TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO
Công dụng và yêu cầu
1.1.1 Công dụng Ô tô chuyển động, nó cùng với lốp hấp thụ và cản lại các rung động, các dao động và Hệ thống treo là hệ thống liên kết giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe Mối liên kết treo của xe là liên kết đàn hồi, có tác dụng làm êm dịu cho quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh xe
- Khi ô các va đập tác dụng lên xe do mặt đường không bằng phẳng, để bảo vệ hành khách, hành lý và cải thiện tính ổn định
Xác định động học chuyển động của bánh xe là rất quan trọng, bao gồm việc phân tích lực kéo và lực phanh sinh ra từ ma sát giữa mặt đường và các bánh xe Ngoài ra, cần xem xét lực bên và các mô men phản lực tác động lên gầm và thân xe để đảm bảo hiệu suất và an toàn trong quá trình vận hành.
Để giảm thiểu các dao động thẳng đứng của khung vỏ do mặt đường không bằng phẳng, ôtô cần được thiết kế để xử lý hiệu quả những rung lắc phát sinh khi di chuyển Những dao động này không chỉ ảnh hưởng tiêu cực đến tuổi thọ của xe và hàng hóa, mà còn tác động xấu đến sự thoải mái và an toàn của hành khách.
Chất lượng của hệ thống treo quyết định mức độ êm dịu của xe khi chuyển động Hệ thống treo được cấu tạo từ ba bộ phận chính, nhằm đảm bảo chức năng này.
Bộ phận đàn hồi kết nối khung vỏ với bánh xe, chịu lực thẳng đứng từ khung đến bánh xe và ngược lại Cấu tạo của bộ phận này chủ yếu là chi tiết đàn hồi bằng kim loại như nhíp, lò xo xoắn, hoặc thanh xoắn, hoặc bằng khí trong hệ thống treo khí hoặc thuỷ khí.
Bộ phận giảm chấn có vai trò quan trọng trong việc dập tắt nhanh chóng các dao động bằng cách chuyển đổi năng lượng dao động thành nhiệt năng Quá trình này diễn ra nhờ ma sát, đặc biệt trong hệ thống giảm chấn thủy lực trên ô tô Khi xe di chuyển, chất lỏng trong giảm chấn được pittông dồn từ buồng này sang buồng khác qua các lỗ tiết lưu, tạo ra ma sát giữa chất lỏng và thành lỗ tiết lưu Năng lượng dao động được biến đổi thành nhiệt, làm nóng vỏ giảm chấn và tỏa ra ngoài, giúp duy trì sự ổn định cho xe.
Bộ phận hướng có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo động học của bánh xe, giúp bánh xe chỉ dao động trong mặt phẳng đứng Ngoài ra, bộ phận này còn truyền tải lực dọc, lực ngang và mô men giữa khung vỏ và bánh xe.
1.1.2 Yêu cầu cảu hệ thống treo
+ Đảm bảo tần số dao động riêng thích hợp cho phần được treo,
+ Có độ võng động hợp lý để không sinh ra va đập lên các ụ hạn chế bằng cao su,
+ Có độ dập tắt dao động hợp lý,
+ Không gây lên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ xe,
+ Đảm bảo tính năng dẫn hướng tốt của ô tô,ô tô không bị nghiêng khi quay vòng hoặc phanh,
+ Đảm bảo chiều rộng cơ sở và các góc đặt của các trụ của các bánh xe dẫn hướng không thay đổi,
+ Đảm bảo sự tương thích giữa động học bánh xe dẫn hướng và động học dẫn động lái,
+ Có độ tin cậy lớn,trong nhiều điều kiện phù hợp với tính năng kĩ thuật không gặp hư hỏng bất thường,
+ Kết cấu nhỏ gọn,làm việc êm dịu,ổn định,dễ dàng bảo dưỡng,sửa chữa,thay thế,
+ Có độ bền cao,giá thành thấp.
Phân loại
Theo vật liệu chế tạo phần tử đàn hồi:
+ Bằng kim loại (nhíp lá, lò xo, thanh xoắn)
Theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng:
+ Hệ thống treo phụ thuộc
+ Hệ thống treo độc lập
Theo phương pháp dập tắt dao động:
+ Loại giảm chấn thủy lực (loại tác dụng 1 chiều, 2 chiều)
+ Loại ma sát cơ (ma sát trong bộ phận đàn hồi, trong bộ phận dẫn hướng) Theo phương pháp điều khiển
+ Hệ thống treo bị động (không được điều khiển),
+ Hệ thống treo chủ động
1.2.1 Phân loại theo vật liệu chế tạo phần tử đàn hồi a.Phần tử đàn hồi làm bằng kim loại
Nhíp được chế tạo từ các lá thép cong, được sắp xếp từ ngắn đến dài và kẹp chặt bằng bu lông hoặc đinh tán ở giữa Để giữ cho các lá nhíp không bị trượt, người ta sử dụng kẹp ở một số điểm Hai đầu của lá dài nhất được uốn cong để tạo thành mắt nhíp, giúp gắn nhíp vào khung.
Nhíp dài hơn thường mềm hơn, trong khi nhíp nhiều lá có khả năng chịu tải lớn hơn nhưng cũng cứng hơn, dẫn đến khả năng êm dịu trong chuyển động kém hơn Dù vậy, nhíp vẫn là lựa chọn phổ biến nhất vì nó không chỉ là cơ cấu đàn hồi mà còn đóng vai trò dẫn hướng và giảm chấn, thực hiện toàn bộ chức năng của hệ thống treo.
Hình 1.1 Một số loại nhíp xe tải Ưu điểm của nhíp : Kết cấu đơn giản, chắc chắn và giá thành thấp Do bản
Nhược điểm của nhíp bao gồm trọng lượng lớn, tuổi thọ ngắn và đặc tính tuyến tính Việc bố trí nhíp ở bánh trước cũng gặp khó khăn, vì để đảm bảo độ võng tĩnh và độ võng động lớn, nhíp cần phải dài, nhưng càng dài thì càng khó bố trí.
Do khả năng hấp thụ dao động kém từ mặt đường, nhíp thường được sử dụng cho các loại xe thương mại lớn và tải nặng, nơi yêu cầu độ bền cao.
Lò xo được chế tạo từ dây thép lò xo đặc biệt, cuộn thành hình ống Khi có tải trọng tác động lên lò xo, dây sẽ bị xoắn do lò xo bị nén, từ đó năng lượng ngoại lực được tích trữ và giảm thiểu va đập.
Lò xo trụ là bộ phận đàn hồi chủ yếu được sử dụng trong ôtô du lịch, với tiết diện có thể là tròn hoặc vuông Một trong những ưu điểm nổi bật của lò xo trụ là trọng lượng nhẹ hơn so với nhíp khi có cùng độ cứng và độ bền Ngoài ra, lò xo trụ hoạt động mà không gặp ma sát giữa các vành, điều này giúp giảm thiểu sự hao mòn và không cần bảo dưỡng thường xuyên như nhíp.
Lò xo có nhược điểm là chỉ thực hiện chức năng hồi, trong khi các nhiệm vụ khác như giảm chấn và dẫn hướng cần có các thành phần khác Do đó, nếu tính cả hai yếu tố này, hệ thống treo lò xo trụ sẽ có cấu trúc phức tạp hơn so với hệ thống treo bằng nhíp.
Thanh xoắn là một thanh thép lò xo, có khả năng đàn hồi xoắn, thường được sử dụng để kết nối với các dầm của xe Một đầu của thanh được gắn vào cấu trúc chịu tải xoắn, trong khi thanh xoắn cũng đóng vai trò quan trọng như một thanh ổn định.
Thanh xoắn có ưu điểm nổi bật là khả năng hấp thụ năng lượng trên một đơn vị khối lượng lớn hơn so với các phần tử đàn hồi khác, giúp giảm trọng lượng của hệ thống treo Thêm vào đó, thiết kế của hệ thống treo cũng trở nên đơn giản hơn.
