Kiểm nghiệm bền các dầm trên xe ôtô (isuzu) môn sức bền vật liệu (PDF)

Để tăng cứng cho hai dầm dọc có các tấm táp dùng để tăng cứng cho những vị trí chịu tác động của tải trọng mặtđường.. Kết cấu của dầm gồm hai Dầm phụ tiết diện hình chữ c và một dầm phụ

M T

Chương 1: TỔNG QUAN

I Nghiên cứu đặc điểm, kết cấu, tính năng của hệ thống dầm.

Các dầm dọc và các dầm ngang của khung xe ISUZU được chế tạo từ thépC15 bằng phương pháp dập

Vật liệu chế tạo, các giá lắp các ụ nhíp, tai bắt giảm chấn, các miếng tăngcứng cục bộ sử dụng thép C35

Khung xe là hệ thống dầm chịu lực, nhận và truyền tất cả các lực, phản lực

từ mặt đường qua phần tử hướng của hệ thống treo lên trên Khung xe có nhiềudạng khác nhau tuỳ theo cách phân loại như: khung có dầm dọc hai bên, khung códầm dọc ở giữa, khung chịu lực, vỏ chịu lực, khung có tiết diện hình vuông,khung có tiết diện hình thang, Các dầm ngang dùng để bắt các cụm chi tiếttrên xe, làm nhiệm vụ tăng cứng cho hai dầm dọc Để tăng cứng cho hai dầm dọc

có các tấm táp dùng để tăng cứng cho những vị trí chịu tác động của tải trọng mặtđường Dầm ngang có hình thù đặc biệt để bố trí các cụm cơ cấu trên xe

Dầm dọc có tiết diện hở (chữ U) được dùng phổ biến hơn dầm dọc có tiếtdiện loại kín (hình hộp); độ dày của lá thép nằm trong khoảng 5mm- 6mm người

ta dùng phương pháp dập nguội còn các trường hợp khác đều dùng phương phápdập nóng

Vì các dầm ngang làm nhiệm vụ đỡ các cụm khác nhau như đỡ động cơ, lyhợp, cụm truyền lực nên dầm ngang thường làm theo hình dạng thích hợp để lắpcác cụm đó Ngoài ra còn lắp các mặt bích riêng để gắn các cụm khác như vỏ, hệthống treo

Khung xe có các dầm dọc, dầm ngang bằng thép cán tiết diện không đổihoặc thép hàn vì vậy trọng lượng khung xe thường lớn

Trọng lượng khung xe ô tô tải kể cả các mặt bích và ụ đỡ cao su chiếm đến10%-15% trọng lượng riêng của ô tô

Các dạng dầm ngang dạng chữ K và X đảm bảo độ cứng khung lớn nhấttheo chiều dọc và đường chéo Các dầm ngang hình chéo làm tăng độ cứng củakhung lên nhiều khi khung xe chịu các lực dọc đối xứng

Dầm ngang được gắn ở đáy dầm dọc hoặc ở thành của dầm dọc, hoặc mộtđầu gắn vào đáy dầm dọc một đầu vào thành dầm dọc Dầm ngang gắn vào dầmdọc bằng đinh tán, tấm phụ nghiêng hoặc chỉ bằng đinh tán và đôi khi bằng cácmối hàn.

H1.1 Khung dầm ô tô tải

Khung dầm ô tô con

Dầm ngang thứ 2 dùng để lắp cabin

Dầm ngang thứ ba và thứ tư dùng để lắp đặt giá freo hộp số phân phối Tiếtdiện các dầm này hình chữ ống ưòn, liên kết với dầm dọc thông qua các mặt bích

được bắt với thành dầm dọc của khung xe.

Dầm ngang thứ năm được sử dụng để tảng độ cứng vững cho khung xe ở vịtrí lắp đặt giá trục cân bằng treo sau xe Kết cấu của dầm gồm hai

Dầm phụ tiết diện hình chữ c và một dầm phụ có tiết diện hình chữ u được

ghép lại với nhau bằng đinh tán, ở dưới đáy dầm cố dạng lõm để luồn trục các

đăng, các dầm này được liên kết vái mặt trên và dưới dầm dọc thông qua tấm ốptăng cứng hình chữ c bằng đinh tán Tấm ốp tăng cứng này liên kết với mặt trên

và dưới của dầm ngang và đồng thời liên kết với thành đứng của dầm dọc bằngđinh

Dầm ngang thứ sáu là dầm cuối của khung xe, trên dầm có bố trí kết cấukểo mốc Kết cấu của dầm bao gồm một dầm chính cố thiết diện chữ c, các dầm

Ốp tăng cứng dọc và ngang Dầm chính được liên kết vái thành đứng của dầmdọc bằng đinh tán Các dầm phụ tăng cứng cho dầm ngang được liên kết với dầmdọc bằng đỉnh tán

II Nghiên cứu các công trình nghiên cứu, tính toán đối với hệ thống dầm của ngành xe.

