MỤC LỤC
MỤC LỤC.,,,,. 1
LỜI NÓI ĐẦU.,,,. 3
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KHUNG VỎ TRÊN Ô TÔ CHỞ KHÁCH.,,. 5
1. TỔNG QUAN VỀ KHUNG VỎ Ô TÔ CHỞ KHÁCH,,,,. 5
1.1. Chức năng, nhiệm vụ.,,,,, 5
1.2. Phân loại,,,, 5
1.3. Yêu cầu,,,,. 7
1.4. Vật liệu làm khung.,,,,,, 7
2. KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH CÔNG NGHỆ LẮP RÁP, CHẾ TẠO XE KHÁCH,,,,,,. 8
2.1. Công nghệ lắp ráp chế tạo xe khách của công ty cơ khí giao thông 2..... 8
2.2. Công nghệ lắp ráp, sản xuất xe khách ở Công ty 1-5......11
3. PHÂN TÍCH XE CƠ SỞ....... 14
3.1. Thông số kỹ thuật xe cơ sở......14
3.2.Phân tích kết cấu khung xe tải Huyndai CA -A1...... 16
CHƯƠNG II. CƠ SỞ TÍNH BỀN KHUNG XE....... 18
1. THEO PHƯƠNG PHÁP CỔ ĐIỂN....... 18
1.1. Các thành phần tải trọng đặt lên khung......18
1.2. Các giả thiết tính toán......19
1.3. Xác định momen uốn khung....... 20
1.4. Tính bền khung...... 20
2. SỬ DỤNG PHẦN MỀM TÍNH KẾT CẤU........21
2.1. Giới thiệu về phần mềm Catia........21
2.2. Đặc điểm của chương trình Catia...... 22
2.3. Cơ sở phân tích của Catia.......... 23
2.4. Xây dựng mô hình................26
2.5. Tạo lưới...........27
2.6. Đặt tải và giải bài toán.......... 28
CHƯƠNG III. PHƯƠNG PHÁP TÍNH BỀN KHUNG XE....... 32
1. PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT......... 32
1.1. Các phản lực giữa nhíp và khung ...............32
1.2. Xác định mômen uốn khung........32
1.3. Tính khung theo sức bền uốn...........34
1.4. Tính khung theo sức bền xoắn ..... 36
2. PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG.. 37
2.1. Giả thiết khi xây dựng mô hình............ 37
2.2. Phương pháp đặt tải...... 37
2.3. Dựng mô hình và tính toán......38
3. SO SÁNH GIỮA PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG VÀ PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT..........47
CHƯƠNG IV. ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG VÀO TÍNH TOÁN VÀ KIỂM BỀN KHUNG XE TRONG MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP KHÁC NHAU....... 49
1.Trường hợp bánh trước đi qua một mô đất cao, một bánh bị treo ( giả sử bị treo bánh trước bên trái)..........49
1.1. Đặt các điều kiện ràng buộc........ 49
1.2. Chạy chương trình tính toán.............49
1.3. Kết quả và đồ thị........... 50
2. Trường hợp bánh sau đi qua một mô đất cao, một bánh bị treo ( giả sử bị treo bánh sau bên phải)...........53
2.1. Đặt các điều kiện ràng buộ.......... 53
2.2. Chạy chương trình tính toán.......... 53
2.3. Kết quả và đồ thị ............53
3. Trường hợp hai bánh xe bị kênh (giả sử bánh trước bên trái và bánh sau bên phải bị treo)........... 56
3.1. Đặt các điều kiện ràng buộc.........56
3.2. Chạy chương trình tính toán.............56
3.3. Kết quả và đồ thị.................57
4. Kiểm bền khung vỏ ô tô đi trong điều kiện thời tiết xấu.......... 61
4.1 Đặt vấn đề............. 61
4.2. Mô phỏng tính toán và kiểm bền.............. 62
4.3. Nhận xét........... 66
KẾT LUẬN.......... 67
PHỤ LỤC................ 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......... 83
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, trên thế giới, và đặc biệt là ở các nước phát triển, ngành công nghiệp ô tô đã và đang là ngành công nghiệp mũi nhọn của những đất nước này. Vì thế mà ngành công nghiệp ô tô đã và đang được ứng dụng rất nhiều thành tựu công nghệ khoa học mới nhất của các ngành khoa học khác, như: điện tử, công nghệ thông tin, vật liệu…
Hiện nay, ở nước ta với sự phát triển nhanh chóng của tất cả các ngành kinh tế quốc dân, đòi hỏi cần chuyên chở lưu thông một khối lượng lớn hàng hóa và hành khách giữa các tỉnh. Với tính cơ động cao, tính việt dã và khả năng hoạt động trong những điều kiện khác nhau đã tạo cho ôtô trở thành một trong những phương tiện chủ yếu để chuyên chở, đồng thời ôtô cũng đã và đang trở thành phương tiện giao thông tư nhân phục vụ cho nhu cầu sản xuất, đi lại và phát triển kinh tế cá nhân.
Ngành công nghiệp ô tô ở nước ta mới dừng lại ở việc nhập xe nguyên chiếc, hoặc là nhập các chi tiết và khối chi tiết về lắp ráp, tuy nhiên cũng có một số công ty trong nước ( như: nhà máy ô tô 1-5, nhà máy ô tô Vinaxuki, công ty cơ khí giao thông ) đã sản xuất được các cụm như: Chassi, cabin, thùng xe. khung xe bus… có chất lượng tương đối tốt, phù hợp với điều kiện ở Việt Nam.