Nhược điểm: không có năng kiểm soát được dao động, vì vậy cần phải dùng giảm chấn kèm với nó b) Phần tử đàn hồi phi kim loại
* Phần tử đàn hồi loại khí
Phần tử đàn hồi loại khí có tác dụng nhiều trong các ôtô có khối lượng phần được treo lớn và thay đồi nhiều
Có thể điều chỉnh độ cứng của hệ thống treo bằng cách thay đổi áp suất bên trong phần tử đàn hồi, nhằm phù hợp với các tải trọng tĩnh khác nhau, từ đó ảnh hưởng đến độ võng tĩnh của hệ thống.
Giảm độ cứng của hệ thống treo giúp cải thiện độ êm dịu trong chuyển động, bao gồm việc giảm biên độ dịch chuyển của buồng lái ở tần số thấp và hạ thấp vùng cộng hưởng xuống tần số dao động thấp hơn Điều này không chỉ giảm gia tốc của buồng lái mà còn giảm sự dịch chuyển của vỏ và bánh xe, mang lại trải nghiệm lái êm ái hơn.
Hệ thống treo khí có đường đặc tính phi tuyến, với sự gia tăng đột ngột trong hành trình nén và trả, mang lại độ êm dịu lớn cho cả phần được treo và không được treo Dù có giới hạn về khối lượng do các dịch chuyển tương đối, hệ thống vẫn đảm bảo giảm thiểu chấn động từ bánh xe lên buồng lái nhờ vào phần tử đàn hồi không có ma sát và có trọng lượng nhẹ.
Ngoài ra, khi sử dụng hệ thống treo khí còn có thể thay đổi được vị trí của cỏ xe đối với mặt đường
* Phần tử đàn hồi loại thủy khí
Hệ thống này kết hợp giữa cơ cấu điều khiển thủy lực và cơ cấu chấp hành khí nén, mang lại ưu điểm với tần số dao động riêng thấp gần trạng thái tĩnh Điều này cho phép thiết lập đường đặc tính đàn hồi theo mong muốn.
Cả khí nén và thủy khí đều có những ưu điểm nổi bật, nhưng cũng tồn tại nhiều nhược điểm như yêu cầu máy nén khí, bình chứa phụ và hệ thống van tự động để điều chỉnh áp suất, dẫn đến hệ thống treo trở nên phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao trong chế tạo Điều này không chỉ làm tăng chi phí mà còn khiến hệ thống dễ bị hư hỏng do tác động của thời tiết Đặc biệt, hệ thống treo thủy khí loại ống gặp khó khăn trong việc kín khít và có ma sát lớn.
* Phần tử đàn hồi cao su
Vấu cao su hấp thụ dao động nhờ sinh ra nội ma sát khi nó bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực Ưu điểm:
+ Có độ bền cao không cần bảo dưỡng, bôi trơn,
Cao su có khả năng thu năng lượng trên mỗi đơn vị thể tích gấp 5 đến 10 lần so với thép Bên cạnh đó, trọng lượng của các bộ phận làm từ cao su nhẹ hơn, và đường đặc tính của cao su phi tuyến, giúp dễ dàng điều chỉnh để phù hợp với các yêu cầu cụ thể.
+ Suất hiện biến dạng thừa dưới tác dụng của tải trọng kéo dài, nhất là tải trọng thay đổi,
+ Thay đổi tính chất đàn hồi khi nhiệt độ thay đổi, đặc biệt là độ cứng của cao su sẽ tăng lên khi làm việc ở nhiệt độ thấp,
+ Cần thiết phải đặt giảm chấn và bộ phận dẫn hướng Ưu nhược điểm của cao su phụ thuộc vào công nghệ chế tạo và chất lượng cao su
1.2.2 Phân loại theo sơ đồ dẫn hướng a.Loại phụ thuộc với cầu liền
Hình 1.5 Mô hình hệ thống treo phụ thuộc
* Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp
Hình 1.6 Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp
1 Giá treo trước chinh 2 Nhíp phụ 3 Ốp nhíp 4 Giảm chấn 5.Nhíp chính 6 Giá treo sau nhíp chính 7.Giá treo nhíp phụ
Các bộ phận cơ bản của hệ thống treo
Hệ thống treo bao gồm các bộ phận cơ bản sau:
Bộ phận dẫn hướng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định động học chuyển động của bánh xe, đồng thời truyền tải các lực kéo, lực phanh, lực bên và mô men phản lực lên khung hoặc vỏ xe.
Hệ thống treo có thể được phân loại thành hai loại chính: độc lập và phụ thuộc, với các thành phần đàn hồi như nhíp, lò xo hoặc thanh xoắn.
1.3.2 Hệ thống treo phụ thuộc,phần tử dẫn hướng là nhíp
Hệ thống treo phần tử đàn hồi là nhíp có thể được bố trí ở cầu bị động hoặc ở cầu chủ động
Hình 1.9 Hệ thống treo phụ thuộc phần tử đàn hồi là nhíp
Nhíp là một phần tử đàn hồi và dẫn hướng, có khả năng truyền lực dọc và lực ngang từ bánh xe qua cầu lên khung xe Nó cũng truyền mô men kéo và mô men phanh từ bánh xe lên khung Trong quá trình biến dạng, chiều dài của nhíp thay đổi, với một đầu cố định và một đầu di động Đối với nhíp sau, đầu cố định thường nằm ở phía trước, còn đầu di động ở phía sau, nhằm chịu lực đẩy và kéo từ bánh xe Đối với nhíp trước, vị trí đầu cố định có thể nằm ở phía trước hoặc phía sau, tùy thuộc vào vị trí của cơ cấu lái, để đảm bảo sự phối hợp chính xác giữa hệ thống treo và hệ thống lái.
1.3.3 Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi lò xo trụ
Hệ thống treo phụ thuộc có thể sử dụng lò xo trụ được lắp đặt ở cầu chủ động hoặc cầu bị động Do lò xo trụ chỉ có khả năng chịu lực kéo theo phương thẳng đứng, nên cần phải bố trí thêm các phần tử dẫn hướng để đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng phần đầu đàn hồi lò xo trụ, thường được bố trí kèm theo các thanh giằng và thanh ổn định trong bộ phận dẫn hướng.
Hình 1.11 Hệ thống treo phụ thuộc, phần tử đàn hồi lò xo trụ sử dụng
Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo trụ, đòn treo dọc
Hệ thống treo đòn dọc sử dụng các thanh liên kết dọc để kết nối bánh xe với khung xe, với các đòn dọc thường được sắp xếp song song gần hai bên bánh xe Số lượng đòn dọc có thể là hai hoặc bốn, và chúng có thể được áp dụng trong cả hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập.
Trong hệ thống dẫn hướng, ngoài đòn dọc chịu lực kéo hoặc nén, cần có thêm đòn ngang để đảm bảo tính ổn định Bên cạnh đó, với thiết kế lò xo hình trụ rỗng, không gian bên trong lò xo được tận dụng để lắp đặt bộ giảm chấn, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động.
Do những đặc điểm trên đây mà hệ thống treo đòn dọc có kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng phần không được treo nhỏ.
Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, hai đòn ngang
Hệ thống treo độc lập với hai đòn ngang có cấu tạo như sau:
Một hệ thống gồm hai đòn ngang, một ở phía trên và một ở phía dưới, thường có cấu trúc dạng khung hình tam giác hoặc hình thang, cho phép chúng thực hiện chức năng dẫn hướng Đầu trong của mỗi đòn ngang được liên kết bằng bản lề với khung hoặc dầm ô tô, trong khi đầu còn lại kết nối với đòn ngang đứng thông qua các khớp cầu Bánh xe được gắn với đòn đứng, và nếu là bánh xe dẫn hướng, nó có thể quay quanh một trụ để thực hiện các vòng quay.