Trước tình hình phát triển kinh tế hiện nay, nhu cầu sử dụng ô tô ngày cànglớn, phục vụ cho sản xuất, đặc biệt là trong quân đội nhu cầu sử dụng ô tô cũngtăng cao phục vụ cho công tác huấn luyện chiến đấu và phục vụ diễn tập ngàycàng lớn Trong những năm qua đã có một số công trình nghiên cứu tính toán hệthống khung dầm xe tải để phục vụ cho công tác nghiên cứu, cải tiến và phát triểnngành công nghiệp ô tô của đất nước đó là

1 Ngô Thành Bắc - sỗ tay thiết kế ô tô khách, 1985 NXB Giao Thông Vận Tải 2 Nguyễn Hữu cẩn - Phan Đình Kiên, 1996.Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo.NXB Giáo Dục.

3 Nguyễn Hữu cẩn (Chủ Biên) Cùng Nhóm Tác Giả Lý thuyết ô tô máy kéo,

1998 NXB Khoa Học Kỹ Thuật

4 Lê Văn Tụy Kết cấu và tính toán ô tô Giảng viên Trường ĐHBK Đà nẵng

5 Nguyễn Quốc Sơn Hà Lóp 49XD NTU Hướng dẫn sử dụng RDM 6.16.

6 Tài liệu kiểm định chất lượng Ô TÔ tô của Công Ty TNHH sx và LS ôtô Chu

Lai- Trường Hải

7 Tiêu chuẩn ngành 22 TCN 302 - 06 Bộ Giao Thông Vận Tải Hà Nội

8 Lê Thượng Hiền, Phạm Xuân Khang: Cơ kỹ thuật – tập 1,2 Đại học Điện lực2008

9 Đỗ Sanh (chủ biên), Cơ học ứng dụng, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2001

10 Đỗ Sanh (chủ biên) Giáo trình Cơ kỹ thuật, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005

11 Bùi Trọng Lựu (chủ biên), Sức bền vật liệu, NXB Đại học và Trung học

chuyên nghiệp, 1993

12 Chu Tạo Đoan, Cơ học lý thuyết, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội, 2001

13 Vũ Đình Lai, Nguyễn Xuân Lựu, Sức bền vật liệu, NXB Giao thông Vận tải,

Hà nội, 2002

IiI Tóm tắt các kết quả nghiên cứu đã đạt được.

Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu đã thiết lập mô hình tính toándao động của ôtô chịu kích động từ mấp mô bề mặt đường, từ đó xác định cácthông số dao động của ôtô tác dụng lên khung xương khi chuyển động trên đường.Tác giả đã thiết lập mô hình và giải bài toán tính độ bền hệ khung xương khônggian của ôtô bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Luận án tiến sĩ của tác giả Trần Minh Sơn đã đưa ra phương pháp tính biếndạng và ứng suất khung vỏ xe chịu kích động động học từ hàm ngẫu nhiên củamấp mô biên dạng đường Tác giả đã nghiên cứu rất kỹ về kích động động học từmấp mô biên dạng đường dưới dạng hàm ngẫu nhiên nhưng nội dung nghiên cứu

là tính biến dạng và ứng suất khung vỏ xe

Luận án tiến sĩ của tác giả Lưu Văn Tuấn đã xây dựng được mô hình daođộng khảo sát xe ca do Việt Nam đóng, mô tả thuộc tính đàn hồi giữa khung và vỏ

là kết cấu đặc trưng của xe ca, từ đó tác giả đã đưa ra được mục tiêu nâng cao độ

IV Xác định các nội dung nghiên cứu.

Các nôi dung nghiên cứu tính toán cho dầm xe ô tô tải.

