Chương 1: Tổng quan đề tài Chương 2: Tổng quan về khung xe và một số phương pháp tính toán khung xe Chương 3: Tính toán, kiểm bền khung xe Chương 4: Kết luận và kiến nghị 1. Kết quả dự kiến đạt được - Tính toán độ bền khung xe bằng phương pháp sức bền truyền thống. - Xây dựng được mô hình phần tử hữu hạn khung xe bằng phần mềm RDM. - Đánh giá độ bền của khung xe trong trường hợp chịu tải trọng tĩnh.
4 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ KHUNG XE VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KHUNG XE 2. Giới thiệu chung về khung xe ô tô Khung ô tô dùng để nâng đỡ các cụm nằm phía trên nó và giữ cho các cụm ở những vị trí tương quan với nhau đồng thời cũng là nơi chịu toàn bộ tải trọng của xe và tác động từ mặt đường khi xe chuyển động. Khi xe di chuyển trên đường hay khi xe đứng yên thì xe luôn tồn tại những thành phần lực tác động lên xe như: tải trọng bản thân của xe, tải trọng khi xe chở hàng hóa, người lái và các thành phần phản lực khác từ mặt đường tác dụng lên bánh xe. Bên cạnh đó, khung xe còn giúp định hình kết cấu bên trong và hình dạng bên ngoài của xe, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ an toàn khi xe xảy ra va chạm.
Một khung xe quá nhỏ sẽ làm tăng khả năng nguy cơ quá tải cho xe hoặc chúng ta có thể bị tiêu tốn nhiều thời gian và chi phí cho số lượng hàng mình muốn chở thành nhiều lần thay vì trong một lần vận chuyển. Phân loại khung xe - Phân loại theo mối quan hệ giữa khung và vỏ: + Thân xe không chịu lực: gồm hai phần là sàn chịu lực (khung gầm) và cấu trúc thượng tầng (thân xe) đây là các cấu trúc riêng biệt được lắp ráp bởi các phần tử đàn hồi và giảm chấn. Ở loại thân xe này, các khớp, bệ đỡ hay ổ lắp của các cầu, hệ thống treo và động cơ được định vị trên sàn chịu lực. Sự kết nối đàn hồi của sàn xe thân xe làm giảm độ chịu lực của thân xe rất nhiều ở các chế độ vận hành khác nhau của ô tô.
❖ Ưu điểm: Linh hoạt và êm ái: Các bộ phận đàn hồi và giảm chấn giúp xe vận hành êm ái hơn, giảm rung động và tiếng ồn từ mặt đường, mang lại trải nghiệm lái xe thoải mái cho người sử dụng. Khả năng thay thế thân xe dễ dàng: Do cấu tạo riêng biệt, cùng một sàn chịu lực có thể được lắp ráp cho các thân xe có tính chất quán tính tương tự. Trọng lượng thân xe nhẹ: Vì nó chỉ phải chịu được lực do trọng lượng của hành khách, hành lý (hoặc hàng hóa) và các cụm lắp ráp phụ gây ra được đặt trên đó. 5 Cách bố trí này là khung sẽ có độ cứng lớn hơn nhiều so với vỏ do đó khi có ngoại lực bên ngoài tác động khung xe là phần sẽ hấp thụ lực và bị biến dạng còn vỏ xe thì không chịu tác động của ngoại lực vỏ xe thậm chí còn không chịu tác động của nội lực và momen từ hệ thống truyền lực, hệ thống treo… ❖ Nhược điểm: Độ an toàn: khả năng bảo vệ hành khách trong trường hợp bị va chạm có thể bị ảnh hưởng.