Phần tử đàn hồi lò xo trụ kết hợp với giảm chấn ống thủy lực được lắp đặt với đầu trên liên kết với gối tựa trên khung hoặc vỏ ô tô, trong khi đầu dưới liên kết với bản lề hoặc cầu thông qua đòn treo dưới Một thanh ổn định hai đầu liên kết với hai giá bánh xe và được giữ trên khung hoặc dầm bằng hai khớp bản lề, giúp hạn chế biến dạng quá mức của một bên bánh xe, từ đó duy trì sự ổn định cho thân ô tô.
Hình 1.12 Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, hai đòn ngang
Hệ thống treo độc lập, phần tử đàn hồi lò xo, đòn chéo
Hệ thống treo độc lập này được thiết kế với độ cứng vững cao, giúp tăng khả năng chịu lực ngang và giảm thiểu sự thay đổi góc đặt bánh xe khi bánh xe dao động theo phương thẳng đứng Với kết cấu đơn giản và chiếm ít không gian, hệ thống này thường được áp dụng cho hệ thống treo sau của ô tô du lịch.
Hệ thống treo độc lập phần tử đàn hồi thanh xoắn
Hệ thống treo sử dụng phần tử đàn hồi thanh xoắn mang lại nhiều lợi ích, bao gồm kết cấu nhỏ gọn, kích thước và trọng lượng nhẹ, giúp tiết kiệm không gian và dễ dàng bố trí.
Hệ thống treo độc lập hai đòn ngang thường được sử dụng trên cả ô tô du lịch và ô tô tải Trong hệ thống này, thanh xoắn được đặt dọc theo thân xe, với một đầu gắn cố định vào khung hoặc dầm, trong khi đầu còn lại liên kết với đòn treo trên hoặc dưới thông qua then hoa Khi xe chịu tải trọng, thanh xoắn sẽ phải chịu một mô men xoắn và biến dạng góc, giúp cải thiện khả năng vận hành và ổn định của xe.
Bộ phận đàn hồi trên xe có chức năng nhận và truyền lực thẳng đứng từ mặt đường lên khung xe, giúp giảm tải trọng động khi xe di chuyển trên các đoạn đường gồ ghề, từ đó đảm bảo tính năng êm ái cho ô tô Các phần tử đàn hồi này có thể được chia thành hai loại: phần tử đàn hồi bằng kim loại như nhíp, lò xo trụ và thanh xoắn, và phần tử đàn hồi phi kim loại như vấu cao su, đệm khí và thủy khí.
Giảm chấn được dụng trên xe với mục đích:
Giảm và dập tắt nhanh các va đập truyền lên khung xe khi bánh xe lăn trên đường không bằng phẳng giúp bảo vệ bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi cho người sử dụng Điều này đảm bảo dao động của phần không được treo ở mức độ nhỏ nhất, cải thiện sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường và nâng cao khả năng chuyển động, bao gồm khả năng thay đổi tốc độ, ổn định của các lực và mô men tác dụng, cũng như khả năng điều khiển chuyển động.
Quá trình làm việc của giảm chấn chủ yếu là tiêu hao động năng, biến động năng thành nhiệt năng Hiện tượng này xảy ra ở nhiều bộ phận như nhíp lá, khớp trượt và khớp quay của ổ kim loại cũng như ổ cao su Để đảm bảo quá trình tiêu hao động năng diễn ra nhanh chóng và có thể kiểm soát, giảm chấn được lắp đặt trên các bánh xe sẽ thực hiện chức năng này một cách hiệu quả.
Vấu hạn chế hành trình trong hệ thống treo
1.8.1 Nhiệm vụ của vấu hạn chế hành trình
Chuyển động lên xuống và lắc ngang của thân xe phụ thuộc vào độ cứng của phần tử đàn hồi và thanh ổn định trong điều kiện hoạt động bình thường Khi khối lượng treo và không treo di chuyển tương đối với nhau đạt giá trị cực đại, các vấu hạn chế hành trình sẽ tăng cứng cho hệ treo cả theo phương thẳng đứng và dao động lắc ngang Vấu hạn chế hành trình theo phương thẳng đứng giúp tăng độ cứng gần với va đập cứng, từ đó giảm chấn động và hạn chế phá hủy hệ thống treo, đồng thời ngăn chặn sự truyền dao động và âm thanh lên thân xe Việc sử dụng vấu hạn chế và thanh ổn định cho phép giảm nhẹ độ cứng thiết kế của hệ treo mà vẫn chỉ chịu sự lắc ngang ở mức tối thiểu.
Hình 1.15 Vấu hạn chế 1.8.2 Cấu tạo vấu hạn chế
Vấu hạn chế được làm từ cao su đàn hồi với khả năng nén, có dạng đặc hoặc rỗng Đặc tính biến dạng của vấu cao su phụ thuộc vào tỷ lệ carbon và sulfur trong hỗn hợp Hầu hết các ụ cao su có độ cứng 65, nằm trong khoảng 45-75 Vấu hình trụ đặc cho phép biến dạng tối đa 20% khi nén, trong khi vấu rỗng có thể biến dạng từ 50-75% Mức độ biến dạng này chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như kích thước, hình dạng bên ngoài, độ dày, cạnh vát và độ cứng của thành phần.
1.8.3 Đặc tính vấu cao su
Hình 1.16 Đặc tính vấu cao su
Vấu đơn; 2 Vấu kép; 3 Vấu ba; 4 Hành trình nén; 5 Hành trình trả
1.9 Cấu tạo, phân loại hệ thống treo cho xe tải, bán mooc
Hiện nay, xe tải ngày càng phát triển để đáp ứng nhu cầu vận chuyển hàng hóa trên nhiều địa hình khác nhau Do đó, hệ thống treo xe tải cũng rất đa dạng, phù hợp với từng yêu cầu riêng của từng loại xe Trong hệ thống treo xe tải, nhíp phải chịu hai loại tải cơ bản: tải trọng tĩnh và động theo phương thẳng đứng, cùng với mô men xoắn khi hai bánh xe chuyển động khác pha.
Một số hệ thống treo
1.9.1 Hệ thống treo cân bằng không thường trực
Với xe nhiều cầu, khi không tải cần treo một cầu ở các hệ cầu tandem
Hình 1.17 Hệ thống treo cân bằng không thường trực 1.9.2 Hệ thống treo tích cực
Hệ thống treo lý tưởng cần đảm bảo các tiêu chí sau: hấp thụ hiệu quả các lồi, lõm trên đường; kiểm soát góc lắc ngang của thân xe khi quay vòng; duy trì độ cao ổn định khi tải trọng thay đổi; kiểm soát góc lắc dọc trong quá trình phanh hoặc tăng tốc; mang lại độ êm ái khi di chuyển trên đường ghồ ghề mà vẫn giữ được lực bám của bánh xe; và tách biệt các mấp mô khỏi thân xe ở nhiều tốc độ khác nhau.
Với cấu trúc truyền thống, người dùng chỉ có thể đạt được một trong các chỉ tiêu của hệ thống treo, không thể đáp ứng tất cả các yêu cầu cùng một lúc Tuy nhiên, với hệ thống treo tích cực, các tham số có thể được điều chỉnh linh hoạt theo điều kiện thực tế nhờ vào một loạt cảm biến, bao gồm cảm biến độ cao, cảm biến góc lái, cảm biến gia tốc dọc và ngang, cảm biến áp suất phanh, cảm biến pedal phanh, cảm biến mức tải, cảm biến vận tốc xe và mô đun chọn.
1.9.3 Hệ thống treo tích cực kiểu lò xo- thuỷ lực
Hệ thống treo tích cực bao gồm các chế độ điều khiển khác nhau: (a) không điều khiển độ cao, (b) có điều khiển độ cao, (c) không điều khiển lắc ngang, (d) có điều khiển lắc ngang, (e) không điều khiển lắc dọc khi phanh, (f) điều khiển lắc dọc khi phanh, (g) không điều khiển lắc dọc khi tăng tốc, và (h) điều khiển góc lắc dọc khi tăng tốc.