Và một vấn đề được đặt ra là làm sao kiểm nghiệm được độ bền của những cụm chi tiết đó để có thể đem vào phục vụ sản xuất một cách nhanh chóng mà vẫn đảm bảo được an toàn về kỹ thuật. Xuất phát từ thực tiễn đó, đã có rất nhiều phần mềm mô phỏng kiểm nghiệm được ra đời như: SAP90, SAP2000, ANSYS, SOLIDWORK, CATIA…nhằm giúp cho người thiết kế có thể tính toán kiểm nghiệm một cách nhanh nhất mà hiệu quả công việc lại cao.
Đồ án của em với đề tài được giao là: “ Mô phỏng tính toán và kiềm bền khung xe khách”, em đã sử dụng phần mềm Catia- một phần mềm có tính mô phỏng và kiểm nghiệm rất tốt để hỗ trợ cho đồ án của mình. Tuy nhiên, do thời gian tìm hiểu và khả năng hiểu biết có hạn, đồ án của em không tránh khỏi mắc nhiều lỗi và sai sót trong tính toán, em rất mong nhận được sự góp ý chỉ bảo của các thầy và các bạn đề đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy : TS…………….. và các thầy giáo trong bộ môn Ô tô và xe chuyên dùng – Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo để em hoàn thành đồ án.
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ KHUNG VỎ TRÊN Ô TÔ CHỞ KHÁCH
1. TỔNG QUAN VỀ KHUNG VỎ Ô TÔ CHỞ KHÁCH.
1.1. Chức năng, nhiệm vụ
Khung xe là hệ thống dầm truyền lực, nhận và truyền tất cả các lực cũng như phản lực trong quá trình vận hành của xe. Nó là cơ sở lắp đặt các cụm, các hệ thống của xe như động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống treo, các cơ cấu điều khiển, hệ thống lái và các thiết bị phụ chuyên dùng, cabin, tải trọng.
1.2. Phân loại
1.2.1. Theo kết cấu của khung:
Dựa theo kết cấu của khung ta có thể chia khung ra làm ba loại chính như sau:
- Loại khung có xà dọc ở hai bên.
- Loại hỗn hợp hay còn gọi là loại khung hình chữ X.
1.2.3. Theo các loại hệ thống chịu lực trên ô tô:
Dựa theo các loại hệ thống chịu lực trên ô tô ta có thể chia khung ra làm ba loại chính như sau:
- Khung chịu lực: Khi vỏ đặt lên khung qua các mối nối đàn hồi. Trường hợp này khung cứng hơn vỏ nhiều nên chịu được các tác động của ngoại lực và có thể biến dạng nhưng không truyền đến vỏ.
- Vỏ chịu lực: Loại vỏ này đồng thời là khung (Không có khung chính thức nên vỏ chịu toàn bộ ngoại lực tác dụng lên ô tô).
1.3. Yêu cầu
Khi thiết kế khung của ôtô phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Tiết diện ngang của xà dọc phải được chọn theo các phép tính uốn và xoắn khung.
- Mô men thay đổi trên suốt chiều dài của xà dọc từ giá trị không đến gía trị cực đại. Để tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm trọng lượng của khung và đảm bảo độ cứng của xà dọc là đều nhau, khi chế tạo xà dọc nên làm với tiết diện thay đổi. Để thoả mãn yêu cầu này xà dọc thường được chế tạo bằng phương pháp dập.
1.4. Vật liệu làm khung
Vật liệu để chế tạo khung phải có các tính chất sau:
- Có giới hạn chảy và giới hạn mỏi cao.
- Độ nhậy với ứng xuất tập trung thấp.
- Có tính dập ở trạng thái nguội tốt.
2. KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH CÔNG NGHỆ LẮP RÁP, CHẾ TẠO XE KHÁCH.
Tuỳ thuộc vào nhu cầu thực tế mà từng nhà máy áp dụng các công nghệ sản xuất khác nhau. Sau đây là một số công nghệ sản xuất, lắp ráp, ô tô khách của hai công ty điển hình :
2.1. Công nghệ lắp ráp chế tạo xe khách của công ty cơ khí giao thông 2 :
Căn cứ vào yêu cầu của Chính Phủ, việc chế tạo một số chi tiết của ôtô phải được tiến hành song song với việc lắp ráp dạng CKD (completely knock down) và IKD do vậy việc sản xuất sẽ được bắt đầu đưới dạng CKD ( incompletely knock down) bao gồm lắp ráp vỏ thân xe, khung gầm và láp ráp từng cụm chủ yếu cùng với việc lắp ráp sườn và xử lý sơn sơ bộ. Trong thời gian ngắn nhất sẽ chuyển sang lắp ráp dạng IKD.
2.1.4. Công nghệ sơn :
- Áp dụng công nghệ sơn hiện đại nhằm đảm bảo chất lượng và mỹ thuật cho các sản phẩm, gồm có công nghệ phốt phát hoá bề mặt, hệ thống sấy khô, phòng mài sửa, buồng sơn lót, buồng sơn phủ, phòng tự khô sơn, hệ thống sấy khô bề mặt sơn.
