Tính toán và tối ưu hóa độ bền vỏ cầu sau xe KIA K2700

BÀI TOÁN TỔNG QUÁT 2.1 Vỏ cầu chủ động

• Các chế độ tải trọng và các phương pháp đánh giá độ bền vỏ cầu .1 Các chế độ tải trọng
• Phần mềm Solidworks

Kết cấu vỏ cầu chủ động trên xe ô tô có nhiều loại khác nhau phụ thuộc vào vị trí lắp đặt trên xe, tuỳ thuộc vào từng loại phương tiện mà kết cấu vỏ cầu sẽ riêng biệt, chia thành nhiều nhóm khách nhau như xe ô tô cỡ nhỏ, xe du lịch chở khách, xe tải nhỏ và các loại xe tải chở hàng chuyên dụng. Về phần kết cấu của vỏ cầu chủ động, thông thường được kết cấu bằng thép đúc liền, hoặc từ các tấm thép dày hàn cố định lại với nhau, phần giữa nơi chứa bộ vi sai được làm bằng thép đúc liền khối. Loại vỏ cầu Split type là loại vỏ cầu được chế tạo thành hai chi tiết riêng biệt, chúng không đối xứng, một nửa được thiết kế chứa bánh tăng chủ động của TLC cùng các ổ đỡ của nó, nửa còn lại có kết cấu đơn giản hơn.

Tùy theo các dạng kết cấu và nhu cầu sử dụng mà vỏ cầu chủ động trên xe được chế tạo theo nhiều loại vật liệu khác nhau, phổ biến và được sử dụng nhiều nhất là loại vật liệu gang đúc, gang cầu hoặc thép hàn. Bán trục là chi tiết nằm bên trong vỏ cầu, có nhiệm vụ nhận và truyền mô men xoắn từ các bộ vi sai đến các bánh xe chủ động, ngoài ra ở một số xe bán trục còn đóng vai trò như các giá đỡ tiếp nhận các phản lực từ mặt đường. Việc xác định đúng mô hình bán trục để tính toán rất quan trọng, vì các loại bán trục khác nhau sẽ có các thành phần phân tích lục khác nhau, vì vậy cần xác định đúng loại bán trục tính toán để bài toán tổng quát khi tính toán ra sẽ cho kết quả chính xác hơn.

Sử dụng phần mềm hỗ trợ chuyên dụng và tớnh toỏn thụng minh của mỏy tớnh, chỳng ta cú thể phõn tớch và đỏnh giỏ rừ về độ bền của vỏ cầu, bao gồm các vùng có độ bền thừa, ứng suất tập trung không đồng đều. Solidworks có thư viện cơ khí và hiện nay không chỉ dành cho xí nghiệp cơ khí, mà còn được sử dụng cho các ngành khác như đường ống, kiến trúc, trang trí nội thất, mỹ thuật và trở thành công cụ giảng dạy thông dụng cho giảng viên và sinh viên.

BÀI TOÁN CỤ THỂ 3.1 Giới thiệu về hãng xe KIA và xe tải KIA K2700

• Xây dựng mô hình 3D vỏ cầu
• Các chế độ tải trọng tính toán cho vỏ cầu

Thân vỏ của xe tải KIA K2700 được chọn riêng cho nghiên cứu sử dụng các biên dạng đối xứng hai bên bán trục nên việc dựng mô hình 3D của trống cầu được thực hiện bằng nửa mặt đối xứng bên phải. Các tham số kích thước được sử dụng khi tạo mô hình là các tham số tham chiếu được nhà sản xuất áp dụng và được đo trên sản phẩm thực tế. Các sản phẩm được thiết kế và xây dựng lại theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất thông qua các phép đo vật lý và mô hình hóa sau đó.