Hình 1.18 Hệ thống treo tích cực kiểu lò xo- thuỷ lực
Hệ thống treo tích cực giúp giảm tải cho cầu và áp suất nền trên xe tải nặng, thường sử dụng cầu sau kép (tandem) Cấu trúc đặc biệt của hệ treo cho phép các cầu tự cân bằng, đảm bảo hiệu suất và ổn định khi vận hành Các hình ảnh minh họa sau đây trình bày các phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem.
Hình 1.20 Một số phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem
1.9.5 Hệ treo đàn hồi cao su
Hệ thống treo có phần tử đàn hồi là cao su phù hợp cho các cầu bị động tandem xe moóc, cầu chủ động tandem xe kéo, xe téc
Hình 1.21 Bố trí chung hệ treo đàn hồi cao su 1.9.6 Hệ thống treo khí
Hệ treo khí xe tải ba cầu bao gồm các thành phần chính như máy nén khí (C) được kết nối với động cơ đốt trong, van không tải, bộ điều chỉnh áp suất (PR), bình chứa khí (RT) và bộ lọc (F), cung cấp khí nén cho các balon khí (AS) Hệ thống khí nén này cũng phục vụ cho hệ thống phanh, với van không tải ngắt động lực máy nén khi áp suất đạt 8 - 8,5 bar, trong khi áp suất cung cấp cho bình nén khí là 7,25 bar Nhu cầu khí cho hệ thống phanh cao hơn nhiều so với hệ thống treo, mà hoạt động ở áp suất 5,5 bar Hình 10a và 10b minh họa hai dạng treo khí điển hình, trong đó chuyển động tương đối giữa khối lượng được treo và không treo là tín hiệu điều khiển Các cụm cơ bản của hệ thống bao gồm bình chứa khí (RT), balon khí (AS), van điều khiển độ cao (LV) và van chia (IV).
Hình 1.22 Bố trí chung hệ treo đàn hồi cao su
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Phân tích, lựa chọn phương pháp bố trí hệ thống treo
Trong nghiên cứu thiết kế hệ thống treo cho xe bán mooc, cụ thể là xe HUYNDAI/TANTHANH, chúng tôi đã phân tích các ưu nhược điểm của các hệ thống treo hiện có Dựa trên những đánh giá này, hệ thống treo phụ thuộc, liên động cầu cân bằng được lựa chọn là giải pháp tối ưu.
Phân tích ưu nhược điểm của hệ thống treo phụ thuộc
Khi bánh xe di chuyển theo phương thẳng đứng, khoảng cách giữa hai bánh xe được nối cứng không thay đổi, giúp giảm mòn lốp trong trường hợp treo độc lập Sự liên kết cứng này cho phép lực bên tác động được chia đều giữa hai bánh xe, tăng cường khả năng truyền lực bên và nâng cao khả năng chống trượt của xe.
Hệ treo phụ thuộc được dùng cho cầu bị động có cấu tạo đơn giản
Giá thành chế tạo thấp, kết cấu đơn giản, dễ tháo lắp, sửa chữa, bảo dưỡng
Hình 2.1 Phương án thiết kế (treo phụ thuộc,liên động cầu cân bằng)
Hệ thống treo có khối lượng không được treo lớn, bao gồm khối lượng rầm thép, cụm bánh xe, nhíp hoặc lò xo và giảm chấn ở cầu bị động Đối với cầu chủ động, khối lượng này còn bao gồm vỏ cầu và phần truyền lực bên trong Trong trường hợp cầu dẫn hướng, khối lượng còn thêm các đòn kéo ngang và dọc của hệ thống lái Khối lượng không được treo lớn làm giảm độ êm dịu của chuyển động, gây ra va đập lớn khi di chuyển trên đường gồ ghề, từ đó ảnh hưởng đến khả năng bám của bánh xe.
Kết cấu của hệ treo phụ thuộc khá cồng kềnh, lớn và chiếm chỗ dưới gầm xe
Hai bánh xe được gắn trên dầm cầu cứng, khiến toàn bộ hệ thống dầm cầu dao động cùng nhau, do đó cần có khoảng không gian đủ lớn dưới gầm xe Điều này yêu cầu thùng xe phải nâng cao, dẫn đến việc trọng tâm xe cũng tăng lên, điều này không có lợi cho sự ổn định khi di chuyển của ô tô.
Hệ treo phụ thuộc có một nhược điểm trong động học, đó là khi một bánh xe dao động, bánh xe bên kia cũng sẽ dao động theo Sự chuyển dịch của bánh này phụ thuộc vào bánh kia, dẫn đến tình trạng mất ổn định khi xe quay vòng.
Phân tích lựa chọn thiết kế bộ phận đàn hồi
2.3.1 Bộ phận đần hồi kim loại:
Bộ phận đàn hồi kim loại thường có 3 dạng chính để lựa chọn: nhíp lá, lò xo xoắn và thanh xoắn
Nhíp lá thường được sử dụng trong hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo thẳng bằng, giúp đơn giản hóa kết cấu và dễ dàng lắp ghép Khi được chọn làm bộ phận đàn hồi, nhíp lá có thể đảm nhiệm luôn vai trò của bộ phận hướng nếu kết cấu và lắp ghép hợp lý Điều này khiến nhíp lá trở thành lựa chọn phổ biến cho nhiều loại xe, bao gồm cả xe du lịch.
Lò xo xoắn là thành phần phổ biến trong các hệ thống treo độc lập, chịu lực thẳng đứng và yêu cầu bộ phận hướng riêng biệt So với nhíp lá, lò xo xoắn có trọng lượng nhẹ hơn, mang lại lợi thế về hiệu suất cho hệ thống treo.
Bộ phận đàn hồi trong hệ thống treo ô tô thường sử dụng thanh xoắn, mang lại nhiều ưu điểm so với nhíp lá Lò xo xoắn có thế năng đàn hồi lớn hơn, trọng lượng nhẹ hơn và dễ dàng lắp đặt, giúp cải thiện hiệu suất và tính linh hoạt của xe.
Bộ phận đàn hồi kim loại có cấu trúc đơn giản và giá thành thấp, nhưng nhược điểm của nó là độ cứng không thay đổi (C=const) Độ êm dịu của xe chỉ được đảm bảo trong một vùng tải trọng nhất định, khiến nó không phù hợp cho các xe có tải trọng thay đổi thường xuyên Dù vậy, bộ phận đàn hồi kim loại vẫn được sử dụng phổ biến trên nhiều loại xe hiện nay.
2.3.2 Bộ phận đàn hồi bằng khí
Hệ thống treo sử dụng lò xo khí có ưu điểm nổi bật là độ cứng của phần tử đàn hồi không cố định, tạo ra đường đặc tính đàn hồi phi tuyến phù hợp cho ô tô Đặc biệt, độ cứng có thể điều chỉnh theo tải trọng thông qua việc thay đổi áp suất, mang lại cảm giác êm ái cao Tuy nhiên, hệ thống này có cấu trúc phức tạp, giá thành cao và trọng lượng lớn do cần thêm nguồn cung cấp khí và các van điều khiển Thường chỉ được trang bị cho các dòng xe du lịch cao cấp, sang trọng, và xe tải lớn Ngoài ra, trong các loại xe đua, lò xo khí thường được áp dụng trong hệ thống treo thủy khí điều khiển.
Trong bối cảnh phát triển kinh tế hiện nay, nhu cầu nội địa hóa ngành ôtô ngày càng tăng cao, đòi hỏi các nhà thiết kế phải chú trọng đến mục tiêu này Bên cạnh đó, giá thành của xe cũng là yếu tố quan trọng, cần phải hợp lý và tối ưu hóa các yêu cầu kỹ thuật Hai tiêu chí cơ bản này là nền tảng cho việc lựa chọn và thiết kế hệ thống treo cho ôtô.
