Đồ án Thiết kế ô tô khách giường nằm 42 chỗ trên cơ sở Chassic xe THACO-KB120SE

. - Trải tappi sàn,ráp chắn bùn,vỏ dự phòng,dán vải giả da nội thất. - Ráp hệ thống đèn,quạt,còi,cản trước,cản sau,ráp khóa cửa hầm hàng. - Ráp ống dẫn gió lạnh,kiếng hông,lưới lọc dàn lạnh. - Ráp tappi hông,taplo,ráp ghế khách và giường nằm. - Ráp hệ thống công tắc,cần gạt nước,cửa gió,ổ khóa lạnh,đồng hồ,ráp kiếng trước sau,gương chiếu hậu,nhà vệ sinh. - Sạc ga lạnh,tấm dừng sau lưng tài xế,ráp ghế tài,dây đai an toàn. - Ráp che nắng,bình cứu hỏa,máy cassette,logo,nổ máy kiểm tra. - Ráp cửa lên xuống. *Tester line: - Kiểm tra góc đặt bánh xe. - Kiểm tra độ trượt ngang và thắng. - Kiểm tra tốc độ. - Hầm kiểm tra. - Kiểm tra khí xả,độ ồn và đèn. - Kiểm tra độ kín nước. - Kiểm tra và sữa chữa lại. 3.CÁC TÍNH TOÁN CƠ BẢN: 3.1.Xác định trọng lượng bản thân và trọng lượng toàn bộ của ôtô: - Trọng lượng ô tô sát xi: Gnt = 5800 Kg - Trọng lượng khung vỏ và sàn của ôtô khách giường nằm 42 chỗ được xác định gần đúng theo diện tích sàn ôtô (1m2 tương ứng với 177,725 KG) Ssàn = 11,95 x 2,5 = 29,875 [m2] Gkvx = 29,875 x 177,725 = 5309 [KG] - Trọng lượng giường nằm + ghế ngồi của ôtô khách giường nằm 42 chỗ + Trọng lượng của 1 cái giường là 28 KG,tên xe được bố trí 39 giường. + Trọng lượng của 1 cái ghế là 15 Kg,trên xe được bố trí 3 ghế. Ggn = 28x39 + 15x3 = 1092 [KG] - Trọng lượng hệ thống điều hòa lắp trên ô tô khách giường nằm 42 chỗ Gđh = 599 [KG] Þ Trọng lượng bản thân của ôtô thiết kế là: G0 = Gnt + Gkvx + Ggh + Gđh = 5800 + 5309 +1092 + 599 = 12800 [KG] - Trọng tải của ôtô thiết kế. Gt = Gkh + Ghl + Ghg Trong đó: Gkh - Tải trọng hành khách; Gkh = Gng . n Gng - Trọng lượng một người, Gng = 50 [KG] n - Số chỗ ngồi. Gkh = 50 . 42 = 2100 [KG] Ghl - Trọng lượng hành lý xách tay đặt trên giá trong thùng xe Ghl = 170 [KG] Ghg - Trọng lượng hàng đặt trong khoang hàng ở gầm xe, lấy trung bình một người là 15 [KG]. Ghg = 15 . 42= 630 [KG] Gt = 2100 + 170 + 630 = 2900 [KG] - Trọng lượng toàn bộ ôtô khách thiết kế: Ga = G0 + Gt = 12800+ 2900 = 15700 [KG] Vậy qua kết quả tính toán trên ta thấy trọng lượng toàn bộ ôtô thiết kế nằm trong mức chịu tải của ôtô sát xi là 16500 [KG]. 3.2.Xác định sự phân bố trọng lượng ô tô lên các cầu: Sự phân bố trọng lượng lên các trục của ô tô khi không tải và khi đầy tải được xác định trên cơ sở giá trị các thành phần trọng lượng và vị trí của chúng tác dụng lên các trục ôtô. 3.2.1.Phân bố trọng lượng lên các cầu khi ô tô không tải Trên cơ sở kích thước và kết cấu của khung vỏ,ta xác định được khối lượng của các tổng thành cấu tạo nên thân vỏ ôtô và vị trí của chúng tác dụng lên cầu trước và cầu sau của ôtô,ta tiến hành quy dẫn khối lượng của các tổng thành đó về cầu trước và cầu sau của ô tô thiết kế. Các tổng thành cấu tạo nên thân vỏ ôtô thiết kế là : mảng xương sàn,mảng xương thành trái,thành phải,mảng xương trần,mảng xương đầu,mảng xương đuôi,khung xương khoang hành lý,tôn bọc ngoài khung xương,gỗ lót sàn,kính an toàn… Để đơn giản cho việc tính toán ta xem như khối lượng của các tổng thành phân bố đều lên chiều dài dầm dọc của xe. Gọi Gs,Gtt,Gtp,Gtrần,Gđầu,Gđuôi,Gkh lần lượt là khối lượng của khung xương sàn,khung xương thành trái,khung xương thành phải,khung xương trần,khung xương đầu,khung xương đuôi,khung xương khoang hành lý. Theo bảng tính khối lượng khung xương ta có: Gs = 1250 [KG] Gtt = 514 [KG] Gtp = 578 [KG] Gtrần = 347 [KG] Gđầu = 94 [KG] Gđuôi = 112 [KG] Gkh = 190 [KG] Đặt G1 = Gs + Gtt + Gtp + Gtrần=1250 + 514 + 578 + 347 = 2689 [KG] Hình 3-1.Sơ đồ phân bố tải trọng G1 lên các cầu Trong đó: O1, O2 - Tâm của cầu trước và cầu sau. Z1, Z2 - Phản lực ở cầu trước và cầu sau. Lấy mômen tại O2: SMO2 = G1.2540 - Z1.6000 = 0 Þ Z1 = =1138,3 [KG] Z1 + Z2 = 2689 Þ Z2 = 2689 - Z1 =2689 -1138,3 = 1550,7 [KG] +Trọng lượng khung xương đầu,khung xương đuôi phân bố lên các cầu. Gđầu Gđuôi Hình 3-2.Sơ đồ tải trọng Gđầu,Gđuôi tác dụng lên các cầu Lấy mômen tại O2: SMO2 = Gđầu.8280 - Z1.6000 - 3200. Gđuôi = 0 Þ Z1 = Gđầu - Gđuôi =94 - 112 = 70 [KG] Z1 + Z2 = Gđầu + Gđuôi Þ Z1 + Z2 = 94 + 112 = 206 [KG] Þ Z2 = 206 - Z1 = 206 – 70 = 136 [KG] +Trọng lượng khoang chứa hành lý phân bố lên các cầu. Hình 3-3.Sơ đồ tải trọng Gkh tác dụng lên các cầu Lấy mômen tại O2: SMO2 = Gkh.2167 - Z1.6000 = 0 Þ Z1 = = 68,6 [KG] Z1 + Z2 = 190 Þ Z2 = 190 - Z1 =190 – 68,6= 121,4 [KG]. +Trọng lượng gỗ lót sàn+ nhựa ốp tường,sàn +kính an toàn + tôn bao bọc khung xương,tác dụng lên các cầu. Trọng lượng gỗ lót sàn G11. Sử dụng gỗ dày 20 [mm], tổng diện tích cần lót là 29,875[m2] . Trọng lượng riêng của gỗ g = 800 [KG/m3]. Þ Gg= 0,02 . 29,875 . 800 = 478 [KG]. Trọng lượng nhựa ốp tường,sàn + ê ke gia cường +bát liên kết G11 = 322 [KG]. Trọng lượng tôn (dày 1,2 mm) bao bọc 72 [m2] là Gt = 674 [KG]. Trọng kính an toàn Gk= 400 [KG]. Đặt G2 = Gg + G11 + Gt + Gk=478 + 322 + 674 + 400 = 1874 [KG] Hình 3-4.Sơ đồ tải trọng G2 tác dụng lên các cầu. Ta có: Lấy mômen tại O2: SMO2 = G1.2540 - Z1.6000 = 0 Þ Z1 = =793,3 [KG] Z1 + Z2 = 1874 Þ Z2 = 1874 - Z1 =1874 -793,3 = 1080,7 [KG] Hình 3-5.Sơ đồ tải trọng Gvs tác dụng lên các cầu +Tải trọng của buồng vệ sinh phân bố lên các cầu. Ta có : Gvs =350 [KG] Lấy mômen tại O2: SMO2 = G1.3424 - Z1.6000 = 0 Þ Z1 = =199,7 [KG] Z1 + Z2 = 350 Þ Z2 = 350 - Z1 =350 – 199,7 = 150,3 [KG] * Vậy trọng lượng của khung vỏ và sàn tác dụng lên cầu trước và cầu sau của ô tô thiết kế là : Z1 = 1138,3 + 70 + 68,6 + 793,3 + 199,7 = 2267 [KG] Z2 = 5309 – 2267 = 3042 [KG]. Việc bố trí bên trong xe khách thiết kế ta tham khảo và bố trí tương tự xe khách giường nằm 42 chỗ THACO-KB120SE,nên việc phân bố trọng lượng trên ôtô của các tổng thành lại của ô tô thiết kế tương tự như xe THACO-KB120SE. * Trọng lượng giường nằm +ghế ngồi +Cầu trước : 480 [KG] +Cầu sau : 612 [KG] * Trọng lượng hệ thống điều hòa +Cầu trước : 345 [KG] +Cầu sau : 254 [KG] ÞVậy phân bố trọng lượng của ôtô thiết kế khi không tải +Cầu trước : 4992 [KG] +Cầu sau : 7808 [KG] 3.2.2.Phân