Khoảng cách giữa 2 bu lông bắt nhíp d (mm).
- Tải trọng thẳng đứng P (KG).
Phản lực tại các đầu mút được xác định bằng hệ phương trình:
A2P + B2X2 + C2X2= 0
A3X2 + B3X3 + C3X4= 0
A4X3 + B4X4 + C4X5= 0
……………………….
AnXn-1 + BnXn = 0
b. Chương trình kiểm bền nhíp bằng Matlab.
Sau khi chạy chương trình với các thông số lá nhíp cho trong bảng1 ở phần trên với tải trọng đặt lên cầu trước P1= 2860 (KG), tải trọng đặt lên cầu sau P2= 4550 (KG) và ứng suất (có tính đến tải trọng động) cho phép [s]=10000 (KG/cm2) (Vật liệu làm nhíp: 65G ). Ta kết quả như sau:
* Nhíp trước:
Ung suat lon nhat = 9580.226 (KG/cm2)
Nhip du ben
* Nhíp sau:
Ung suat lon nhat = 9772.717 (KG/cm2)
Nhip du ben
Như vậy qua kiểm tra tần số dao động ở cầu trước, cầu sau và kiểm tra độ bền của nhíp ...Ta thấy hệ thống treo trước và hệ thống treo sau đều thoả mãn yêu cầu của hệ thống treo xe buýt.
CHƯƠNG 6: SỬ DỤNG PHẦN MỀM ANSYS ĐỂ KIỂM BỀN KHUNG XƯƠNG CỦA XE
6.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ANSYS, CÁC LĨNH VỰC ÁP DỤNG.
ANSYS là một chương trình phần mềm công nghiệp, sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích các bài toán vật lý - cơ học, chuyển các phương trình vi phân, phương trình đạo hàm riêng từ dạng giải tích về dạng số, sử dụng phương pháp rời rạc hóa và gần đúng để giải các bài toán trên.
Nhờ ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn, các bài toán kĩ thuật được mô hình hoá và mô phỏng toán học, cho phép lý giải trạng thái bên trong của vật thể khi chịu một tác động từ bên ngoài.
Do sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, ANSYS có thể giải nhiều dạng toán với các vật liệu khác nhau và các điều kiện biên khác nhau. Gốc các bài toán này là hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng, phương trình toán lý… có xét đến xác suất độ tin cậy và bài toán tối ưu.
6.2. CÁC BƯỚC GIẢI BÀI TOÁN TRONG ANSYS.
Chương trình ANSYS có khả năng phân tích nhiều loại bài toán khác nhau từ các bài toán đơn giản tuyến tính đến các bài toán phức tạp, phi tuyến cũng như các quá trình qúa độ. Các tài liệu hướng dẫn sẽ mô tả các bước cụ thể để thực hiện quá trình phân tích đối với các bài toán khác nhau. Trong phần dưới đây chúng ta chỉ để cập tới các bước thực hiện chung đối với nhiều bài toán thực hiện trong ANSYS.
Thông thường quá trình phân tích trong ANSYS có 3 bước:
1. Xây dựng mô hình : (Preprocessing).
2. Đặt lực và nhận kết quả phân tích (Solution).
3. Hiển thị các kết quả (Postprocessing).
6.3. CÁC LOẠI PHẦN TỬ SỬ DỤNG TRONG TÍNH TOÁN KHUNG XE KHÁCH.
Sau quá trình nghiên cứu và lựa chọn trong thư viện phần tử của ANSYS ta nhận thấy có hai loại phần tử thích hợp với công việc mô tả bài toán tính bền khung xe. Cụ thể là loại phần tử COMBIN14 và BEAM188.
6.3.1. Phần tử BEAM188:
Beam188 là loại phần tử dầm thích hợp cho việc phân tích nhỏ các cấu trúc dầm dầy, các yếu tố này dựa trên lý thuyết dầm của Timoshenko. Nó còn bao gồm các ảnh hưởng làm biến dạng dịch chuyển.
