5.1.1 Công dụng
Khung và vỏ (thùng) được lắp trên nó, tạo thành hệ thống chịu tải của ô tô máy kéo.
• Khung dùng để bố trí lắp đặt các cụm, các hệ thống điều khiển và chuyển động.
• Vỏ (thùng) xe dùng để chứa người lái, hành khách và hàng hóa, bảo vệ cho người và hàng hóa an toàn khi di chuyển trên đường.
5.1.2 Phân loại
Hiện nay có nhiều cách phân loại khác nhau. Nếu phân loại theo sự phân phối tải trọng giữa khung và vỏ phụ thuộc vào độ cứng và mối liên kết giữa chúng, hệ thống chịu tải có thể chia ra:
- Loại khung: Vỏ được nối với khung qua các phần tử đàn hồi. Độ cứng của khung lớn hơn nhiều so với vỏ và vỏ không chịu tác dụng của ngoại lực khi khung bị biến dạng.
- Loại vỏ chịu lực: Loại này không có khung và vỏ chịu tất cả các ngoại lực
- Loại vỏ liền khung: Khung và vỏ được nối khung bằng đinh tán mối hàn hay bu-lông. Chúng đồng thời tiếp nhận và chịu tải trọng.
Loại kết cấu không khung, khi các điều kiện khác như nhau, nhẹ hơn so với kết cấu có khung, độ cứng vững cao hơn. Nhưng công nghệ chế tạo phức tạp hơn , thường sử dụng trên các ô tô khách cỡ nhỏ hay ô tô du lịch.
Kết cấu loại khung có ưu điểm là: trên cùng một khung có thể chế tạo nhiều kiểu ô tô có thùng khác nhau. Kết cấu cho phép chia nhỏ và đơn giản hóa quá trình lắp ghép, sửa chữa. Có khả năng giảm tiếng ồn trong thùng xe nhờ các đệm đàn hồi đặt ở chỗ nối tiếp khung và thùng.
5.1.3 Yêu cầu
- Có trọng lượng nhỏ mà vẫn đảm bảo được tuổi thọ tương ứng với thời hạn phụ vụ của ô tô.
- Có độ cứng vững đủ lớn để khi biến dạng không làm ảnh hưởng đến điều kiện làm việc bình thường của các cụm và các cơ cấu lắp đặt trên nó, không gây kẹt, vênh các cánh cửa và vỡ kính.
- Có hình dạng thích hợp, đảm bảo tháo lắp các cụm dễ dàng, hạ thấp được chiều cao trọng tâm của xe, chiều cao chất tải nhỏ.
- Thùng xe phải có dạng khí động tốt để giảm lực cản khi chuyển động với tốc độ cao. Bố trí các bộ phận điều khiển thuận tiện, tầm nhìn của người lái và khách hàng thoáng, lên xuống dễ dàng.
5.2 Kết cấu khung
Kết cấu khung có một số kiểu khác nhau tùy theo loại xe và điều kiện sử dụng như:
- Khung có xà dọc ở hai bên: sử dụng phổ biến trên các loại ô tô
- Khung có xà dọc ở giữa kiểu xương cá: dùng trên một số xe du lịch và xe tải. Ưu điểm của loại này là có độ cứng xoắn cao và dễ thay đổi để dùng cho các xe có công thức bánh và kích thước cơ sở khác nhau.
01 05 A-A 02 04 50 60 A A 230 110 C-C T? l? : 4:1 C C 40 420 870 420 289 80 750 B-B 420 870 420 289 750 230 7 390 B B 10 10 10 09 08 08 08 07 06 06 05 05 04 04 03 03 04 03 02 02 02 02 02 01 01 300 310 270260 250 210 380 60 100 5 410 390 225 815 299 180 135 165 550 120 556 440 450 250 335 230 260 120 420 430 295 575 635 390 900 420 289 270 111 0 300 380 0 115 0 270 535 230 140 220 650 398 398 300 560 560 876 560 560 398 398 255 880 425 875 425 120 0 600 200 2307 YÊU C? U K ? T
HU?T - M?i hàn ph?i
ng? u d ?u, khô ng r ? kh í, ch i?u cao m? i hà n t? 3 ~ 5m m - M ài s ?ch ba via, x? h àn tru? c kh i so n ch ?ng r? 229 2214 570 146 225 300 390 840 540 140 350 779 779 30 02 11 11 11 T? l? : 4:1
- Khung kiểu nạn hình chữ X: là dạng trung gian giữa hai loại trên.