bố trọng lượng lên các cầu khi ô tô đầy tải *Trọng lượng hành khách phân bố lên các cầu +Cầu trước : 1200 [KG] +Cầu sau : 1530 [KG] *Trọng lượng hành lý phân bố lên cầu +Cầu trước : 75 [KG] +Cầu sau : 95 [KG] ÞVậy phân bố trọng lượng của ôtô thiết kế khi đầy tải +Cầu trước : 6287 [KG] +Cầu sau : 9413 [KG] - Để thuận tiện cho việc tính toán các phần sau ta lập bảng phân bố trọng lượng lên cầu trước và cầu sau của xe thiết kế. Bảng 3-1.Trọng lượng phân bố lên các cầu khi không tải và khi có tải. TT Thành phần trọng lượng Đơn vị Giá trị Z1 Z2 GX 1 Trọng lượng Chassis THACO-KB120SE KG 1900 3900 5800 2 Trọng lượng khung vỏ và sàn. KG 2267 3042 5309 3 Trọng lượng giường nằm + ghế ngồi KG 480 612 1092 4 Trọng lượng hệ thống điều hòa KG 345 254 599 5 Trọng lượng ôtô không tải KG 4992 7808 12800 6 Trọng lượng hành khách. KG 1200 1530 2730 7 Trọng lượng hành lý KG 75 95 170 8 Trọng lượng toàn bộ toàn bộ của ôtô. KG 6287 9413 15700 8 Trọng lượng toàn bộ cho phép của ôtô Chassis KG 6500 10000 16500 4.TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH Ô TÔ THIẾT KẾ Đối với ôtô khách ngoài các chỉ tiêu thẩm mỹ, tiện nghi thì chỉ tiêu an toàn cũng rất quan trọng. Do đó, ta phải tính toán kiểm tra ổn định và dọc ngang, ổn định khi quay vòng của ôtô khách thiết kế. 4.1.Xác định tọa độ trọng tâm của ôtô Tọa độ trọng tâm ôtô là thông số quan trọng ảnh hưởng tới khả năng ổn định của ôtô. Vì vậy cần xác định vị trí trọng tâm ôtô theo chiều dọc và chiều cao cả khi không tải và đầy tải. Theo chiều ngang ta coi ôtô đối xứng dọc và trọng tâm ôtô nằm trong mặt phẳng đối xứng dọc của ôtô. *Sơ đồ xác định trọng tâm ôtô: Hình 4-1.Sơ đồ tính toán tọa độ trọng tâm của ô tô *Khi ô tô không tải: +Tọa độ trọng tâm theo chiều dọc. Ta có phương trình cân bằng mômen đối với cầu trước: G02 . L - G0 .a0 = 0 Þ a0 = (G20.L)/G0 = (7808.6000)/12800 = 3660 [mm] Trong đó: G02- Phân bố trọng lượng lên trục sau: G02 = 7808 [KG] G0- Trọng lượng không tải của ôtô thiết kế. G0 = 12800 [KG] L- Chiều dài cơ sở. L = 6000 [mm] Mặt khác ta có: a0 + b0 = L Þb0 = L - a0 = 6000 - 3660 = 2340 [mm] +Tọa độ trọng tâm theo chiếu cao. Chiều cao trọng tâm ô tô được xác định trên cơ sở cân bằng chiều cao khối tâm các thành phần trọng lượng. Ta có: hg = =(Gnt . hg0 + Gkvs . hkvs + Ggh . hgh )/ Ga Trong đó: hg, G – Chiều cao trọng tâm và trọng lượng bản thân của ô tô; hg0, Gnt – Chiều cao trọng tâm và trọng lượng chassis ô tô khách; hkvs, Gkvs – Chiều cao trọng tâm và trọng lượng sàn và khung vỏ ô tô; hgh, Ggh – Chiều cao trọng tâm và trọng lượng giường nằm và ghế ngồi. *Khi ôtô đầy tải: +Tọa độ trọng tâm theo chiều dọc: Ta có phương trình cân bằng mômen đối với cầu trước: G2 . L - Ga . a = 0 Þ a = (G2 . L) / Ga = (9413 . 6000)/15700 = 3597 [mm] Trong đó: G2- Phân bố trọng lượng lên trục sau: G2 = 9413 [KG] Ga- Trọng lượng toàn bộ của ôtô thiết kế. Ga = 15700 [KG] L- Chiều dài cơ sở. L = 6000 [mm] Þ b = L - a = 6000 - 3597 = 2403 [mm] +Toạ độ trọng tâm theo chiều cao. Căn cứ vào giá trị các thành phần trọng lượng và toạ độ trọng tâm của chúng, ta xác định chiều cao trọng tâm của ôtô theo công thức: hg =(SGi . hgi)/G0 =(Gnt .hg0 + Gkvs.hkvs + Ggh . hgh + Gkh . hkh + (Ghl . hhl + Gk.hk)/G0 Trong đó : hg, G – Chiều cao trọng tâm và trọng lượng bản thân của ôtô; hg0, Gnt – Chiều cao trọng tâm và trọng lượng chassis ôtô khách; hkvs, Gkvs – Chiều cao trọng tâm và trọng lượng sàn, khung vỏ ôtô; hgh, Ggh – Chiều cao trọng tâm và trọng lượng giường, ghế ngồi; hk, Gk – Chiều cao trọng tâm và trọng lượng khách; hhl, Ghl – Chiều cao trọng tâm và trọng lượng hành lý. Để thuận tiện cho quá trình tính toán ta lập bảng giá trị trọng lượng và tọa độ trọng tâm theo chiều cao của các thành phần. Ký hiệu Phân loại Gi hi Gi.hi Gnt Trọng lượng khung gầm có gắn động cơ 5800 0,695 4031 Gkvs Trọng lượng khung vỏ và sàn 5309 1,7 9025,3 Ggh Trọng lượng giường nằm và ghế ngồi 1092 1,85 1454,1 Gđh Trọng lượng hệ thống điều hoà 599 3,715 1876,08 G Trọng lượng bản thân của ô tô 12800 hg1 16386,48 Gk Trọng lượng khách 2730 1,9 5187 Ghl Trọng lượng hành lý 170 0,75 450 G0 Trọng lượng toàn bộ của ô tô 15700 Hg 22023,48 Sau khi thay các giá trị cụ thể cho ôtô trong 2 trường hợp có tải và không tải ta nhận được kết quả cho trong bảng sau: Ô TÔ KHÁCH 42 CHỖ THÔNG SỐ a (m) b (m) hg (m) Ô TÔ THIẾT KẾ Khi không tải 3,66 2,34 1,28 Khi có tải 3,597 2,403 1,4 4.2.Tính toán ổn định dọc và ổn định ngang của ôtô thiết kế 4.2.1.Tính ổn định dọc của ôtô thiết kế + Khi xe lên dốc Hình 4-2.Sơ đồ tính toán ổn định dọc khi xe lên dốc Khi ôtô lên dốc ổn định với tốc độ thấp do vậy các lực cản gió, lực quán tính có thể bỏ qua và ảnh hưởng của lực cản lăn coi như không đáng kể. Ta có : tgaL = b / hg aL - Góc ổn định dọc khi xe lên dốc. tgaL = 2,403 / 1,4 = 1,716 Þ aL = 59,770 +Khi xe xuống dốc. G.cos a b a h g L O 2 O 2 Z 2 Z 1 V G.sin a G a ' L Hinh 4-3.Sơ đồ tính toán ổn định dọc khi xe xuống dốc Tương tự ta có: TgaX = a / hg, aX - Góc ổn định dọc khi xe xuống dốc. TgaX = 3,597/ 1,4 = 2,57 Þ aX = 68,730 Điều kiện để đảm bảo toàn cho ôtô bị trượt trước khi bị lật đổ. Tgaj < tg ađ aj - Góc dốc giới hạn khi ôtô bị trượt trước khi lật đổ. Hay j < b / hg = 1,716 Vì j < 1 (j - hệ số bám dọc của bánh xe với đường) nên ôtô khách đảm bảo ổn định dọc trên các loại đường. 4.2.2.Tính toán ổn định ngang của ôtô Hình 4-4.Sơ đồ tính toán ổn định ngang Giả thiết trị số mômen quán tính của các chi tiết quay của động cơ và hệ thống truyền lực khi ôtô chuyển động đều Mjn » 0, ta có: tgbđ = B / 2hg bđ - Góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ. B - Khoảng cách giữa hai vệt bánh xe sau, B = 2200 [mm] tgbđ = 2200 / 2.1400 = 0,786 Þ bđ = 38,160 Giả thiết mặt đường bằng phẳng và ngang. Khi ôtô quay vòng trên mặt đường nghiêng ngang như (hình 4-4) thì tốc độ giới hạn nguy hiểm của ôtô là: Vn = (4.1) Trong đó: Vn- Vận tốc giới hạn nguy hiểm khi ôtô bị lật đổ. R- Bán kính quay vòng bé nhất của ôtô, (R = 8,57 m) g- Gia tốc trọng trường ( g = 9,81 m/s2) Þ Vn = = 8,13 [m/s] Điều kiện để ôtô bị trượt trước khi bị lật đổ là: Vj < Vn (4.2) Vj- Vận tốc giới hạn khi ôtô bị trượt ngang. Vj = (4.3) jy - Hệ số bám ngang của đường và bánh xe. Kết hợp (4.1), (4.2) và (4.3) ta có điều kiện: jy < == 0,786 Do đó yêu cầu người lái hạn chế tốc độ ở các quãng đường vòng (tốc độ nhỏ hơn 30 (Km/h). 