Qua phân tích ưu nhược điểm của các loại bộ phận đàn hồi, việc chọn thiết kế hệ thống treo cho xe bán mooc dựa trên xe HUYNDAI/TANTHANH là rất quan trọng Xe cần di chuyển trên địa hình phức tạp, vì vậy bộ phận đàn hồi được lựa chọn là nhíp Nhíp không chỉ giúp xe vận hành ổn định mà còn có ưu điểm ít bị hư hỏng và cần sửa chữa, đồng thời có tuổi thọ lâu dài, rất phù hợp với điều kiện giao thông phức tạp của Việt Nam hiện nay.
Tính toán thiết kế
Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật
Thông số Giá trị Đơn vị
Kích thước bao (DxRxC) 13960x2490x1500 mm
Chiều dài cơ sở 8370+1310+1310 mm
Chiều dài đuôi xe 2280 mm
Trọng lượng bản thân 6500 kg
Phân bố lên chốt kéo 1130 kg
Phân bố lên trục 1 1790 kg
Phân bố lên trục 2 1790 kg
Phân bố lên trục 3 1790 kg
Trọng lượng toàn bộ 36600 kg
Phân bố lên chố kéo 12600 kg
Phân bố lên trục 1 8000 kg
Phân bố lên trục 2 8000 kg
Phân bố lên trục 3 8000 kg
Trục 1 Phụ thuộc,nhíp lá
Trục 2 Phụ thuộc,nhíp lá
2.4.1 Tính toán và chọn các thông số chính
Hệ thống treo có cấu trúc đối xứng hai bên, với các phần tử giống nhau ở mỗi bên Do đó, chúng ta chỉ cần tính toán cho một phần tử để đại diện cho toàn bộ hệ thống treo.
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc
Trọng lượng được treo (Gdt):
2 Trọng lượng không được treo (Gkt):
+ gc là trọng lượng cầu xe : gc = 4600 N
+gbx là trọng lượng bánh xe : gbx = 800 N
+ n𝑏𝑥 là số bánh xe mỗi cầu : n𝑏𝑥 = 4 bánh
Gs trọng lượng đầy tải tác dụng lên cầu : Gs = 80000 N
Để xác định tần số dao động của hệ thống treo, cần chọn tần số sơ bộ phù hợp: đối với xe chở người, tần số dao động nên nằm trong khoảng 60 đến 90 lần/phút, trong khi đối với xe tải, tần số dao động có thể được chọn từ 90 đến 120 lần/phút.
( tính toán thiết kế ô tô)
Hệ thống treo của xe bán mooc được thiết kế để không có người ngồi, vì vậy cần chú trọng vào độ cứng vững và khả năng chịu tải tốt Do đó, việc lựa chọn tần số dao động sơ bộ của hệ thống treo là rất quan trọng, với n0 (lần/phút) được xác định để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho xe.
Vậy độ võng tĩnh tổng (ft): 𝑓 𝑡 = ( 300
190) 2 = 2,49𝑐𝑚 = 2,49.10 −2 𝑚 Độ cứng của bộ phận đang hồi C = 𝐺 𝑑𝑡
Chiều dài nhíp xác định theo chiều dài cơ sở của xe Đối với ô tô du lịch : 𝐿 = (0,4 ÷ 0,55)𝐿 0 Đối với ô tô tải : Cho nhíp trước: 𝐿 = (0,26 ÷ 0,35)𝐿 0 ( thiết kế tính toán ô tô)
Chiều dài lá nhíp cơ sở L = (0,35 ÷ 0,45)L0
L0 là chiều dài cơ sở của xe L0 70mm
Do hệ treo 1 bên gồm có 3 nhíp giống nhau vây lên ta chon chiều dài lá nhíp cơ sở của 1 nhíp : L1 = 1200 mm
Sau khi xác định chiều dài nhíp cơ sở, cần xác định số lượng và chiều dày lá nhíp dựa trên độ võng tĩnh và động, ảnh hưởng đến độ êm dịu của ôtô Việc thiết kế hệ thống treo yêu cầu tính toán tần số dao động của nhíp và kích thước chung của nhíp cùng các lá nhíp Độ bền và chu kỳ bảo dưỡng của nhíp chủ yếu phụ thuộc vào chiều dài, bề dày nhíp dựa trên tải trọng, ứng suất và độ võng tĩnh đã biết.
Ứng suất tỷ lệ nghịch với bình phương chiều dài nhíp, vì vậy khi tăng chiều dài nhíp, cần tăng đáng kể bề dày các lá nhíp Điều này đặc biệt quan trọng với lá nhíp gốc, vì nó phải chịu tải trọng ngang, dọc và mômen xoắn Nếu chiều dài nhíp quá ngắn, việc tăng bề dày lá nhíp gốc sẽ không khả thi, mặc dù các yêu cầu về tỷ lệ tải trọng, độ võng và ứng suất đã được đáp ứng Ngược lại, nếu nhíp quá dài, độ cứng sẽ giảm, khiến nhíp làm việc nặng nhọc hơn và gây ra va đập giữa các ụ.
Tóm lại, kích thước hình học của nhíp không chỉ phụ thuộc vào chiều dài mà còn cần xem xét cả bề dày và bề rộng của nhíp để đạt được sự cân đối tối ưu.
Chọn số lá nhíp : với xe tải (6 -14) lá Chọn số lá nhíp 7 lá
Với các lá nhíp chọn chiều dày h = 1,6 cm = 0,016 m
Chọn chiều rộng tất cả các lá là b = 9 cm = 0,09 m
Vậy chọn số lá nhíp là 7; chiều rộng b = 0,09m; chiều dày h = 0,016m
Xác định chiều dài các lá nhíp
Hình 2.3 Xác định chiều dài các lá nhíp
Hệ phương trình dùng để xác định chiều dài nhíp có dạng:
𝑗 𝑛−1 ) = 0 Trong đó: li: chiều dài lá nhíp thứ i ji: mô men quán tính mặt cắt ngang của lá nhíp thứ i
𝑗 6 ) = 0 Trong đó j𝑖 là momen quán tính của tiết diện của lá nhíp thứ i
3 12 b chiều rộng lá nhíp h𝑖 chiều dày lá nhíp thứ i do các lá nhíp có bề dày và rộng bằng nhau suy ra j𝑖 = j𝑖 + 1 hay 𝑗 𝑖
𝑗 𝑖+1= 1 l𝑖 là chiều dài tính toán của lá nhíp thứ i được tính từ quang nhíp đến đầu mút của lá nhíp
Từ phương trình cuối ta có : 0.5(3 𝑙 6
Ta tiến hành thế lần lượt vào từng phương trình trong hệ, ta giải được
Ta có L1 = 1200 mm,chọn chiều dài quang nhíp a = 200m,
Bảng 2.2 Chiều dài lá nhíp l𝑖
Tính độ cứng thực thế của nhíp
Theo phương pháp thế năng biến dạng đàn hồi độ cứng của nhíp được tính theo công theo công thức sau:
: hệ số thực nghiệm lấy trong khoảng (0,83 - 0,87) chọn =0,85 ai=(l1-li) li: chiều dài hiệu dụng lá nhíp thứ i
𝐼 𝑖 I1=j1;I2=j1+j2;Ik=j1+j2+ +ji ji: tổng mô men quán tính của mặt cắt ngang từ lá nhíp thứ nhất đến lá nhíp thứ k là : ji= 𝑏ℎ 3
Bảng 2.3 Thông số tính toán của các lá nhíp
𝟕𝟑𝟏𝟕 = 14637 (N/cm) 63714 N/m Độ võng tĩnh thực tế của nhíp:
Số lần dao động trong một phút:
√2,5= 190 ( lần/phút) Kiểm bền nhíp
Khi tính toán chỉ tính cho 1/2 lá nhíp nên có các giả thiết
Coi nhíp là loại 1/4 elíp với 1 đầu được gắn chặt, một đầu chịu lực
Bán kính cong của các lá nhíp bằng nhau, các lá nhíp chỉ tiếp xúc với nhau ở các đầu mút và lực chỉ truyền qua các đầu mút
Biến dạng ở vị trí tiếp xúc giữa 2 lá nhíp cạnh nhau thì bằng nhau
Hình 2.4 Sơ đồ tính bền nhíp
Tại điểm B biến dạng lá thứ 2 và lá thứ 3 bằng nhau Tương tự tại điểm S biến dạng lá thứ k-1 và lá thứ k bằng nhau
Biểu thức biến dạng của các lá nhíp khi chịu phản lực như sau :
Sử dụng công thức đã nêu, ta có thể tính toán biểu thức biến dạng tại các điểm tiếp xúc giữa hai lá nhíp Bằng cách thiết lập các giá trị này bằng nhau từng đôi một, chúng ta sẽ thu được một hệ phương trình với n-1 phương trình và n-1 ẩn, tương ứng với các giá trị X2,…X𝑛.