Độ bền của khung vỏ ôtô tải 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.Dưới tác dụng của các tải trọng ngoài, trên khung vỏ xe xuất hiện các biến dạng

và ứng suất, độ bền có thể được hiểu một cách khác, là lực tác dụng lớn nhất màkết cấu khung dầm ngang vỏ có thể chịu được mà ứng suất phát sinh không lớnhơn giá trị ứng suất cho phép 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 doquá tải đột ngột vượt quá giới hạn cho phép mà còn do hiện tượng mỏi của vậtliệu khi chịu các tải trọng gây ra sự thay đổi có chu kỳ của ứng suất phát sinh trênkết cấu

Các đặc tính của khung vỏ ôtô thường được quan tâm khi thiết kế chế tạoôtô là đặc tính dao động, đặc tính ồn rung và đặc tính biến dạng

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

của khung vỏ xe Độ cứng uốn và xoắn có ảnh hưởng đến dao động của kết cấukhung vỏ, thường được sử dụng như các tiêu chuẩn đánh giá khả năng làm việccủa kết cấu khung vỏ ôtô Sự phân bố khối lượng của khung vỏ trong không gian

sẽ tạo ra vô số các tần số dao động riêng và tương ứng với chúng là các dạng daođộng riêng của khung vỏ Do vậy khung vỏ ôtô có thể bị biến dạng cục bộ, tươngứng là các ứng suất tập trung xuất hiện tại các phần riêng biệt trên kết cấu khikích động ngoài có tần số trùng với tần số dao động riêng nào đó của kết cấu

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

động khung vỏ ôtô khi chuyển động trên đường 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 cabin xe ít chịu tác động của các lực vachạm thông thường Điều này có nghĩa là kết cấu của khung vỏ ôtô cần phải cóđặc tính biến dạng phù hợp cho các phần khác nhau của ôtô

Chương 2: CƠ SỞ THỰC TIỂN

I Cơ sở khoa học để tính toán dầm xe.

Xây dựng bài toán dầm ngang xe tải ta xét đầy đủ hai thành phần nội lực củamômen uốn M và lực cắt Q Hiện nay, khi phân tích trạng thái ứng suất biến dạngcủa các kết cấu chịu uốn như dầm, khung, tấm ảnh hưởng của lực cắt và biếndạng trượt thường bị bỏ qua

Sử dụng lý thuyết về ứng suất và biến dạng, các tác giả đều cho rằng biếndạng uốn tỷ lệ với mô men, biến dạng trượt tỷ lệ với lực cắt và biến dạng trượtnày làm cho mặt cắt bị vênh và trượt đi một góc

Tuy nhiên, khi xây dựng các công thức tính toán nội lực và chuyển vị, giảthiết Becnuli thường được chấp nhận (tiết diện trước và sau biến dạng vẫn phẳng

và vuông góc với trục dầm), tức là góc trượt này thường bị bỏ qua

Một số tác giả như X.P Timôshenkô, O.C Zienkievicz, K Bathe, W.T.Thomson đã đề cập tới ảnh hưởng của lực cắt và biến dạng trượt khi phân tích kếtcấu nhưng vấn đề thường bị bỏ ngỏ hoặc không được giải quyết một cách triệt để

kể cả trong các lời giải

Bằng cách áp dụng phương pháp nguyên lý cực trị Gauss do GS.TSKH HàHuy Cương đề xuất, việc xét đồng thời ảnh hưởng của mômen M và lực cắt Q khixây dựng bài toán dầm đã được thực hiện và lời giải giải tích cho bài toán nàycũng được đưa ra

II Cơ sở thực tiễn.

Dầm ngang số 1

III Các dạng hư hỏng khung xe và cách khắc phục xe tải.

Tính toán khung dầm ngang xe ô tô vận tải ISUZU 3,5 tấn nhằm kiểm tra độbền, độ mõi, độ uốn, độ dao động của dầm ngang xe tải

Khung xe tải trong quá trình làm việc theo thời gian sẽ xẩy ra rất nhiều hư hỏngvới mức độ và dạng hỏng rất đa dạng Tuỳ theo từng loại khung xe và chế

độ tải trọng tác dụng mà khung sẽ có một số dạng hỏng điển hình sau:

-Cong các dầm dọc và dầm ngang

-Gãy khung không có khả năng phục hổi

-Nứt khung tại các lỗ bắt ụ nhíp trước và sau

-Các vết nứt, ứóc rỗ do mỏi

-Các mối ghép, liên kết đinh tán bị lỏng

-Sứt vỡ các giá lắp đặt các cụm trên khung

Các phương pháp sửa chữa khung xe

Với các vết nứt dầm dọc và dầm ngang có thể sử dụng cácbiện pháp:

-Hàn trực tiếp các vết nứt

- Sử dụng các tấm táp phụ hàn ra ngoài vết nứt, hoặc khoét bỏ vết nứt và hànthay thế bằng các tấm táp phụ.