Phần tử Beam188 là một phần tử tuyến tính theo 3 hướng được mô tả trong không gian ba chiều bởi đường nối giữa hai điểm, với 6 bậc tự do ở mỗi điểm. Mức tự do ở mỗi nút bao gồm sự tịnh tiến theo trục x, y, z và sự quay quanh các trục Ux, Uy, Uz.
6.3.2. Phần tử COMBIN14:
COMBIN14 là phần tử co giãn theo chiều dọc hay xoắn trong những ứng dụng 1, 2 hay 3 chiều. Phần tử co giãn của lò xo giảm xóc là một phần tử kéo nén với 3 độ tự do ở mỗi giao điểm, tịnh tiến theo trục x, y, z không bị ảnh hưởng bởi sự cong và xoắn.
6.4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHO XE BUÝT THIẾT KẾ.
6.4.1. Phân tích kết cấu khung và phương pháp mô tả trong ANSYS.
Khung ô tô sát xi FAW là loại khung có xà dọc hình chữ U ở hai bên và hướng vào nhau. Được dập từ thép lá 80TiL, dầy 6 (mm). Chiều rộng dầm bằng 73 (mm), không thay đổi trên toàn bộ chiều dài dầm dọc.
Hai dầm dọc được đặt song song cách nhau 860 (mm) được liên kết với nhau bằng 8 dầm ngang có kích thước khác nhau, nhằm đảm bảo độ cứng vững chống xoắn và định vị hai dầm dọc của khung.
Để tăng độ cứng của khung chống lại các biến dạng tại các điểm nguy hiểm có lắp đặt các tấm gia cường có hình dạng như hình vẽ
- Kiểu gia cường ở hình a: dùng để gia cường tại các vị trí đỡ động cơ, ly hợp và hộp số.
- Kiểu gia cường ở hình b: dùng để gia cường tại các điểm bắt mõ nhíp và điểm đỡ bình xăng.
Tính mômen uốn khung bằng phương pháp mặt cắt:
* Tính các phản lực:
Phương trình mômen đối với điểm 01:
SM01= 0.
Ta có:
SM01= Pb.102 + 92,5.Pcb/2 + Pkn.57- Pcb.18 - 52.PCB/2 - Phs.68 - Pnl.178 + RS.415 - qt.510.314 = 0
Tính mômen uốn khung bằng phần mềm ANSYS.
Ta thực hiện mô tả cách dựng mô hình trong ANSYS theo các bước sau:
+ Bước 1: Định nghĩa tiêu để bài toán:
- Đặt tên cho File làm việc: Dùng lệnh File/Change Jobname…
- Chọn đường dẫn lệnh Main Menu/Preferences.
- Nháy chuột để bật tuỳ chọn ‘Structrural’. Nháy chuột vào OK.
+ Bước 2: Tạo các điểm chốt của mô hình:
- Trong trường hợp này các điểm chốt là các điểm nút của dầm hoặc các điểm đặt lực.
- Nháy chuột vào ‘Preprecessor’ ở Main menu. Từ menu ‘Preprecessor’ chọn ‘Modeling - Create>Keypoint>In Active Cs’. Hộp thoại ‘Create keypoint in Active Coordinate System’ sẽ xuất hiện.
+ Bước 8: Chia lưới các dầm:
- Chọn đường dẫn lệnh Main menu>Preprocssor> Meshing>Meshtool…
Nhấn vào nút ‘Set Global’. Hộp thoại ‘Global Element Size’ xuất hiện. Nhập giá trị 20 vào mục ‘No of element division’. Khi đó mỗi đoạn dầm được chia làm 20 nút. Nháy vào OK. Nhấn vào nút ‘Mesh’. Hộp thoại ‘Mesh lines’ xuất hiện. Chọn trên màn hình đồ hoạ tất cả các đoạn dầm, sau đó nhấn OK.