Hình 5.3 Khung xe loại chữ X
Tùy các loại khung có kết cấu cụ thể khác nhau nhưng thường có những đặt điểm chung sau:
• Hình dáng :
Khung của ô tô du lịch loại xà dọc bố trí hai bên thường mở rộng ở giữa và thu hẹp ở hai đầu tương ứng với vết bánh xe. Kích thước đầu trước của khung còn phải đảm bảo góc quay lớn nhất cho các bánh xe dẫn hướng.
Các xà dọc ở vùng bánh xe thường được uốn cong để đảm bảo động học các bánh xe và hạ thấp trọng tâm.
Các xà dọc của khung xe tải thường được bố trí song song và được nối với nhau bằng một số thanh ngang tạo thành dạng “bậc thang”.
Chiều rộng và chiều cao của xà dọc có thể thay đổi theo chiều dài tùy thuộc vào tải trọng tác dụng.
Các xà dọc có thể là hình ống, hình hộp chữ [. Trong đó phổ biến nhất là chữ [ dập từ thép lá, dày từ 2,5-3.5 mm đối với ô tô du lịch, 5-9mm đối với ô tô tải và khách tùy theo tải trọng ô tô. Đối với các ô tô tải trọng cực lớn, để đảm bảo tính kinh tế kĩ thuật, có thể sử dụng thép cán định hình chữ [. So với dập từ thép lá, tuy có khối lượng lớn nhưng tính chất cơ lí và độ bền cao hơn.
Các xà ngang: chủ yếu dùng để lắp đặt các tổng thành của xe ( như buồng lái, động cơ, hộp số...). Nên tiết diện ngang và khoảng cách vị trí giữa chúng phụ thuộc vào yêu cầu, bố trí lắp đặt các tổ hợp sao cho thuận tiện.
Các xà ngang đa số có profin hở. Trong một số trường hợp, để tăng độ cứng xoắn cho khung người ta sử dụng profin kín hay ống tròn.
• Vật liệu: Thường là thép hợp kim hoặc cacbon thấp và trung bình, như: 20, 25, 30T, 15ΓT....để đảm bảo yêu cầu:
Có giới hạn chảy và độ bền mỏi cao
Ít nhạy cảm với tập trung ứng suất
Có tính dập nguội và có tính hàn tốt
• Các mối ghép:
Mối ghép giữa các xà có thể thực hiện bằng đinh tán hay hàn. Mối ghép đinh tán dùng nối các xà ngang với xà dọc có độ cứng không cao, tạo điều kiện làm đồng đều ứng suất khi xoắn khung và có tính công nghệ tốt hơn.
Hình 5.4 Mối ghép hàn
Để tăng độ cứng vững của khung khi biến dạng chéo trong mặt phẳng ngang, các chỗ nối giữa xà ngang và xà dọc có thể được cường hóa bằng các gân vát xiên.
6.TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CHỊU TẢI CỦA XE 6.1. Xác định loại khung – vỏ để thiết kế cho xe
Khung - vỏ là một trong những bộ phận quan trọng cấu thành nên xe. Kết cấu hợp lý của nó sẽ quyết định độ bền, hình dáng, kích thước cũng như khả năng cơ động của xe.
- Khung và vỏ được lắp trên nó sẽ tạo thành một hệ thống chịu tải của xe.
- Khung dùng để bố trí - lắp đặt các cụm, các hệ thống điều khiển và hệ thống chuyển động của xe.
Hiện nay, các Công ty sản xuất ôtô có rất nhiều phương án cũng như dây chuyền chế tạo khung vỏ. Tuy nhiên, phương án hay được sử dụng nhiều nhất là dựa vào sự phân phối tải trọng giữa khung và vỏ phụ thuộc vào độ cứng và mối liên kết giữa chúng. Theo phương án này ta có rất nhiều sự lựa chọn kiểu khung vỏ (hệ thống chịu tải) để thiết kế cho xe .
Trong các loại hệ thống chịu tải trên thì loại vỏ chịu lực tuy có ưu điểm là khối lượng nhỏ và độ cứng vững cao hơn các loại còn lại. Tuy nhiên, công nghệ chế tạo loại này rất phức tạp cho nên giá thành rất cao và chỉ được sử dụng cho các xe du lịch hiện đại.
Đối với xe ô tô điện thì hệ thống chịu tải (Khung - vỏ) phải được thiết kế phù hợp sao cho đáp ứng những yêu cầu chính sau:
- Có khối lượng nhỏ nhưng phải đảm bảo được tuổi thọ tương ứng với thời gian phục vụ của xe.
- Độ cứng vững phải đủ lớn để khi có biến dạng vẫn không ảnh hưởng đến sự làm việc của xe và các bộ phận lắp trên xe.
- Khung xe phải có kết cấu thích hợp sao cho thuận tiện trong việc bố trí các chi tiết, thiết bị.