- Trang thiết bị chuyên dùng như hệ thống nâng hạ tự động, pha sơn điện tử, chế nước tinh khiết, hệ thống làm sạch khí nén, hệ thống cung cấp hơi nóng thiết bị sơn lót, thiết bị sơn phủ bằng thiết bị điều khiển tự động.
2.1.6. Công nghệ kiểm tra sản phẩm:
- Kiểm tra tốc độ bằng băng thử tốc độ.
- Kiểm tra phanh bằng băng thử phanh.
- Kiểm tra sự trượt ngang xe bằng bệ thử trượt ngang.
- Kiểm tra góc lái bằng các dụng cụ chuyên dùng.
- Kiểm tra đèn pha bằng băng thử đèn pha.
2.2.1. Nội dung công việc thực hiện :
- Tháo gỡ thùng hàng và buồng lái ra khỏi ôtô, đồng thời tiến hành nối đuôi khung ô tô.
- Dịch trục để thay đổi chiều dài cơ sở cho phù hợp với điều kiện hoạt động của xe.
- Đóng khung vỏ ô tô khách lên sắt xi ôtô theo kết cấu và kích thước bản vẽ.
- Lắp ghế vào sàn ôtô khách.
2.2.2. Mô tả chi tiết công nghệ sản xuất, lắp ráp khung xương và vỏ xe :
Công nghệ chế tạo khung xương và vỏ xe khách được tiến hành theo các bước sau:
- Chế tạo khung xương vỏ xe :
- Pha cắt vật liệu tôn 2 - 3mm để làm khung xương.
- Xấn dải tôn làm phôi tạo phụ kiện khung xương trên máy xấn thuỷ lực.
- Dập uốn khung xương theo biên dạng vỏ xe.
- Phốt phát hoá các chi tiết khung xương.
- Sơn lần 1.
- Sơn lần 2.
- Làm sạch lần 2.
- Chuẩn bị cho sơn vạch (sơn hai mầu) - sơn lần 2.
- Sấy lần 2.
3. PHÂN TÍCH XE CƠ SỞ
3.1. Thông số kỹ thuật xe cơ sở:
Xe Huyndai CA – A1 là loại xe tải có trọng tải 8 tấn, công thức bánh 4x2, li hợp ma sát khô loại hai đĩa điều khiển cơ khí, cầu sau chủ động kiểu kép, có tỉ số truyền 5,571. Sắt xi ô tô có dạng hai dầm dọc, được liên kết bởi các dầm ngang. Hệ thống treo kiểu nhíp lá kim loại dạng nửa elíp, có giảm chấn ống thuỷ lực.
3.2.Phân tích kết cấu khung xe tải Huyndai CA -A1
Khung xe ô tô tải Huyndai CA – A1 là loại khung có dầm dọc ở hai bên. Hai dầm dọc có tiết diện hở (tiết diện hình chữ U) hướng vào trong, được dập từ thép lá 30T có chiều dày 8 mm. Chiều cao dầm dọc có kích thước thay đổi từ 180 mm đến 300 mm, chiều rộng dầm không đổi trên toàn bộ chiều dài dầm và bằng 90 mm.
CHƯƠNG II
CƠ SỞ TÍNH BỀN KHUNG XE
1. THEO PHƯƠNG PHÁP CỔ ĐIỂN
1.1. Các thành phần tải trọng đặt lên khung:
- Để tính bền cho khung xe khách ta dựa trên khung xe của xe cơ sở Huyndai CA- A1 mà ta đã phân tích ở chương I.
- Các thành phần lực tác dụng lên khung xe của xe cơ sở bao gồm các tải trọng của các cụm, các bộ phận.
Như vậy trọng lượng thùng xe và tải trọng định mức sẽ gây ra lực phân bố đều trên suốt chiều dài thùng đặt lên khung :
qt = 13,53 (KG/cm)
1.2. Các giả thiết tính toán
Để có thể tính uốn khung một cách dễ dàng đồng thời vẫn đảm bảo hệ số an toàn cho phép ta đưa ra một số giả thiết sau :
- Tính uốn khung trong trường hợp chịu tải trọng tĩnh, tăng hệ số an toàn cho phép.
- Chỉ xét phần trọng lượng được treo của ô tô gây uốn trong mặt phẳng dọc của khung, không kể đến hiện tượng xoắn do trọng lượng các cụm đặt lệch đi so với đường tâm khung như bình nhiên liệu, ắc quy.
1.4. Tính bền khung
Ta tính bền khung theo sức bền vật liệu. Sử dụng các phương pháp trong sức bền vật liệu để tính toán và tìm ứng suất lớn nhất σmax trên toàn bộ chiều dài khung xe. Và sau đó so sánh với ứng suất cho phép [σ] . Nếu ứng suất lớn nhất σmax mà lớn hơn ứng suất cho phép [σ] thì khung xe không đủ bền.
2. SỬ DỤNG PHẦN MỀM TÍNH KẾT CẤU:
2.1. Giới thiệu về phần mềm Catia:
Catia là bộ sản phẩm hoàn chỉnh nhất của hãng Dassault systemes do IBM chịu trách nhiệm phân phối, nó có khả năng thiết kế phân tích kết cấu, lập trình và gia công CNC. Bao gồm 6 module phục vụ cho toàn bộ quá trình thiết kế tính toán tối ưu và gia công cơ khí.
