Nghiên cứu đánh giá độ bền và bền mỏi của khung vỏ ô tô

Tài liệu ham khảo Nghiên cứu đánh giá độ bền và bền mỏi của khung vỏ ô tô

THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ

PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ

A THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

3 Thời gian thực hiện:…… tháng.

(Từ tháng /200…đến tháng /200…)

4 Cấp quản lý: Nhà nước Bộ Tỉnh Cơ sở 5 Kinh phí……… triệu đồng, trong đó: Nguồn Tổng số -Từ ngân sách sự nghiệp khoa học -Từ nguồn tự có của tổ chức -Từ nguồn khác 6 Thuộc chương trình(ghi rõ họ tên chương trình nếu có),Mã số: Thuộc dự án KH&CN; Đề tài độc lập; 7 Lĩnh vực khoa học Tự nhiên Nông lâm, ngư nghiệp Kỹ thuật và công nghệ Y dược 8 Chủ nhiệm đề tài: Họ và tên:………

Ngày, tháng, năm sinh:……….Nam / Nữ………

Học hàm, học vị:………

Chức danh khoa học: ……… Chức vụ:………

Điện thoại : Tổ chức:……….Nhà riêng:………Mobile:………

Fax:………Email:………

Tên tổ chức công tác:………

Địa chỉ tổ chức:………

………

Địa chỉ nhà riêng:………

………

9 Thư ký đề tài: Họ và tên:………

Ngày, tháng, năm sinh:……… Nam / Nữ………

Học hàm, học vị:………

Chức danh khoa học:……….Chức vụ:………

Điện thoại: Tổ chức:………Nhà riêng:……….Mobile:………

Fax:……….Email:………

Tên tổ chức công tác:

………

Địa chỉ nhà riêng:………

………

10 Tổ chức chủ trì đề tài: Tên tổ chức chủ trì đề tài:………

Điện thoại:……… Fax:………

Email:………

Website:………

Địa chỉ:………

Họ tên thủ trưởng tổ chức:………

Số tài khoản:………

Ngân hàng:………

Tên cơ quan chủ quản đề tài:………

………

11 Các tổ chức phối hợp chính thực hiện đề tài(nếu có) 1 Tổ chức 1:………

Tên cơ quan chủ quản:………

Điện thoại:……….Fax:………

Địa chỉ:………

………

Họ tên thủ trưởng tổ chức:………

Số tài khoản:………

Ngân hàng:………

2 Tổ chức 1:………

Tên cơ quan chủ quản:………

Điện thoại:……….Fax:………

Địa chỉ:………

………

Họ tên thủ trưởng tổ chức:………

Số tài khoản:……….

Ngân hàng:………

12 Những cán bộ thực hiện đề tài: Stt Họ và tên, họchàm, học vị Tên tổ chứccông tác Nội dung tham gia công việc Thời gian làm việc cho đề tài(số tháng quy đổi) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B MỤC TIÊU, NỘI DUNG KH&CN VÀ PHƯƠNG ÁN TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 13 Mục tiêu của đề tài: ………

………

………

………

14 Tình trạng đề tài

Mới Kế tiếp hướng nghiên cứu của chính nhóm tác giả

Kế tiếp hướng nghiên cứu của người khác

15 Tổng quan tình hình nghiên cứu, luân giải về mục tiêu và những nội dung

nghiên cứu của Đề tài

15.1 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của Đề tài

Ngoài nước:

Trong nước:

15.2 Luận giải về việc đặt ra mục tiêu và những nội dung cần nghiên cứu của đề

tài:

16 Liệt kê danh mục các công trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan đến đề tài

đã trích dẫn khi đánh giá tổng quan:

………

………

………

………

………

………

17 Nội dung nghiên cứu khoa học và triển khai thực nghiệm của đề tài và phương án thực hiện Nội dung 1:………

………

………

Nội dung 2:………

………

………

Nội dung 3:………

………

………

Nội dung 4:………

………

19 Phương án phối hợp với các tổ chức nghiên cứu và cơ sở sản xuất trong nước

20 Phương án hợp tác quốc tế (nếu có)

Thờigian(bắtđầu, kếtthúc)

Cá nhân tổchức thực hiện

Dựkiếnkinhphí

22 Sản phẩm khoa học công nghệ chính của đề tài và yêu cầu chất lượng cần đạt

23 Khả năng ứng dụng và phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu.

23.1 Khả năng về thi trường:………

………

………

………

………

………

………

23.2 Khả năng về ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào sản xuất kinh doanh: ………

………

………

23.3 Khả năng liên doanh liên kết với các doanh nghiệp trong quá trình nghiên cứu ………

………

………

23.4 Mô tả phương thức chuyển giao: ………

………

………

………

………

24 Phạm vi và địa chỉ (dự kiến )ứng dung các kết quả của đề tài 25 Tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu 25.1 Đối với lĩnh vực khoa học công nghệ có liên quan: ………