+ Bước 9: Kiểm tra lại mô hình:
- Bằng cách nhìn hình không gian của mô hình vừa dựng được. Chọn trên ‘Utinity menu bar’ mục ‘plot Ctrls/Style/Size and Shape…’. Chọn ‘On’ ở mục ‘Display of element’. Nháy vào OK. Hình không gian của mô hình sẽ được hiện ra trên màn hình. Ta có thể chọn hướng nhìn bằng cách chọn trên ‘Utinity menu bar/ plot Ctrls, Pan…’.
+ Bước 11: Đặt lực tác dụng:
+ Đặt lực tập trung:
- Đặt lực tập trung tác dụng vào mô hình bằng cách chọn đường dẫn lệnh Main menu > Solution > Load/Apply > Structural - Focre / Moment > On keypoint. Chọn các điểm như trong bảng sau, nháy chuột vào Apply. Hộp thoại ‘Apply F/M on KPs’ sẽ xuất hiện. Chọn hướng đặt lực là ‘Fy’ ở mục ‘Direction of force/mom’.
+ Bước 13: Xem kết quả :
- Ta chọn đường dẫn lệnh ‘Main menu> General Postproc/First set’.
- Để lấy giá trị mô men uốn khung ta chọn mục Element Table>Difine Table…>Add, hộp thoại ‘Difine Additional Element Table Items’ sẽ xuất hiện. ở mục ‘Lab’ ta nhập ‘Mx’ tại cửa sổ Items , Compr bên trái ta chọn ‘By Sequence num’ bên phải ta chọn ‘SMISC,2’, chọn OK.
* Phân tích phương án mô tả hệ treo.
Về vấn đề dùng phần tử COMBIN14 để mô tả hệ treo ta có một số bước phân tích như sau:
- Tính chất đàn hồi của nhíp là đàn hồi theo 3 phương do vậy thực tế ta phải dùng 3 phần tử COMBIN14 đặt theo 3 phương vào mỗi mõ nhíp trước, mõ nhíp sau ta đặt 2 phần tử COMBIN14 theo hướng thẳng đứng và ngang.
- Khi tính toán ta thấy độ cứng của phần tử COMBIN14 dọc là rất lớn nên ta thay thế phần tử COMBIN14 dọc bằng gối tựa cứng.
6.6. GIẢI CÁC TRƯỜNG HỢP TẢI TRỌNG.
6.6.1. Trường hợp tải trọng thẳng đứng đối xứng (trường hơp I).
a. Các giả thiết đặt lực.
* Lực tác dụng lên khung xe do trọng lượng của: Ba đờ sốc, két nước, hộp lái, khối động cơ-ly hợp-hộp số.
- Giả thiết trọng lượng của ba đờ sốc, két nước và hộp lái phân đôi lên hai dầm dọc sát xi .
- Trọng lượng của khối động cơ-ly hợp-hộp số chia đều lên tai đỡ động cơ và dầm đỡ ly hợp.
- Vị trí đặt trên mô hình.
- Vị trí đặt lực phân bố: các đoạn dầm L276, L278.
* Lực tác dụng lên khung xe do trọng lượng của hàng hoá trên nóc xe:
- Giả thiết phân đều lên các chân đỡ giá để hàng (12 chân đỡ).
- Vị trí đặt lực: các điểm 398, 405, 406, 415, 416, 425, 426, 433, 434, 443, 444, 453 (12 điểm này là 12 vị trí bắt bulông chân giá để hàng trên nóc xe với xương nóc xe).
* Đặt lực tác dụng và các ràng buộc:
* Đặt lực tập trung tác dụng vào mô hình bằng cách chọn đường dẫn lệnh
Main menu>Solution\DefineLoads\Apply\Structural\Force/Moment\
On Keypoints. Chọn các điểm như trên, nháy chuột vào Apply. Hộp hội thoại ‘Apply F/M on KPs’ sẽ xuất hiện. Chọn hướng đặt lực là ‘FY’ ở mục ‘Direction of force/mom’. Nhập giá trị lực tác dụng tương ứng vào mục ‘VALUE Force/moment value’. Nháy chuột vào OK.
* Đặt lực phân bố tác dụng vào mô hình bằng cách chọn đường dẫn lệnh
Main menu>Solution\DefineLoads\Apply\Structural\Pressure\On Beams.