- Khi hàn trực tiếp vết nứt phải sử dụng hàn điện theo các bước sau:

-Làm sạch vùng xung quanh vết nứt

-Xác định các đầu vết nứt bằng mắt hoặc bằng bột từ tính,

-Khoan các lỗ chặn có đường kính 5-6 mm ở vị ưí các đầu vết nứt 10mm

-Đục vát mép ở vết nứt với góc vát 90 độ, sâu 2/3 chiều dầy vật liệu bằng máymài, làm sạch

-Hàn đắp từ hai lỗ chặn vào giữa vết nứt với mối hàn cao hơn bề mặt chi tiết 2mm

-Mài phẳng vết hàn

Khi sử dụng các tấm táp phụ để hàn phục hổi các vết nứt trên khung thì phảigia công các tấm táp cùng vật liệu chế tạo khung có hình dáng, kích thước phụthuộc vào vị trí, hướng nứt và chiều dài các vết nứt Các phương pháp sửa chữakhung bằng tấm táp khung, các hình dạng và kích thước của các loại tấm táp sửdụng trong sửa chữa khung

Với các mối ghép bị lỏng thường là do mòn các lỗ đinh tán có thể sử dụng cácbiện pháp sau:

-Với các lỗ mòn ít hơn 15% đường kính lỗ thì tán lại bằng các đinh tán hoặccác bu lông có đường kính lớn hơn

-Với các lỗ mòn nhiều hơn 15% đường kính lỗ thì hàn đắp lỗ bằng phươngpháp hàn điện hoặc hàn hơi, sử dụng các vật liệu hàn có phụ gia chống ăn mòn

Sau đó làm sạch vị trí hàn, lấy lại tâm và khoan lỗ mới có đường kính theo tiêu

chuẩn

Với các mối ghép ren bị nới lỏng có thể khắc phục bằng cách sau:

-Chạy lại ren với các mối ghép còn sử dụng được

-Khoan và tarô lỗ có đường kính lớn hơn đối với các mối ghép có ren bị sứthoặc quá mòn

-Hàn đắp và tarô lỗ ren mới có đường kính tiêu chuẩn

Chương 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN DẦM NGANG

XE TẢI ISUZU 3,5 TẤN.

Trong nội dung này chúng ta chỉ kiểm tra bền dầm ngang và độ ổn định dao độngcủa dầm khi động cơ đạt số vòng quay lớn nhất của xe tải Isuzu

I Giới thiệu khung xe tải Isuzu

Khung xe tải isuzu có kết cấu gồm 2 dầm dọc chịu lực chính và 6 dầm ngang

Đặc điểm chất tải: Giả sử xe chất đủ tải trọng : 7000 kg

Mặt dưới xe tiếp xúc suốt chiều dài dầm dọc, dầm ngang Nên có đặc điểm chịutải là đối xứng

Do chịu tải đối xứng nên trong quá trình tính toán chỉ cần tính cho 1 dầm ngang( dầm số 1) của khung xe

Hệ thống treo 2 cầu có bộ phận dẫn hướng riêng biệt, các đòn dọc đảm nhận khảnăng truyền lực dọc giữa cầu và thân của xe Isuzu, do vậy khả năng chia đều tảitrọng thẳng đứng vẫn được thực hiện nhờ đòn cân bằng và nhíp lá

II Kiểm tra bền dầm ngang khung Isuzu.

II.1 Xác định ứng suất cho phép.

Các dầm ngang của khung xe Isuzu chịu tải trọng động, ứng suất cho phép:

     

1 5 ,



đ

c k

II.2.1 Các giả thiết tính toán.

