GIÁO TRÌNH DAO ĐỘNG VÀ TIẾNG ỒN Ô TÔ

TS LÂM MAI LONG GIÁO TRÌNH DAO ĐỘNG VÀ TIẾNG ỒN Ô TÔ TS LÂM MAI LONG GIÁO TRÌNH DAO ĐỘNG VÀ TIẾNG ỒN Ô TÔ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2017 3 LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình “Dao động.

TS LÂM MAI LONG GIÁO TRÌNH DAO ĐỘNG VÀ TIẾNG ỒN Ơ TƠ TS LÂM MAI LONG GIÁO TRÌNH DAO ĐỘNG VÀ TIẾNG ỒN Ô TÔ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2017 LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình “Dao động tiếng ồn ô tô” viết cho môn học tên với thời lượng tín thuộc chương trình đào tạo 150 tín áp dụng từ khóa 2012 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Dao động tiếng ồn ô tô thuộc lĩnh vực động lực học chuyển động ô tô (Vehicle Dynamics) phải nghiên cứu sau học xong môn sở ngành động lực học chuyển động ô tô, tức môn Lý thuyết tơ Theo quan điểm dao động ô tô tiếng ồn ô tô phát làm việc hai lĩnh vực nghiên cứu khác Dao động ô tô toán động lực học chuyển động chuyên nghiên cứu dịch chuyển khối lượng chủ yếu cấu thành ô tơ tác động lực kích thích biến đổi theo thời gian Những chuyển động khối lượng gây nên hiệu ứng cần kiểm sốt là: ảnh hưởng tới sức khỏe người ngồi xe, ảnh hưởng tới bám bánh xe mặt đường (liên quan tới tính điều khiển ổn định chuyển động) ảnh hưởng tới ổn định vị trí thùng xe mặt phẳng dọc ngang Trong tiếng ồn phát thải ô tô làm việc lại nghiên cứu nguyên nhân gây sóng áp suất truyền theo đường âm học khối lượng dao động tác động chủ yếu tới tai người ngồi xe (tiếng ồn bên trong) phát thải môi trường xung quanh (tiếng ồn bên ngoài) Việc kết nối hai lĩnh vực nghiên cứu khác biệt vào giáo trình với thời lượng tín việc khó Tuy nhiên tác giả cố gắng biên soạn nội dung nghiên cứu hai vấn đề với quan điểm thống sau: Bản chất dao động ô tô tiếng ồn phát ô tô làm việc dao động cụm phận tác động nguồn kích thích khác Chính khái niệm dao động trình bày kỹ giáo trình Tuy nhiên có khác biệt sau: Ảnh hưởng dao động hệ xe theo quan điểm êm dịu lực động bánh xe mặt đường xảy dải tần số thấp lực kích thích, tức giải tần số kích thích chủ yếu, lượng dao động khoảng lớn truyền tiêu hao chủ yếu theo đường kết cấu Trong tiếng ồn lại phát sinh dao động với tần số cao cao, lượng dao động không lớn truyền chủ yếu theo đường âm học, tức truyền vào khơng khí Phần lượng lại truyền theo đường kết cấu tạo rung xe không nghiên cứu giáo trình Giáo trình Dao động tiếng ồn ô tô tài liệu quan trọng cung cấp kiến thức làm tảng cho nghiên cứu chuyên sâu điều khiển tự động hệ thống treo, hệ thống thường trang bị xe tơ đại Giáo trình tài liệu giảng dạy học tập cho chương trình cao đẳng, đại học ngành Cơng nghệ kỹ thuật Ơ tô tài liệu tham khảo tốt cho học viên cao học chuyên ngành TP HCM, tháng năm 2017 Tác giả MỤC LỤC Lời nói đầu Các chữ viết tắt ký hiệu thông số quan trọng Chương 1: Khái niệm chung Câu hỏi ôn tập chương 12 Chương 2: Các nguồn kích thích dao động 13 2.1 Độ không phẳng đường đường địa hình khơng lún 13 2.2 Độ lệch tâm dạng hình học khơng vành lốp 19 Câu hỏi ôn tập chương 21 Chương 3: Đặc tính phận hệ thống treo 22 3.1 Cơ cấu hướng - Các quan hệ động học 22 3.2 Các phần tử đàn hồi 24 3.2.1 Các phần tử đàn hồi kim loại 24 3.2.2 Các phần tử đàn hồi khí thủy khí 26 3.3 Giảm chấn thủy lực 31 3.3.1 Lý thuyết 31 3.3.2 Cấu tạo giảm chấn ống 36 Câu hỏi ôn tập chương 39 Chương 4: Hệ dao động ô tô 41 4.1 Hệ dao động ô tô 41 4.2 Model dao động tần số thấp 42 4.3 Hệ dao động khối lượng (f < Hz) 43 4.3.1 Dao động tự hệ khơng có lực cản (khơng có giảm chấn) 43 4.3.2 Dao động cưỡng 49 4.4 Hệ hai khối lượng, hai bậc tự liên kết đàn hồi 50 4.4.1 Dao động tự hệ tuyến