Chọn các đoạn dầm như trên, nháy chuột vào Apply. Hộp hội thoại ‘Apply PRES on Beams’ sẽ xuất hiện. Nhập giá trị lực tác dụng tương ứng vào mục ‘VALI’. Nháy chuột vào OK.
8.5.2. Trường hợp tải trọng thẳng đứng không đối xứng (trường hợp II).
Ở trường hợp tải trọng thẳng đứng không đối xứng, khi một bánh ở cầu trước bị nhấc lên cao thanh ổn định sẽ hoạt động, lúc đó sẽ sinh thêm các phản lực tại các tai nhíp trước và tại tai bắt thanh ổn định với sát xi. Để có thanh ổn định trong mô hình ANSYS với trường hợp tải trọng này ta chỉ cần đặt thêm các lực tương ứng với các phản lực ở trên.
a. Bước 1: Định nghĩa tiêu đề cho bài toán.
- Đặt tên cho tệp làm việc: dùng lệnh File\change Jobname…
- Chọn đường dẫn lệnh Main Menu\Preferences. Hộp hội thoại ‘Preference for GUI Filtering’ xuất hiện tích vào mục ‘Structural’,
- Nhấn OK.
g. Bước 6: Chọn tiết diện mặt cắt ngang của thanh xoắn.
- Chọn đường dẫn Main Menu\Preprocessor\Sections\Beam\Common Sectns. Hộp hội thoại ‘Beam Tool’ xuất hiện. Chon tiết diện dầm hình tròn đặc cho mục ‘Sub-Type’. Nhập giá trị 2 cho R. Nháy OK.
h. Bước 7: Gán phần tử Beam 188 cho các đoạn dầm.
- Chọn đường dẫn Main Menu\Preprocessor\Meshing\Mesh Attributes \Picked Lines. Hộp hội thoại ‘Line Atributes’ xuất hiện.
q. Bước 11: Chạy chương trình.
Chạy chương trình:
Ta chọn đường dẫn lệnh ‘Main menu\Solution\Solve\Current LS’ .
Hộp thoại ‘Solve Current load step’ sẽ xuất hiện. Nháy OK.
w. Bước 12: Lấy kết quả.
- Lấy giá trị phản lực: Chọn đường dẫn lệnh ‘Main menu\General Postproc\List Result\Reaction Solu\.
6.6.3. Giải bài toán cho trường hợp ô tô quay vòng trên đường không bằng phẳng đối xứng khi đó xuất hiện cả tải trọng uốn và nén ngang (trường hợp VII).
Các giả thiết đặt lực:
- Hộp lái được bắt vào hai điểm trên sát xi bằng các bu lông. lực quán tính do khối lượng hộp lái được đặt vào hai điểm 34 và 41 trên mô hình.
- Két nước dược bắt lên sát xi bằng các bu lông, trên mô hình lực quán tính của két nước đặt vào hai điểm 36 và 39.
- Ba đờ sốc được bắt lên khung xe bằng các bu lông tại hai diểm 37 và 38.
- Khối động cơ+ly hợp+hộp số chỉ có chỗ bắt động cơ với khung có bắt bu lông còn các điểm khác khối này chỉ tỳ lên do vậy ta chỉ đặt lực theo phương ngang tại điểm bắt động cơ với khung còn các điểm tỳ không có lực ngang. Trên mô hình hai lực này được đặt vào hai điểm 582 và 586.
6.6.4. Trường hợp tải trọng tác dụng theo phương dọc xe (trường hợp VIII).
Khi phanh, ngoài lực thẳng đứng do trọng lượng của các cụm và khung xe gây ra xe còn chịu tải trọng theo phương dọc xe. Tải trọng dọc xe xuất hiện do sự thay đổi đột ngột tốc độ dẫn tới việc xuất hiện sự biến đổi gia tốc.
* Cụm người + ghế.