Hệ phương trình đó như sau :
( tính toán thiết kế oto)
Như trên ta có j𝑘 = 3.072 (cm4)
Thay các giá trị trên vào phương trình ta có:
Giải phương trình trên bằng phương pháp thế ta có bảng giá trị
Bảng 2.5 Lực tác dụng lên các lá nhíp
Tính ứng suất nhíp như sau:
Hình 2.5 Sơ đồ tính ứng suất lá nhíp
Mômen tại điểm A: MA = Xi(li – li+1)
Mômen tại điểm B: MB = Xili –Xi+1li+1
Wu: môđun chống uốn tại điểm tiết diện tính toán
6 = 3,84.10 −6 (𝑚 3) Bảng ứng suất sinh ra trong các lá nhíp
Bảng 2.6 Ứng suất lá nhíp
Chọn vật liệu làm nhíp là thép hợp kim có hàm lượng cacbon cao ( 55 - 65 ) ứng suất cho phép : Ở chế độ tải tĩnh: [𝜎] = 600𝑀𝑁/𝑚 2 Ở chế độ tải động: [𝜎] = 1000𝑀𝑁/𝑚 2
Như vậy các lá nhíp đủ bền
2.4.3 Tính toán, thiết kê, kiếm bền tai nhíp
D: đường kính trong của tai nhíp h0: chiều dầy lá nhíp chính (h0=1,6 cm) b: chiều rộng lá nhíp (bm)
Tai nhíp chịu tác dụng của lực kéo Pk hay lực phanh Pp Trị số của lực này được xác định theo công thức sau:
: hệ số bám của bánh xe với đất Lấy = 0,7
Tai nhíp làm việc theo uốn, nén (hoặc kéo) : Ứng suất uốn ở tai nhíp là:
𝑏ℎ 0 2 𝑘𝑚𝑎𝑥 Ứng suất nén (hoặc kéo) ở tai nhíp là:
𝑏ℎ 0 Ứng suất tổng hợp ở tai nhíp được tính theo công thức:
𝑏ℎ 0 𝑘𝑚𝑎𝑥 Ứng suất tổng hợp cho phép [th]50 MN/m2
Như vậy đường kính trong lớn nhất của tai nhíp được xác định theo công thức:
Chọn đường kính trong tai nhíp D = 0,02m Ứng suất tổng hợp lớn nhất sinh ra ở tai nhíp:
126.106 N/ m2 ta có 𝜎 𝑡ℎ < [𝜎 𝑡ℎ ] như vậy tai nhíp đủ bền
2.4.4 Tính kiểm tra chốt nhíp Đường kính chốt nhíp được chọn
Chọn vật liệu chế tạo chốt nhíp là thép hợp kim hàm lượng cacbon thấp, ứng suất chèn dập cho phép [chèn dập ]= 7,59 MN/m2
Chốt nhíp được kiểm nghiệm theo ứng suất chèn dập:
D: đường kính chốt nhíp D= 0,03m b: bề rộng của lá nhíp chính b=0,09m
Thay số ta có: chèn dập = √80000 2 +56000 2
0,03.0,09 = 36𝑀𝑁/𝑚 2 Chọn vật liệu chế tạo chốt nhíp là thép hợp kim hàm lượng cacbon cao.ứng suất chèn dập cho phép [chèn dập ]= 500 MN/ m2.
Đặc tính giảm chấn
Lực cản giảm chấn Zg do giảm chấn sinh ra phụ thuộc vào lực cản tương đối của các dao động thùng xe với các bánh xe
K: là hệ số cản của giảm chấn ; m: là số mũ giá trị m phụ thuộc vào giá trị của Zt, trong vùng vận tốc hiện nay của giảm chấn Zt=0,3(m/s) thì m nằm trong khoảng từ 12 khi tính toán ta thừa nhận m=1 Đường đặc tính của giảm chấn là đường không đối xứng tác dụng hai chiều
Ta sử dụng hệ số dập tắt của giảm chấn
(thiết kế tính toán oto)
C là độ cứng của hệ thống treo
M: là khối lượng tĩnh trên một bánh xe: 𝑀 = 𝐺 𝑑𝑡
: là hệ số dập tắt chấn động Đối với ô tô hiện nay = 0,15 ÷ 0,3 ( càng lớn thì hệ thống treo càng cứng_thiết kế tính toán ô tô)
Gdt : Trọng lượng được treo tính trên một bánh xe ở trạng thái tĩnh( do có hai giảm chấn lên) ;
2 = 18050 (N) g: gia tốc trọng trường g=9,8(m/s 2 ); ft: độ võng tĩnh của hệ thống treo ft=0,025(m) suy ra: 𝐾 = 2𝜓𝐺 𝑑𝑡
Hệ số cản trung bình của giảm chấn:
Kgc=Ktr586 (N/(m/s)) Tính toán hệ số cản giảm chấn
Ta có phương trình: Kn+Ktr=2Kgc (1)
Kn, Ktr: hệ số cản giảm chấn với hành trình nén và trả
Ta có hệ phương trình: {𝐾 𝑡𝑟 + 𝐾 𝑛 = 29172
2.6.1 Xác định kích thước ngoài của giảm chấn
Chế độ làm việc căng thẳng được xác định là: v=0,3(m/s)
Công suất tiêu thụ của giảm chấn được xác định:
2 0, 3 2 = 1313Ư(𝑊) Công suất tỏa nhiệt của một vật thể kim loại có diện tích tỏa nhiệt là F được tính như sau:
Nt = 427 .F.(Tmax–Tmin) Trong đó: α hệ số truyền nhiệt, 𝛼 = 4𝑉 𝑘
𝐷 0,3 (thiết kế tính toán ô tô) Để đơn giản trong tính toán chon α= 0,12 0,168
Nhiệt độ cho phép: Tmax0 0 ; Tmin 0
Hình 2.8 Kích thước giảm chấn
Chọn sơ bộ giảm chấn L=0,8 (m)
Chiều dài giảm chấn bao gồm các thành phần sau: Ld (chiều dài phần đầu giảm chấn), Lm (chiều dài bộ phận làm kín), Lp (chiều dài pittông giảm chấn), Lv (chiều dài phần đế van giảm chấn) và Lg (hành trình làm việc cực đại của giảm chấn) Đặc biệt, Lg cần phải lớn hơn khoảng dịch chuyển của bánh xe từ điểm hạn chế trên đến điểm hạn chế dưới.
