MỤC LỤC

MỤC LỤC...........................................................................................................................................i

LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................................................................1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHUNG XE.....................................................................................5

1.1 Lịch sử phát triển của khung xe...................................................................................................5

1.2 Đặc điểm và phân loại khung xe..................................................................................................8

1.2.1 Đặc điểm của khung xe.............................................................................................................8

1.2.2 Phân loại..................................................................................................................................10

1.3. Kết cấu của khung xe.................................................................................................................12

1.3.1 Khung xe chịu tải......................................................................................................................12

1.3.2 Khung vỏ cùng chịu tải.............................................................................................................13

1.3.3 Vỏ xe chịu tải............................................................................................................................13

1.3.4 Khung gầm kết cấu không gian có dạng ống...........................................................................14

1.4 Giới thiệu chassis Huyndai HD72................................................................................................14

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN.....................................................................16

2.1 Các thông số ban đầu..................................................................................................................16

2.3.Các lực tác dụng lên chassis.......................................................................................................17

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC TRƯỜNG HỢP CHỊU TẢI..............................................................21

3.1 Tải uốn.........................................................................................................................................21

3.1.1 Trường hợp tải tĩnh...................................................................................................................21

3.1.2 Trường hợp tải động.................................................................................................................21

3.3 Tải xoắn uốn kết hợp...................................................................................................................23

3.4 Tải quay vòng..............................................................................................................................24

3.5 Tải dọc.........................................................................................................................................26

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG PHẦN MỀN ANSYS TRONG KIỂM TRA BỀN CHASSIS Ô TÔ...........28

4.1 Tổng quan...................................................................................................................................28

4.1.1 Giới thiệu chung.......................................................................................................................28

4.1.2 Giới thiệu phền mềm................................................................................................................28

4.1.3 Cách sử dụng...........................................................................................................................28

4.2 Tiến hành kiểm bền chassis................................................................................;.......................31

4.2.1 Nhập các thông số đầu vào.........................................................................................;...........31

4.2.2 Trường hợp chassis chịu tải tĩnh.............................................................................................32

4.2.3 Trường hợp chassis tải trọng động.........................................................................................33

4.2.4 Trường hợp chassis chịu xoắn và uốn kết hợp.......................................................................35

4.2.5 Trường hợp chassis chịu tải trọng quay vòng.........................................................................36

4.2.6 Trường hợp chassis chịu tải dọc.............................................................................................38

KẾT LUẬN........................................................................................................................................40

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................................41

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, cùng với sự phát triển của nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển, việc đi lại giữa các vùng, miền là không thể thiếu được. Với yêu cầu cần thiết như thế đã có rất nhiều loại xe tải lưu thông trên đường, để đáp ứng nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hóa của người dân. Do nền kinh kế nước ta đang còn nhỏ và hạn chế, nên việc nhập khẩu nguyên chiếc không phải là phương pháp tối ưu. Đứng trước tình hình đó các nhà máy đóng và lắp ráp ô tô chở khách ra đời và đang từng bước phát triển và đóng mới các loại xe khách chở người, chở hàng, chở vật liệu đáp ứng nhu cầu số lượng và chất lượng phục vụ tất cả các ngành có nhu cầu hiện nay. Ở nước ta hiện nay đang trong đà hội nhập và phát triển, đi theo con đường công nghiệp hóa hiện đại hóa, với các ngành công nghiệp hiện đại của thế giới, và về lĩnh vực ngành công nghiệp ô tô cũng đang phát triển mạnh. Việc nhập các mẫu xe nguyên chiếc không phải là phương án tối ưu, nên trong nước đã các các công ty nhập chassis từ nước ngoài về để đóng mới và lắp ráp các bộ phận của xe phù hợp với giá cả và nhu cầu sử dụng trong nước. Đây là bước ngoặt của nền công nghiệp ô tô tại việt nam, giúp hạn chế thuế nhập khẩu nguyên chiếc và cũng là cơ hội cho ngành ô tô Việt Nam phát triển.

                                                                                                                                                          Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                                                         Sinh viên thực hiện

                                                                                                                                                          ………………

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ KHUNG XE

1.1 Lịch sử phát triển của khung xe

Trong 120 năm lịch sử của ngành công nghiệp xe hơi, nhiều giải pháp công nghệ đã xuất hiện, một vài trong số chúng đã biến mất chỉ sau vài năm, một số khác thì được các nhà sản xuất xe hơi chấp nhận và sử dụng cho đến tận ngày hôm nay.