………

………

………

25.2 Đối với tổ chức chủ trì và các cơ sở ứng dụng kết quả nghiên cứu: ………

………

………

25.3 Đối với kinh tế - xã hội và môi trường:

………

………

………

…

C NHU CẦU KINH PHÍ VÀ CÁC KHOẢN CHI

26 Kinh phí thực hiện đề tài kèm theo các khoản chi

Trả công lao động(khoa học và phổ thông)

Nguyên vật liệu, năng lượng

Thiết bị máy móc

Xây dựng và sửa chữa nhỏ

Chi khác

1

2

3

Tổng kinh phí

Trong đó:

-Năm thứ nhất:

-Năm thứ hai:

-Năm thứ ba:

Nguồn tự có

của cơ quan

Nguồn khác

(vốn huy động,

…)

ĐỀ CƯƠNG ĐỀ TÀI

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài.

-Tính toán vỏ xe là một trong những vấn đề rất quan trọng trong ngành sảnxuất và lắp ráp ô tô nói chung và ngành công nghiệp ô tô nói riêng Từ năm 1990trở lại đây, sản lợng xe lắp ráp tại Việt Nam của các liên doanh ô tô có vốn đầu t n-

ớc ngoài đã tăng cao Nhng cho đến nay vỏ xe vẫn là một trong các tổng thành đợcnhập khẩu dạng CKD để lắp ráp

-Khung vỏ ôtô là một tổng thành kết cấu lớn và phức tạp, yêu cầu cao về độbền, độ cứng vững, đặc biệt là độ bền mỏi, ngoài ra còn phải đáp ứng rất nhiều yêucầu về bố trí chung, tạo dáng khí động học và thẩm mỹ, giảm ồn rung…

-Nền công nghiệp ô tô Việt Nam cho đến nay cha hoàn chỉnh, việc thiết kếchế tạo ô tô chủ yếu là cải tiến các xe nhập ngoại nhằm đáp ứng các nhu cầu vậnchuyển trong nớc Để đáp ứng nhu cầu về ôtô hiện tại và tơng lai, hàng chục nhàmáy cơ khí ô tô đã tập trung chủ yếu vào thiết lập các dây chuyền cơ bản nh: dập,hàn, sơn, lắp ráp khung vỏ Gần đây một số nhà máy ô tô trong nớc đã cố gắng bắt

đầu tự thiết kế chế tạo khung vỏ xe nh các Nhà máy: ô tô 1/5, Ô tô 3/2, Công ty Cơ

điện công trình, Cơ khí Đà nẵng

-Với tính cấp thiết nêu trên , Đề tài '' Nghiên cứu đánh giá độ bền và bền mỏicủa khung vỏ ôtô '' đã đợc chọn làm đề tài nghiên cứu Đây là một đề tài có tínhthời sự cao, rất có ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất của ngành công nghiệp ôtô và làmột vấn đề rất mới mẻ ở Việt Nam

2 Tình hình nghiên cứu của đề tài.

-Trên thế giới việc nghiên cứu tính toán lý thuyết cũng nh tiến hành các thửnghiệm để thiết kế và hoàn thiện kết cấu vỏ xe đã đợc nhiều tác giả quan tâm Cácthử nghiệm đối với khung vỏ xe thờng đòi hỏi chi phí rất lớn chỉ có thể tiến hànhtại các nhà máy, các cơ sở nghiên cứu của các hãng sản xuất ô tô lớn trên thế giới

Do vậy, gần đây các tác giả thờng tập trung vào việc tìm kiếm các phơng pháp,công cụ thiết lập và mô hình hoá kết cấu vỏ xe để nghiên cứu đánh giá độ bền, độbền mỏi, độ cứng của nó

-Gần đây, vấn đề trên đã đợc một số các nhà khoa học của các cơ quan nh

Đại học Bách khoa Hà Nội , Học viện Kỹ thuật quân sự, Đại học Giao thông vận tải

và một số Viện KHKT… quan tâm, nghiên cứu

-Với những hạn chế về chủ quan cũng nh khách quan, đề tài chỉ tập chungchủ yếu nghiên cứu về những cơ sở lý thuyết cho việc đánh giá độ bền mỏi, đồngthời thực hiện tính toán, kiểm nghiệm cho một loại xe đang sử dụng tại Việt Nam

3 Đối tợng nghiên cứu và khách thể nghiên cứu.