Các module của nó bao gồm:
Mechanical Design: module này cho phép xây dựng các chi tiết, các sản phẩm lắp ghép trong cơ khí.
Shape design and styling: module này cho phép tính toán kiển tra và mô phỏng chi tiết chịu tải trọng trong môi trường kết cấu liên tục hoặc trong môi trường nhiệt độ. Từ đó cho phép tối ưu kết cấu.
2.2. Đặc điểm của chương trình Catia:
Catia là một chương trình phần mềm công nghiệp có khả năng vẽ mô phỏng vật thể 3D rất tốt. Nó cho phép người sử dụng di chuyển giữa môi trường 2D và 3D một cách linh hoạt. Nhờ đó, người sử dụng bắt đầu từ việc vẽ các biên dạng trên sketcher- phác thảo 2D rồi thông qua các lệnh tạo khối, khoét, đục... có ở trong môi trường 3D để tạo thành sản phẩm 3D.
2.4. Xây dựng mô hình:
2.5. Tạo lưới
2.5.1. Cơ sở của việc tạo lưới:
- Phép phân tích phần tử hữu hạn cung cấp một kỹ thuật số hóa đáng tin cậy để phân các thiết kế kỹ thuật. Quá trình này được bắt đầu với việc mô phỏng hình dạng hình học của mô hình. Sau đó, chương trình sẽ chia mô hình thành những phần nhỏ có hình dạng đơn giản ( gọi là các phần tử) liên kết với nhau tại các nút ( còn gọi là node). Các chương trình phân tích phần tử hữu hạn sẽ dự đoán phản ứng của mô hình bằng cách kết hợp thông tin có được từ tất cả các phần tử tạo nên mô hình này.
- Phương pháp phần tử hữu hạn sẽ dự đoán phản ứng của mô hình bằng cách kết hợp thông tin có được từ tất cả các phần tử tạo nên mô hình này.
2.5.2. Các dạng lưới 3D:
Trong việc tạo lưới mô hình part hoặc assembly bằng các phần tử, catia tạo ra một trong các kiểu sau, dựa trên các tùy chọn lưới đã được kích hoạt:
Linear: Tự động tạo ra lưới gồm các phần tử là tứ diện đều
Parabolic: Tự động tạo ra lưới gồm các phần tử tứ diện có cạnh là parabol.
Ứng suất Von Mises được tính toán từ sáu thành phần ứng suất khác nhau:
VON = {0,5.[(SX – SY)^2 + (SX – SZ)^2] + 3(TXY^2 + TYZ^2)}^(1/2)
Hoặc tương đương, từ 3 ứng suất chính:
VON = {0,5[(P1 – P2)^2 + (P1 – P3)^2 + (P2 – P3)^2]}^(1/2)
CHƯƠNG III
PHƯƠNG PHÁP TÍNH BỀN KHUNG XE
1. PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT
1.1. Các phản lực giữa nhíp và khung :
Bộ nhíp tác dụng phản lực lên khung ở vị trí bắt mõ nhíp RT1,RT2, RS1,RS2
Các vị trí đặt mõ nhíp : ZRT1= 69cm, ZRT2= 229cm, ZRS1= 646cm, ZRS2= 802cm. Do nhíp đặt đối xứng nên: RT1= RT2 = RT/2.; RS1 = RS2 = RS/2.
Với RT và RS là phản lực pháp tuyến từ mặt đường lên cầu trước và cầu sau: ZRT = 149 cm, ZRs = 724 cm
1.2. Xác định mômen uốn khung:
Theo sơ đồ đặt lực ta có:
∑MRs=40.149+50.118+70.674+700.29+580.11- RT.575+200.531+180.456+150.344+6570.(527/2)-2780.(223/2)=0
→ RT=4010 (Kg)
∑MRt=40.149+50.118+70.56+700.29+580.11-200.44-150.119.150.231+Rs.575-9350.423=0
→ Rs= 6910 (Kg)
1.4. Tính khung theo sức bền xoắn :
Tính khung theo xoắn chủ yếu theo chế độ tải trọng 2 (trong hai chế độ tải trọng). Phương pháp tính khung theo xoắn gần đúng dựa trên cơ sở là khung ô tô (loại có hai xà dọc) có độ cứng khi xoắn kém hơn khu uốn nhiều lần. Khi khung bị xoắn biến dạng uốn xà dọc bé và so với biến dạng xoắn trong nhiều trường hợp có thể bỏ qua. Người ta coi gần đúng rằng: góc xoắn mỗi phần tử thiết kế khung tỉ lệ với độ dài khung.
2. PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG
2.1. Giả thiết khi xây dựng mô hình:
- Xây dựng mô hình là một công việc tương đối phức tạp và chiếm nhiều thời gian khi giải bài toán bằng Catia. Khi tiến hành thiết kế, đóng mới từ xe tải cơ sở HuynDai CA-A1, ta lựa chọn loại khung chịu lực, vỏ được đặt lên khung qua các mối nối đàn hồi. Theo lý thuyết trong trường hợp này khung cứng hơn vỏ nhiều lần nên chịu được các tác động của ngoại lực và có thể biến dạng nhưng hầu như không truyền đến vỏ.
- Tính khung trong trường hợp chịu tải tĩnh có xét đến hệ số tải trọng động.