Với phần trọng lượng ghế ngồi và trọng lượng của người ta coi như là một cụm. Vì các chân ghế được bắt với giường xe qua một lớp gỗ được trải trên sàn nên ta coi phần trọng lượng của người và ghế được đặt phân bố theo phương thẳng đứng trên các thanh giường xe. Còn phần lực quán tính do ghế và người tác dụng theo phương dọc xe sẽ được thể hiện như sau:
Vì chân ghế được bắt vào sàn xe bằng các bulông, khi xe chuyển động sẽ xuất hiện thành phần lực quán tính do khối lượng của người sinh ra, và thành phần lực này được đặt vào ghế như hình vẽ dưới.
* Lực từ mặt đường tác dụng lên sát xi.
Trong thực tế, khi phanh thì lực phanh được đặt tại vị trí tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường nhưng khi tính toán ta bỏ qua sự có mặt của lốp và nhíp. Ta mô hình hoá bằng việc đặt gối tựa đàn hồi tại vị trí của tai nhíp với độ cứng tương ứng của hệ thống treo được đặt tại gối tựa.
Thay các giá trị vào 2 công thức trên ta có:
Z1 = 5753,7(KG) Z2 = 2986,3(KG)
Ta có: Pj = Z.j
Với j = 1 (Hệ số bám).
Chiều của P2T, P2S có chiều cùng chiều dương y (có chiều từ mặt đường hướng lên), còn P1T, P1S có chiều ngược lại.
Điểm đặt của P1T là điểm : K490, 491.
Điểm đặt của P2T là điểm : K492, 497.
Điểm đặt của P1S là điểm : K493, 496.
Điểm đặt của P2S là điểm : K494, 495
* Các giả thiết về đặt lực:
- Ba đờ sốc : Ta coi lực quán tính này được đặt tại 2 điểm ‘K37, K38’ với trị số: 15(KG).
- Hộp lái : Giả thiết lực quán tính sinh ra được đặt tại 2 điểm ‘K34, K41’ với trị số: 22,5 (KG).
- Két nước : Lực quán tính đặt tại 2 điểm ‘K36, K39’ vớiổtị số: 27,5 (KG).
- Thùng nhiên liệu : Lực quán tính đặt trên hai điểm K19, K21 với trị số: 90 (KG).
- Lốp dự phòng : Lực quán tính đặt tại điểm ‘K575’ với trị số: 65 (KG).
- Khối ‘Động cơ - Ly hợp - Hộp số’ được đặt tại điểm ‘582, 586’ với trị số lực quán tính: 345 (KG) đặt tại mỗi điểm.
- Trục các đăng : Lực quán tính đặt tại 3 điểm ‘132,133,134’ với trị số:52 (KG) tại mỗi điểm.
* Giải và lấy kết quả:
* Trường hợp tải chịu lực tác dụng theo phương dọc xe trên (bước tải 4) ta ghi ra tệp bước tải ‘khungxe.s04’.
* Tải bước tải 1 và 4 đồng thời, sau đó nhân hệ số mZS =1,0 cho bước tải 1, nhân hệ số mX = 1,0 cho bước tải 4. Hợp hai kết quả ta có trường hợp VIII.
6.6.5. Trường hợp khi xe chuyển động quay vòng trên đường không bằng phẳng (trường hợp III).
Để giải trường hợp này ta tải bước tải 1, 2 và 3 đồng thời, sau đó nhân hệ số mZS =1,3 cho bước tải 1, mZNS = 0,5 cho bước tải 2 và nhân hệ số mY = 0,4 cho bước tải 3. Hợp ba kết quả ta có trường hợp tải III. Các biểu đồ của trường hợp này gồm:
- Biểu đồ lực cắt:
- Biểu đồ mômen uốn.
- Biểu đồ Contour ứng suất tổng hợp.
6.6.6. Trường hợp khi xe chuyển động quay vòng trên đường không bằng phẳng đồng thời với việc phanh (trường hợp IV).
Để giải trường hợp này ta tải bước tải 1, 2, 3 và 4 đồng thời, sau đó nhân hệ số mZS =1,2 cho bước tải 1, mZNS = 0,5 cho bước tải 2, mY = 0,4 cho bước tải 3 và mX = 0,4 cho bước tải 4. Hợp bốn kết quả ta có trường hợp tải IV.