4.3.Xác định hành lang quay vòng của ôtô 4.3.1.Xác định bán kính quay vòng của ôtô Bán kính quay vòng nhỏ nhất theo vệt bánh xe trước phía ngoài được tính theo công thức: Rqmin = L/sinq + B1 / 2. cos q Ở đây : q - Góc quay trung bình của các bánh xe dẫn hướng : q = 350 Rqmin = 6000/sin350 + 2020/2cos350 = 11694 (mm) Rqmin = 11,7 (m) Bán kính quay vòng của ôtô thiết kế nằm trong giới hạn cho phép. 4.3.2.Xác định hành lang quay vòng của ô tô Hành lang quay vòng của ô tô là diện tích bề mặt tựa được giới hạn bởi hình chiếu của quỹ đạo chuyển động của các điểm trên biên với tâm quay vòng tức thời của nó. Hình 4-5.Sơ đồ xác định bán kính quay vòng và chiều rộng hành lang quay vòng của ôtô Ta có: R0 : Bán kính quay vòng theo điểm O, là giao điểm giữ tâm đối xứng dọc của ôtô và tâm trục sau: (R0 º P0) R0 = L.cotgq; Trong đó: L - Chiều dài cơ sở của ô tô, L = 6,0 (m) q - Góc quay vòng trung bình của các bánh xe dẫn hướng phía trong và phía ngoài của ô tô, q = 350; Suy ra : R0 = 6,0. cotg350 = 8,57 (m) RB : Bán kính quay vòng tính theo điểm biên trong tại tâm trục sau (điểm B): RB = R0 – B0/2 = 8,57 – 1,25 = 7,32 (m) Với B0 – chiều rộng toàn bộ của ô tô : B0 = 2,50 m RC : Bán kính quay vòng tính theo điểm bên ngoài tại tâm trục sau (điểm C) : RC = R0 + B0/2 = 8,57 + 1,25 = 9,82 (m) RG : Bán kính quay vòng tính theo điểm trọng tâm ô tô (điểm G): RG = = = 8,93 (m) RA = Bán kính quay vòng tính theo điểm biên ngoài đầu ô tô (điểm A) : RA = = = 12,36 (m) Với L1 – Khoảng vượt trước : L1 = 2,55 m; Hv : Hành lang quay vòng của ô tô, xác định như sau: Hv = RA - RB = 12,36 – 7,32 = 5,04 (m) Nhận xét : Ôtô thiết kế có hành lang quay vòng Hv = 5,04 (m), do vậy đủ khả năng cơ động trên các loại đường giao thông công cộng hiện nay tại Việt Nam. 5.TÍNH TOÁN SỨC KÉO CỦA ÔTÔ THIẾT KẾ Ôtô khách đóng mới từ ô tô sát xi nguyên thủy có nguồn động lực và hệ thống truyền lực không thay đổi, chỉ có nhân tố hình dáng thay đổi làm cho hệ số cản khí động học thay đổi. Ngoài ra trọng lượng bám có sự thay đổi một ít so với xe nguyên thủy do đó ta phải tính toán lại sức kéo hay còn gọi là khả năng động lực của ôtô. 5.1.Các thông số cơ bản Từ kết quả tính toán trên ta có các thông số của ôtô khách thiết kế trên cơ sở sử dụng lại động cơ và hệ thống truyền lực của sát xi khách THACO-KB120SE, với các thông số sau: - Nemax = 257 [KW] ở số vòng quay: nN = 2200 [V/ ph] - Memax = 1400 [N.m] ở số vòng quay: nM = 1400 [V/ ph] - Tỷ số truyền hộp số: ih1= 6,341; ih2 =4,277; ih3 =2,434; ih4 = 1,503; ih5 =1,000; ih6 =0,684 - Tỷ số truyền của truyền lực chính: i0 = 4,1 - Trọng lượng toàn bộ của ô tô : Ga = 15700 [KG] = 157000 [N] - Tải trọng phân bố lên cầu trước: Ga1 = 6287[KG] = 62870 [N] - Tải trọng phân bố lên cầu sau: Ga2 = 9413 [KG] = 94130 [N] - Chiều rộng toàn bộ của ô tô: Ba = 2500 [mm] - Chiều cao toàn bộ của ô tô: Ha = 3800 [mm] 5.2.Tính toán các thông số động lực học của ôtô thiết kế - Hệ số cản không khí: K = (0,25 ¸ 0,4) [Ns2/m4] Chọn: K = 0,28 [Ns2/m4] - Hệ số cản lăn của đường: f f = f0 . f0 - Hệ số cản lăn ứng với tốc độ chuyển động của xe v £ 22,2 [m/s] Với loại đường nhựa tốt: f0 = (0,015 ¸ 0,018), chọn: f0 = 0,015. - Diện tích cản chính diện của ô tô khách. F = Kf . Ba. Ha Trong đó: Ba- Chiều rộng lớn nhất của ô tô ; [m] Ha- Chiều cao lớn nhất của ô tô ; [m] Kf - Hệ số điền đầy diện tích, Kf = 0,75¸ 0,9; chọn Kf = 0,85 F = 0,85. 2,5.3,8 = 8,075 [m2] - Hiệu suất hệ thống truyền lực (ht). Đối với xe khách với truyền lực chính một cấp: ht = 0,89. - Nhân tố cản không khí. Xác định theo công thức : W = K.F [Ns2/m2] W = 0,28.8,075 = 2,261 [Ns2/m2] - Bán kính làm việc trung bình của bánh xe ( kí hiệu lốp 12R22.5) rb = l .r0 [mm] Với : ro- Bán kính thiết kế của bánh xe. r0 = (12 + 22.5/2).25,4 = 590,55 [mm] l - Hệ số biến dạng của lốp, được chọn phụ thuộc vào loại lốp. Theo [2], ta có: Với lốp có áp suất cao: l = (0,945 4 0,950), chọn l = 0,947. Þ rb = 0,947. 590,55 = 558,07[mm] - Tải trọng ở cầu sau phân bố lên mỗi lốp là: q2 = [KG] Trong đó: - Trọng lượng phân bố lên cầu sau, [KG] i- Số lốp ở cầu sau, i= 4 (chiếc). - Tải trọng ở cầu trước phân bố lên mỗi lốp là: q1 = [KG] 5.3.Lập các đồ thị đặc tính động lực học 5.3.1.Lập đồ thị đặc tính ngoài của động cơ MD9M Trên cơ sở những giá trị thông số của động cơ MD9D ta sử dụng công thức kinh nghiệm của Lây- đec- man để xây dựng đặc tính ngoài của động cơ. Ne = Nemax.[a.( we/wN) + b.( we/wN) 2 - c.( we/wN)3] (5.1) Trong đó: Ne - Công suất có ích của động cơ, [KW] Nemax - Công suất lớn nhất của động cơ, [KW] we - Tốc độ góc của trục khuỷu ứng với một điểm bất kỳ của đồ thị đặc tính ngoài, [rad/s] wN - Tốc độ góc trục khuỷu ứng với công suất cực đại, [rad/s] a, b, c - Các hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vào loại động cơ. Để tính toán được nhanh chóng, thuận tiện ta đặt: K = [a.(we/wN) + b.(we/wN) 2 - c.(we/wN)3] Hay: K = a.l+ b.l2 - c.l3 (5.2) Với: l = we/wN Suy ra: we= l.wN= l.(.p.nN)/30 = l.(3,14.2200)/30 = 230,267.l Đối với động cơ diezel, ta có: l =1 Từ (5.1) và (5.2) ta có: Ne = Nemax.K (5.3) Mômen xoắn động cơ tính toán theo công thức Me = 104.Ne/(1,047.ne ) (5.4) Trong đó: Me - Mômen xoắn động cơ, [N.m] Ne - Công suất có ích của động cơ, [KW] we - Tốc độ góc của động cơ, [rad/s] Ta cần xác định các hệ số a, b, c ở công thức (5.1) Theo công thức A.I.Gris-Kê-Vich ta có: a = [ KM.Kw.(2- Kw) - 1] / [Kw.(2- Kw) - 1] b = (1- a) / (1- 0,5.Kw) c = Kw.(b/2) = a + b – 1 Với KM :Hệ số thích ứng theo momen động cơ . KM = Memax/MN Kw - Hệ số thích ứng theo số vòng vòng quay của động cơ. Kw = wN/wM Tốc độ góc của động cơ ở công suất cực đại là: wN = (p.nN) / 30 = (3,14. 