+ Thân xe bán chịu lực: bao gồm sàn chịu lực (khung gầm) và cấu trúc thượng tầng (thân xe) là các cơ quan riêng biệt được lắp ráp bằng bu lông có hoặc không có ống lót cao su do đó cả phần khung và vỏ đều chịu lực. Độ co dãn của các kết nối giữa hai phần này là rất nhỏ, thân xe sẽ đảm nhận hầu hết các tác động của khung gầm. Độ cứng của thân xe chiếm tỷ lệ khá cao trong độ cứng của toàn bộ sàn và thân xe. Các khớp, bệ đỡ hay ổ lắp của các cầu, hệ thống treo và động cơ được định vị trên sàn chịu lực.
❖ Ưu điểm: Khung gầm và thân xe có thể được lắp ráp riêng biệt, giúp đơn giản hóa quy trình sản xuất và cho phép sử dụng một khung gầm cho nhiều kiểu xe khác nhau. Có khả năng chịu tải và va đập tốt hơn nên thường được sử dụng trong các loại xe bán tải, xe SUV. ❖ Nhược điểm: Trọng lượng toàn bộ lớn hơn so với loại thân xe chịu lực. - Độ ồn: Khả năng cách âm của thân xe bán chịu lực có thể không tốt bằng so với thân xe chịu lực.
a) Thân xe không chịu lực; b) Thân xe bán chịu lực - Thân xe chịu lực: Một kết cấu thống nhất sẽ bao gồm khung gầm xe và vỏ xe. Các khớp, bệ đỡ hay ổ lắp của các cầu, hệ thống treo và động cơ được kết nối trực 6 tiếp với thân xe. Do đó, toàn bộ thân xe sẽ chịu tất cả các tài trọng từ các chế độ vận hành khác nhau của ô tô. Thường được ứng dụng trên xe khách và xe ô tô con.
❖ Ưu điểm: Trọng lượng nhẹ hơn so với các loại khác Độ an toàn: bảo vệ hành khách tốt hơn trong các trường hợp va chạm ❖ Nhược điểm: Độ chính xác kích thước thấp: Việc lắp ráp các cầu ô tô và hệ thống treo vào thân xe chịu lực đòi hỏi độ chính xác cao hơn do dung sai thân xe nhỏ hơn. Khả năng truyền rung động cao: Rung động từ hệ thống treo có thể dễ dàng truyền vào khoang hành khách, làm giảm độ êm ái khi di chuyển. Thân xe chịu lực - Phân loại theo kết cấu khung: + Khung có dầm dọc hai bên: khung xe có dạng hình thang bao gồm 2 xà dọc hai bên song song với nhau và được kết nối bởi một số xà nganng. Các thanh ngang có vai trò tạo độ cứng xoắn nhất định đồng thời làm giá đỡ cho các bộ phận trên xe như: cụm động cơ, bộ phận truyền động, hệ thống treo… Thân xe được chế tạo riêng biệt và sau đó được gắn vào khung.
Khung xe loại này thường được sử dụng cho các phương tiện lớn và SUV hạng nặng. Khung xe có dầm dọc hai bên ❖ Ưu điểm: Có thiết kế đơn giản, dễ dàng sửa chữa và bảo dưỡng, cấu trúc cứng cáp do đó khung xe có khả năng chịu tải cao và có thể chịu được các va đập mạnh, chịu được tải trọng lớn, phù hợp cho các phương tiện chở hàng nặng. ❖ Nhược điểm: Trọng lượng nặng và độ linh hoạt thấp: Khung xe thường nặng hơn các loại khung xe khác, do đó có thể ảnh hưởng đến hiệu suất nhiên liệu của phương tiện, không linh hoạt như các loại khung xe khác, do đó có thể gặp khó khăn khi di chuyển trên địa hình gồ ghề. + Khung có dầm dọc ở giữa: Khung xe dạng này bao gồm một dầm dọc có tiết diện hình chữ nhật chạy dọc theo giữa có vai trò là thanh chịu lực chính của khung xe, nối với các dầm ngang hai bên theo dạng xương cá.