tính 51 4.4.2 Dao động kích thích 51 4.4.3 Ảnh hưởng thông số riêng biệt hệ tuyến tính chuyển động qua đoạn đường khơng phẳng Harmonic ngẫu nhiên 52 4.5 Phương pháp lựa chọn đặc tính đàn hồi đặc tính giảm chấn 67 4.5.1 Lựa chọn đặc tính đàn hồi 67 4.5.2 Lựa chọn đặc tính giảm chấn 70 Câu hỏi ôn tập chương 72 Chương 5: Thí nghiệm độ êm dịu chuyển động phương pháp xác định thông số hệ dao động ô tô 74 5.1 Thí nghiệm độ êm dịu chuyển động ô tô 74 5.2 Xác định thông số hệ dao động 75 5.2.1 Xác định tần số riêng 76 5.2.2 Xác định hệ số không tuần hoàn ψ 76 5.2.3 Xác định tỷ số truyền cấu hướng 77 5.2.4 Xác định mơ men qn tính khối lượng 78 Câu hỏi ôn tập chương 80 Chương 6: Dao động tần số cao tiếng ồn 81 6.1 Dao động tiếng ồn lốp 81 6.1.1 Dao động riêng lốp 82 6.1.2 Tiếng ồn lăn lốp 84 6.2 Dao động tiếng ồn thân xe liền khối ô tô du lịch 88 6.2.1 Dao động uốn xoắn thân xe liền khối 88 6.2.2 Dao động thùng xe dải tần số từ 40 đến 300 Hz 90 Câu hỏi ôn tập chương 94 Chương 7: Các nguồn gây tiếng ồn - Mức độ tiêu chuẩn tiếng ồn 95 7.1 Các nguồn gây tiếng ồn 95 7.1.1 Tiếng ồn động 96 7.1.2 Rung động tiếng ồn hộp số 101 7.1.3 Rung động tiếng ồn trục Các- đăng 103 7.1.4 Rung động tiếng ồn trục truyền động 105 7.2 Mức độ tiêu chuẩn tiếng ồn 106 7.2.1 Mức độ tiếng ồn 106 7.2.2 Một số tiêu chuẩn giới tiếng ồn 109 7.2.3 Tiêu chuẩn Việt Nam - TCVN: 5948-1999 112 Câu hỏi ôn tập chương 113 Tài liệu tham khảo 114 CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CÁC THÔNG SỐ QUAN TRỌNG KLĐT Khối lượng treo KLKĐT Khối lượng không treo HTT Hệ thống treo PTĐH Phần tử đàn hồi PTGC Phần tử giảm chấn ωT [rad/s] Tần số dao động góc riêng KLĐT ωN [rad,s] Tần số dao động góc riêng KLKĐT ω [rad/s] Tần số góc riêng kích thích mặt đường Harmonic fT [Hz] Tần số dao động riêng KLĐT fN [Hz] Tần số dao động riêng KLĐT f [Hz] Tần số kích thích mặt đường Harmonic MT [kg] Khối lượng KLĐT MN [kg] Khối lượng KLKĐT C [N/m] Độ cứng HTT Cp [N/m] Độ cứng lốp theo phương hướng kính K [Ns/m] Hệ số cản giảm chấn HTT ΨT Hệ số không chu kỳ dao động KLĐT ΨN Hệ số không chu kỳ dao động KLKĐT 𝑍̈T [m/s2] Gia tốc dịch chuyển thẳng đứng KLĐT 𝑍̈T0 [m/s2] Biên độ gia tốc dịch chuyển thẳng đứng KLĐT ZT [m] Dịch chuyển thẳng đứng KLĐT ZN [m] Dịch chuyển thẳng đứng KLKĐT ZT0 [m] Biên độ dịch chuyển thẳng đứng KLĐT Fdyn [N] Lực động bánh xe mặt đường kích thích Harmonic Fdyn [N] Biên độ lực động σFdyn [N] Phương sai lực động kích thích ngẫu nhiên τ [s] Thời gian nẩy bánh xe khỏi mặt đường ξ [m] Chiều cao mấp mô mặt đường ξ0 [m] Biên độ mấp mô mặt đường Harmonic L [m] Chiều dài bước sóng mấp mơ mặt đường V [m/s] Tốc độ chuyển động ô tô JT [Nms2] Mơ men qn tính khối lượng KLĐT chuyển động xoay xung quanh trục Y qua trọng tâm JN [Nms2] Mơ men qn tính khối lượng KLKĐT chuyển động xoay xung quanh tâm bánh xe JTt/g [Nms2] Mơ men qn tính thu gọn tô chuyển động xoay xung quanh trục Y qua trọng tâm a, b, ℓ [m] Khoảng cách từ trọng tâm xe tới cầu trước, cầu sau, ℓ = a + b Chương I KHÁI NIỆM CHUNG Về mặt học, ô tô hệ phức tạp bao gồm nhiều vật thể liên kết đàn hồi với Trên ô tô, vật thể cách tổng quát theo phương liên kết với vật thể khác liên kết đàn hồi - tượng trưng lò xo (với độ cứng C) giảm chấn (với hệ số cản K) Một hệ cá thể đặc trưng tần số dao động riêng riêng phần (tần số dao động hệ vật thể xung quanh giữ đứng yên) ứng với khả dịch chuyển tương ứng gọi bậc tự Một vật thể mối liên kết đàn hồi với vật thể khác có nhiều bậc tự do, tơ có nhiều vật thể nên nói rằng: Ơ tơ hệ dao động phức tạp với nhiều bậc tự tương ứng với nhiều tần số dao động riêng riêng phần khác Hệ dao động tơ chịu tác động nhiều nguồn kích