2200) /30 = 230,267 [rad/s] Tốc độ góc động cơ ở momem cực đại: wM = (p.nM) / 30 = [3,14.1400]/30 = 146,5 [rad/s] Hệ số thích ứng momen: Hệ số thích ứng số vòng quay: = = 1,57 Thay số vào ta được: a = b = c = 1,57. Thay các giá trị vào phương trình (5.2), (5.3) và (5.4) ta lập bảng 5-1 và từ các trị ở bảng này xây dựng được đặc tính tốc độ ngoài của động cơ Bảng 5-1.Giá trị của Me và Ne theo we và ne. STT ne we l K Ne Me 1 220 23,038 0,1 0,070 17,995 781,25 2 440 46,077 0,2 0,178 45,633 990,55 3 660 69,115 0,3 0,311 79,939 1156,82 4 880 92,153 0,4 0,459 117,939 1280,05 5 1100 115,192 0,5 0,610 156,660 1360,25 6 1320 138,230 0,6 0,751 193,129 1397,42 7 1540 161,268 0,7 0,873 224,371 1391,55 8 1760 184,307 0,8 0,963 247,412 1342,65 9 1980 207,345 0,9 1,009 259,280 1250,71 10 2200 230,383 1 1,000 257,000 1115,74 Hình 5-1.Đồ thị đặc tính ngoài động cơ MD9M 5.3.2.Lập đồ thị đặc tính kéo của ôtô 5.3.2.1.Lập đồ thị cân bằng công suất của ôtô Phương trình cân bằng công suất tổng quát của ô tô có dạng: Nk= Ne- Nt = Nf + Nw ± Ni ± Nj (5.5) Trong đó ( Đơn vị tính theo W): Nk- Công suất của động cơ phát ra tại bánh xe chủ động . Ne- Công suất của động cơ phát ra. Nt- Công suất tiêu hao do ma sát trong hệ thống truyền lực. Nf- Công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn. Nf = f.Ga.cos a .V Nw- Công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí. Nw= K.F.V3 Ni- Công suất tiêu hao để thắng lực cản dốc của đường. Ni= Ga.sin a .V Nj- Công suất tiêu hao để thắng lực cản quán tính. Nj= Ga.di.j.V/.g Trong đó: g - Gia tốc trọng trường; j - Gia tốc của ôtô; di - Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối chuyển động quay; Ta lập đồ thị cân bằng công suất của ôtô trong trường hợp ôtô chuyển động ổn định (j = 0) trên đường bằng (a = 0). Tức là: Ni= 0, Nj= 0.Do đó phương trình cân bằng công suất (5.5) có dạng sau: Nk= Ne - Nt = ht .Ne = 0,89.Ne (5.6) Tốc độ chuyển động của xe ở các tay số khác nhau theo tốc độ góc: Vi = [m/s] (5.7) + Công suất tiêu hao để thắng lực cản không khí (Nw = W.V3/1000) được tính theo sự biến thiên tốc độ nói chung. + Công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn: Ny = Nf = f.Ga.V - Với các giá trị V£ 22 (m/s) thì Ny là đường bậc nhất. - Với các giá trị V³ 22 (m/s) thì Ny là đường bậc hai vì lúc này f = f(v). Theo công thức kinh nghiệm f = f0.(1+ V2/1500).Các giá trị (Ny) tính được ghi ở (bảng 5-2) và đồ thị cân bằng công suất ôtô như (hình 5-2) Bảng 5-2.Các giá trị Nk, Ny, Ny+Nw theo V STT V1 V2 V3 V4 V5 V6 Nk Ne Ny Ny+Nw 1 0,49 0,73 1,29 2,09 3,14 4,58 16015,9 17995,4 10738,6 10769,7 2 0,99 1,47 2,58 4,17 6,27 9,17 40613,2 45632,8 22367,3 22616,2 3 1,48 2,20 3,86 6,26 9,41 13,75 71145,3 79938,6 35776,3 36616,3 4 1,98 2,93 5,15 8,34 12,54 18,34 104966 117939 51855,7 53846,9 5 2,47 3,67 6,44 10,43 15,68 22,92 139428 156660 71495,6 75384,7 6 2,97 4,40 7,73 12,52 18,81 27,50 171885 193129 95586,2 102307 7 3,46 5,13 9,02 14,60 21,95 32,09 199690 224371 125018 135689 8 3,96 5,86 10,31 16,69 25,08 36,67 220197 247412 160680 176610 9 4,45 6,60 11,59 18,78 28,22 41,26 230759 259280 203463 226144 10 4,94 7,33 12,88 20,86 31,35 45,84 228730 257000 254258 285371 Hình 5-2.Đồ thị cân bằng công suất của ôtô Từ đồ thị (hình 5-2), hình chiếu giao điểm của đường Nk6 và đường cong (Ny + Nw) chiếu xuống trục hoành ta được vận tốc cực đại của ôtô là 43 (m/s) hay 154,8 (Km/h). 5.3.2.2.Lập đồ thị đặc tính kéo của ôtô + Phương trình cân bằng lực kéo tổng quát của ô tô thiết kế. PK= Pf + Pw ± Pi ± Pj + Pm [N] (5.8) Trong đó: PK - Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động. Pf - Lực cản lăn, Pf = f.G.cosa . Pi - Lực cản dốc, Pi = G.sina . Pw - Lực cản không khí, Pw = K.F.V2. Pj - Lực cản quán tính, Pj = . Pm - Lực cản ở móc kéo. Để biểu diễn phương trình cân bằng lực kéo ô tô dưới dạng đồ thị, ta tính trị số PK ở các tay số khác nhau. Ta có: PKi = .103 = .103 (5.9) Trong đó: PKi - Lực kéo tiếp tuyến các bánh xe chủ động ở tay số i. Me, Ne - Momen xoắn, công suất của động cơ. ihi - Tỉ số truyền của các tay số khác nhau. rbx - Bán kính làm việc trung bình của bánh xe chủ động. - Hiệu suất truyền lực. i0 - Tỷ số truyền của truyền lực chính. Thay các số liệu vào (5.9) ta tính được giá trị PKi tương ứng với từng tay số ở bảng 5.3. + Tính trị số lực cản không khí Pw theo công thức: Pw = W.Vi2 (5.10) Trong đó: W - Nhân tố cản chính diện không khí, [N.s2/m2] Vi - Vận tốc biến thiên nói chung của ôtô, [m/s] Thay số liệu đã biết vào công thức (5.10) ta tính được giá trị của Pw ứng với vận tốc biến thiên . + Đồ thị cân bằng lực kéo được vẽ trong trường hợp ô tô chuyển động đều trên mặt đường nằm ngang, không kéo móc nên: Pj = 0, Pi = 0 và Pm = 0. Do đó lực cản tổng cộng của đường là: Py= Pf = Ga.y = Ga.f [N] (5.11) Ga: Trọng lượng toàn bộ của ô tô thiết kế, [N] f = y = 0,015.(1 + V- Vận tốc biến thiên của ô tô, [m/s] Thay số liệu vào (5.11) ta tính được giá trị của Py ứng với từng vận tốc biến thiên nói chung của ôtô. Các giá trị Py được ghi ở bảng 5-3 và từ các giá trị trên ta vẽ được đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô như hình 5-3 . Bảng 5-3.Các giá trị Pk ,Py ,På theo V STT Pk1 Pk2 Pk3 Pk4 Pk5 Pk6 Py På 1 32390 21847 12433 7677 5108 3494 2343 2349 2 41067 27700 15764 9734 6476 4430 2440 2467 3 47960 32349 18410 11368 7564 5173 2602 2663 4 53069 35795 20371 12579 8369 5725 2828 2937 5 56394 38038 21647 13367 8894 6083 3119 3289 6 57935 39077 22238 13732 9137 6249 3475 3720 7 57692 38913 22145 13675 9098 6223 3896 4229 8 55664 37546 21367 13194 8778 6004 4382 4816 9 51853 34975 19904 12291 8177 5593 4932 5481 10 46257 31200 17756 10964 7295 4990 5547 6225 Hình 5-3.