- Coi Chassi như một dầm đàn hồi có tiết diện không đổi trên suốt chiều dài của dầm.
2.2. Phương pháp đặt tải :
- Ta giả thiết rằng tính cho Chassi trong trường hợp chịu tải trọng tĩnh
- Các lực tập trung : Coi các cụm chi tiết, các bộ phận như Barasoc, két nước,.., có tải trọng tương đối nhỏ, là các tải trọng tập trung, đặt tại các điểm tương ứng trên hai dầm dọc của Chassi.
- Bước 2: Xây dựng dầm dọc:
- Từ môi trường Part Design, ta chọn mặt phẳng yz trên “Specification tree”, rồi chọn Sketch để đưa về môi trường phác thảo 2D. Tiếp tục ta dùng các thanh công cụ trong Profile để tạo mặt cắt cho dầm chữ U kích thước 300x90x8, sau đó ta dùng lệnh đối xứng bằng cách click vào biểu tương “Mirro” trên thanh công cụ “Operation” đế lấy đối xứng hình vừa vẽ được qua trục ảo sao cho khoảng cách giữa hình chính là khoảng cách giữa 2 dầm và có giá trị là 2360mm tính từ phía ngoài cùng của 2 dầm.
- Bước 3: Xây dựng các dầm ngang và thanh đỡ ngang
Ta sẽ xây dựng các dầm ngang có các tiết diện là các kiểu gia cường cho dầm.
- Bước 4: Tạo các phân vùng để đặt lực cho Chassi xe:
2.3.2. Gán vật liệu cho Chassi :
2.3.2.1. Tạo thuộc tính cho vật liệu chế tạo chassi.
Sử dụng thép C25 để làm vật liệu cho Chassi. Trong thư viện vật liệu của Catia không có loại vật liệu này, bởi thế mà ta cần tạo ra nó và đặt các thông số modul đàn hồi, ứng suất chảy, hệ số Poatxong,...
2.3.2.2. Gán vật liệu cho Chassi.
Trong môi trường Part Design, click vào biểu tượng Apply Material.
Hộp thoại Library hiện ra, nhấp chuột trái vào biểu tượng Open để chọn đường dẫn tới file “C25.CATMaterial” vừa mới tạo. Chọn Open, vật liệu này sẽ xuất hiện trong hộp thoại Library.
Nhấp chuột vào vật liệu C25, giữ nguyên chuột không thả ra, di chuột về phía khung cửa sổ của môi trường Part Design để thả vật liệu vào dầm chassi, sau đó OK. Lúc này, khung xe sẽ được gán vật liệu là C25.
2.3.3 Tính bền cho Chassi khi đi trên đường bằng phẳng
2.3.3.1. Chia lưới cho chassi
Từ môi trường Part Design, trên Menu, ta chọn Start/ Analysis & Simulation/ Generative Structural Analysis.
=> Hộp thoại “New analysis case” xuất hiện. Ta chọn “Static Analysis”.
Trước tiên, ta load hết các thanh công cụ cần thiết ra: Vào View/ Toolbars và chọn các thanh công cụ Model Manager, Image, Compute, Restraints.
2.3.3.2. Đặt các lực tác dụng
- Trước khi bắt đầu, thực hiện bước View/ Render Style/ Customize View.
=> Hộp thoại “View Mode Customization” xuất hiện: Ta kích hoạt các lựa chọn Outlines, Shading, Material.
- Click biểu tượng Distributed Force => Hộp thoại Distributed Force:
+ Support: Chọn vùng đặt barasoc
+ Axis system: Global.
+ Force vector: X = 0, Y = 0, Z = -200.
- Click biểu tượng Distributed Force => Hộp thoại Distributed Force:
+ Support: Chọn vùng đặt két nước động cơ( X = 310mm)
- Click biểu tượng Distributed Force => Hộp thoại Distributed Force:
+ Support: Chọn vùng đặt hệ thống lái (x=-500mm)
+ Axis system: Global.
+ Force vector: X = 0, Y = 0, Z = -350
- Click biểu tượng Distributed Force => Hộp thoại Distributed Force:
+ Support:Chọn vùng đặt động cơ và ly hợp (X= -1100 → -1300).
+ Axis system: Global.
+ Force vector: X = 0, Y = 0, Z = -7000.
2.3.3.4. Chạy chương trình tính toán.
- Nháy đúp vào “Static Case Solution” trên Specification tree
=> Hộp thoại “Static Solution Parameters” xuất hiện: Chọn Gauss R6.
- Tiến hành chạy chương trình bằng cách click vào biểu tượng Compute.
=> Hộp thoại Compute xuất hiện: Chọn All, kích hoạt Preview.
=> Hộp thoại “Computation Resources Estimation” xuất hiện, chọn Yes.
2.3.3.5. Kết quả, đồ thị và nhận xét.
- Sau khi chương trình đã tính toán cho khung xe xong, ta click vào biểu tượng “Von Mises Stress” để xem kết quả tính toán được hiển thị trong môi trường Analysis.
- Để xây dựng đồ thị về sự biến đổi ứng suất tổng hợp nhằm tìm ra những điểm có khả năng chịu nguy hiểm khi xe hoạt động, ta xuất kết quả ra file dạng xls để có thể vẽ đồ thị trong Excel. Trên Specification tree/ Static Case Solution/ Von Mises Stress ta click chuột phải và chọn “Export Data”.