6.6.8. Trường hợp khi phanh xe trên đường không bằng phẳng (trường hợp VI).
Để giải trường hợp này ta tải bước tải 1, 2 và 4 đồng thời, sau đó nhân hệ số mZS =1,2 cho bước tải 1, mZNS = 0,5 cho bước tải 2 và mX = 0,6 cho bước tải 4. Hợp ba kết quả ta có trường hợp tải VI. Các biểu đồ của trường hợp này gồm:
- Biểu đồ lực cắt.
- Biểu đồ mômen uốn.
- Biểu đồ Contour chuyển vị Uy.
- Biểu đồ Contour ứng suất tổng hợp.
6.7. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ NHẬN ĐƯỢC.
Bài toán tính bền khung xương xe được đặt ra với 8 trường hợp tải trọng, 8 trường hợp này là sự phối hợp của 4 trường hợp chính do vậy khi sử dụng phần mềm ANSYS để giải quyết ta đã sử dụng phương pháp nhiều bước tải (bài toán gồm 4 bước tải ) sau đó kết hợp các trường hợp tải lại với nhau để có 8 trường hợp tải trên.
Qua kết quả (bằng hình ảnh và bảng dữ liệu) của 8 trường hợp tải trên ta có một số nhận xét sau:
- Tại các vị trí tai nhíp, vị trí tai đỡ thanh ổn định đều có bước nhảy của lực cắt và mômen uốn do tại đó có phản lực.
- Các thanh CT3 trên khung bị uốn rất ít, tại các thanh tạo thành ô cửa mômen xoắn và chuyển vị tương đối của chúng cũng khá nhỏ, do đó đảm bảo cho cửa kính không bị phá hỏng.
- Từ các biểu đồ mômen và lực cắt ta thấy ở những trường hợp có xoắn khung (đi trên mấp mô không đối xứng) thì tại vị trí bánh bị nhấc lên các đại lượng phản lực, lực cắt, mômen uốn, mômen xoắn, lực dọc là lớn nhất do đó ứng suất tổng hợp max sẽ ở khu vực đó
- Ứng suất tổng hợp lớn nhất nhận được ở trường hợp tải thẳng đứng không đối xứng trên thanh sát xi tại phần tử 289 với trị số 3875 (KG/cm2)<5100/1,3 (KG/cm2)_với 1,3 là hệ số an toàn của sát xi. Do vậy ta có thể kết luận sát xi đủ bền với 8 trường hợp trên.
- Qua biểu đồ Contour ứng suất tổng hợp và bảng giá trị ứng suất ta thấy trị số ứng suất của khung bằng thép CT3 là nhỏ hơn ứng suất cho phép.
* Kết luận và nhận xét:
- Sau khi tính toán cho 8 trường hợp tải ta có thể kết luận rằng: Khung xương xe thiết kế là hoàn toàn đủ bền.
- Dùng phần mềm ANSYS ta sẽ xác định được chính xác ứng suất và chuyển vị trên khung xương (với các phương pháp đă làm trước đây thì việc xác định được chúng là khó có thể làm được).
- Sử dụng phần mềm ANSYS để tính bền khung xương sẽ tối ưu được quá trình thiết kế, kết quả nhận được nhanh chóng và trực quan. Ngoài ra phần mềm ANSYS còn cho phép chúng ta “thăm dò” mô hình về ứng suất, chuyển vị, hoặc các đại lượng kết quả khác tại một vị trí chọn bất kỳ.
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
Sau hơn ba tháng làm đồ án nhóm sinh viên chúng em đã hoàn thành cơ bản nhiệm vụ của của đề tài: “Thiết kế xe buýt 35 chỗ chạy liờn tỉnh trờn cơ sở sát xi xe FAW CA6801D102” cụ thể như sau:
Dựa vào tải trọng, ưu, nhược điểm, giá cả của các loại xe cơ sở và điều kiện của Việt Nam chúng em đã lựa chọn được xe cơ sở để thiết kế xe buýt chạy liên tỉnh một cách hợp lý.