Khung xe có dầm dọc ở giữa dạng xương cá 8 ❖ Ưu điểm: Khung xe có khả năng chịu tải cao và có thể chịu được các va đập mạnh, các trục tiếp xúc tốt hơn với mặt đường đem lại sự ổn định cho khung xe, khung xe có thể chịu được áp lực cao và xoắn từ thân xe do cấu tạo đặc biệt của nó. ❖ Nhược điểm: khó khăn trong việc sửa chữa trục truyền động vì cần phải mở toàn bộ khung , chi phí sản xuất cao. + Khung hỗn hợp hay khung hình chữ X: khung dạng chữ X cấu tạo từ hai dầm dọc chạy dọc theo chiều dài khung xe các thanh ngang ghép 2 thanh dọc với nhau ghép dạng chữ X, đỡ toàn bộ tải trọng của ô tô. ❖ Ưu điểm: Khung xe có độ cứng cao giúp xe chịu được va đập mạnh khi di chuyển trên đường gồ ghề, độ linh hoạt cao giúp xe dễ dàng di chuyển qua các chướng ngại vật, trọng lượng nhẹ hơn so với các khung xe khác giúp xe tiết kiệm nhiên liệu ❖ Nhược điểm: chi phí cao, khó khăn trong việc sửa chữa Hình 2.
Khung xe có dạng chữ X + Khung xe dạng thang chéo: Cũng tương tự như dạng hai dầm dọc hai bên dạng thang chéo cũng được cấu tạo như dạng thang dọc nhưng các dầm liên kết là các dầm chéo 9 Hình 2. Khung xe có dạng thang chéo Tuy mỗi loại khung xe có cấu tạo khác nhau, tổng quát lại có những điểm chung sau: + Xà dọc và xà ngang được chế tạo bằng thép và được nối với nhau bằng bu lông, đinh tán hoặc mối hàn. + Tiết diện các xà ngang, hình dáng và khoảng cách giữa các thanh xà phụ thuộc vào vị trí tương quan của các cụm động cơ, hộp số, hệ thống treo… được lắp đặt trên khung xe. Hình dạng dầm có ảnh hưởng lớn đến độ cứng khung theo chiều dọc và theo đường chéo, các dầm chéo hình chữ X làm tăng độ cứng lên nhiều lần so với các phương án bố trí khác, loại này thường sử dụng trên xe có khung có bề ngang khá rộng và bề dài ngắn (xe con, xe du lịch).
+ Xà dọc có thể có nhiều hình dạng khác nhau: hình hộp, hình ống, hình chữ C… trong đó thép dập hình chữ C là phổ biến nhất thường được dùng trên các xe tải cỡ lớn (tải trọng trên 25 tấn). Để giảm trọng tâm xe, xà dọc có thể được thiết kế võng lên ở chỗ các cầu xe. Trên xà dọc có khoan nhiều lỗ để nối vỏ xe với các cụm khác bằng bulong, đinh tán, bên cạnh đó việc khoan các lỗ trống còn với mục đích giúp khung xe chịu ứng suất đều hơn. Yêu cầu đối với khung xe tải Khung xe giúp định hình kết cấu bên trong và hình dạng bên ngoài của xe, đóng vai trò quyết định đến việc đảm bảo an toàn khi xe xảy ra va chạm.
Một khung xe quá nhỏ dẫn đến khả năng chịu tải kém. Do mục đích, công dụng khác nhau, chế độ khai thác và tải trọng đa dạng và phức tạp nên các yêu cầu cơ bản đối với khung vỏ là: độ cứng vững cao, độ bền cao, độ bền mỏi đảm bảo. Mặt khác khung xe chịu lực phải có kết cấu hợp lý, hình dạng thích hợp để có bố trí lắp đặt các cụm, hệ thống, thiết bị khác trên xe. Với chức năng quan trọng nhất là khả năng chịu lực nên khung xe thường được thiết kế với tiết diện hình chữ U hoặc I (với xe HYUNDAI NEW MIGHTY N250SL sẽ có tiết diện là hình chữ U).