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

Dùng Để Nghiên Cứu Làm Bài Tập Lớn Môn Sức Bền Vật Liệu

M T

1

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

Dầm dọc có tiết diện hở (chữ U) được dùng phổ biến hơn dầm dọc

có tiết diện loại kín (hình hộp); độ dày của lá thép nằm trong khoảng5mm- 6mm người ta dùng phương pháp dập nguội còn các trường hợpkhác đều dùng phương pháp dập nóng

Vì các dầm ngang làm nhiệm vụ đỡ các cụm khác nhau như đỡ động

cơ, ly hợp, cụm truyền lực nên dầm ngang thường làm theo hình dạngthích hợp để lắp các cụm đó Ngoài ra còn lắp các mặt bích riêng để gắncác cụm khác như vỏ, hệ thống treo

Khung xe có các dầm dọc, dầm ngang bằng thép cán tiết diện khôngđổi hoặc 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 suchiếm đến 10%-15% trọng lượng riêng của ô tô

Các dạng dầm ngang dạng chữ K và X đảm bảo độ cứng khung lớnnhất theo chiều dọc và đường chéo Các dầm ngang hình chéo làm tăng

độ cứng của khung 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 một đầu gắn vào đáy dầm dọc một đầu vào thành dầm dọc Dầmngang gắn vào dầm dọc bằng đinh tán, tấm phụ nghiêng hoặc chỉ bằngđinh tán và đôi khi bằng các mối hàn.

H1.1 Khung dầm

ô tô tải

3Khung dầm ô tô con

Chức năng, nhiệm vụ

Dầm ngang thứ nhất dùng để bố ữí các chân két làm mát và chân đếtrước của tổng thành động cơ.

Dầm ngang thứ nhất có tiết diện hình chữ u, được liên kết với hai dầmdọc bằng đinh tán Trên dầm ngang thứ nhất có khoét lỗ để bắt két nưởc,động cơ và liên kết với dầm dọc

Dầm ngang thứ 2 dùng để lắp cabin

Dầm ngang thứ ba và thứ tư dùng để lắp đặt giá freo hộp số phânphối Tiết diện các dầm này hình chữ ống ưòn, liên kết với dầm dọc thôngqua các mặt bích được bắt với thành dầm dọc của khung xe

Dầm ngang thứ năm được sử dụng để tảng độ cứng vững chokhung xe ở vị trí lắp đặt giá trục cân bằng treo sau xe Kết cấu của dầmgồm 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 dầmdọc thông qua tấm ốp tăng cứng hình chữ c bằng đinh tán Tấm ốp tăngcứng này liên kết với mặt trên và dưới của dầm ngang và đồng thời liênkết với thành đứng của dầm dọc bằng đinh

Dầm ngang thứ sáu là dầm cuối của khung xe, trên dầm có bố trí kếtcấu kểo 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 thànhđứng của dầm dọc bằng đinh tán Các dầm phụ tăng cứng cho dầm ngangđược liên kết với dầm dọc 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 ChuLai- 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 lực 2008

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 trênđường Tác giả đã thiết lập mô hình và giải bài toán tính độ bền hệ khung xươngkhông gian 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 từ

mấp 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 êm dịu cho xe khách Ba Đình

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 mấtkhả năng làm việc khi chịu tác động của các loại tải trọng trong giới hạn chophép Dưới tác dụng của các tải trọng ngoài, trên khung vỏ xe xuất hiện các biếndạng và ứng suất, độ bền có thể được hiểu một cách khác, là lực tác dụng lớn nhất

mà kết cấu khung dầm ngang vỏ có thể chịu được mà ứng suất phát sinh khônglớn hơn 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 tạo ôtô 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 lượngcủa 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, tương

ứng 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 daođộng 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 hànhkhách 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 kiểmtra độ bền, 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 hỏng với mức độ và dạng hỏng rất đa dạng Tuỳ theotừng 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 các biện pháp:

Với các mối ghép bị lỏng thường là do mòn các lỗ đinh tán có thể sửdụng các biện pháp sau:

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

- Với các lỗ mòn nhiều hơn 15% đường kính lỗ thì hàn đắp lỗ bằngphương pháp hàn điện hoặc hàn hơi, sử dụng các vật liệu hàn có phụ giachống ăn mòn Sau đó làm sạch vị trí hàn, lấy lại tâm và khoan lỗ mới cóđường 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 bịsứt hoặc quá mòn

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

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 chịu

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:

= 330,396 (MPa) = 44000 psi (Theo [3]).