thích khác nhau, chúng xuất tơ chuyển động làm việc tổ hợp máy xe Hệ đạt biên độ dao động cực đại có trùng khớp tần số riêng hệ tần số kích thích, xảy tượng cộng hưởng Số lượng vùng cộng hưởng lại trùng với số bậc tự (DOF - Degree Of Freedom) hệ, tức có dao động riêng có vùng cộng hưởng Theo quan điểm nghiên cứu dao động quan tâm tới cộng hưởng thùng xe (và phận gắn nó) cầu xe, cịn nghiên cứu tiếng ồn cộng hưởng tần số cao chi tiết bánh xe, khung thùng xe lại quan tâm Trong giáo trình nghiên cứu dao động học ô tô tần số tương đối thấp, tức dải tần số từ tới 300 Hz dải tần số ảnh hưởng tới người phát sinh tiếng ồn dao động cụm chi tiết chủ yếu xe Cụ thể: - Từ tới 20 Hz dao động toàn thể - Từ 10 tới 70 Hz dao động tứ chi - Từ tới 30 Hz tiếng ồn có tần số mức nghe xuất dao động học xe - Từ 20 tới 300 Hz tiếng ồn xuất lan truyền tới hệ kết cấu xe Cũng cần nhấn mạnh dao động học cụm động hệ thống truyền lực kích thích tần số cao 300 Hz Những dao động phần lớn không truyền vào khung xe theo đường học mà tạo tiếng ồn vùng xung quanh truyền theo đường âm học (Acoustic) Việc giảm tiếng ồn thực việc thay đổi hình dạng chi tiết máy thực việc giảm chấn v.v Khi tiếng ồn phát chi tiết tất nhiên gây dao động học thứ cấp chi tiết tơ tiếng động rời rạc Dao động ô tô ảnh hưởng tới người mà ảnh hưởng tới tuổi thọ chi tiết Trong dải tần số tới 300 Hz xe thông thường người ta xác định có tới 50 tần số cộng hưởng rõ rệt ngồi cịn tồn hàng loạt vùng cộng hưởng không rõ rệt khác Tổng số tần số cộng hưởng giảm thực tế khơng thể giảm số bậc tự hệ Vì lý nhiệm vụ chủ yếu q trình nghiên cứu hồn thiện tơ cố gắng làm giảm đỉnh dao động cộng hưởng rõ nét xe Điều thực giải pháp sau: - Giảm cường độ kích thích (đối với kích thích lực) - Chuyển tần số cộng hưởng tức tần số dao động riêng ngồi vùng làm việc tần số kích thích (đối với kích thích động học) - Trang bị phần tử đàn hồi giảm chấn với đặc tính phù hợp - Làm lạc điệu hệ thống dao động chi tiết riêng phần xe - Bổ sung vào hệ dao động xe hệ thống riêng phần khác Cũng cần phải nhấn mạnh hệ động học ô tô cần phải coi tổng thể (một hệ thống gắn kết với nhau), tách thành hệ chi tiết độc lập (chúng ta sử dụng phương pháp này) cần biết tơ dao động tất hệ có tác động lẫn nhau, việc thay đổi hệ riêng phần chí làm thay đổi đặc tính hệ Giáo trình chủ yếu nghiên cứu tơ du lịch Tức ô tô hai trục với thùng xe (body) liền khối Nghiên cứu dao động xe tải phức tạp xe có gia tăng số cầu Theo quan điểm ứng dụng - cơng nghệ, phần chủ yếu giáo trình đưa kết thực nghiệm giải pháp lý thuyết mà hạn chế đưa phương trình dao động, phương pháp giải chúng Giáo trình khơng nghiên cứu giải pháp kết cấu ảnh hưởng tới dao động ô tô, không nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống treo tới ổn định 10 Trên Hình 4.16 mơ tả ảnh hưởng độ cứng hướng kính thơng qua biến dạng hướng kính Δp = Fstat / Cp với Fstat tải trọng tĩnh Khi giảm độ cứng hướng kính Cp làm giảm tần số riêng riêng phần KLKĐT fN tăng hệ số tắt dần riêng phần ψN Điều ln ln có tác dụng làm giảm biên độ gia tốc KLĐT lực động bánh xe mặt đường toàn dải tần số đặc tính tần số (hình a,b) Ảnh hưởng rõ nét phương sai hai thơng số (hình c)  Ảnh hưởng tính chất phi tuyến hệ thống treo Các tính chất phi tuyến hệ thống treo nẩy lên bánh xe khỏi mặt đường phi tuyến đặc tính giảm chấn Sự nẩy bánh xe khỏi mặt đường xảy bánh xe rời khỏi mặt đường giá trị lớn so với biến dạng nén tĩnh ban đầu lốp Δp stat = -g (MN + MT)/ Cp Trường hợp lý tưởng đặc tính lốp tuyến tính phụ thuộc lực đàn hồi lốp Fpp vào biến dạng nén lốp với mặt đường Δp = ξ – zN cho Hình 4.17 Hình 4.17 Đặc tính biến dạng lý tưởng lốp Có