Từ khi khởi đầu cho đến những năm 1920 Sự ra đời của xe hơi chính là thành quả trực tiếp từ sự phát triển của động cơ đốt trong. Sau đó những kỹ sư ôtô đã phải đối mặt với các vấn đề mang tính thực tiễn mới như hệ thống lái và phanh cho những chiếc xe này. Trong giai đoạn đó, kết cấu của hệ thống khung hỗ trợ thân xe và những phần tử cơ khí chỉ được xem là thứ yếu: 

Kết cấu của xe hơi được làm từ khung gỗ với các tấm thân bằng gỗ lắp ghép phía trên khung này. Công suất và tốc độ tối đa bị hạn chế cho phép sử dụng kết cấu này một cách dễ dàng trong việc chống chịu lại các ứng suất tĩnh và động khi xe vận hành.

Năm 1960, các dạng khung gầm xe dạng xương sống được sản xuất như Lotus Elan, các loại vỏ nhựa bọc ra cố cho khung vỏ xuất hiện như Autobianchi Stellina 1963 của Fiberglass. Từ sự chắc chắn và bền bỉ của thiết kế body-on-frame đã cho phép các loại xe lúc đó được sản xuất phổ biến với dạng khung này cho đến hiện nay.

1.2 Đặc điểm và phân loại khung xe

1.2.1 Đặc điểm của khung xe

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 kiển, hệ thống lái và các thiết bị chuyên dùng, cabin, tải trọng.

Phải đảm bải kích thước khung xe đủ không gian bố trí ghế ngồi, chỗ để hàng hóa, tận dụng hết khả năng tải của xe.

Có độ bền đủ lâu tương ứng với tuổi thọ của cả xe ô tô.

Có hình dạng thích hợp để tháo lắp dễ dàng các cụm chi tiết.

Kết cấu khung xe liên quan đến an toàn giao thông phải đảm bảo về độ an toàn tích cực và an toàn thụ động.

+ An toàn tích cực liên quan đến kết cấu khung vỏ là các biện pháp làm giảm nguy cơ xảy ra tai nạn khi xe vận hành.

+ An toàn thu động liên quan đến kết cấu khung vỏ là các biện pháp giảm thiểu thiệt hại khi tai nạn xảy ra trong vận hành xe.

Khung phải đảm bảo cững để các cụm gắn trên khung hoàn toàn cố định hoặc chỉ có thể thay đổi vị trí tương đối với nhau một cách ít nhất có thế.

Dầm ngang phải đảm bảo giữ không cho hai dầm dọc di chuyển tương đối với nhau hoặc xô lệch trong quá trình xe ô tô di chuyển và gặp phải các chướng ngại hoặc khi bị va đập.

1.2.2 Phân loại

Dựa theo kết cấu của khung xe ta có thể chia khung gầm ra làm 3 loại như sau:

+ Loại khung có xà dọc ở 2 bên.  (Hình 1.6 a,c)

+ Loại khung có xà dọc ở giữa.    (Hình 1.6 b)

+ Khung hình chữ X.                   (Hình 1.6 d)

Dựa theo dạng xà dọc và sự bố trí xà dọc trong mặt phẳng ta có thể chia khung ra làm ba loại chính như sau:

+ Loại có tiết diện hình vuông và bố trí song song.

+ Loại có tiết diện hình thang và xà thẳng.

+ Loại có phần đầu khung thu hẹp.

1.3 Kết cấu của khung xe

1.3.1 Khung xe chịu tải

Trong trường hợp khung xe chịu tải này, vỏ xe không chịu tác dụng của các lực và mômen tác dụng từ đường, thậm chí kể cả nội lực và mô men từ hệ thống truyền lực, hệ thống treo, khung bệ mang theo các bộ phận điều kiển và truyền động vào vỏ xe.

Loại này vỏ xe và khung xe được nối đàn hồi với nhau gây ra sự dịch chuyển giữa vỏ xe và khung bệ từ đó gây ra tải trọng.

1.3.3 Vỏ xe chịu tải

Vỏ xe chịu tải không có khung bệ đỡ riêng, hệ thống truyền lực cùng các bộ phận còn lại của chúng (hệ thống lái, cầu xe) được gắn với vỏ xe trực tiếp hoặc qua mối liên kết trung gian.

Điểm cơ bản của vỏ xe chịu tải là sử dụng kết cấu như một bộ phận chịu tải không chỉ riêng với bộ phận truyền lực mà còn cả những tải trọng xuất hiện trong quá trình chuyển động.

1.4 Giới thiệu chassis Huyndai HD72

Thông số thép chassis như bảng 1.1.

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

2.1 Các thông số ban đầu

Thông qua quá trình tìm hiểu, nhóm em đã tìm hiểu được thông số kỹ thuật xe Huyndai HD 72 như bảng dưới.