-Đối tợng nghiên cứu của đề tài : Đề tài tập trung nghiên cứu về độ bền và độbền mỏi của khung xe ô tô trong điều kiện đờng của Việt Nam

-Khách thể nghiên cứu : Đối tợng nghiên cứu của đề tài đợc đặt trong mốiquan hệ với các bộ phận khác của xe và trong mối quan hệ với điều kiện đờng xácủa Việt Nam

4 Mục tiêu và mục đích nghiênc cứu của đề tài.

-Mục tiêu : Xây dựng đợc cơ sở tính toán và mô hình hóa đợc phơng pháptính toán để đánh giá đợc độ bền và độ bền mỏi của các loại khung ô tô hiên có tạiViệt Nam

-Mục đích nghiên cứu : Giải quyết các bài toán về độ bền, độ bền mỏi củakết cấu chung, kêt hợp phân tích kết cấu, tính toán đánh giá độ bền, độ bền mỏi củakết cấu khung vỏ ô tô chế tạo tại Việt Nam

5 Giả thuyết nghiên cứu.

-Giả thuyết nghiên cứu của đề tài : “độ bền, độ bền mỏi của kết cấu khung

vỏ ô tô phụ thuộc vào vật liệu chế tạo khung và ”

-Phơng pháp giải quyết : Dựa trên tính toán để chứng minh giả thuyết trên là

đúng

6 Nhiệm vụ nghiên cứu.

-Làm rõ đợc các vấn đề tổng quan về khung vỏ ô tô

-Xây dựng đợc ký thuyết đánh giá độ bền mỏi của kết cấu

-Đa ra cácví dụ tính toán và khảo sát độ bền mỏi của khung xe

7 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

-Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu về những cơ sở lý thuyết cho việc tính toán

để đánh giá độ bền và độ bền mỏi đồng thời thực hiện tính toán, kiểm nghiệm chomột số loại khung trên một số loại xe hiện đang đợc sử dụng tại Việt Nam

8 Phơng pháp nghiên cứu.

-Sử dụng các công cụ toán học và các công cụ tính toán đặc thù để xây dựngcơ sở cho tính toán đánh giá độ bền và độ bền mỏi của khung xe ô tô áp dụngvào thực tế để tính toán chế tạo khung ô tô đảm bảo chất lợng hoạt động tốt trong

điều kiện đờng xá Việt Nam

9 Kết cấu của đề tài

Đề tài đợc kết cấu gồm:

Phần 1: mở đầu

Phần 2 : Nội dung Gồm:

Chơng 1 : Tổng quan về khung vỏ ô tô

Chơng 2 : Cơ sở lý thuyết về tính toán lý thuyết mỏi

Phần 3 : Kết luận và tài liệu tham khảo

Chơng 3 :Tính toán ký thuyết độ bền mỏi trên một số loại xe

NỘI DUNG Chơng 1:Tổng quan về khung vỏ ô tô.

Khung vỏ chịu tải dùng để đỡ và bắt chặt động cơ, các cụm của hệ thốngtruyền lực, đồng thời nó là nơi chịu toàn bộ tải trọng của xe, những tác động thay

đổi từ mặt đờng lên xe khi xe chuyển động, tác động của lực cản khí động, lựcquán tính, lực phanh và các lực do va chạm

Do mục đích sử dụng, chế độ khai thác và tải trọng của ôtô rất đa dạng vàphức tạp nên khung vỏ ôtô phải có kết cấu hợp lý, hình dạng thích hợp để có thể bốtrí lắp đặt các cụm, hệ thống, thiết bị khác trên xe, đồng thời phải đáp ứng các yêucầu cơ bản về độ cứng vững, độ bền và độ bền lâu cao (độ bền mỏi)

1 Phân loại và yêu cầu của khung xe ô tô.

* **Theo đặc điểm kết cấu phần chịu lực trên ôtô chia ra ba loại chính-Khung chịu lực : khi vỏ đặt trên khung qua các mối nối đàn hồi, trờng hợpnày khung cứng hơn vỏ nhiều nên chịu đợc tác động của ngoại lực và có thể bị biếndạng nhng không truyền đến vỏ Đây là loại đợc dùng phổ biến ở các xe vận tải

- Vỏ chịu lực: loại vỏ này đồng thời là khung (không có khung) nên nhậntoàn bộ ngoại lực tác động lên xe Đây là loại đợc dùng phổ biến cho các xe chởkhách

- Khung vỏ chịu lực hỗn hợp : khung nối cứng với vỏ bằng các mối hàn hoặcbulông hay đinh tán nên cả khung và vỏ cùng chịu tác động của ngoại lực