số diễn giải sau: Với giả thiết mặt đường tuyệt đối cứng hiệu số ξ – ZN (với ZN dịch chuyển thẳng đứng tâm bánh xe) biến dạng nén lốp Khi ZN = ξ biến dạng nén khơng, lực đàn hồi Fpp không Nếu tiếp tục tăng ZN Δp < tức lúc lốp xe bắt đầu dãn áp suất tĩnh ban đầu nó, lực đàn hồi đổi chiều Khi dãn đạt tới giá trị biến dạng dãn tĩnh Δp stat bánh xe hồn tồn khơng tiếp xúc với mặt đường nẩy Bây khảo sát trường hợp hệ dao động qua vấu lồi đơn (độ không phẳng đơn lẻ) với giả thiết trước hệ thống treo vào trạng thái tĩnh Biến thiên điển hình dịch chuyển KLĐT ZT, 59 KLKĐT ZN gia tốc KLĐT 𝑍̈T độ không phẳng ξ Hình 4.18 a,b Hình 4.18 Biến thiên chuyển động KLĐT KLKĐT, gia tốc KLĐT tần số kích thích bản: a- Tần số riêng riêng phần KLĐT, b- Tần số riêng riêng phần KLKĐT Trong thực tế để thuận lợi người ta thường xác định giá trị cực đại tương ứng theo hướng dương âm gia tốc KLĐT 𝑍̈T+ 𝑍̈T- Hình 4.18 Ở tần số kích thích f = Hz (H.a) vùng cộng hưởng KLĐT vùng tốc độ chậm biên độ dịch chuyển ZN KLKĐT gần bám sát với biên độ mấp mơ ξ mặt đường, biên độ dịch chuyển ZT thùng xe lại lớn cộng hưởng Ở tần số kích thích f = 11 Hz (H.b) vùng cộng hưởng KLKĐT, dịch chuyển cầu xe trở nên rõ nét tức dịch chuyển ZN khác xa biên độ mấp mô mặt đường trình bánh xe nẩy khỏi mặt đường xuất Xét tới hiệu giảm chấn xem xét Hình 4.19 hệ chuyển động qua vấu lồi Hình 4.18 a Tại thời điểm O tới điểm diễn trình nén lốp, từ điểm tới điểm q trình nén giảm chấn lị xo (tại điểm 2, đường tiếp tuyến với đường cong ZN ZT song song nhau, chứng tỏ dịch chuyển có tốc độ nhau), điểm lị xo nén cực đại KLKĐT tiếp tục rời xa mặt đường tới tận điểm độ dãn lốp lớn nhất, sau lốp dịch chuyển gần lại với mặt đường điểm biến dạng lốp 60 với biến dạng tĩnh Tại điểm lốp bắt đầu bị nén Từ điểm tới điểm diễn q trình dãn lị xo giảm chấn điểm lị xo đạt giá trị tĩnh ban đầu Giữa điểm lại xảy q trình nén lị xo giảm chấn ảnh hưởng dao động KLKĐT Giữa điểm điểm xảy trình dãn lò xo giảm chấn ảnh hưởng dịch chuyển KLĐT… Hình 4.19 Giải thích chế chuyển động qua vấu lồi Sự bật nẩy nguy hiểm bánh xe xuất đoạn điểm Độ nguy hiểm lớn độ không phẳng cao ngắn (tần số kích thích lớn) Trên Hình 4.19b q trình chuyển động qua vấu lối ngắn với tốc độ cao Trong điểm 30 31 ZN – ξ = - ΔPstat điểm tiếp xúc lực bánh xe mặt đường bị phá hủy khoảng thời gian tương ứng τ Ảnh hưởng giảm chấn tuyến tính qua vấu lồi: Trên Hình 4.20 biên độ dao động cực đại dương âm gia tốc chuyển động KLĐT 𝑍̈T+ 𝑍̈T- qua vấu lồi có chiều cao h = 0.03m phụ thuộc vào tần số kích thích cho f = V/L (V tốc độ, L chiều dài độ không phẳng) ứng với hệ số không chu kỳ riêng ψT Việc giảm hệ số khơng tuần hồn KLĐT làm tăng hai giá trị cực đại tần số thấp (cộng hưởng KLĐT f = 1.15 Hz) lại làm giảm giá trị chúng vùng tần số cao (cộng hưởng KLKĐT f = 11 Hz) Giá trị cực đại âm lớn giá trị cực đại dương 61 Trên Hình 4.20b thời gian nẩy bánh xe khỏi mặt đường τ (lốp xe tiếp xúc với mặt đường) phụ thuộc vào hệ số không chu kỳ riêng KLĐT ψT tần số kích thích f vấu lồi có chiều cao h = 0.06 m Thời gian nẩy tăng tăng tần số kích thích Hệ bắt đầu bị nẩy lên (ở giới hạn giảm chấn cho) từ tần số kích thích khoảng Hz Ở tần số kích thích lớn thời gian nẩy có giá trị cực tiểu ψT ≈ 0.25 Lúc cần phải tính đến vấn đề hệ tắt dần nhiều dù có giá trị dao động KLKĐT nhỏ đồng thời lại làm tăng dao động KLĐT với tăng hệ số khơng chu kỳ ψT thời gian rời xa KLKĐT khỏi KLĐT tăng lên Hình 4.20 a- Sự phụ thuộc gia tốc dương âm vào tần số kích thích hệ số khơng tuần hồn riêng phần KLĐT qua vấu lồi có chiều cao mà khơng xảy nẩy, b- Sự phụ thuộc thời gian nẩy vào hệ số khơng tuần hồn tần số kích thích qua vấu