Các thông số có thể được xác định như sau: dc = (0,2 0,3)d; dn = 1,1d;
Lp=0,05(m) ; Ld= 0,07(m) ; Lm= 0,05 (m) ; Lv=0,03(m) ; Lg=0,6(m) ; L=0,8(m)
2.6.2 Xác định kích thước các van
Khi giảm chấn làm việc có những trường hợp sau:
Trường hợp van trả nhẹ;
Trường hợp van trả mạnh;
Trường hợp van nén nhẹ;
Trường hợp van nén mạnh
Ta có phương trình Bécnuli cho toàn dòng chất lỏng thực (tại mặt cắt 1-1 và 2-
2) không nén được, lực khối là trọng lực (trục oz hướng lên trên)
Trong đó: z: độ cao hình học của chất lỏng(m); p: áp suất(N);
: trọng lượng riêng của chất lỏng(N/m 3 ) Dầu 00(N/m 3 ); v: vận tốc trung bình dòng chất lỏng tại mặt cắt(m/s); g: gia tốc trọng trường(g=9,8m/s 2 );
: hệ số hiệu chỉnh động năng, phụ thuộc chế độ chảy;
=1: chảy rối hw1-2: tổn thất năng lượng trung bình (thế năng) dọc theo dòng chảy
Mặt cắt 1-1 đại diện cho dòng chất lỏng trong piston, với vận tốc tại đây tương ứng với vận tốc tương đối của piston và xylanh Mặt cắt 2-2 là vị trí dòng chất lỏng tại đầu ra của lỗ van, và do hiệu độ cao giữa hai mặt cắt rất nhỏ, ta có thể bỏ qua yếu tố này trong tính toán Chất lỏng chảy qua lỗ van theo chế độ chảy rối, với hệ số α=1 Tổn thất năng lượng trung bình dọc theo dòng chảy hw1-2 phản ánh sự biến đổi năng lượng chuyển động thành nhiệt năng do ma sát giữa chất lỏng và lỗ van, giữa các lớp chất lỏng, cũng như giữa chất lỏng và thành xylanh.
Dao động của giảm chấn có nghĩa là vế phải của phương trình Bécnuli sẽ không còn đại lượng hw1-2, mà sẽ được thay thế bằng hệ số tắt chấn ψ, trong đó ψ được xác định là 0,2.
Phương trình Bécnuli trở thành:
Như vậy vận tốc của dòng chất lỏng qua van được xác định theo công thức:
Trong công thức trên, v1 và p2 rất nhỏ nên bỏ qua Vận tốc của dòng chất lỏng qua van được tính xấp xỉ theo biểu thức sau:
Lưu lượng chất lỏng qua van trong một đơn vị thời gian được xác định theo công thức:
Q: lưu lượng chất lỏng qua van;
F: diện tích tiết diện cắt ngang của dòng chất lỏng; v: vận tốc trung bình của dòng chất lỏng tại mặt cắt;
fv: tổng diện tích các lỗ van;
: hệ số tổn thất lưu lượng của lỗ do dòng chảy bị đột thu, đột mở Hệ số tổn thất lưu lượng trung bình =0,5
Chất lỏng tiêu tốn trong một đơn vị thời gian được xác định theo công thức:
Q: lưu lượng mà piston đẩy đi trong một đơn vị thời gian;
F: diện tich làm việc hiệu dụng của piston;
v1: vận tốc dịch chuyển tương đối của piston và xilanh
Vì lượng chất lỏng mà piston đẩy đi bằng lưu lượng chất lỏng qua van nên Q=Q’ Từ (1) và (2) ta có phương trình:
2.6.3 Xác định kích thước van trả
• Xác định kích thước van trả nhẹ
Tổng diện tích van trả nhẹ:
- Ft diện tích làm việc hiệu dụng của piston ở hành trình trả:
Ft Trong đó: dp: đường kính piston dp=0,055(m); dt: đường kính thanh đẩy 0,015 (m)
- Lực cản của giảm chấn trong hành trình trả nhẹ:
Kt: hệ số cản trong hành trình trả nhẹ Kt!789(N/m/s) v: vận tốc tương đối piston và xilanh.v=0,3(m/s)
Ztn!879.0,3e64(N) Độ chênh áp suất của dòng chất lỏng là
Thay số ta có tổng diện tích van trả nhẹ
Chọn số lỗ van trả nhẹ là 4 lỗ Đường kính một lỗ là:
Xác định kích thước van trả mạnh
Van trả hoạt động hiệu quả khi vận tốc piston vượt quá 0,3 m/s Trong điều kiện đường xá gồ ghề, lực kích động từ mặt đường lớn làm giảm chấn và gây ra áp suất dầu tăng đột ngột Khi vận tốc đạt v > 0,3 m/s, áp suất chất lỏng cao khiến tất cả các van trả mở hoàn toàn, tạo ra diện tích lưu thông tối đa Ở vận tốc này, tiết diện lưu thông giữ nguyên và không thể mở rộng hơn nữa, do đó diện tích lưu thông trở thành hằng số.
Giai đoạn van trả mạnh mở hoàn toàn được gọi là giai đoạn chuyển tiếp hay giai đoạn quá độ Thời gian của giai đoạn này rất ngắn, do đó thường không được xem xét trong các phân tích.
Từ công thức (3.b.3) suy ra tổng diện tích van trả:
: Tổng diện tích lỗ van trả nhẹ và trả mạnh
Lực cản trong hành trình trả mạnh:
Lực cản trong trường hợp trả mạnh bằng lực cản trong hành trình trả nhẹ cộng thêm một lượng do sự gia tăng về diện tích và nó bằng:
Ztm=Ztn+k.Kt.(v2-v1) Trong đó:
Ztn: lực cản trong hành trình trả nhẹ Ztne64 (N); t 1 v f F v p.2.g
k: hệ số kể đến sự gia tăng về vận tốc:k=0,6;
Hệ số cản trong hành trình trả, ký hiệu là Kt, có giá trị Kt!879 (Ns/m) Vận tốc tương đối của piston và xilanh khi trả nhẹ được xác định là v1 = 0,3 m/s, trong khi đó, vận tốc tương đối khi trả mạnh là v2 = 0,5 m/s.