=> Hộp thoại “Export Data” hiện ra:
+ Output directory: Chọn đường dẫn thư mục để xuất file.
+ File name: tinhtoan1.xls
+ File type: Microsoft Excel Worksheet [*.xls]
Lấy các điểm nút nằm trên xà dọc bên phải có tọa độ Y = -749,5; Z=0 và X biến thiên từ 0 → 9820 ( Bảng 1- phụ lục).
Nhìn vào bảng số liệu và đồ thị ta thấy ở tọa độ X= -6438 thì tại đó có ứng suất lớn nhất là σth max =30,4.106 (N/m2) = 30,4 MPa.
Mà ta có ứng suất giới hạn của cho phép là [σ] = 66,667 (MPa)
Suy ra, σth max < [σ] vậy nên Chassi hoàn toàn đủ bền trong trường hợp này.
3. SO SÁNH GIỮA PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG VÀ PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT:
Dựa vào bảng số liệu và đồ thị so sánh với kết quả tính ở lý thuyết ta thấy:
- Theo kết quả mô phỏng thì ứng suất lớn nhất trên xà dọc có giá trị là 30,4.106 (Pa)= 30,4(Mpa), còn ở tính toán lý thuyết ta có giá trị ứng suất lớn nhất là 34,774(MPa). Qua đó ta thấy tính toán mô phỏng cho kết quả gần sát và nhỏ hơn không nhiều so với tính toán lý thuyết.
- Kết quả ở tính toán mô phỏng có giá trị nhỏ hơn kết quả ở tính toán lý thuyết là do: ở mô phỏng, có các thanh dầm ngang chịu đỡ một phần tải trọng cho dầm dọc, vì thế mà ứng suất trên các dầm dọc sẽ được giảm bớt phần nào .
CHƯƠNG IV
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG VÀO TÍNH TOÁN VÀ KIỂM BỀN KHUNG XE TRONG
MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP KHÁC NHAU
1.Trường hợp bánh trước đi qua một mô đất cao, một bánh bị treo (giả sử bị treo bánh trước bên trái):
1.1. Đặt các điều kiện ràng buộc:
Khi xe hoạt động trên mặt đường không bằng phẳng, bánh trước bên phải không chạm đất. Khi đó, phản lực từ mặt đường sẽ tác dụng lên khung xe qua hệ thống treo, tại ví trí bắt tai nhíp vào khung xe.
Trên bề mặt xà dọc bên phải, các vị trí bắt tai nhíp có tọa độ x lần lượt là -690 mm, -2290 mm, -6460 mm, -8020 mm. Trên bề mặt xà dọc bên trái, các vị trí bắt tai nhíp có tọa độ x lần lượt là -6460mm, -8020 mm.
Click vào biểu tượng Clamp, hộp thoại Clamp hiện ra. Ta chọn Support là các vị trí tai nhíp nói trên.
1.3. Kết quả và đồ thị :
- Sau khi chương trình đã tính toán cho khung xe xong, ta click vào biểu tượng “Von Mises Stress” để xem kết quả tính toán được hiển thị trong môi trường Analysis.
Với xà dọc phải, các điểm này đều có tọa độ Y= -749,5; Z=0 và X biến thiên từ 0 tới -9820. Và với xà dọc bên trái, ta lấy Y=89,5; Z=0 và X biến thiên từ 0 đến -9820.
Nhận xét:
+ So với trường hợp xe đi ổn định, thì trong trường hợp bánh trước bị treo một bên, ứng suất tập trung lớn nhất về phía trước có giá trị cao nhất lên đến 80,6MPa. Nguyên nhân là do bánh phía trái bị treo, ứng suất toàn bộ trọng lượng phía trước dồn lên bánh bên bên phải, cho nên tại vị trí 2 tai nhíp của bánh trước bên phải sẽ tập trung lớn.
+ Ta thấy giá trị ứng suất cự đại lên tới 80,6 Mpa lớn hơn so với ứng suất giới hạn cho phép là 66,67 Mpa. Nên tại đây sẽ không đủ bền. Vì vậy, để đảm bảo bền tại ví trí này người ta thường làm thêm các tấm gia cường.
2. Trường hợp bánh sau đi qua một mô đất cao, một bánh bị treo ( giả sử bị treo bánh sau bên phải):
2.1. Đặt các điều kiện ràng buộc:
Khi xe hoạt động trên mặt đường không bằng phẳng, bánh sau bên phải không chạm đất. Khi đó, phản lực từ mặt đường sẽ tác dụng lên khung xe qua hệ thống treo, tại ví trí bắt tai nhíp vào khung xe.
Click vào biểu tượng Clamp, hộp thoại Clamp hiện ra. Ta chọn Support là các vị trí tai nhíp nói trên.
2.3. Kết quả và đồ thị :
- Sau khi chương trình đã tính toán cho khung xe xong, ta click vào biểu tượng “Von Mises Stress” để xem kết quả tính toán được hiển thị trong môi trường Analysis.
Với xà dọc phải, các điểm này đều có tọa độ Y=-749,5; Z=0 và X biến thiên từ 0
Nhận xét:
+ So với trường hợp xe đi ổn định, thì trong trường hợp bánh sau bị treo một bên, ứng suất tập trung lớn nhất về phía trước có giá trị cao nhất lên đến 64,7MPa. Nguyên nhân là do bánh phía sau bị treo, ứng suất sẽ tập trung nhiều về phía trước.