***Theo kết cấu của khung chia ra:

Hình 1.2: Các dạng khung chịu lực trên ôtô

- Khung có dầm dọc ở hai bên (Hình 1.2a)

- Khung có dầm dọc ở giữa (Hình 1.2b)

- Khung hỗn hợp hay loại khung hình chữ X (Hình 1.2c)

 Khung trên ô tô cần phảI đạt một số yêu cầu sau:

Độ cứng của kết cấu khung vỏ có liên quan đến biến dạng của khung vỏ khi

có tác dụng của lực tác dụng nh lực quán tính, lực va chạm điều này chỉ đúng khi kết cấu khung vỏ làm việc trong giai đoạn đàn hồi và biểu đồ quan hệ giữa lực và biến dạng đợc biểu diễn nh trên

Độ bền của khung vỏ ôtô bảo đảm không có phần nào của kết cấu mất khả

năng làm việc khi chịu tác động của các loại tải trọng trong giới hạn cho phép D ớitác dụng của các tải trọng ngoài, trên khung vỏ xe xuất hiện các biến dạng và ứngsuất, độ bền có thể đợc hiểu một cách khác, là lực tác dụng lớn nhất mà kết cấukhung vỏ có thể chịu đợc mà ứng suất phát sinh không lớn hơn giá trị ứng suất chophép của vật liệu

Độ bền mỏi cũng là một trong các tiêu chí quan trọng đối với khung vỏ ôtô,

do trong thực tế việc mất khả năng làm việc của kết cấu khung vỏ không chỉ do quátải đột ngột vợt quá giới hạn cho phép mà còn do hiện tợng mỏi của vật liệu khichịu các tải trọng gây ra sự thay đổi có chu kỳ của ứng suất phát sinh trên kết cấu

Đặc tính dao động của xe liên quan đến độ cứng và sự phân bố khối lợng

của khung vỏ xe Độ cứng uốn và xoắn có ảnh hởng đến dao động của kết cấu khung vỏ, thờng đợc sử dụng nh các tiêu chuẩn đánh giá khả năng làm việc của kết cấu khung vỏ ôtô

Đặc tính ồn rung liên quan đến các chỉ tiêu về ồn rung trên ôtô do sự dao

động khung vỏ ôtô khi chuyển động trên đờng cũng là một trong các nguồn gây ồn

rung Mức độ ồn rung do khung vỏ ôtô phụ thuộc vào kết cấu, vật liệu và côngnghệ chế tạo khung vỏ ôtô.

Đặc tính biến dạng liên quan đến việc nâng cao tính an toàn cho hành khách.

Đặc tính này đảm bảo cho khoang hành khách ít chịu tác động của các lực va chạmthông thờng Điều này có nghĩa là kết cấu của khung vỏ ôtô cần phải có đặc tínhbiến dạng phù hợp cho các phần khác nhau của ôtô

2 Đặc điểm kết cấu khung ô tô.

-Khung ôtô thờng có kết cấu là các dầm dọc và dầm ngang liên kết cứng vớinhau Các dầm này thờng chế tạo bằng các vật liệu có tính chất đàn hồi cao nh:thép ít cácbon, thép hợp kim…Các dầm dọc và dầm ngang có tiết diện khác nhautuỳ theo kết cấu và tải trọng tác dụng lên khung

-Các dầm ngang làm nhiệm vụ tăng cứng cho dầm dọc tại các vị trí chịu lực,

đồng thời nó đợc sử dụng để đỡ các cụm động cơ, ly hợp, hộp số …nên nó thờnglàm theo dạng thích hợp để thuận lợi cho việc bố trí và lắp đặt các cụm đó Cácdầm ngang thờng đợc cấu thành từ các dầm có tiết diện dạng chữ K và chữ X đảmbảo độ cứng vững khung lớn nhất theo chiều dọc và đờng chéo

Hình 1.4: Kết cấu khung chịu lực trên ôtô

-Loại khung có dầm dọc ở giữa có độ cứng góc lớn nhất Nhng khung xe có

độ cứng góc lớn quá cũng làm ảnh hởng đến sự tiếp xúc của bánh xe với đờng Đểkhắc phục nhợc điểm này ngời ta làm hệ thống treo độc lập cho tất cả các bánh xe.Trong kết cấu một số ô tô riêng ngời ta làm các hệ thống treo có tính chất thăngbằng để giữ khung xe ít bị nghiêng khi ô tô chuyển động trên đờng mấp mô lớn