2.3. Các lực tác dụng lên chassis:

2.3.1 Tải trọng bản thân xe khi không tải:

Tải trọng bản thân xe khi không tải: W₀ = 2900 (kg).

Trọng lượng của xe khi không tải: W_g = 2900.9,81 = 28449 (N)

a = 9,81.0,7/1 = 6,86 (m/s²).

p_a = 2900.6,86 = 19894 ( N ).

Trọng tâm của xe khi không tải 0,43.H trong đó H là chiều cao lớn nhất của xe khi không tải 2355 (mm).

h = 0,43.2355 = 1012.65 (mm).

Gọi a₁ là khoảng cách từ trọng tâm tới cầu trước , a₂ là khoảng cách từ trọng tâm tới cầu sau.

Tính mômen tại cầu trước, chiều dương ngược chiều kim đồng hồ:  a₁ = 1536,2 (mm)   ;   a₂ = 1213,8 (mm) 

Do trọng tâm xe khi không tải nằm chính giữa hai cầu xe nên ta có :

Trọng tâm W_XE (2,288;1,005;1,012)

2.3.2. Tải trọng xe khi đầy tải:

Tải trọng xe khi đầy tải: W₀ = 6595 (kg).

Trọng lượng của xe khi đầy tải: W_g = 6595.9,81 = 64696,95 ( N ).

P_a = 6595.6,86 = 45241,7 ( N )

Xét khối tải 3500 (kg) có biên dạng hình chữ nhật có kích thước (3,41x1,92x0,8) và phân bố đều trên toàn bộ thùng xe.

Ta có trọng tâm của tải có tọa độ: W_XE (3,44; 1,005; 1,412)

Áp dụng công thức xác định trọng tâm:

x_trong = 2,918   ;   y_trong = 1,005     ;    z_trong = 1,23

2.3.3. Các lực tác dụng lên chassis

+ Tải trọng người tối đa theo catalog ta có 3 người = 195 kg

+ Tải trọng động cơ và ly hợp : Tra theo thông số động cơ D4AL và ly hợp trên web của Hyundai ta có được lần lượt là 313 kg và 14 kg

+ Tải trọng hộp số M3S5 là 106 kg

+ Tải trọng bình nhiên liệu dung tích 100 (l)

+ khối lượng cabin = khối lượng xe – khối lượng bình nhiên liệu – khối lượng động cơ, ly hợp – khối lượng hộp số  – khối lượng chassis

=> m_cb = m_xe – m_chassis – m_bnl – m_đc – m_hs – m_lh

=> m_cb = 2900 – 237 – 84 – 313 – 106 – 14  = 2146 ( kg )

=> m_cbn = 2138 + 195 = 2341 (kg)

CHƯƠNG 3

PHÂN TÍCH CÁC TRƯỜNG HỢP CHỊU TẢI

3.1 Tải uốn

 3.1.1 Trường hợp tải tĩnh

- Do tải theo chiều dọc của mặt phẳng X-Z

- Do trọng lượng của các thành phần dọc theo khung xe

- Cấu trúc xe ở điều kiện tĩnh có thể coi là dạng dầm 2D, xe sẽ được coi như là đối xứng trong mặt phẳng X-Y

Tải trọng tác dụng lên chassis như bảng 3.1.

3.1.2 Trường hợp tải động

- Lực quán tính sinh ra của kết cấu đóng góp thêm vào 1 phần của tổng tải.

- Luôn luôn cao hơn tải tĩnh.

- Trên đường: 2,5 đến 3 lần so với tải tĩnh.

- Các đoạn đường xấu sẽ gấp 4 lần so với tải tĩnh.

Do ta tính toán cho các trường hợp xe trên đường là chính, vậy ta có phản lực tải động sẽ gấp 3 lần tải tĩnh

=> R_R = 12556,8.3 = 37670,4  (N)

=> R_F = 15892,2.3 = 47676,6 (N)

3.2 Tải xoắn

- Khi xe đi trên đường không bằng phẳng.

- Trục trước và sau của xe chịu mô men.

- Xoắn thuần túy:

+ Lực xoắn được áp dụng cho một cầu và phản lại bởi các cầu khác

+ Cầu trước: chống lại lực xoắn ngược chiều kim đồng hồ

+ Cầu sau: cân bằng với lực xoắn ngược chiều kim đồng hồ

+ Kết quả là một mô men xoắn với trục x

- Trong thực thế, mô men xoắn luôn đi kèm với mô men uốn do trọng lực gây ra.

- Mô men xoắn cực đại dựa trên tải trọng tại trục tải nhẹ hơn.