lồi cao MT/MN=9, fT=1.15Hz, fN=11Hz Những kết luận tương tự xác định trường hợp qua chỗ đường lõm xuống Ảnh hưởng tính phi tuyến giảm chấn: Chúng ta tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng tính phi tuyến đặc tính giảm chấn trường hợp khảo sát Tính phi tuyến giảm chấn hiểu không đối xứng giảm chấn nhánh nén trả đặc tính tính phi tuyến biến thiên nhánh Ảnh hưởng tính khơng đối xứng nhánh đặc tính: Trên Hình 4.21 đặc tính khơng đối xứng giảm chấn tuyến tính nhánh lựa chọn để nghiên cứu 62 Hệ chọn để KLĐT dao động tự dao động dập tắt chu kỳ giảm chấn ứng với hệ số khơng chu kỳ tuyến tính ψT = 0.25 Hình 4.21 Các đặc tính khơng đối xứng giảm chấn Nếu gọi hệ số cản giảm chấn nén ks trả kr hệ số không chu kỳ riêng phần KLĐT nén trả tương ứng là: ψTs = ks / 2√𝐶𝑀T, ψTr = kr / 2√𝐶𝑀 T giảm chấn nghiên cứu ta có ψTr /ψTs = 0.25/0.25; 0.325/0.148; 0.42/0.05 Trên Hình 4.22 mơ tả phụ thuộc biên độ dao động dương âm vào tần số kích thích qua độ khơng phẳng Harmonic Khi kích thích Harmonic với biên độ khơng phẳng ξ0 = 0.015 m vùng tần số kích thích từ - 15 Hz không xảy nẩy bánh xe Các biên độ dao động dương âm gia tốc KLĐT 𝑍̈T+ 𝑍̈T- (Hình 4.22a) đặc tính giảm chấn tuyến tính giá trị tuyệt đối ứng với biến thiên đặc tính tần số Việc giảm giảm chấn (giảm ks) nén tương ứng với việc tăng giảm chấn trả làm giảm biên độ dương gia tốc làm tăng biên độ âm giá trị gần Trên Hình 4.22b dao động KLĐT điều kiện tương tự Ở giảm chấn tuyến tính biên độ dao động dương âm lại vị trí tĩnh KLĐT trùng với vị trí ổn định động học Nếu giảm giảm chấn nén tăng theo tỷ lệ định giảm chấn trả vị trí ổn định KLĐT thay đổi theo hướng tăng nén ổn định lò xo hệ thống treo 63 Tất nghiên cứu lý thuyết chuyển động đường không phẳng cho trình ngẫu nhiên dừng phương sai gia tốc lực động xấu với tăng tính khơng đối xứng giảm chấn Biến thiên điển hình giá trị tương đối σ𝑧̈ T σFdyn phụ thuộc vào tỷ số ψs /(ψs + ψr) (ψs + ψr) = const ứng với giảm chấn khơng đối xứng cho Hình 4.23 Sự phụ thuộc phẳng giảm giảm chấn nén ống giảm chấn Hình 4.22 Sự phụ thuộc dao động dương âm vào tần số kích thích chuyển động độ không phẳng Harmonic: a- Gia tốc KLĐT, b- Chuyển động KLĐT ứng với đặc tính hình 4.21 Hình 4.23 Sự phụ thuộc phương sai tương đối gia tốc KLĐT lực động bánh xe mặt đường vào đặc tính khơng đối xứng giảm chấn với giá trị ψs / ψr=1 Chưa thể đưa kết luận tổng quát nhược điểm đặc tính giảm chấn khơng đối xứng thoải mái hành khách Theo tiêu chuẩn biên độ dao động gia tốc lớn dao động lớn (kể xung dương âm), tăng biên độ âm giảm biên độ dương σ𝑧̈ T phải luôn tăng lên Nhưng từ thực tế lại thấy gia tốc dương cho phép có giá trị lớn mà khơng có trở ngại theo quan điểm êm dịu 64 Hình 4.24 Sự phụ thuộc dao động dương âm vào chiều cao vấu lồi tần số kích thích ứng với đặc tính tắt dần theo hình 4.21 (các hình a, b, c, d) phụ thuộc thời gian nẩy vào chiều cao vấu lồi (các thông số hình 4.20) Hình 4.24 a,b,c,d mơ tả đặc tính hệ qua độ không phẳng đơn lẻ dạng vấu lồi tần số kích thích vùng cộng hưởng KLKĐT (f = 11 Hz) KLĐT (f = 1.1 Hz) phụ thuộc vào chiều cao độ khơng phẳng h Có thể nói tính khơng đối xứng đặc tính giảm chấn có ảnh hưởng lớn tần số kích thích lớn (hình a, b, c, d) Như giảm hiệu tắt dần (giảm k) hành trình tiến lại gần KLĐT KLKĐT việc tăng hiệu giảm chấn hành trình tách xa KLĐT KLKĐT làm giảm (trên đường vấu lồi) xung dương lớn gia tốc KLĐT 𝑍̈T+ tăng xung dương 𝑍̈T- (H a) Các xung dương lớn dịch chuyển KLĐT ZT+ thay đổi xung âm ZTthì tăng mạnh Việc tăng tính khơng đối xứng đặc tính giảm chấn ln ln làm xấu đặc tính nẩy hệ Hình 4.24e, mơ tả thời gian nẩy phụ thuộc vào chiều cao mấp mô tần