Đồ thị đặc tính kéo của ô tô 5.3.2.3.Lập đồ thị nhân tố động lực học của ôtô Tính chất động lực học của một ôtô phụ thuộc nhiều yếu tố như: Lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động, trọng lượng bám, lực cản không khí. Để đánh giá một cách khoa học tính động lực học của một ôtô thì ta phải lập đồ thị nhân tố động lực học (D) . Đồ thị này được vẽ ứng với trường hợp ô tô chở đầy tải định mức. Ta có công thức tính hệ số nhân tố động lực học (D): D = (5.12) Trong đó: Pk- Lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động, ta tính các giá trị Pki ở từng số truyền theo công thức (5.9) có các giá trị ghi ở bảng 5-3. Pw - Lực cản không khí. Ta tính lực cản không khí này theo từng số truyền như công thức (5.10), các giá trị ghi ở bảng 5-3. Pwi = W.Vi2 (5.13) Thế các giá trị đã tính được từ công thức (5.9) và (5.13) vào công thức (5.12), ta được các giá trị nhân tố động lực học (D) ở từng số truyền trong bảng 5-4. Từ các trị này ta vẽ đồ thị nhân tố động lực học. Bảng 5-4.Các giá trị D theo tỉ số truyền STT D1 D2 D3 D4 D5 D6 1 0,210 0,142 0,081 0,050 0,033 0,023 2 0,267 0,180 0,102 0,063 0,042 0,029 3 0,311 0,210 0,119 0,074 0,049 0,033 4 0,345 0,232 0,132 0,082 0,054 0,036 5 0,366 0,247 0,140 0,087 0,057 0,038 6 0,376 0,254 0,144 0,089 0,059 0,039 7 0,375 0,253 0,144 0,088 0,058 0,038 8 0,361 0,244 0,139 0,085 0,056 0,036 9 0,337 0,227 0,129 0,079 0,051 0,033 10 0,300 0,202 0,115 0,070 0,045 0,028 Trong thực tế không phải lúc nào ôtô cũng chở đầy tải mà tải trọng luôn thay đổi trong phạm vi lớn. Trên đồ thị góc phần tư bên phải biểu diễn những đường đặc tính động lực khi đủ tải, góc phần tư bên trái dựng từ gốc toạ độ những tia làm với trục hoành những góc a khác nhau ứng với mức tải thay đổi, ta có : (5.14) Trong đó: a - Góc của đồ thị tia, [Độ]. Dx- Nhân tố động lực ở chế độ tải trọng thay đổi, Gx. Xác định giá trị a ta lập bảng 5-5. Ta có: Gt = 2900 [KG], G0 = 12800 [KG], Ga = 15700 [KG]. Bảng 5-5. Giá trị góc của đồ thị tia. Gtx a 0 0 12800 0,82 39 0,2 580 13380 0,85 40 0,4 1160 13960 0,89 42 0,6 1740 14540 0,93 43 0,8 2320 15120 0,96 44 1 2900 15700 1,00 45 1,2 3480 16280 1,04 46 1,4 4060 16860 1,07 47 Hình 5-4.Đồ thị nhân tố động lực học của ôtô 5.3.2.4.Lập đồ thị gia tốc của ôtô Gia tốc của ô tô có thể xác định nhờ đồ thị đặc tính động lực theo công thức sau: J = (D - y ). (5.15) Trong đó: D - Nhân tố động lực học. y - Hệ số cản tổng cộng của đường. g - Gia tốc trọng trường, g = 9,81 [m/s2]. di - Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay. Trước hết ta tính hệ số di theo công thức kinh nghiệm sau: di = 1+ (d1+d2. i2hi) Tacó:d1 » d2 = (0,03 ¸ 0,05), chọn: d1 » d2 = 0.05. i1 = 6,341 Þ d1 = 1 + 0,05 + 0,05.6,3412 = 3,06 i2 = 4,277 Þ d2 = 1 + 0,05 + 0,05.4,2772 = 1,97 i3 = 2,434 Þ d3 = 1 + 0,05 + 0,05.2,4342 = 1,35 i4 = 1,503 Þ d4 = 1 + 0,05 +0,05.1,5032 = 1,163 i5 = 1,000 Þ d5 = 1 + 0,05 + 0,05.1,0002 = 1,1 i6 = 0,684 Þ d6 = 1 + 0,05 + 0,05.0,6842 = 1,07 Ta thế các giá trị vào biểu thức (5.15) được các kết quả Ji ghi ở bảng 5-6. Từ đó ta vẽ đồ thị gia tốc từng tay số của xe như hình 5-5 Bảng 5-6.Các giá trị gia tốc J theo V STT J1 J2 J3 J4 J5 J6 1 0,626 0,633 0,479 0,294 0,161 0,068 2 0,807 0,823 0,636 0,405 0,237 0,116 3 0,950 0,974 0,760 0,492 0,295 0,149 4 1,056 1,085 0,852 0,555 0,334 0,165 5 1,125 1,157 0,911 0,594 0,355 0,166 6 1,157 1,191 0,938 0,610 0,357 0,150 7 1,152 1,185 0,931 0,601 0,341 0,118 8 1,110 1,140 0,892 0,568 0,307 0,071 9 1,030 1,056 0,821 0,511 0,254 0,007 10 0,914 0,933 0,716 0,430 0,183 -0,073 Hình 5-5.Đồ thị gia tốc của ô tô 5.3.3. Thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô Nhờ đồ thị nhân tố động lực học của ô tô, chúng ta xác định được sự tăng tốc của ô tô qua đồ thị j = f(v) và cũng từ đây ta cần xác định thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc của chúng. Đây là các chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng động lực học cua ô tô. 5.3.3.1. Thời gian tăng tốc của ô tô Thời gian tăng tốc của ôtô từ tốc độ v1 đến v2 được xác định theo công thức: [s] Trong đó: Δtj – Thời gian tăng tốc của ô tô ở từng tay số; j – Gia tốc của ô tô. Tích phân trên không thể giải bằng phương pháp giải tích thông thường. Tích phân này giải được phải dựa trên đồ thị gia tốc của ô tô j = f(v). Theo đó, Δtj là diện tích được giới hạn bởi đồ thị j = f(v) với trục hoành. Áp dụng phương pháp tính gần đúng tích phân xác định theo công thức hình thang ta xác định được công thức tính t(v) như sau: [s] (5.16) Trong đó: ΔVi = vin – vi(n-1) [m/s] – Giá trị vận tốc của từng tay số được chia thành n phần bằng nhau; jin và ji(n+1) – Giá trị gia tốc ứng với vin – vi(n-1) Hình 5.6. Đồ thị gia tốc dùng để tính thời gian tăng tốc t Điểm lưu ý: + Đối với hệ thống truyền lực của ô tô với hộp số có cấp, thời gian chuyển số từ số thấp lên số cao có xảy ra hiện tượng giảm vận tốc chuyển động của ô tô một khoảng Δv. Do đó, giá trị v2min = v1max – Δv1, v3min = v2max – Δv2 và tương tự cho các số tiếp theo; (5.16a) + tss – Thời gian sang số, tss = 1 [s]. + ψ – Hệ số cản tổng cộng của đường, tính tại giá trị ψ = 0,02; + Tại vận tốc lớn nhất của ô tô vmax thì gia tốc j = 0 và do đó 1/j = , vì vậy khi lập đồ thị trong tính toán ta lấy v2max= 0,9.vmax. Bảng 5-7. Các giá trị δi, Δvi, vimin, Divmin và jivmin Tay số δi Δvi vimin Divmin jivmin 2 1,965 0,0641 3,892 0,250 1,172 3 1,346 0,0999 7,231 0,143 0,931 4 1,163 0,1457 12,736 0,089 0,610 5 1,100 0,1687 20,693 0,058 0,350 6 1,073 0,1784 31,176 0,039 0,126 Từ các giá trị ở bảng 5-7 và công thức (5.16) ta lập được bảng 5-8: Bảng 5-8. Các giá trị vi, ji, Δti và t Tay số vi ji Dti t I 0,494 0,626 0,000 0,000 0,989 0,807 0,701 0,701 1,483 0,950 0,567 1,268 1,978 1,056 0,494 1,763 2,472 1,125 0,454 2,216 2,967 1,157 0,433 2,650 3,461 1,152 0,428 3,078 3,956 1,110 0,437 3,515 II 3,892 1,172 1,000 4,515 4,399 1,191 0,429 4,944 5,132 1,185 0,617 5,561 5,865 1,140 0,631 6,192 6,598 1,056 0,668 6,861 7,331 0,933 0,740 7,600 III 7,231 0,931 1,000 8,600 7,729 0,938 0,533 9,133 9,017 0,931 1,379 10,512 10,306 0,892 1,413 11,925 11,594 0,821 1,507 13,432 12,882 0,716 1,684 15,116 IV 12,736 0,610 1,000 16,116 14,603 0,601 3,085 19,201 16,689 0,568 3,574 22,775 18,775 0,511 3,880 26,655 20,861 0,430 4,471 31,126 V 20,693 0,350 1,000 32,126 21,948 0,341 3,636 35,762 25,084 0,307 9,709 45,470 28,219 0,254 11,289 56,759 31,355 0,183 14,764 71,523 VI 31,176 0,126 1,000 72,523 32,088 0,118 7,472 79,995 36,672 0,071 51,863 131,858 37,363 0,062 10,471 142,328 Hình 5-7.