- R’_R : Phản lực phía sau được sửa đổi sẽ cân bằng với mô men của trục trước.

- R’_R : Có thể được xác định bằng công thức:

=> Thay số được: R_’R = 52619,65 (N)

3.4 Tải quay vòng

- Xuất hiện khi vào cua.

- Được tạo ra ở vị trí lốp xe tiếp xúc với mặt đất.

- Những tải trọng này được cân bằng bởi lực ly tâm.

- Khi phản lực trong xe về 0 thì xe bị lật.

- Xe chịu uốn trong mặt phẳng xy.

- Va chạm các gờ đá sẽ gây ra tải trọng cao và kết quả xe quay vòng.

- Chiều rộng của xe và cốt thép cung cấp đủ độ cứng uốn để chịu được lực bên.

- Tải trọng bên đột ngột được giả định là gấp đôi tải trọng thẳng đứnug trên bánh xe.

Ta có khoảng các giữa 2 cầu xe: L = 2750(mm)

Ta lấy các kích thước của các bộ phận trên xe có hình hộp

+ Y_F  = 17762,42 (N)

+ Y_R = 14036,59 (N)

3.5 Tải dọc

- Xuất hiện khi xe tăng tốc hoặc giảm tốc, lúc này lực quán tính được tạo ra.

- Tăng tốc - trọng lượng sẽ chuyển từ trước ra sau.

R_F=13247,42  (N)

=> F_ms1 = R_F. µ = 264,95 (N)

Với µ = 0,02 => k = 0,007

=>  F_ms2 = (1-k).M = 37504,12 (N)

- Giới hạn kéo và lực phanh được quyết định bởi hệ số của b/w giữa lốp xe và mặt đường.

- Lực kéo và lực phanh thêm uốn cong thông qua hệ thống treo.

- Lực quán tính sẽ được bổ sung thêm lực uốn.

Sau quá trình tính toán các lực trên lý thuyết và 2D, ta sẽ tiến hành kiểm nghiệm tính toán trên Ansys 3D trên máy tính.

- Lực dọc tác dụng vào trọng tâm xe khi phanh: F = 6595.0,7.9,81= 45287,86 (N)

=> Mô men: M = F.a = 45287,86 . 660 = 14944995,45 (Nmm)

CHƯƠNG 4

ỨNG DỤNG PHẦN MỀN ANSYS TRONG KIỂM TRA BỀN CHASSIS Ô TÔ

4.1 Tổng quan

4.1.1 Giới thiệu chung

Khung chassis ô tô là một khối liên kết cứng dạng khối hộp được liên kết bởi các thanh thép hộp và thép hình là: các mối hàn và bắt vít là: bu lông. Trong quá trình di chuyển trên đường thường xuyên xảy ra các hiện tượng như phanh gấp, lực quán tính lớn nhất có thể gây ra phá hủy các mối hàn liên kết bị đứt gãy, và làm cho khung xe bị uốn hay cong vênh.

4.1.2 Giới thiệu phền mềm

Hiện nay người ta thường dùng phương pháp phần tử hữu hạn để lập trình tính toán các cấu trúc trong nhiều lĩnh vực khác nhau như cơ khí, xây dựng, nhiệt, hành không… Trong lĩnh vực cơ học vật rắn biến dạng dưới tác động tải trọng ngoài dạng cơ, nhiệt hiện nay thường dùng phần mên ANSYS của Mĩ. Nhờ vào công cụ này mà tiết kiệm được thời gian, công sức tính toán, nâng cao chất lượng trong thiết kế.

4.1.3 Cách sử dụng

Sơ đồ các bước thực hiện như hình dưới.

Gán dữ liệu ban đầu: vật liệu, đơn vị, …

Trong thư vện ANSYS Workbench có hỗ trợ các loại vật liệu khá đa dạng và phổ biến như các loại: thép, sắt, đồng, nhôm, nhựa tổng hợp, bê tông, … và các chỉ dẫn về thông số các thành phần rất cụ thể. Ngoài ra chúng ta có thể tự định nghĩa vật liệu cho mô hình mà thư viện không có hoặc không đám ứng theo tiêu chuẩn.

Xây dựng mô hình 3D

Gán dữ liệu ban đầu: vật liệu, đơn vị,…

Đặt các tải trọng và các ràng buộc cho mô hình

Tiến hành chia lưới cho mô hình

- Chạy mô hình và xem kết quả ứng suất, chuyển vị, biến dạng,…

Xây dựng mô hình 3D

Để tạo mô hình hình học chi tiết chúng ta có thể sử dụng phần mềm mô phỏng 3D Solidwork để mô phỏng chính xác hình dạng thực của chi tiết

- Chạy mô hình và xem kết quả của ứng suất, chuyển vị và độ biến dạng. Sau khi đã đặt các tải trọng và ràng buộc và chọn vật liệu rồi chia lưới ta tiến hành chạy mô hình sẽ cho chúng ta kết quả về ứng suất, biến dạng và chuyển vị, các tác động nhiệt.