số kích thích cao (16 Hz) Ảnh hưởng phi tuyến đặc tính đối xứng: Đặc tính giảm chấn đối xứng lồi lõm so sánh với đặc tính tuyến tính mơ tả Hình 4.25 Mỗi nhánh có hai đoạn tuyến tính với số k1, k2, tốc độ dịch chuyển từ nhánh sang nhánh chọn ∆̇ = 0.36 m/s Đặc tính tuyến tính sở có hệ số không chu kỳ ψT = 0.25 Ảnh hưởng đặc tính tới ứng xử hệ phụ thuộc nhiều vào kích thước độ khơng phẳng Chừng mà chiều cao độ không phẳng nhỏ đến mức mà tốc độ nén trả giảm chấn khơng bị thay đổi, ∆̇ = 0.36 m/s, hệ tuyến tính đặc tính 65 bàn luận phần trước Khi độ khơng phẳng kích thích nhỏ giảm chấn lõm có hiệu giảm chấn lớn so với đặc tính lồi, ngược lại độ khơng phẳng cao tốc độ nén trả cao hệ số tắt dần tuyến tính thấp đặc tính lõm cao đặc tính lồi Hình 4.25 Các đặc tính giảm chấn đối xứng bất đối xứng Trên Hình 4.26 trường hợp hệ qua vấu lồi đơn Đối với chiều cao đến khoảng 0.015 m, ta thấy xung dương âm gia tốc KLĐT vùng tần số cộng hưởng KLKĐT thấp giảm chấn lồi so với giảm chấn tuyến tính, chiều cao nhấp nhơ cao 0.015 m phù hợp giảm chấn lõm (Hình 4.26a) Tương tự, thời gian nẩy giảm chấn lồi lớn chiều cao thấp (< 0.015 m) nhỏ chiều cao nhấp nhô lớn (Hình 4.26b) Hình 4.26 a- Sự phụ thuộc gia tốc dương âm KLĐT vùng cộng hưởng KLKĐT, b- Thời gian nẩy theo đặc tính hình 4.25 Các thơng số: MT/MN=9, fT=1.15Hz, fN=11Hz 66 4.5 PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN ĐẶC TÍNH ĐÀN HỒI VÀ ĐẶC TÍNH GIẢM CHẤN Những phân tích phần vận dụng vào việc lựa chọn đặc tính phần tử đàn hồi giảm chấn 4.5.1 Lựa chọn đặc tính đàn hồi Ở phần trước kết luận độ cứng HTT theo quan điểm êm dịu nhỏ tốt Với giả thiết tắt dần đủ lớn (ψ > 0.4 tần số dao động riêng riêng phần KLĐT fT nhỏ 0.8 Hz) theo quan điểm sinh lý khơng có giới hạn cho độ cứng HTT (độ cứng nhỏ tốt) Nhưng thực tế giới hạn độ cứng HTT lại bị hạn chế yếu tố khác liên quan tới góc nghiêng ngang thùng xe quay vịng hay góc nghiêng dọc chuyển động có gia tốc (tăng tốc phanh) Yêu cầu tối thiểu hóa độ cứng HTT khơng phụ thuộc vào việc cầu trước hay cầu sau Nhưng trường hợp cụ thể khác biệt tần số dao động riêng riêng phần lớn, trường hợp cầu trước thường có tần số riêng riêng phần lớn việc cực tiểu hóa độ cứng phải có khác biệt hai cầu Ở ô tô du lịch tần số riêng riêng phần KLĐT nằm khoảng 0.8 - 1.7 Hz cầu trước nhỏ cầu sau (liên quan tới phương án dẫn động cầu trước) Theo quan điểm bám (min Fdyn) giá trị tối ưu tần số dao động riêng riêng phần KLĐT vào khoảng 1.5 Hz Trong trình vận hành, khối lượng KLĐT thay đổi từ giá trị cực tiểu MT’ (xe + tài xế) tới giá trị lớn MT’’ (xe + tài xế + hành khách, hàng hóa) Khi tô trang bị phần tử đàn hồi kim loại (cơ khí) với độ cứng số thay đổi khối lượng KLĐT làm thay đổi tần số dao động riêng riêng phần Ở hệ bậc tự với đặc tính đàn hồi tuyến tính có độ cứng số C thay đổi khối lượng M làm thay đổi tần số góc riêng theo quan hệ: ω’T /ω’’T = (M’T/ M’’T)1/2 [4.25] Khi thay đổi tải trọng muốn tần số góc riêng số (đối với dao động tải trọng nhỏ) đặc tính đàn hồi Pp (∆) phải để tải trọng Fp = MT.g ln có quan hệ (𝜕Fp /𝜕∆) Fp = MT.ω2T (rút từ quan hệ ωT = (C/MT)1/2).Từ rút tồn quan hệ (dFp/d∆ - Fp ω2T/g) = (rút từ M.g = Fp) tức đặc tính đàn hồi phải có dạng hàm mũ: Fp = Fp0 𝑒 𝜔2 𝑇 𝑔 𝛥 [4.26] 67 Ở Fp0 tải trọng sở, ∆ = Một cách gần đặc tính nói phù hợp với trường hợp thay đổi tải trọng lớn giả thiết tải trọng xe thay đổi theo xác suất toàn dải tải trọng cho phép Ở hệ thống treo thủy khí với tác dụng cân khoảng sáng gầm xe điều kiện ổn định tương đối tần số góc riêng đương nhiên thực (xem phần PTĐH khí) Khả dịch chuyển tương đối bánh xe so với thùng xe nên lớn có thể, nhiên điều lại bị hạn chế