Đồ thị thời gian tăng tốc của ô tô Từ bảng 5-8 ta xây dựng được đồ thị thời gian tăng tốc của ô tô có kể đến sự giảm tốc độ khi chuyển số: 5.3.3.2. Quãng đường tăng tốc của ô tô Sau khi lập được đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa thời gian tăng tốc t và vận tốc chuyển động của ô tô v ta có thể xác định được quãng đường tăng tốc của ô tô đi được ứng với thời gian đó. Quãng đường tăng tốc của ôtô từ vận tốc v1 đến v2 xác định bằng công thức: S = » [m]; Tương tự như tính thời gian tăng tốc t, ta áp dụng phương pháp tính gần đúng tích phân xác định theo công thức hình thang. Từ đó ta xác định được công thức tính S(v) như sau: (5.17) Trong đó: Δtin = tin – ti(n-1) [s] – Thời gian tăng tốc tại số thứ i ứng với các vận tốc vin, vi(n-1). Từ bảng số liệu bảng 5-8 và công thức (5.17) ta lập được bảng 5-9: Bảng 5-9. Giá trị ΔSi và S Tay số vi Dti DSi S I 0,494 0,000 0,000 0,000 0,989 0,701 0,520 0,520 1,483 0,567 0,701 1,221 1,978 0,494 0,855 2,076 2,472 0,454 1,010 3,086 2,967 0,433 1,178 4,265 3,461 0,428 1,376 5,641 3,956 0,437 1,622 7,263 II 3,892 1,000 3,924 11,187 4,399 0,429 1,779 12,965 5,132 0,617 2,941 15,906 5,865 0,631 3,468 19,374 6,598 0,668 4,165 23,539 7,331 0,740 5,152 28,691 III 7,231 1,000 7,281 35,972 7,729 0,533 3,987 39,959 9,017 1,379 11,543 51,502 10,306 1,413 13,656 65,158 11,594 1,507 16,499 81,657 12,882 1,684 20,612 102,270 IV 12,736 1,000 12,809 115,079 14,603 3,085 42,165 157,244 16,689 3,574 55,918 213,162 18,775 3,880 68,802 281,963 20,861 4,471 88,604 370,567 V 20,693 1,000 20,777 391,344 21,948 3,636 77,518 468,861 25,084 9,709 228,310 697,171 28,219 11,289 300,865 998,036 31,355 14,764 439,760 1437,796 VI 31,176 1,000 31,265 1469,062 32,088 7,472 236,346 1705,407 36,672 51,863 1783,053 3488,460 37,363 10,471 387,594 3876,054 Từ bảng 5-9 ta xây dựng được đồ thị quãng đường tăng tốc của ô tô có kể đến sự giảm tốc độ khi chuyển số: Hình 5-8.Đồ thị quãng đường tăng tốc của ô tô Hình 5-9.Đồ thị quan hệ giữa thời gian và quãng đường tăng tốc t-S Từ bảng 5-8 và bảng 5-9 ta xây dựng đồ thị quan hệ giữa thời gian và quãng đường tăng tốc, hình 5.9: 6.KIỂM TRA BỀN KHUNG XƯƠNG 6.1.Kiểm tra bền thân vỏ ôtô khách giường nằm 42 chỗ Khung xương ô tô là một hệ kết cấu siêu tĩnh phức tạp. 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, trọng lượng hàng hoá và hành khách. - 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 được chế tạo từ thép CT3 có giới hạn chảy sch = 2400 KG/cm2 Ứng suất uốn cho phép của vật liệu được xác định theo công thức : [sch] = sch / [n.(K0 + 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 6.1.1.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) Ở đây jpmax – Gia tốc lớn nhất của ô tô khi phanh 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 = 1250 KG; Xác định jpmax theo điều kiện bám: jpmax = j.g Với xe thiết kế có ABS nên ta chọn jmax = 0,8 Þ jpmax = 0,8.9,81 = 7,848 [m/s2] Lực quán tính lớn nhất tác dụng lên các cột vòm là : Pjk = Gkv . jpmax = 1250.7,848/ 9,81 = 953,6 (KG) Moment uốn tại chân các cột vòm được xác định theo công thức : Mu = (Pj . h) / n = (953,6.73,4) / 15 = 4666 (KG.cm); n- Tổng số cột đứng, (n = 15 (chưa kể cột gia cường); h- Chiều cao tính từ điểm đặt lực đến chân cột đứng, h =73,4 cm; Cột đứng chính được chế tạo từ thép [] 60 x 50 x 3 có các thông số hình học như sau; Wx = 9,667 (cm3), Wy = 10,754 (cm3) , F = 6,24 (cm3); Ứng suất lớn nhất tại chân các cột vòm được xác định theo công thức : sux = Mu /Wx + Gkv / (n.F) =4666/9,667+1250/(15.6,24) = 496 (KG/cm2); sux = 496 (KG/cm2) < [su] = 889 (KG/cm2); Như vậy các cột đứng đủ bền khi ô tô phanh gấp. Hình 6-1.Sơ đồ tính toán lực li tâm 6.1.2.Chế độ quay vòng Khi quay vòng các cột đứng chịu tác động của lực quán tính li tâm : Plt = (mkv.V2) / r = (Gkv/g)V2/ r r = R0 /cosa Trong đó : R0 - Bán kính quay vòng của ô tô, R0 = 8,57 (m) V - Tốc độ giới hạn khi quay vòng, V = 8,13 (m/s); tga = b/R0 = 2,403/8,57 = 0,28 Suy ra a =15,660 Ta được r = R0/cosa = 8,57/0,969 = 8,9 (m) mkv – Khối lượng thùng xe và thiết bị khác đặt trên mui xe. mkv = 2500 (kg) Thay các trị số vào biểu thức Plt ta có: Plt = (2500/9,81).8,132/8,9 = 1893 [KG] -Lực ly tâm thành phần tác dụng lên cột vòm : Pltng = Plt . cosa = 1822,7 (KG) Pltd = Plt . sina = 511 (KG) Hình 6-2.Sơ đồ khung xương chịu lực `Pltng : lực ly tâm ngang G3 : trọng lượng phần 3 tác dụng lên khung Trọng lượng phần 3 bao gồm:phần thùng xe từ mép dưới cửa sổ đến mui xe. G3 = 2500 [KG] n: số khung chịu trọng lượng Ta coi các khung gồm các cột dọc nối thanh ngang ở phần cơ sở là những khung chịu lực chính. Các cột dọc 2 bên thành ôtô được hàn chặt với thành ngang của phần cơ sở ở vị trí ngàm tại A và B trong sơ đồ. Trong đó, chiều rộng khung là 2440 mm. a/Khung chịu thành phần lực thẳng đứng Hình 6-3 Tại C của khung siêu tĩnh đặt các phản lực liên kết K1, K2 thay cho mối nối cứng được bỏ đi. Từ điều kiện chuyển vị tương đối giữa các mặt cắt đầu mút tại C của 2 phần khung do tải trọng G3 và do các phản lực liên kết X1, X2 phải bằng 0. Ta thiết lập phương trình sau: d11 X1 + d12 X2 + D1p = 0 d21 X1 + d22 X2 + D2p = 0 Hình 6-4 Để tính toán các số hạng tự do Dip và các hệ số dik ta vẽ biểu đồ moment uốn Mp, M1 và M2 do tải trọng và các lực đơn vị X1=1, X2=1 trên hệ cơ bản như hình vẽ dưới đây (do khung đối xứng nên chỉ vẽ 1 bên): Tính theo phương pháp nhân biểu đồ Vêrêsaghin ta tính được các trị số các số hạng tự do, sau đó rút gọn và giải phương trình ta có: X1 = 3G”3.l22/(l1+4l2) X2 = G”3.l2(l1+2l2)/(l1+4l2) Biểu đồ moment thành phần và moment tổng cộng như hình vẽ dưới đây: Hình 6-5 M1 X1 = 3G”3.l22/(l1+4l2) M = Mp+ M1.X1 + M2 .X2 M2 X1 = G”3.l2(l1+2l2)/(l1+4l2) Thay các giá trị l1, l2 và G”3 để tìm moment tại một số điểm: l1 = 1493 mm l2 = 1220 mm G”3 = G’3/2 = G3/2/n = 1250/15 = 83,333 kG Ta tính được : - Giá trị moment ở giữa khung: G”3.l2(l1+2l2)/(l1+4l2) = 83,333.1220.