Phân tích kỹ các phương án bố trí tổng thể của các loại xe chở khách và các tiêu chuẩn thiết kế từ đó lựa chọn được cách bố trí phù hợp cho xe thiết kế.
Thiết kế xong các mảng khung xương xe.
Thiết kế hoàn chỉnh các thiết bị cơ bản trên xe: Thiết kế ghế ngồi hành khách, ghế ngồi người lái, khoang để hành lý, trần xe và giá để hành lý, thiết kế cửa ra vào của hành khách, cửa khoang lái và cửa thông gió. Bố trí bánh xe dự trữ
Kiểm nghiệm khả năng kéo và tính ổn định của xe buýt. Kiểm nghiệm hệ thống treo.
Phân tích các chế độ tải cần xét đến khi tính bền khung xương và từ các chế độ tải này đã kiểm bền cho khung xương của xe bằng phần mềm ANSYS 7.0
Bên cạnh đó vấn còn những hạn chế sau này cần giải quyết đó là: Chưa tính được dòng lưu thông không khí và kiểm tra môi trường trong xe. Chưa thiết kế được hệ thống chiếu sáng trong xe, hệ thống điều hoà. Chưa tính được giá tổng thành của xe.
Ý nghĩa của đề tài:
- Đã hoàn thành được việc thiết kế xe buýt chạy liên tỉnh với việc lựa chọn các thông số về kích thước, kết cấu và kiểm bền khung xương xe có độ chính xác cao.
- Giải quyết được vấn đề mà từ trước tới nay ở Việt Nam chưa có ai thực hiện, đó là việc ‘Tính bền khung xương xe bằng phần mềm ANSYS’. Trong khi nhiều hãng ôtô nổi tiếng trên thế giới đã sử dụng tới công cụ này.
- Giải quyết được vấn đề mà từ trước tới nay các công ty ôtô và các cơ quan đăng kiểm Việt Nam chưa làm được đó là: ‘Quản lý được chất lượng của khung xương xe khi xuất xưởng’
- Đưa ra phương pháp mới cho việc thiết kế khung xương xe ở các công ty sản xuất ôtô trong nước một cách nhanh và chính xác đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Do trình độ và thời gian có hạn nên trong bản đồ án tốt nghiệp này không tránh khỏi những thiếu xót. Chúng em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo trong bộ môn và của các bạn trong lớp để bản đồ án này được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng chúng em xin cảm ơn thầy: TS…………….. đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo chúng em trong thời gian làm đồ án.
Hà nội, ngày … tháng … năm 20...
Sinh viên thực hiện
……………….
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Thiết kế và tính toán ôtô máy kéo tập 1, 2, 3.
Tập thể các tác giả: Nguyễn Hữu Cẩn - Phan Đình Kiên.
(Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội - 1978).
2. Lý thuyết ôtô máy kéo.
Tập thể các tác giả: Nguyễn Hữu Cẩn - Phạm Minh Thái - Nguyễn Văn Tài - Dư Quốc Thịnh - Lê Thị Vàng.
(Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - 1966).
3. Hướng dẫn sử dụng Matlab.
Tác giả: Ts. Trần Văn Nghĩa - xuất bản năm 2000.
4. Sức bền vật liệu.
Tác giả: Lê Quang Minh - Nguyễn Văn Vượng.
(Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - 1992).
5. Kết cấu thép.
Tập thể các tác giả: Gs.Pts. Đoàn Định Kiên - Pts. Nguyễn Văn Tuấn - Pts. Phạm Văn Hội - Ths. Phạm Văn Tư.
(Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật -1996).
6. ANSYS & Mô phỏng số trong công nghiệp bằng phần tử hữu hạn.
Tác giả: Pgs.Ts. Nguyễn Việt Hùng - Pgs.ts. Nguyễn Trọng Giảng. (Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật).
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"