- Vỏ xe phải có độ bền và hình dáng thích hợp sao cho có thể bảo vệ được các cơ cấu lắp trên xe. Không cần thiết phải đạt yêu cầu về độ thẫm mỹ và dạng khí động tốt vì xe chuyển động với vận tốc không lớn nên các lực cản chuyển động tương đối nhỏ.
Để thỏa mãn những yêu cầu trên thì em quyết định chọn loại hệ thống chịu tải là loại khung để thiết kế cho xe ô tô điện. Đặc điểm chính của loại hệ thống chịu tải này là:
- Khung là chi tiết chịu lực chính của xe, độ cứng của khung lớn hơn nhiều so với vỏ.
- Vỏ được lắp trên khung một cách linh hoạt, thuận tiện trong quá trình tháo lắp.
- Vỏ không chịu tác dụng của ngoại lực khi khung bị biến dạng.
6.2. Chọn kết cấu của khung
Trong nhiều kết cấu của các loại khung thông dụng thì khung có kết cấu với hai dầm dọc hai bên có nhiều ưu điểm và thích hợp với loại xe đang thiết kế. Hơn nữa đây là loại khung thông dụng, công nghệ gia công hiện đang phổ biến ở nước ta nên giá thành tương đối thấp so với các loại khác.
Ngoài ra, loại khung này rất thích hợp với các loại xe có kích thước nhỏ.
6.2.1. Hình dáng của khung
Hình dáng của khung loại hai dầm dọc bố trí hai bên thường cần phải đáp ứng yêu cầu chính là: Kích thước đầu trước của khung phải đảm bảo góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hướng.
Vì xe ô tô điện có kết cấu hệ thống chịu lực tương đối đơn giản nên cũng thuận tiện cho việc lựa chọn và gia công các thanh dầm.
- Hai thanh dầm dọc của xe được bố trí song song và được nối bởi các thanh dầm ngang tạo thành dạng bậc thang.
- Chiều rộng và cao của các thanh dầm thay đổi theo chiều dài của khung.
- Việc thay đổi chiều dài nhằm giúp xe quay vòng dễ dàng (đảm bảo động học quay vòng)
• Đối với các thanh dầm dọc:
Chọn biên dạng (mặt cắt ngang) của thanh dầm là hình chữ [ (80 x 40) (mm), được dập từ thép lá có chiều dày (1,5÷2,5) (mm)
- Số lượng: 02 (thanh)
- Chiều dài mỗi thanh :3 (m)
- Khối lượng của 01 (m) dầm: 7,05 (kg)
- Khoảng cách hai dầm dọc không song song mà thay đổi dạng hình thang phù hợp với hệ thống lái.
- Chiều cao của thanh đà dọc cũng thay đổi phù hợp để lắp các bộ phận: truyền lực chính, sàn xe.
- Phần giữa của hai thanh đà chính được uốn xuống để hạ thấp sàn xe, dễ dàng cho việc lên, xuống xe.
195 26 9 41 6 57 31 8 33 32 931 1078 891 946 3000 84 436 374 20 51 177 17 51 51 35 57 51 137 758 57 56 56 12 0 64 12 2 7 70 743 65 65 515 80 A A C C B B 481 65 65 70 1150 112
Hình 6.1. Sơ đồ kết cấu khung xe.
• Đối với các thanh dầm ngang:
Chọn biên dạng (mặt cắt ngang) của thanh dầm là hình chữ [ (65 x36) (mm), được dập từ thép lá có chiều dày (1,5÷2,5) (mm).
- Số lượng: 04 (thanh)
- Chiều dài mỗi thanh :0,6 (m)
- Khối lượng của 01 (m) dầm: 5,9(Kg)
- Khoảng cách giữa các thanh dầm ngang được bố trí phụ thuộc vào sự lắp đặt các chi tiết sao cho phù hợp.
- Các thanh dầm được nối với nhau bằng các mối hàn hay bằng đinh tán, để tăng thêm độ cứng vững thì ta dùng các tấm ke gia cường.
6.2.2. Chọn vật liệu chế tạo các thanh dầm
Vật liệu dùng để chế tạo các thanh dầm thường là thép hợp kim hay thép cácbon thấp hoặc trung bình như : 20, 25, 30T...
Đặc điểm của các loại thép này là:
- Có giới hạn chảy và độ bền mỏi cao.
- Ít nhạy cảm với tập trung ứng suất.
- Có tính dập nguội và có tính hàn tốt.
Để đơn giản cho quá trình tính toán, cũng như kiểm tra bền ta chọn các vật liệu có sẵn trên thị trường.
- Sử dụng thép CT3 để tính bền
- Sử dụng các loại thép hộp có trên thị trường, các loại thép sử dụng trong lĩnh vực xây dựng.
6.3. Tính toán khung xe