4.2 Tiến hành kiểm bền chassis

4.2.1 Nhập các thông số đầu vào

- Nhập các thông số vật liệu cho mô hình:

Ở đây trích thông số từ bảng 1.1 có được các thông số chassis như bảng dưới.

Tiến hành nhập thông số vào Ansys Ở mục Engineering Data

- Với giới hạn chảy trong khoảng, ta sẽ lấy ở giữa là 3,15.10⁸ Mpa.

- Tiến hành đặt các lực và các ngàm

- Tiến hành kiểm tra:

+ Chuột phải vào cột Solution -> Chọn Insert -> Chọn Deformation -> Chọn Total.

+ Chuột phải vào cột Solution -> Chọn Insert -> Chọn Stress -> Chọn Equivalent ( von-Mises ).

+ Chuột phải vào cột Solution -> Chọn General.

Ta có ứng suất nhỏ nhất là 0,03 Mpa và ứng suất lớn nhất gây ra trên chassis khi tải tĩnh là 134,59 Mpa < 630 Mpa (ứng suất kéo), đảm bảo bền.

4.2.3 Trường hợp chassis tải trọng động

- Tiến hành đặt lực tương tự như tải trọng tĩnh với giá trị gấp 2,5 lần ta sẽ có như hình 4.5.

- Kiểm tra bền  như hình 4.6.

  Ta có chuyển vị lớn nhất do tải trọng động gây trên chassis ra là 1,04 mm.

4.2.4 Trường hợp chassis chịu xoắn và uốn kết hợp

Tải xoắn uốn kết hợp là trường hợp xe gặp nhiều nhất trong thực tế, lúc này theo mô tả trên đường thì 1 bánh của xe sẽ đi vào ổ gà, vết lõm hay các hố trên đường nên trường hợp này, ta sẽ bỏ đi 1 vị trí ngàm tại cầu trước, và tải trọng của xe sẽ được 3 vị trí ngàm còn lại chịu đựng chính.

Tiến hành đặt lực trên Ansys như hình 4.8.

Chuyển vị lớn nhất trên chassis khi xe chịu cả 2 tải xoắn uốn là 3,55 mm.

Ứng suất lớn nhất trên chassis khi xe chịu lực xoắn uốn là 430,63 Mpa < 630 Mpa, xe đảm bảo bền.

4.2.6 Trường hợp chassis chịu tải dọc

Khi phanh phần chịu tải nặng nhất tương tự như khi quay vòng sẽ là trọng tâm, ta sẽ dời lực từ trọng tâm xuống vị chí giữa của 2 mặt bên thanh chassis ta sẽ được 2 mô men bằng nhau.

Khi chuyển lực này thành 2 mô men tại tâm thanh chính của chassis, ta sẽ chia đôi mô men và đặt tại vị trí giữa ở 2 mặt bên của thanh.

Cùng với đó là 2 lực mà sát từ mặt đường tác dụng ta cũng dời lực đó lên chassis tại vị trí của các lốp

Tiến hành đặt lực trên Ansys như hình 4.14.

Ta thấy chuyển vị lớn nhất trên chassis khi có tải dọc tác dụng lên xe là 0,72 mm như hình 4.1.6.

KẾT LUẬN

Qua các kết quả giải được như trên, cho ta thấy được các kết quả tính toán như bảng dưới.

Như vậy ở các trường hợp xe không tải, xe chuyển động đầy tải, xe chịu tác dụng xoắn uốn, tải dọc, tải quay vòng thì xe đã thỏa mãn điều kiện cho phép. Trong đó xe chuyển động chịu tải quay vòng là trường hợp nguy hiểm nhất nhưng xe vẫn chịu được khi đã xét.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Kết cấu và tính toán ô tô

Tác giả: Trịnh Chí Thiện, Nguyễn Văn Bang_Nhà xuất bản GTVT - 1984

2. Tính toán thiết kế ô tô

Tác giả: Đặng Qúy -Trường Đại học sư phạm TPHCM - 2001

3. Thiết kế tính toán ô tô - Máy kéo

Tác giả: Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên - Nhà xuất bản ĐH và THCN - 1984

4. Tài liệu kỹ thuật xe HYUNDAI HD72

5. Phần mền ANSYS

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ TÀI LIỆU"