+ Ta thấy giá trị ứng suất cự đại lên tới 64,7Mpa nhỏ hơn so với ứng suất giới hạn cho phép là 66,67 Mpa. Trong trường hợp này thì xà dọc bên phải đủ bền.
3. Trường hợp hai bánh xe bị kênh (giả sử bánh trước bên trái và bánh sau bên phải bị treo) :
3.1. Đặt các điều kiện ràng buộc:
Khi xe hoạt động trên mặt đường không bằng phẳng, bánh sau bên phải không chạm đất. Khi đó, phản lực từ mặt đường sẽ tác dụng lên khung xe qua hệ thống treo, tại ví trí bắt tai nhíp vào khung xe.
Click vào biểu tượng Clamp, hộp thoại Clamp hiện ra. Ta chọn Support là các vị trí tai nhíp nói trên.
3.3. Kết quả và đồ thị :
- Sau khi chương trình đã tính toán cho khung xe xong, ta click vào biểu tượng “Von Mises Stress” để xem kết quả tính toán được hiển thị trong môi trường Analysis.
Với xà dọc phải, các điểm này đều có tọa độ Y=-749,5; Z=0 và X biến thiên từ 0 tới -9820. Và với xà dọc bên trái, ta lấy Y=89,5; Z=0 và X biến thiên từ 0 đến -9820.
Nhận xét:
+ So với trường hợp xe đi ổn định, thì trong trường hợp hai bánh chéo nhau bị treo, ứng suất tập trung lớn nhất về phía sau xe có giá trị cao nhất lên đến 87,7MPa. Nguyên nhân là do bánh phía trước bên trái và bánh phía sau bên phải bị treo, ứng suất sẽ tập trung nhiều về phía bánh trước bên phải và lớn nhất tại vị trí các tai nhíp
+ Ta thấy giá trị ứng suất cự đại lên tới 87,7Mpa nhỏ hơn so với ứng suất giới hạn cho phép là 66,67 Mpa. Trong trường hợp này thì xà dọc bên phải không đủ bền. Vì thế ta sẽ tăng cứng cho nó bằng cách đặt thêm các tấm gia cường tại các vị trí bắt nhíp này.
4. Kiểm bền khung vỏ ô tô đi trong điều kiện thời tiết xấu
4.1 Đặt vấn đề
Trong chương này, ta giả thiết xe đi trong điều kiện thời tiết xấu, trời mưa bão với vận tốc gió lên tới 20 m/s ( tương đương với 72 km/h ), lúc này giả sử là xe đi với vận tốc tối đa là 60 km/h ( tương đương với 16,67 m/s ) và hướng gió thổi ngang với chiều chuyển động của xe, theo lý thuyết ô tô ta có:
Lực cản không khí của ô tô được xác định theo công thức
Pω= K.F.v02
Với chiều rộng xe là 2460mm và chiều cao xe là 2540 mm, ta suy ra :
Diện tích cản chính diện ô tô : F =2540 x 2460 = 6248400(mm2)= 6,2484 m2
Vận tốc ô tô là: v0= 60 km/h
Suy ra: Pω= K.F.v02 = 0,3x 6,2484x 16,672 = 520 N
Chiều dài xe là 9710 mm, chiều cao là 2540 mm. suy ra diện tích mặt bên của xe là: Fb= 9710 x 2540 = 24663400 mm2 = 24,6634 m2 .
Lực gió bên tác dụng lên xe là : Pωb = 0,3x 24,6634 x 202 ≈ 3000 N
4.2.3. Mô phỏng tính toán và kiểm bền cho khung xe trong điều kiện thời tiết xấu:
4.2.3.1. Chia lưới
Từ môi trường Part Design, trên Menu, ta chọn Start/ Analysis & Simulation/ Generative Structural Analysis.
=> Hộp thoại “New analysis case” xuất hiện. Ta chọn “Static Analysis”.
Trước tiên, ta load hết các thanh công cụ cần thiết ra: Vào View/ Toolbars và chọn các thanh công cụ Model Manager, Image, Compute, Restraints.
4.2.3.2. Đặt lực :
Đối với khung xương xe khách trong điều kiện thời tiết xấu thì ta đặt các lực gồm:
- Lực cản không khí tác động lên mặt trước của xe có giá trị là 520N. Với lực này, thì ta sẽ đặt như sau: Click biểu tượng Distributed Force 
Hộp thoại Distributed Force:
+ Support: Chọn vùng mặt phía trước xe
+ Axis system: Global.
+ Force vector: X = -520, Y = 0, Z = 0.
- Lực bên do gió bão gây ra có độ lớn là 3000N. Ta đặt lực này bằng cách:
Click biểu tượng Distributed Force => Hộp thoại Distributed Force:
+ Support: Chọn vùng mặt bên trái của xe
+ Axis system: Global.
+ Force vector: X = 0, Y = -3000, Z = 0.
4.2.3.4. Giải bài toán:
- Nháy đúp vào “Static Case Solution” trên Specification tree
=> Hộp thoại “Static Solution Parameters” xuất hiện: Chọn Gauss R6.
- Tiến hành chạy chương trình bằng cách click vào biểu tượng Compute.