Độ chênh áp suất của dòng chất lỏng là:
Thay số ta có tổng diện tích van trả:
Vậy tổng diện tích lỗ van trả mạnh là:
=2,6.10 -5 – 1,9.10 -5 =0,7.10 -5 (m 2 ) Chọn số lỗ van trả mạnh là 4 lỗ Đường kính một lỗ là: 𝑑 = √ 4∑𝑓 𝑣𝑡𝑚
2.6.4 Xác định kích thước van nén
Xác định kích thước van nén nhẹ
Van nén nhẹ làm việc một mình khi vận tốc v 0,3(m/s)
Tổng diện tích van nén nhẹ:
- Diện tích làm việc hiệu dụng của piston ở hành trình nén:
Fn Trong đó: dp: đường kính piston dp=0,055(m)
Kn: hệ số cản trong hành trình nén nhẹ Knr93(Ns/m); v: vận tốc tương đối piston và xilanh.v=0,3(m/s)
- Độ chênh áp suất của dòng chất lỏng là :
Thay số ta có tổng diện tích van nén nhẹ:
Chọn số lỗ van nén nhẹ là 4 lỗ Đường kính một lỗ là: 𝑑 = √ 4∑𝑓 𝑣𝑛𝑛
Xác định kích thước van nén mạnh
Van nén mạnh làm việc khi vận tốc piston v>0,3(m/s)
Tổng diện tích van nén:
: Tổng diện tích lỗ van nén nhẹ và nén mạnh
Lực cản trong hành trình nén mạnh:
Lực cản trong trường hợp nén mạnh bằng lực cản trong hành trình nén nhẹ cộng thêm một lượng do sự gia tăng về diện tích và nó bằng:
Znm=Znn+k.Kn.(v2-v1) Trong đó:
Znn: lực cản trong hành trình nén nhẹ Znn!88 (N); k: hệ số kể đến sự gia tăng về vận tốc.k=0,6;
Kn: hệ số cản trong hành trình nén Knr93 (Ns/m); v1: vận tốc tương đối piston và xilanh khi nén nhẹ.v1=0,3(m/s); n 1 v f F v p.2.g
v2: vận tốc tương đối piston và xilanh khi nén mạnh Xét tại vận tốc v2=0,5(m/s)
Độ chênh áp suất của dòng chất lỏng là:
Thay số ta có tổng diện tích van nén:
Vậy tổng diện tích lỗ van nén mạnh là:
Chọn số lỗ van nén mạnh là 4 lỗ Đường kính một lỗ là:
Vậy van nén mạnh có 4 lỗ đường kính một lỗ là d= 2.10−3 (m)
2.6.5 Kiểm tra điều kiện bền
Kiểm tra điều kiện bền của đường kính thanh đẩy:
Kiểm tra điều kiện bền của thanh đẩy dưới tải trọng lớn nhất tác động lên bánh xe là rất quan trọng Khi bánh xe hoạt động, nó chịu ảnh hưởng của tải trọng động, mà giá trị tối đa của tải trọng động thường gấp đôi tải trọng tĩnh Điều này xảy ra do sự hiện diện của hai giảm chấn trong một hệ treo, dẫn đến tải trọng động được tính toán là:
Ứng suất kéo (nén) lớn nhất sinh ra trong thanh đẩy:
Chọn vật liệu làm thanh đẩy là thép 45 có []=6.10 8 (N/m 2 ) vnm v vnn f f f
2.6.6 Xác định một số chi tiết khác của giảm chấn lò xo a Lò xo van nén mạnh:
Van có kết cấu như hình vẽ:
- Lực tác dụng lên lò xo van khi van bắt đầu mở:
P: áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ nén nhẹ
D3, D4: Các kích thước như trên hình vẽ;
- Lực tác dụng lên lò xo van khi van mở hoàn toàn:
Pn - áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ nén mạnh với Vnm = 0,5m/s
- Ứng suất trong lò xo được tính theo công thức:
D: Đường kính vòng trung bình của vòng lò xo, D = 27 mm;
D : Đường kính dây lò xo ;
P2: Lực tác dụng lên lò xo khi van mở hoàn toàn;
- Ứng suất cho phép của vật liệu làm lò xo, [] = 500 700 MN/m 2
- Chọn số vòng làm việc n=4 vòng
- Chiều dài của lò xo khi van mở hoàn toàn được xác định như sau:
: Khoảng cách giữa các vòng dây, = 1 mm n0: Số vòng toàn bộ của lò xo, n0 = n+1 = 4 +1 = 5vòng
- Chiều dài của lò xo khi van ở trạng thái đóng:
Hd = Hm + h + 1,5 = 18,5mm = 0.0185m Dịch chuyển h của van giảm tải (khi mở hoàn toàn) được xác định theo công thức:
- Chiều dài của lò xo ở trạng thái tự do:
C là độ cứng của lò xo được tính như sau:
Lò xo van trả mạnh:
Van có kết cấu như hình vẽ:
- Lực tác dụng lên lò xo van khi van bắt đầu mở:
P : áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ trả nhẹ
D3, D4: Các kích thước như trên hình vẽ;
- Lực tác dụng lên lò xo van khi van mở hoàn toàn:
Pn: áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ trả mạnh với Vnm = 0,5 m/s,𝐾 𝑡𝑟𝑚 0,6𝐾 𝑡𝑟𝑛
- Ứng suất trong lò xo được tính theo công thức:
D: Đường kính vòng trung bình của vòng lò xo, D = 27 mm;
D : Đường kính dây lò xo ;
P2: Lực tác dụng lên lò xo khi van mở hoàn toàn
- Ứng suất cho phép của vật liệu làm lò xo, [] = 500 700 MN/m 2
- Chiều dài của lò xo khi van mở hoàn toàn được xác định như sau:
: Khoảng cách giữa các vòng dây, = 1 mm n0: Số vòng toàn bộ của lò xo, n0 = n+1 = 4 +1 = 5 vòng
- Chiều dài của lò xo khi van ở trạng thái đóng:
- Chiều dài của lò xo ở trạng thái tự do:
: Biến dạng của lò xo ở trạng thái van mở;
5 = 4,32.10 −3 𝑚 Kiểm tra lại ứng suất cắt trong lò xo khi chiu lực nén p :
Nhỏ hơn ứng suất cho phép:
Vậy thỏa mãn điều kiện bền.
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO SAU
Giới thiệu về Carsim
Mô phỏng ô tô bằng phần mềm đã trở thành một phần quan trọng trong ngành ô tô và các ngành công nghiệp cơ khí Phần mềm Carsim cung cấp giải pháp hiệu quả cho việc mô phỏng các bài toán thực tiễn Nghiên cứu này hướng dẫn cách sử dụng phần mềm từ việc thiết lập cơ sở dữ liệu mẫu đến việc lập một bài toán mô phỏng cơ bản, bao gồm mô phỏng ô tô khi thay đổi dải tốc độ và khi có tải trọng Ngoài ra, phần mềm còn cho phép xuất dữ liệu dưới dạng video chuyển động và đồ thị, giúp dễ dàng trong quá trình phân tích.
Hình 3.1 Minh hoạ mô phỏng xe bán mooc
Sử Dụng Carsim Kiểm Nghiệm Tính Toán Cho Xe Bán Mooc
Để bắt đầu bất kỳ bài toán nào trong phần mềm Carsim, người dùng cần nhập dữ liệu đầu vào, bao gồm mô hình ô tô, thông số kết cấu và các điều kiện ngoại cảnh Phần mềm đã tích hợp kho lưu trữ đa dạng các loại xe thực tế, giúp người sử dụng dễ dàng chọn lựa và mô phỏng Sau khi thiết lập đầy đủ các điều kiện, Carsim sẽ tiến hành tính toán và cung cấp kết quả cho người dùng.
(Start → Apps → CarSim 8.02 → CarSim hoặc dùng chuột double - click vào biểu tượng Carsim trên màn hình Desktop, tiếp tục chọn theo ô khoanh chữ nhật
To begin using CarSim, open the CarSim Run Control window and select the File menu, then choose Continue A Windows file navigation window will appear; navigate to the CarSim80_Progfolder installed on your computer, typically located at C:\Program Files From there, proceed to Resources \ Import_Examples to locate the Quick_Start.cpar file Select this file and click the Load button to continue.
Sau khi xuất hiện định dạng như hình trên, ở phần Test Specifications sẻ là phần ta lựa chọn dòng xe và hệ thống chúng ta cần mô phỏng.)
Kết Quả Nghiên Cứu / Tính Toán / Mô Phỏng Và Thảo Luận
Kết quả mô phỏng cho thấy mô hình trực quan, bao gồm phương tiện, mặt đường và khối tải trọng, đặc biệt là các mũi tên biểu thị lực tác dụng lên bánh xe khi ô tô chuyển động, chi phối quá trình di chuyển của xe Lực từ mặt đường và lực ngang tác động lên bánh xe rõ ràng nhất khi phương tiện bẻ lái Khi video được phát, các lực tác dụng lên xe thay đổi, mô phỏng gần giống như thực tế Các đồ thị cụ thể về tình trạng hoạt động của xe, như lực tác dụng lên bánh xe và tốc độ động cơ, cung cấp dữ liệu quan trọng cho quá trình tính toán Những kết quả mô phỏng sẽ phụ thuộc vào dữ liệu đầu vào, với các thông số khác nhau dẫn đến các kết quả khác nhau.
Hình 3.3 Đồ thị thể hiện độ võng theo thời gian
Hình 3.5 Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng theo độ dọc, lực tác động vào nhíp theo thời gian
Hình 3.7 Đồ thị thể hiện độ nén lên hệ thống treo
Quan sát đồ thị ta có thể thấy rằng độ võng của hệ thống treo, độ đàn hồi, độ nén ,nẩy thời gian nén, độ dịch chuyển
Chọn Testing suspenion để kiểm tra hệ thống treo
Bảng 3.1 Biểu đồ thể hiện thông số tính toán góc đặt bánh xe camber
Bảng 3.2 Biểu đồ thể hiện thông số của bộ phận giảm xóc
Bảng 3.3 Biểu đồ thể hiện thông số tính toán góc đặt bánh xe camber