- Sử dụng Extruded Cut để đụt lỗ khối chi tiết sử dụng các lệnh Loft để tạo ra các biên dạng cong phức tạp của vỏ cầu với các góc nghiêng có sẵn. Phương pháp toán học này là một phép tính gần đúng bằng số để giải các bài toán được mô tả bằng các phương trình đạo hàm riêng trên một miền xác định với các ràng buộc hình học tùy ý và các điều kiện biên mà không tìm được nghiệm chính xác. Giải hệ phương trình này ta xác định được giá trị của hàm xấp xỉ tại mỗi nút phần tử, từ đó xác định hoàn toàn hàm xấp xỉ cho từng phần tử.

Phương pháp tính toán vỏ cầu chủ động theo PTHH cần tạo mô hình 3D với cỏc thụng số thiết kế ban đầu, lực và điều kiện tỏc động rừ ràng. Lập bảng phân tích và cho điểm về các yếu tố cấu thành sản phẩm thiết kế, trong các ý tưởng thiết kế như tính năng, phẩm chất, giá thành, tính công nghệ trong kết cấu. Bước 5: Sử dụng các phần mềm tính toán chuyên dụng để phần tích kế cấu độ bền của chi tiết, sau đó hiểu chỉnh để dư ra chi tiết hợp lý nhất.

Kiểu lưới tự do thường dùng trong bài toán kết cấu, còn kiểu chia lưới có qui tắc thường được dùng trong bài toán phân tích biến dạng lớn. Hệ số Possion là tỉ số giữa độ biến dạng hông (độ co, biến dạng co) tương đối và biến dạng dọc trục tương đối (theo phương tác dụng lực). Ngoại lực tác động lên ổ bi quay về vị trí bắt nhíp và tùy vào từng trường hợp tải trọng khác nhau sẽ có momen tác dụng ở vị trí khác nhau.

Đối với các bài toán thời gian thực động, dữ liệu đến trực tiếp từ các tệp dữ liệu và các giá trị được xác định tại các bước thời gian theo một mô hình tính toán. Ngoài ra ứng suất có thể xác định tại 1 điểm bất kỳ, một đường bất trì trong cả bài toán tĩnh và bài toán động nhằm khảo sát sự thay đổi của kết quả. Chế độ tải tĩnh được sử dụng để đánh giá độ bền đứt gãy của vỏ cầu và đóng vai trò như một hướng dẫn cho các bài toán hoàn thiện kết cấu.

ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN CỦA VỎ CẦU SAU XE KIA K2700 4.1 Xe chuyển động trên đường thẳng với lực kéo cực đại

Xe chuyển động trên đường thẳng với lực phanh cực đại Trong trường hợp này, các lực tác dụng lên vỏ cầu bao gồm

Trong trường hợp xe chuyển động thẳng với lực phanh cực đại do vỏ cầu chịu lực tác dụng đều ở hai bên nên phổ chuyển vị và ứng suất của vỏ cầu cũng có tính đối xứng. Vỏ cầu bị uốn cong nhiều nhất ở vị trí gắn với mặt bích nên vỏ cầu có giá trị chuyển vị lớn nhất và ứng suất lớn nhất nằm ở vị trí gắn với mặt bích.

Xe quay vòng với lực ngang cực đại Các lực tác động lên vỏ cầu bao gồm

Trong trường hợp xe quay vòng với lực ngang cực đại do vỏ cầu chịu lực tác dụng không đều ở hai bên nên phổ chuyển vị và ứng suất của vỏ cầu cũng có tính tập trung. Ứng suất lớn nhất ở trường hợp này là 61.32 Mpa so với ứng suất giới hạn mà vỏ cầu bị.

TỐI ƯU HểA VỎ CẦU SAU 5.1 Giới thiệu về phần mềm tối ưu hóa

Đánh giá kết quả sau khi tối ưu hóa

Trong trường hợp xe chuyển động thẳng với lực kéo cực đại do vỏ cầu chịu lực tác dụng đều ở hai bên nên phổ chuyển vị và ứng suất của vỏ cầu cũng có tính đối xứng. Vỏ cầu bị uốn cong nhiều nhất ở vị trí trung tâm nên chuyển vị lớn nhất nằm ở vị trí giữa hai nơi đặt nhíp.