6.3. Tính toán khung xe
6.3.4 Tính khung theo ch đ quay vòng ếộ
Plt Pltx Rmin α
Lực quán tính được đặt tập trung tại tám điểm trên khung (giữa các liên kết hàn của dầm ngang với dầm dọc, ta giả thiết lực truyền từ các chi tiết đến khớp nối sau đó đến thanh dầm ngang và cuối cùng truyền tới dầm dọc của khung xe)
Suy ra Pltng1 = 680N Pltd = 160N
Sử dụng phần mềm RDM tính bền ta có kết quả như sau: + Sơ đồ phân bố lực tác dụng lên khung vòm:
Hình 6.18 Biểu đồ lực dọc
Hình 6.20 Biểu đồ momen uốn tác dụng lên khung ô tô
Ứng suất cực đại:
σmax = 46,75 MPa = 467,5(kG/cm2)
Như vậy ứng suất tính toán σtd = 467,5kG/cm2 < [σ]= 2600 ÷ 3400 kG/cm2. Vậy khung xương đủ bền trong trường hợp quay vòng.
6.4. Kiểm tra bền thân vỏ
Khung xương ô tô là một hệ kết cấu siêu tĩnh . Để đơn giản trong tính toán, có thể coi các cột đứng chịu toàn bộ lực tác dụng, còn các thanh liên kết phụ là kết cấu gia cường. Khi vận hành, hệ khung xương chịu tác dụng của các tải trọng sau đây:
- Tải trọng tĩnh do trọng lượng bản thân khung vỏ - Tải trọng động khi ô tô phanh gấp hoặc quay vòng.
Do tải trọng động tác dụng khi ô tô phanh gấp hoặc quay vòng lớn hơn tải trọng tĩnh nên khi tính bền khung xương chỉ tính toán cho trường hợp khung xương chịu tải trọng động.
Vật liệu chế tạo và ứng suất cho phép
Các cột đứng của hệ khung xương 20x 40 x 2mm được chế tạo từ thép cacbon thấp có giới hạn chảy.
σch = 2400 kG/cm2
Ứng suất uốn cho phép của vật liệu được xác định theo công thức : [σch] = σch / [n.(Kđ + 1)] = 2400 / [1,5(0,8 + 1)] = 889 (kG/cm2); Ở đây : Kđ - Hệ số tải trọng động, Kđ = 0,8;
n - Hệ số an toàn : n = 1,5
Khối lượng khung và vỏ phân bố đều lên chiều dài tổng của khung xe: q = Gkv/l = 450/1600 = 0,28125 kG/cm
6.4.1. Chế độ phanh gấp
Khi phanh gấp, khung xương bị uốn do tác dụng của lực quán tính. Pjk = mkv .jpmax = (Gkv /g). jpmax (kG)
Tính gia tốc phanh chậm dần:
- Lực phanh lớn nhất được giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường nên:
Ppmax= Zb.ϕ
Trong đó: Ppmax: lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt đường.
ϕ : hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường
Mặt khác lực quán tính Pj được xác định theo biểu thức: Pj = G.jp/g
Ở đây g – gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s2 ) jp: gia tốc chậm dần khi phanh
Vì trong quá trình phanh thì lực cản lăn Pf1 và Pf2 không đáng kể có thể bỏ qua do đó có thể viết :
Pjmax = Ppmax
Suy ra G.ϕ = G.jpmax/g
G: trọng lượng toàn bộ của ô tô
Vậy jpmax = g. ϕ = 9,81.0,7 = 6,867 (m/s2)
Gkv - Nếu coi các cột vòm chính bị ngàm cứng ở vị trí hàn nối với thanh giằng ngang thì Gkv là trọng lượng thân vỏ tính từ thanh dầm ngang lên nóc ô tô: Gkv = 45 kG;
Lực quán tính được đặt đều tại các liên kết của khung: Pj = G.jp/g = 31,5 kG
Sử dụng phần mềm RDM ta tính bền khung ô tô ta có kết quả như sau: + Biểu đồ phân bố lực:
Hình 6.23 Biểu đồ biến dạng của khung vòm
Moment uốn lớn nhất tại chân cột vòm số 2:Mumax =74,2(daN.cm) + Biếu đồ ứng suất:
Hình 6.27 Biểu đồ ứng suất
Ứng suất lớn nhất tại chân số cột vòm:
σux = 10,18MPa = 101,8 (kG/cm2) < [σu] = 889 (kG/cm2); Như vậy các cột đứng đủ bền khi ô tô phanh gấp
6.4.2. Chế độ quay vòng
Khi quay vòng các cột đứng và thanh ngang khung trần chịu tác dụng của lực quán tính ly tâm theo chiều ngang và chiều dọc và thành phần lực theo phương thẳng đứng :
- Lực quán tính li tâm theo chiều ngang và chiều dọc: Plt = (mkv.V2) / ρ = (Gkv/g)V2/ ρ
ρ = Rqmin /cosα
Trong đó :
Rqmin - Bán kính quay vòng của ô tô, Rqmin = 3,85(m) V - Tốc độ giới hạn khi quay vòng, V = 5,55 (m/s); tgα = b/Rqmin = 0,894/3,85= 0,232 Suy ra α =130
Ta được: ρ = Rqmin /cosα = 3,85 /cos(13) = 3,85 m Thay các trị số vào biểu thức Plt ta có:
Plt = (45/9,81).5,552/3,85 = 36,7 kG
+ Lực ly tâm theo chiều ngang tác dụng lên cột vòm : Pltng = Plt . cosα = 36,7.cos13 = 35,8 (kG) + Lực ly tâm theo chiều dọc tác dụng lên cột vòm :
Pltd = Plt . sinα = 36,7.sin13 = 8,3(kG) - Lực tác dụng lên khung xe theo phương thăng đứng:
G3 = 45 (kG)
Trọng lượng này phân bố đều lên 1 cột vòm: qG3 = G3/n.l = 45/(3.140)= 0,107 (kG/cm).
Sử dụng phần mềm RDM tính bền ta có kết quả như sau: + Sơ đồ phân bố lực tác dụng lên khung vòm:
Hình 6.29 Biểu đồ biến dạng
Hình 6.31 Biểu đồ momen xoắn
Hình 6.33 Biểu đồ ứng suất Ứng suất cực đại:
σmax = 45,02 MPa = 450,2 (kG/cm2)
Tra bảng ta có giới hạn ứng suất của thép CT3 thông thường dùng làm khung vỏ ôtô [σ] = 2600 ÷ 3400 kG/cm2 .
Như vậy ứng suất tính toán σtd = 450,2kG/cm2 < [σ]. Vậy khung xương đủ bền.
6.5 Tính bền liên kết giữa ghế với sàn ô tô
Ghế khách được liên kết với sàn ô tô thông qua các bulông M8. Ở đây ta tính bền đối với ghế hành khách 03 chỗ ngồi là trường hợp mối ghép chịu tải trọng lớn nhất.
Điều kiện đảm bảo bền mối ghép bulông này là: Pms > Pj
Trong đó:
Pj - Lực quán tính do trọng lượng của ghế 3 chỗ ngồi và trọng lượng của 3 hành khách sinh ra khi phanh:
Pms - Lực ma sát giữa mặt bích chân ghế và sàn ô tô sinh ra do lực ép của các bulông.
Pms = Pe . fms Pe = pe .i = 900.16= 14400 kG Pms = 14100.0,2
Lực siết do 2 bulông M8 Liên kết giữa chân ghế với sàn ô tô sinh ra: = 2880 kG
Pms = 2880 kG > Pj =142,8kG.