(1493+2.1220)/(1493+4.1220) = 62742 [KG.mm] - Giá trị moment tại vị trí ngàm: G”3.l22/(l1+4l2) = 83,333.12202/(1493+4.1220) = 19462 [KG.mm] Giá trị moment tại vị trí cột dọc và xà ngang trần: 2.G”3.l22/(l1+4l2) =2. 83,333.12202/(1493+4.1220) = 38925 [KG.mm] 19462KG.mm 62742 KG.mm 19462 kG.mm Hình 6-6 b/Khung xương chịu lực li tâm Sơ đồ (a) ta tách thành 2 sơ đồ (b) và (c). Số khung chịu lực bên trái là 7, bên phải là 8 và giả thiết là lực tác dụng phân bố đều lên từng khung. Như vậy mỗi khung chịu lực Pltng: Hình 6-7 (c) (b) (a) P’ltng = Pltng /np = 1822,7/7 = 260,4 [KG] Đặt P = P’ltng/2 = 260,4/2 = 130,2 [KG] Hình 6-8 *Sơ đồ tính toán thứ nhất: Ta có phương trình chính tắc sau: d33 X3 + D3p = 0 Để giải phương trình chính tắc, ta vẽ biểu đồ moment uốn do tải trọng và do lực đơn vị X3=1 trên hệ cơ bản như hình vẽ: Hình 6-9 Bằng phương pháp nhân biểu đồ Vêrêsaghin và giải phương trình ta được: X3 = 3.P.l21.l2/2.(l22 + 3l1.l2) Từ đó ta tính được giá trị moment tại vị trí nối cột dọc với dầm ngang trần: 3.P.l21/[2.(l2+3l1)] = 3.130,2.14932/[2.(1220+3.1493)] = 76388 [KG.mm] - Giá trị moment tại vị trí ngàm: P.l1.(2l2+3l1)/[2.(l2+3l1)] = 130,2.1493.(2.1220+3.1493)/[2.(1220+3.1493)] = 118000 [KG.mm] Biểu đồ moment tổng cộng được biểu diễn dưới đây: 76388 [KG.mm] 118000 [KG.mm] 76388 [KG.mm] Hình 6-10 * Sơ đồ tính toán thứ 2: Hình 6-11 Ta có hệ phương trình chính tắc như sau: d11 X1 + d12 X2 + D1p = 0 d21 X1 + d22 X2 + D2p = 0 Hình 6-12 Biểu đồ moment do tải trọng và do lực đơn vị X1 =1, X2 =1 biểu diễn như sau: Bằng phương pháp nhân biểu đồ Vêrêsaghin và giải hệ phương trình trên ta có: X1 = P X2 = 0 Biểu đồ moment tổng cộng: M = Mp+ M1.X1 + M2 .X2 = MP – MP + 0 = 0 Biểu đồ moment tổng cộng của khung xương đồng thời chịu lực G’3 và Pltng được biểu diễn như sau: Hình 6-12 137462 KG.mm 95850 KG.mm 62742 KG.mm c/ Khung chịu lực Pltd Lực Pltd tác dụng lên khung sẽ gây uốn và xoắn khung. Sơ đồ tính toán như sau: Hình 6-13 Phương trình chính tắc như sau: d11 X1 + D1p = 0 Biểu đồ nội lực do tải trọng và lực X1 =1 như sau : Hình 6-14 Đặt P = Pltd/2 Tính theo công thức Mo và dùng phương pháp nhân biểu đồ Vêrêsaghin, giải phương trình trên ta có: Độ cứng của khung khi uốn là EJX Độ cứng của khung khi xoắn là GJP Mođun đàn hồi khi uốn E = 20.104 MN/m4 Mođun đàn hồi khi xoắn: G = 8.104 MN/m2 Ta có : JX = (6.53/12) – (5,4.4,43/12) = 24,167 (cm4) JY = (5.63/12) – (4,4.5,43/12) = 32,263 (cm4) Moment quán tính độc cực của mặt cắt với trọng tâm của hình JPC = JX + JY = 24,167 + 32,263 = 56,43 cm4 Ta đặt : A = EJX/GJPC = (20.104.24,167)/(8.104. 56,43) = 1,071 P = Pltd/15 = 470/15 = 34,067 KG Suy ra X1 = (P.l22 +2.A.P.l1.l2)/(2.l2 + 2.A.l1) = ( 34,067.12202 + 2.1,071.34,067.1493.1220)/(2.1220 + 2.1,071.1493) = 32568 KG.mm Pl2 = 34,067.1220 = 41562 KG.mm Pl1 = 34,067 .1493 = 50862 KG.mm Với những giá trị này ta vẽ được biểu đồ momen tổng cộng khi khung chịu lực Pltd MåZ MåX 32568 KG.mm 41562 KG.mm 50862 KG.mm 41562 KG.mm Hình 6-15  Biểu đồ moment tổng hợp khi khung chịu đồng thời tác dụng của tải trọng thẳng đứng G’3 và Plt: 32568 KG.mm MX My 62742 KG.mm 137462 KG.mm 41562 KG.mm MX 50862 KG.mm 95850 KG.mm Hình 6-16 My Qua biểu đồ moment tính toán cho thấy tại vị trí ngàm chỗ nối cột dọc và dầm ngang sàn có trị số moment lớn nhất, đó là vị trí nguy hiểm nhất cần tính ứng suất. Theo hình vẽ tiết diện cột tại ngàm thì điểm A có ứng suất lớn nhất. Hình 6-17.Tiết diện chân cột đứng 50 60 3 3 X0 X0 Y0 Y0 Điểm A cách trục X0 – X0 một đọan y = 25 mm và cách trục Y0 – Y0 một đoạn 30 mm Wx = Jx0/y = 241672 /25 = 9667 mm3 Wy = Jy0/x = 322632/30 = 10754 mm3 Điểm A cách trọng tâm C một đoạn bằng: r2 = x2 + y2 = 252 + 302 = 1525 mm2 r = 39,051 mm Ta có: W0 = JPC/r = 56430.104/39,051 = 14450 mm3 W0 là moment chống xoắn của mặt cắt. Ứng suất uốn tổng hợp lớn nhất tại chân các cột đứng được xác định theo công thức: sSch = = = = 13,816(KG/mm2) Ứng suất tiếp t do moment xoắn gây ra: t = MåZ/W0 = 41562/14450 = 2,876 [KG/mm2 ] Ứng suất tương đương: kiểm nghiệm theo thuyết bền thứ tư sSch = = =16,194 [KG/mm2] Tra bảng ta có giới hạn ứng suất của thép CT3 thông thường dùng làm khung vỏ ôtô: [s] = 26 ¸ 34 KG/mm2 . Như vậy ứng suất tính toán std = 16,194 KG/mm2 < [s] Hệ số an toàn của khung xương là : K = [s]/std = (26 ¸ 34)/16,194 = 1,606 ¸ 2,1 Hệ số an toàn K nằm trong giới hạn cho phép [K] = 1,5 ¸ 2.Vậy khung xương đủ bền. Kết luận: Khung xương tính theo lực ly tâm khi ôtô quay vòng đảm bảo đủ bền và hệ số an tòan đều nằm trong khoảng hệ số an toàn cho phép. 6.1.3.Kiểm tra mối ghép cột đứng và dầm ngang Các dầm ngang sàn và cột vòm khung xương ôtô liên kết với nhau bằng phương pháp hàn có gia cường thêm đà chéo. Mối hàn giữa cột vòm và dầm ngang là mối ghép chịu moment phá hỏng mối hàn sinh ra do quán tính khi phanh của trọng lượng phần khung xương và thân vỏ như được xác định ở trên. Mômen quán tính tại chân các cột vòm: Mux = 4666 (KG.cm) Điều kiện bền của mối hàn: Trong đó: l – Chiều dài mối hàn; l = 5 cm k – Chiều dài mối hàn theo đường phân giác; k = 0,6 cm - Ứng suất cắt cho phép của thép CT3 = KG/cm2 = 4666/(0,7(2.5.0,6)) = 1111 KG/cm2 Như vậy = 1111 kG/cm2 < =1500 KG/cm2 : Do đó mối ghép giữa cột đứng và dầm ngang đủ bền. 6.2. Kiểm tra bền dầm ngang sàn và mối ghép dầm ngang 6.2.1. Kiểm tra bền dầm ngang Sàn ôtô khách được cấu tạo từ 10 dầm ngang chịu lực []50x50x3 và các thanh gia cường bằng vật liệu CT3, các dầm ngang này liên kết với chassis ô tô thông qua các thanh giằng chéo bằng phương pháp hàn, kết cấu chi tiết của dầm ngang sàn ô tô được thể hiện trong bản vẽ. Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Số dầm ngang sàn xe (kể cả thanh gia cường) n - 41 Tiết diện dầm ngang chính - mm [] 50x50x3 Vật liệu chế tạo dầm ngang - - CT3 Trọng lượng tập trung tác dụng lên đầu dầm ngang QTT KG 15,244 Trọng lượng phân bố do: - Sàn xe Gsàn KG 1250 - Giường, ghế, điều hoà Ggh KG 1691 - Hành khách và hành lý Q KG 2900 - Gia tốc lực phanh Jpmax m/s2 7,848 Sàn ô tô là kết cấu siêu tĩnh phức tạp. Để đơn giản trong tính toán có thể giả thiết: Coi các dầm ngang thép chịu toàn bộ lực tác dụng, còn các thanh giằng là kết cấu gia cường. Giả thiết nêu trên là chấp nhận được vì kết quả tính thiên về tính an toàn. - Coi lực tác dụng phân bố đều lên 41 dầm ngang bằng thép CT3. Giả thiết này cũng có thể chấp nhận vì khi chuyển bài toán siêu tĩnh không gian về bài toán phẳng phải qua nhiều kết cấu gia cường. Khi ô tô chuyển động, dầm ngang chịu tác dụng của các tải trọng như: Trọng lượng bản thân, khung xương hàng hóa và hành khách. Tải trọng động khi phanh gấp hoặc khi quay vòng. Dầm ngang sàn chịu tải trọng lớn nhất khi ô tô chở đủ tải và phanh đột ngột. Vì vậy khi tính bền dầm ngang sàn chỉ cần tính cho trường hợp này. Khi phanh gấp các dầm ngang sàn chịu tác dụng của lực quán tính tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang và trọng lượng của khung vỏ sàn, ghế và tải trọng tác dụng trong mặt phẳng thẳng đứng. Tải trọng tập trung đặt tại đầu các dầm ngang sinh ra do trọng lượng khung vỏ (không kể trọng lượng giường sàn). Qtt= Gkv/2n = 1250/(2.41) = 15,244 (KG) ( n: Số dầm ngang sàn chịu lực, kể cả thanh gia cường; n = 41) Tải trọng phân bố do trọng lượng sàn, ghế, hành khách và hàng hóa sinh ra: qs = (Gsàn + Ggh + Q)/(n.l) = (1250 + 1092 + 2900)/(41.239) = 0,535 (KG/cm) l: chiều dài dầm ngang sàn; l = 239 (cm) Lực quán tính tập trung đặt tại đầu các dầm ngang sinh ra do trọng lượng khung vỏ (trừ phần giường sàn) Pj = mkv.jmax/2.n=(Gkv/g).jmax/2.n=(1250/9,81).7,848/(2.41) = 12,2(KG) Lực quán tính phân bố sinh ra do trọng lượng của sàn, ghế, hành khách và hàng hóa: qj=qs.jmax/g = 0,535.7,848/9,81 = 0,428(KG/cm) Các dầm ngang sàn được cố định chắc chắn vào khung ô tô nên có thể coi các dầm ngang sàn được ngàm cứng tại vị trí bắt nối với dầm dọc khung ô tô. Khi đó nguy hiểm nhất của dầm ngang sàn là mặt cắt sát mép ngoài của dầm dọc khung ô tô. Do dầm ngang sàn chịu lực đối xứng đối với trục dọc của ô tô nên sơ đồ lực tác dụng lên 01 dầm sàn như hình vẽ: qs = 0,535 Qtt = 15,244 Pj = 12,2 qj = 0,428 a = 84 Hình 6-18.Sơ đồ lực tác dụng lên dầm ngang sàn My = 3168 Kg.cm Mx = 2535 Kg.cm Hình 6-19.Biểu đồ mômen uốn dầm ngang sàn theo các phương Mômen chống uốn theo phương thẳng đứng và nằm ngang của các dầm ngang đơn []50x50x3mm là: Wx=8,34 (cm3); Wy= 8,34 (cm3) Ứng suất uốn tổng hợp lớn nhất tại vị trí mối ghép giữa dầm ngang sàn với dầm dọc khung ô tô được xác định theo công thức: == 486,5 [KG/cm2] 486,5 [KG/cm2] < =889 [KG/cm2] Như vậy < do đó dầm ngang đủ bền. 6.2.2.Kiểm tra bền mối ghép giữa dầm ngang với dầm dọc của khung ôtô Sàn và dầm dọc ô tô liên kết với nhau bằng phương pháp hàn. Mối ghép chịu nguy hiểm nhất trong trường hợp ôtô phanh gấp với gia tốc phanh lớn nhất. Lực phá huỷ mối ghép là lực quán tính của trọng lượng hệ khung vỏ ôtô sàn và tải trọng sinh ra khi phanh: Pj= (Gv + Q).jpmax/g Pj – Lực quán tính do trọng lượng thân vỏ ôtô và tải trọng sinh ra khi phanh Gv –Trọng lượng hệ thân vỏ,điều hòa,hệ giường nằm và ghế ngồi: Gv = 7000 KG Q – Trọng lượng khách và hành lý Q = 2900 KG jpmax – Gia tốc phanh lớn nhất: jpmax = 7,848 m/s2 Pj= (7000 + 2900).7,848/9,81 = 7920 (KG) Kiểm tra bền mối hàn theo ứng suất cắt: t = Pj /0,7.(2.n.l.k) [ t ] Ở đây: t - ứng suất cắt mối hàn n - Số dầm ngang: n = 10 (không tính các thanh gia cường) l – Chiều dài mối hàn l = 5 cm [ t ]c – Ứng suất cắt cho phép [ t ]c = sch / 1,6 [ t ] = 2400/1,6 = 1500KG/cm2 Thay số và tính toán ta có t = 157 KG/cm2 Như vậy: t = 188,6 KG/cm2 < [ t ]= 1500 KG/cm2 mối ghép giữa dầm ngang và dầm dọc khung ô tô đủ bền. 6.3 .Tính bền liên kết giữa giường nằm với sàn ô tô Giường nằm được liên kết với sàn ô tô thông qua các bulông M8. Ở đây ta tính bền đối với giường tầng 06 chỗ nằm ở dãy giữa là trường hợp mối ghép chịu tải trọng lớn nhất. Điều kiện đảm bảo bền mối ghép bulông này là: Pms > Pj Ở đây: Pj – Lực quán tính do trọng lượng giường tầng 06 chỗ nằm và trọng lượng của 06 hành khách sinh ra khi phanh: Pj = Gqt.jp/g = (28x6 + 65x6).6,68/9,81 = 380 (KG); Gqt – Trọng lượng của giường tầng 06 chỗ nằm và trọng lượng của 06 khách. Pms – Lực ma sát giữa mặt bích chân ghế và sàn ô tô sinh ra do lực ép của các bulông. Pms = Pe . fms Lực siết do 16 bulông M8 Liên kết giữa chân giường với sàn ô tô và chân giường với xương trần sinh ra: Pe = Pe .i = 900.16= 20000 kG P = 14400.0,2 = 2880 (KG); P = 2880 KG > Pj =380 KG. Như vậy: Mối ghép giữa chân ghế và sàn ô tô đủ bền. 7. KẾT LUẬN. Ôtô khách thiết kế thực hiện đúng theo các tiêu chuẩn của Bộ Giao thông Vận tải Việt Nam ban hành,thỏa mãn các quy định trong tiêu chuẩn 22 TCN 307-06.Có đủ tính năng kỹ thuật, yêu cầu sử dụng, độ bền, độ an toàn và ổn định cần thiết trong các điều kiện địa hình Việt Nam. Tất cả các nội dung cần thiết liên quan đến việc đóng khung vỏ xe trên ôtô sát xi THACO-KB120SE đã được đề cập đầy đủ trong thiết kế và tính toán như tải trọng, phân bố tải trọng, liên kết giữa dầm ngang sàn xe với dầm dọc.... Xe ôtô khách thiết kế có hình dáng đẹp, bố trí hợp lý, kết cấu phần khung vỏ phù hợp với điều kiện vật tư và công nghệ sản xuất của các cơ sở đóng xe ở Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. CATALOG ÔTÔ CHASSIC THACO-KB120SE. 2. Nguyễn Hửu Cẩn - Dư Quốc Thịnh - Phạm Minh Thái - Lê Thị Vàng. LÝ THUYẾT Ô TÔ MÁY KÉO. Năm 1998. 3. Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên. THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN Ô TÔ MÁY KÉO I,II. Nhà xuất bản Đại Học và Trung Học chuyên nghiệp. Hà Nội. Năm 1985. 4. Ngô Thành Bắc. SỔ TAY THIẾT KẾ Ô TÔ KHÁCH. Nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải. Năm 1985. 5. Tiêu chuẩn 22TCN 307-06.Bộ Giao Thông Vận Tải.Năm 2006 6. Lê Viết Giảng, Phan Kỳ Phùng. SỨC BỀN VẬT LIỆU 1, 2. nhà xuất bản Giáo Dục năm 1997.