=> Hộp thoại Compute xuất hiện: Chọn All, kích hoạt Preview.
=> Hộp thoại “Computation Resources Estimation” xuất hiện, chọn Yes.
4.3. Nhận xét
Dựa vào kết quả tính toán ứng suất ta thấy: giá trị ứng suất lớn nhất tính được là σth = 21,8 N/m2 nhỏ hơn so với ứng suất giới hạn là [σ] = 66,67 N/m2 . Vậy khung xương xe hoàn toàn đủ bền trong trường hợp này.
Phương pháp mô phỏng bằng Catia không những cho ta những giá trị ứng suất tại nhiều vị trí khác nhau mà còn xác định chuyển vị tại những điểm đó. Đây là một lợi thế rất lớn giúp cho chúng ta có thể xác định tương đối chính xác kết quả xát với thực tế mà phương pháp tính toán lý thuyết rất khó khăn trong công việc này.
KẾT LUẬN
Trong thời gian ngắn được giao nhiệm vụ “ Mô phỏng tính toán và kiểm bền khung xe khách” , em đã kiểm nghiệm bền cho Chassi xe khách bằng phương pháp lý thuyết và phương pháp mô phỏng. Với phương pháp lý thuyết, em đã sử dụng các giả thiết nhằm đơn giản hóa các kết cấu để thuận tiện cho việc tính toán và kiểm nghiệm độ bền của Chassi trong trường hợp xe chạy ổn định. Còn với phương pháp mô phỏng sử dụng phần mềm Catia vào tính toán, thì em đã kiểm nghiệm được cho Chassi trong các trường hợp mà xe đi trong các điều kiện đường xá khác nhau, và kiểm nghiệm cho khung xe khi xe đi vào trong điều kiện thời tiết xấu.
Catia là một chương trình đồ họa mạnh được ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực khoa học, có khả năng tính toán được những chi tiết và khối chi tiết lớn, cho ta những kết quả đáng tin cậy. Trong quá trình làm đồ án, với mô hình khung xe và Chassi được xây đựng lên, ta đem đặt chúng vào các điều kiện khác nhau sát với các điều kiện thực tế mà xe sẽ gặp phải là: xe bị treo một bánh trước, xe bị treo một bánh sau, và trường hợp 2 bánh chéo nhau đồng thời bị treo. Trong các trường hợp này, thì khung xe phải chịu những tải trọng khác nhau dẫn tới ứng suất trên các dầm dọc và dầm ngang khác nhau, chính vì thế mà xảy ra các trường hợp thiếu bền đối với Chassi tại những vị trí nguy hiểm là các điểm bắt tai nhíp, và một số điểm là những nơi gần với bắt động cơ, ly hợp và hộp số… ví thế tại những vị trí này ta sẽ làm thêm các tấm gia cường có chiều dầy là 2,5 mm nhằm tăng cứng để đảm bảo độ bền cho Chassi. Với khung xe, thì em kiểm nghiệm trong trường hợp xe đi trong điều kiện thời tiết xấu, trong trường hợp này khung xe vẫn đảm bảo đủ độ bền.
Đồ án có tính thực tế cao, được áp dụng để kiểm nghiệm cho Chassi xe tải, xe khách, khung xương xe khách, … cho kết quả tương đối chính xác, từ đó có thể đưa ra những phân tích nhận định phù hợp để đưa ra các giải pháp nhằm cải tiến xe cho phù hợp với điều kiện ở Việt Nam.
Việc sử dụng phần mềm vào mô phỏng tính toán, giúp cho người thiết kế có thể giảm bớt được thời gian thiết kế. Với việc sử dụng phần mềm vào mô phỏng tính toán và kiểm bền cho khung xe, qua đó mở ra những hướng phát triển mới cho đồ án là: có thể ứng dụng phần mềm vào mô phỏng trường hợp mà khi xe phải chịu tải động, trong các trường hợp va chạm với vận tốc lớn…
Tuy nhiên do thời gian tìm hiểu và khả năng có hạn, đồ án của em mới dừng lại ở mức độ nào đó và không tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự chỉ bảo giúp đỡ tận tình của các thầy và các bạn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy : TS………………. và các thầy trong bộ môn ô tô và xe chuyên dùng- trường đại học Bách Khoa Hà Nội, đã nhiệt tình chỉ bảo giúp đỡ em trong thời gian.
Hà nội, ngày …. tháng… năm 20…
Sinh viên thực hiện
………………….
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Cơ sở thiết kế Ô tô.
Tác giả: Nguyễn Khắc Trai.
NXB Giao thông vận tải – 2006.
2. Sức bền vật liệu.
Tác giả: Đặng Việt Cương, Nguyễn Nhật Thăng, Nhữ Phương Mai.
NXB Khoa học và Kỹ thuật – 2003.
3. Thiết kế sản phẩm với Catia P3V5.
Tác giả: Nguyễn Trọng Hữu.
NXB Giao thông vận tải – 2008.
4. Sổ tay vật liệu kim loại.
Tác giả: Bùi Công Lương.
NXB Khoa học và Kỹ thuật – 2001.
5. Lý thuyết ô tô máy kéo
Tác giả: Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng.
NXB Khoa học và kỹ thuật – 2007
6. Help Catia V5R17.
Hãng Dassault Systems.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"