- Tải phân bố đều trên toàn bộ dầm ngang

- Tải đối xứng, do đó chỉ cần tính trên 1 dầm ngang

- Biến dạng của hệ thống treo là nhỏ và không ảnh hưởng đến biến dạngcủa dầm ngang chịu lực bên trên

- Bỏ qua biến dạng trượt

- Dầm ngang xe Isuzu là dầm siêu tỉnh đối xứng,

- Vật liệu chế tạo dầm ngang và dầm chính đồng chất, cùng tính cơ tínhvật liệu

- Trong RDM các chi tiết của hệ thống treo được xây dựng với vật liệu cóchất lượng tốt nhất theo RDM cho phép, điều này đảm bảo cho sự biếndạng của hệ thống treo không ảnh hưởng đến dầm ngang

II.2.2 Tính toán kiểm tra bền đối với dầm ngang xe Isuzu

Mặt cắt dầm ngang xe tải Isuzu

A= 8,5 in x 25,4 = 215,9 mmB= 2,76 in x 25,4 = 70 mmC= 0,24 in x 25,4 = 6mm

Các dầm ngang đang xét được sử dụng từ thép S690A, tiết diệnC215,9x70x6mm như hình vẽ có các thông số đặc trưng hình học của mặtcắt ngang,

Mặt cắt ngang A - A

- Mô men quán tính J X, (mm4): 2080,65.104

- Ứng suất uốn cho phép của vật liệu [], (Mpa): 330,369

- Mo men chống uốn Wxmm3 302

Tải trọng phân bố đều trên chiều dài dầm ngang khung isuzu q (N/m):

mm N n

L

G G

q

d D

D TH

/ 06 10

GD: Tổng trọng lượng của dầm ngang và các chi tiết treo trên ngang

số 1: khối lượng động cơ ; khối lượng dầm ngang, khối lượng cabo; khốilượng 3 người trên xe

2

.2

q

) (2 x q

0

850

) 850 (

2

x qdx A

(N.mm)

12

850 850

0

850

) 850 (

2

x qdx B

(N.mm)

24 850 850

0

850

) 425 850 (

) 6

6

l q

Ymax  384..4.

2

.24 2 ( l x )

Yx  q E x J 

4 Ứng suất tại các vị trí trên dầm.

x

xW

M



6 Xây dựng biểu đồ nội

7 Bảng màu thể hiện mặt cắt ngang chịu ứng lớn nhất là màu đỏ

mơ men uốn ở các tiết diện A và B luơn luơn lớn hơn mơ men uốn ở tiết diện

C do vậy cốt thép ở A và B sẽ bị chảy dẻo trước

Vậy Dầm ngang khung xe tải Isuzu đảm bảo đủ điều kiện bền cho phép

umax = 3,7N/mm2  [u] = 330,369 N/mm2

2 / Tính kiểm bền liên kết giữa các dầm ngang sàn xe và dầm dọc ISUZU:

+ Khi ô tô được phanh với gia tốc cực đại 7 m/s2sẽ xuất hiện lực quán tính:

Ta kiểm tra độ bền của các bu lông liên kết dưới tác dụng của lực quán tính gây

ra bởi toàn bộ trọng lượng khung vỏ và trọng lượng hành khách khi phanh với giatốc cực đại 7 m/s2 (Lực quán tính khi xe quay vòng có giá trị nhỏ hơn lực quántính khi phanh gấp)

Trọng lượng gây ra lực quán tính:

m = m1+ m2+mg+ mhl = 4500 + 1014,93 = 5514 kG

Ta cĩ: m1- khối lượng hàng hĩa + thùng xe

m2-khối lượng thùng cabo và động cơ 3 người đi theo xeLực quán tính khi phanh với gia tốc 7 m/s2:

kG g

J m

81 , 9

7 5514 max

F = 580.32 = 18560 kG

Khi đĩ lực ma sát xuất hiện giữa thùng xe và khung xe:

Fms= (Fblt + F).fTrong đó: f – hệ số ma sát giữa thép và cao su f = 0,2

Fms– (5514 + 18560) 0,2 = 4814,8 kG3395kG

Như vậy, lực ma sát giữa khung vỏ xe và sát xi gây ra bởi các bu lông hoàntoàn có thể chống lại dịch chuyển dọc của khung vỏ dưới tác dụng của lực quántính khi phanh

Như vậy khung vỏ xe đảm bảo liên kết chắc chắn với sát xi trong mọi điềukiện chuyển động