mặt kết cấu chủ yếu liên quan tới việc phối hợp động học hệ thống treo hệ thống lái khoảng sáng gầm xe, đồng thời liên quan tới độ bền lò xo Chúng ta giả thiết trường hợp đặc tính tuyến tính đơn giản hình (Hình 4.27), trục hồnh mơ tả dịch chuyển bánh xe so với thùng xe ∆ = (ZN – ZT), ∆ = HTT vị trí dãn hồn tồn tới điểm chặn phía dưới, trục tung mơ tả lực Fp KLĐT KLKĐT tác dụng lên bánh xe Tồn dịch chuyển ∆ Hình 4.27 Sự dịch chuyển tương đối đặc tính đàn hồi tuyến tính Tải trọng tĩnh HTT thay đổi từ g.M’Td tới g M’’Td tương ứng với dịch chuyển ∆s, tồn tải phận hạn chế bị biến dạng hoàn toàn lượng ∆h, tải trọng cực tiểu phận hạn chế biến dạng hồn tồn lượng ∆d Nói chung tơ du lịch ta thường có ∆h > 50 mm, ∆d > 40 mm ∆s = ∆ - (∆h + ∆d) ≤ ∆ - 90 Từ có 68 thể xác định độ cứng tối thiểu HTT hay tần số tối thiểu ω0 đặc tính hàm mũ Xe tơ du lịch có khoảng dịch chuyển ∆ khoảng 160 - 240 mm Ở tơ có điều chỉnh khoảng sáng gầm xe (∆s = 0) ∆ nhỏ Dịch chuyển tĩnh ∆s tương ứng với thay đổi khoảng sáng gầm xe thay đổi tính điều khiển xe, khơng thể lựa chọn giá trị lớn, xe du lịch ∆s < 50 mm, xe tải ∆s < 100 mm Đặc tính lý tưởng thực tế PTĐH khơng điều chỉnh thấy Hình 4.28, khoảng dịch chuyển có tăng thêm hai phía đoạn ∆v ≅ (10 - 30) mm đặc tính hàm mũ chọn Khi bánh xe tiếp tục dịch chuyển gần tới thùng xe lực đàn hồi tăng mạnh để đàn hồi tăng lớn Lực trả Fp biến dạng cực đại FpMAX = (2.5 - 3) g.M’’T Ngược lại bánh xe rời xa khỏi thùng xe đặc tính giảm lồi động bánh xe nhỏ Khi điểm chặn bị biến dạng hết cỡ lực Fp có giá trị âm Fp ≤ - 10g.MN (MN khối lượng KLKĐT) Đặc tính lý tưởng thực tế PTĐH khơng điều chỉnh thấy Hình 4.28, khoảng dịch chuyển có tăng thêm hai phía đoạn ∆v ≅ (10 - 30) mm đặc tính hàm mũ chọn Khi bánh xe tiếp tục dịch chuyển gần tới thùng xe lực đàn hồi tăng mạnh để đàn hồi tăng lớn Hình 4.28 Đặc tính u cầu phần tử đàn hồi 69 Những kết luận tương tự ứng dụng cho hệ thống treo khơng điều chỉnh có đặc tính tuyến tính với HTT có điều chỉnh khoảng sáng gầm xe 4.5.2 Lựa chọn đặc tính giảm chấn Theo quan điểm lý thuyết đặc tính tuyến tính giảm chấn phải tối ưu theo hai nhánh Một cách thỏa hiệp tỷ số hệ số cản giảm chấn trả kr nén ks khoảng: kr /ks = (4 - 2) Giá trị ks kr lựa chọn cho cầu thì: (ks + kr) = ψT √𝐶 𝑀T = 4ψTωTMT [4.27] Ở MT khối lượng LKĐT cầu tương ứng, C độ cứng HTT ứng với khối lượng MTd cho, ωT tần số góc riêng riêng phần dao động không tắt dần (tự do) KLĐT, ψT hệ số không chu kỳ yêu cầu KLĐT Các hệ số cản giảm chấn kr ks thay đổi theo tải trọng xe: hệ thống treo với đặc tính đàn hồi tuyến tính thay đổi tỷ lệ với √𝑀T hệ thống treo có tần số góc riêng khơng đổi (ωT = const) tỷ lệ với MT Giải pháp tối ưu cho vấn đề giảm chấn có lực cản phụ thuộc vào tải trọng tĩnh, theo quan điểm giá thành loại giảm chấn thực tế không sử dụng Việc lựa chọn ψT mức độ đáng kể phụ thuộc vào ma sát hệ thống treo giảm chấn Nếu giả thiết ma sát nhỏ ln tồn điều kiện bản, tức tỷ lệ T/g.MTd < 0.05, để đạt gia tốc tối thiểu KLĐT điều kiện chuyển động thông thường ta phải có ψT = 0.15 - 0.3, ngồi để có gia tốc nghiêng dọc tối thiểu ψT cầu trước phải gần tới giới hạn cịn ψT cầu sau gần tới giới hạn Để đạt đặc tính bám tối ưu xe (min Fdyn) tơ du lịch điều kiện thông thường hai cầu ψT = 0.4 - 0.5 ψN = 0.35 - 0.45 Để đạt độ êm dịu tối đa qua loại đường có độ khơng phẳng ngắn (L nhỏ) lực ma sát T phải tiến tới ψT tiến tới Ngày nay, xe du lịch thông thường với đặc tính giảm chấn tuyến tính ψT cầu trước dao động khoảng 0.12 -0.3 (khi toàn tải) 0.16 - 0.4 (khi khơng tải); cịn cầu sau ψT khoảng từ 0.15 - 0.38 (khi tồn tải) 0.18 - 0.47(khi khơng tải) Đối với tơ du lịch tiện lợi, yêu