-Kích thớc khung ô tô đợc xác định bởi kích thớc của ô tô Muốn tăng độcứng của khung xe có dầm dọc khi độ dài đã xác định cần làm chiều rộng củakhung xe lớn lên nhng kích thớc chiều rộng của ô tô bị hạn chế bởi bố trí chung của

ô tô

3 Vật liệu chế tạo khung ô tô.

-Vật liệu làm khung phải đảm bảo các yêu cầu: Giới hạn chảy dẻo cao, ítnhạy cảm với hiện tợng tập trung ứng suất, có thể sử dụng để gia công bằng cácphơng pháp dập nguội, hàn Do vậy khi chế tạo khung xe thờng sử dụng thép hợpkim có hàm lợng cac-bon thấp và trung bình

-Vật liệu làm sàn xe phải đáp ứng các yêu cầu về độ cứng, độ bền ăn mòn,cách nhiệt, cách âm, giảm trọng lợng, độ kín Vật liệu làm sàn xe có thể là gỗthông dày 20 đến 25 mm, gỗ ép nhân tạo dày 10 đến 15 mm, lá thép dày 1,2 đến1,5 mm, lá nhôm dày 3 đến 4 mm, hoặc các tấm nhôm gợn sóng Trong đó gỗ épnhân tạo đáp ứng mọi yêu cầu, trừ trọng lợng Tuy nhiên do giá cao nên có thể làmbằng thép

-Do các yêu cầu cao khi dập, vật liệu chế tạo vỏ xe thờng là thép chuyên

dụng ví dụ nh 08ờù, 08 ễờù, 08ị của Liên xô (cũ) và thép kết cấu 08 Các chi tiết

chịu tác động ăn mòn cao nh sàn xe, nóc xe, hộp chắn bùn dùng thép mạ kẽm Cáctấm lớn nh nắp khoang máy, cửa xe, sàn xe dùng thép lá dày 0,6 -0,75 mm Các chitiết phần khung xơng có chiều dày 1,0-1,3 mm

-Hiện nay, để giảm trọng lợng vỏ xe, ngời ta dùng hợp kim nhôm, trọng lợngriêng của nó nhỏ hơn của thép tới 2,8 lần Nhôm dễ uốn, có thể dập khuôn, chịu ănmòn tốt đợc dùng nhiều ở Mỹ, Anh để làm khung, sàn đỡ, vỏ xe

-Châu Âu sử dụng phổ biến là loại khung xơng làm bằng thép mỏng, cònnhôm làm vỏ xe vì giá của nhôm cao hơn thép, mặt khác hàn nhôm khó khăn hơnhàn thép

-Có thể tăng khả năng chống ăn mòn của khung xơng bằng cách sử dụngthép mạ kẽm hay thép không gỉ, nhng giá thành cao Tuy nhiên dùng thép mạ kẽm

sẽ tạo đợc khung vỏ xe nhẹ hơn

4 Tải trọng tác dụng lên khung xe.

Các tải trọng tác dụng lên khung vỏ gồm nhiều loại có thể phân thành hailoại chính là tải trọng tĩnh và tải trọng động

4.1 Tải trọng tác dụng lên khung xe.

 Tải trọng tĩnh

Tải trọng tĩnh tác dụng lên khung xe bao gồm

- Trọng lợng phần đợc treo của xe bao gồm ngời lái, hành khách, hànghoá, bản thân vỏ xe và các cụm hệ thống khác trên xe

- Các thành phần lực quán tính, lực quán tính ly tâm của ôtô, rung động do

động cơ và các cụm của hệ thống truyền lực trên xe

- Các tải trọng do lực va chạm nh va chạm trực diện, va chạm bên, vachạm đằng sau, va chạm trên nóc giữa các xe, giữa xe ôtô với các vật cảnkhác

4.2 Các chế độ tính toán tải trọng.

Bài toán tính khung vỏ xe phụ thuộc nhiều vào đặc điểm kết cấu của khung

vỏ, chế độ tải trọng, vật liệu và phơng pháp chế tạo Khi tính toán độ bền, độ cứng của khung vỏ ôtô thờng có hai chế độ tải trọng là tải trọng tĩnh và tải trọng

động

a Tính khung vỏ xe theo tải trọng tĩnh

Tải trọng tĩnh tác dụng lên bánh xe đợc tính toán đối với trờng hợp ô tô dừngtại chỗ trên mặt nằm ngang Khi tính toán tĩnh độ bền khung vỏ xe, phụ thuộc vàogiá trị và chiều tác dụng của các phản lực thẳng đứng từ mặt đờng tại các bánh xe

có hai chế độ tải trọng tính toán là: Chế độ tính theo uốn và chế độ tính theo xoắn(Xem hình 1.5)