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

có chất lượng tốt nhất theo RDM cho phép, điều này đảm bảo cho sựbiến dạng của hệ thống treo không ảnh hưởng đến dầm ngang

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

 1

5 ,

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

- Diện tích mặt cắt ngang (mm2): 2472

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

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

G D: 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

G D = Q đc + 6Q n + 2Q d + Q cabo + Q dn3 + Q ng.

= 1014,93 9,81 = 9956,41 (N)

L D: Chiều dài dầm ngang,LD = 0,85 (m).

mm N n

L

G G q

d D

n d: Số lượng dầm ngang nd = 6.

1 Giá trị Lực

2 Giá trị môm men

3 Giá trị chuyển vị tại các điểm khi không kể đến sự ảnh hưởng của lực cắt chuyển vị lớn nhất đặt tại vị trí giữa dầm.

4 Ứng suất tại các vị trí trên dầm.

6 Xây dựng biểu đồ nội

(N.mm)

12 850 850

0 850 ) 850 (

2

2 x q x

qdx A

(N.mm)

12 850 850

0 850 ) 850 (

2

2 x q x

qdx B

(N.mm)

24 850 850

0

850

) 425 850 (

) 6

Y 384.. .max

4



2

24 2 (l x)

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

mô men uốn ở các tiết diện A và B luôn luôn lớn hơn mô 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

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/s2 sẽ 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 xe

Lực quán tính khi phanh với gia tốc 7 m/s2 :

Các dầm ngang được bắt chặt với khung bằng 32 con bulong M14 Mỗi bulong M14 được xiết chặt và tạo ra lực ép 580 kG Như vậy,lực ép tổng cộng giữadầm ngang và dầm dọc:

F = 580.32 = 18560 kG

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

Fms = (Fblt + F).f Trong 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

8 Kiểm tra bền dầm ngang khi dầm đạt cộng hưởng:

kG g

J m

81 , 9

7 5514 max







Cơ sở lý thuyết:

Xét trường hợp tổng quát: Thanh có độ cứng lớn chịu lực phức tạp

*Uốn xiên

Khi dầm bị uốn xiên (sự kết hợp của hai uốn ngang phẳng), ứng suất pháp σ tại

một điểm bất kỳ trên mặt cắt ngang có tọa độ y và z (hình ) tính theo công thức:

Trong đó và momen quán tínhchính trung tâm mặt cắt ngang của dầm; và - momen uốn đối với trục y và z, thành

-phần của momen uốn tổng hợp

Tác dụng trong mặt phẳng xp xiên góc α đối với mặt phẳng quán tính chính xy của

dầm

Phương trình đường trung hòa nn có dạng như sau:

Trong đó:

Là tg của góc xiên giữa đường trung hòa nn với trục z.

ứng suất pháp cực đại và cực tiểu phát sinh ở điểm xa nhất đối với cả hai

trục chính trung tâm của mặt cắt thì:

và trong đó và là momen chốnguốn của mặt cắt đối với trục y vàtrục z

Chọn kích thước mặt cắt ngang theo ứng suất pháp theo công thức:

Trong đó

Đối với thép cán chữ C có thể lấy c = 6

Độ võng f và góc xoay θ của mặt cắt của dầm bị uốn xiên bằng tổng hình

học độ võng và góc xoay do các thành phần momen uốn tác dụng trong các mặt

phẳng quán tính chính của dầm, tức là:

và Góc quay tổng hợp của mặt cắt là

góc mà mặt cắt quay chung quanh đường trung hòa, còn độ võng tổng hợp thì nằm

trong mặt phẳng vuông góc với đường trung hòa

Nếu dầm bị uốn xiên do hai hệ ngoại lực khác nhau nằm trong hai mặt phẳng quán

tính chính thì vị trí của đường trung hòa trên mặt cắt ngang phải tính theo công thức:

y z

z y