cầu nêu thể Hình 4.29 70 Khi qua đoạn đường với độ không phẳng ngắn liên quan tới tốc độ dịch chuyển tương đối hai khối lượng nhỏ ∆̇ < 0.1 m/s đặc tính giảm chấn nằm khoảng tốc độ I lực cản giảm chấn nhỏ (ma sát nhỏ) Khi chuyển động đường tương đối tốt tốc độ tương đối ∆̇ = - 0.5 m/s Trong dải tốc độ coi độ êm dịu chuyển động tối ưu thỏa mãn yêu cầu sport comfort Khi ψT = 0.15 - 0.3 Trên hình chọn ψT = 0.25 Khi chuyển động đường xấu với tốc độ cao ∆̇ = 0.5 - 1.2 m/s, phải ưu tiên điều kiện bám, tức dải III ta chọn ψT = 0.35 - 0.45, hình ta chọn giá trị 0.4 Cuối trường hợp đường xấu (lởm chởm) với cộng hưởng KLKĐT ∆̇ lớn 1.2 m/s Khi để hạn chế va chạm nguy hiểm (trong HTT) giá trị ψT = 0.45 - 0.6 Trên hình ta chọn ψT = 0.55 Nếu khối lượng KLĐT số u cầu đặc tính thực cách gần đặc tính có bậc Hình 4.30 Hình 4.29 Diễn giải đặc tính phần tử giảm chấn Trong vùng đặc tính (vùng I) mà tốc độ dịch chuyển hai khối lượng thấp phải ý đến việc đảm bảo có hệ số cản giảm chấn đủ cho việc hạn chế góc nghiêng dọc ngang thùng xe Ở vùng hệ số cản giảm chấn tăng nhanh Ở vùng đặc tính nên nằm khoảng cho phép Dạng đặc tính lồi có xe du lịch Châu Âu 71 Trong trường hợp đặc tính giảm chấn khơng phụ thuộc vào tải trọng (Hình 4.30) phổ biến thực tế vùng I II đặc tính nên nằm dải gạch chéo, khơng tải đặc tính nằm cận trên, cịn tồn tải nằm cận Trong vùng III IV với ψT khoảng 0.4 thực tế đặc tính tắt dần khơng phụ thuộc vào tải trọng Hình 4.30 Xác lập đặc tính tối ưu giảm chấn tải trọng thay đổi CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG Nêu lý cho phép nghiên cứu hệ dao động ô tô dải tần số thấp nhỏ 20 Hz Trong dải tần số thấp hệ dao động ô tô đơn giản hóa nào? Tại sao? Trong dải tần số kích thích f < Hz hệ dao động đơn giản hóa nào, sao? Xây dựng hệ phương trình vi phân dao động hệ khối lượng hai bậc tự dao động tự không lực cản Trình bày khái niệm hệ số liên kết cầu thông số ảnh hưởng tới hệ số Trình bày khái niệm tỷ số quán tính 72 Ảnh hưởng tỷ số quán tính tới dao động cầu thùng xe? Nêu giả thiết cho phép sử dụng sơ đồ hai khối lượng hai bậc tự để nghiên cứu dao động tơ Phân tích sơ đồ dao động hai khối lượng hai bậc tự cầu 10 Trình bày khái niệm tần số dao động riêng, tần số dao động riêng riêng phần, hệ số không chu kỳ riêng riêng phần 11 Trình bày tiêu đánh giá dao động ô tô theo quan điểm độ êm dịu chuyển động, tải trọng động bánh xe mặt đường độ bền làm việc lò xo 12 Phân tích ảnh hưởng độ cứng C hệ thống treo tới độ êm dịu lực động bánh xe mặt đường 13 Phân tích ảnh hưởng hệ số cản giảm chấn K hệ thống treo tới độ êm dịu lực động 14 Phân tích ảnh hưởng khối lượng KLKĐT (cầu xe) tới độ êm dịu lực động 15 Trình bày khái niệm tính phi tuyến hệ thống treo 16 Trình bày khái niệm nẩy bánh xe khỏi mặt đường 17 Ảnh hưởng giảm chấn tới độ êm dịu nẩy bánh xe khỏi mặt đường? 18 Ảnh hưởng tính phi tuyến giảm chấn tới độ êm dịu nẩy bánh xe khỏi mặt đường? 19 Phân tích phương pháp lựa chọn đặc tính đàn hồi hệ thống treo 20 Phân tích phương pháp lựa chọn đặc tính giảm chấn hệ thống treo 73 ... 40 Chương HỆ DAO ĐỘNG Ô TÔ 4.1 HỆ DAO ĐỘNG Ô TÔ Hệ dao động ô tô hiểu hệ vật thể rắn tạo thành ô tô, chuyển động chúng có quan hệ đàn hồi quan hệ động học với Ở tơ du lịch hệ dao động coi tạo... chất dao động ô tô tiếng ồn phát ô tô làm việc dao động cụm phận tác động nguồn kích thích khác Chính khái niệm dao động trình bày kỹ giáo trình Tuy nhiên có khác biệt sau: Ảnh hưởng dao động. .. xong môn sở ngành động lực học chuyển động ô tô, tức môn Lý thuyết ô tô Theo quan điểm dao động tơ tiếng ồn ô tô phát làm việc hai lĩnh vực nghiên cứu khác Dao động tơ tốn động lực học chuyển động