ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN Ô TÔ Đề tài Tính toán tính ổn định khi ô tô xoay vòng

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ HỮU NGHỊ o0o - KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TỐN Ơ TƠ Đề tài: “Tính tốn tính ổn định tơ xoay vịng” Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Vũ Chính Sinh viên thực : Nguyễn Tuấn Quyền : Tống Tiến Sơn Khoá : 10 CNKTOTO Lớp : K10CNOTO01 Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2022 Lời Nói Đầu Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Vũ Trần Chính trang bị giúp em kỹ kiến thức cần thiết để hoàn thành đồ án “NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CỦA Ơ TƠ KHI QUAY VÒNG” cụ thể xe khách Universe Advanced 47 chỗ, vấn đề thực tế vấn đề an toàn ,ổn định xe khách vào quay vòng Qua việc nghiên cứu chúng em tìm hiểu đưa vấn đề mắc phải xe Tuy nhiên, trình làm đồ án kiến thức chun ngành em cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi vài thiếu sót trình bày đánh giá vấn đề Rất mong nhận góp ý, đánh giá thầy để đề tài em thêm hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1/Qúa trình quay vịng tơ: Hình 1-1 : Q trình quay vịng tơ Qúa trình quay vịng ô tô chia làm giai đoạn: GDI: giai đoạn chuẩn bị vào đường quay vòng với R GDII: giai đoạn vào quay vịng với bán kính tức thời R = Const GDIII: giai đoạn khỏi đường quay vòng với R 1.2/ Sự quay vịng tơ khơng tính đến biến dạng lốp xe: 1.2.1/ Qúa trình quay vịng tơ: Hình 1-2: Mơ hình quay vịng tơ m: chiều rộng vết bánh xe l : khoảng cách cầu xe R: bán kính quay vịng tức thời O: tâm quay vịng tức thời : góc quay hệ thống lái : góc quay bánh xe dẫn hướng bên ngồi : góc quay bánh xe dẫn hướng bên Xét mơ hình ta có: tg = R= Trong thực tế xe vào góc cua tài xế đánh lái từ từ với góc quay hệ thống lái nhỏ ( khơng cua ngặt quĩ đạo chuyển động điều nguy hiểm) Nên bé tg R= [1-1] Đây cơng thức tính bán kính quay vịng tức thời xe khơng tính đến biến dạng lốp xe Xác định mối quan hệ ? [1-2] [1-3] - = [1-4] Nhìn vào biểu thức [1-4] ta thấy , mặt lý thuyết vào cua góc quay bánh xe dẫn hướng ln khác nhau, tức bỏ qua xem = Nhưng thực tế chênh lệch nhỏ nên ta Vì tính tốn sau ta xem = 1.2.2/ Các lực tác dụng vào tơ quay vịng : Khi xe vào quay vòng ta xét lực tác dụng lên xe cụ thể vào trọng tâm T xe Trọng tâm cách cầu trước đoạn a, cách cầu sau đoạn b Tại tâm T quay vịng xuất lực li tâm hình vẽ Phân tích lực tác dụng lên xe, có phương chiều thành thành phần theo phương , Trong lực dọc trục xe có xu hướng làm xe tới ta không xét đến Lực có xu hướng làm xe văng khỏi đường ta xét lực ta Hình 1-3: Phân tích lực tác dụng quay vịng Ta có : Trong : [1-5] gia tốc hướng tâm gia tốc pháp tuyến gia tốc tiếp tuyến Phân tích Hình 1-3 ta được: Với [1-6] góc hợp lực li tâm với phương ngang xe Gia tốc pháp tuyến [1-7] Gia tốc tiếp tuyến [1-8] Trong : ρ = OT bán kính qn tính Xét Xét Mặt khác xét Hình 1-3 ta cịn có: ; Từ ta tính gia tốc hướng tâm: [1-9] Khi đó: [1-10] Ta có nhận xét biểu thức [1-10] sau: Lực lực làm xe có xu hướng văng khỏi mặt đường nên vào quay vòng để xe an tồn lực phải nhỏ Để giảm thì: + giảm : tức giảm tốc độ xe vào quay vòng + = Const = tức xe vào quay vịng góc quay hệ thống lái phải từ từ, thay đổi nhỏ lúc ta xem = Const ( Người tài xế phải bẽ lái cách từ từ không bẽ gấp) 1.3/ Sự quay vịng tơ tính đến biến dạng lốp xe: 1.3.1/ Bán kính quay vịng tức thời: Khi khơng có biến dạng lốp xe , xe vào cua với vận tốc góc hợp với phương ngang vận tốc cầu trước cầu sau chuyển động với vận tốc hình Khi có biến dạng lốp xe với : góc biến dạng bánh xe cầu trước : góc biến dạng bánh xe cầu sau Lúc phương vận tốc lệch góc bị lệch góc thành vận tốc thành vận tốc phương vận tốc bị Hình 1-4: Mơ hình quay vịng có biến dạng lốp xe Vấn đề đặt phải tìm xem =? [1-11] Nhưng ; ; bé nên: 10 [4-4] Kèm theo điều kiện sau: xe chuyển động thẳng nên Từ ta có: [4-5] [4-6] Giải hệ phương trình ta được: [4-7] Phương trình [4-7] phương trình tình góc bù quay vành lái 2.6.2/ Sự nhạy cảm ô tô có gió bên N: Khi xe gặp gió bên N Để xe an tồn khơng bị quĩ đạo chuyển động kết cấu xe phải để góc bù quay vành lái Nhìn vào biểu thức [4-7] + nhỏ nhỏ khi: lớn: Tức độ cứng góc lệch bên bánh xe trước phải lớn hơn, điều đồng nghĩa với việc lốp trước phải cứng ( áp suất nhỏ lốp sau) độ cứng hệ thống lái phải lớn Vì lốp cứng hệ thống lái có độ cứng thấp gây quĩ đạo chuyển động 30 + Tử số phải nhỏ Tử số nhỏ e nhỏ tức tâm áp lực gió bên N gần trọng tâm T xe Để đảm bảo cho xe an tồn khơng bị quĩ đạo kết cấu xe phải cho Tức [4-8] Hình 2-11: Quan hệ kích thước mơ hình Kết luận: Khi tâm áp lực gió bên N đặt C cách trọng tâm T đoạn e lúc xe ổn định Khơng bị quĩ đạo có gió bên N 31 CHƯƠNG III : TÍNH TỐN TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA Ơ TƠ KHI XOAY VỊNG 2.7 Thơng số kỹ thuật ban đầu xe Samco-BG4W: Thông số kĩ thuật xe khách SAMCO – BG4w (Sắt xi nhãn hiệu ISUZU NQR75) ĐỘNG CƠ Động Động Diesel 4HK1 E2N, kỳ, xi lanh thẳng hàng, làm mát nước, tăng áp, làm mát khí nạp, phun nhiên liệu trực tiếp Tỉ số nén 17,5:1 Dung tích công tác 5193( cm3) Công suất tối đa 110/2600 (HP/rpm) Mơ men xoắn tối đa 404/1500-2600 (Kg.m/rpm) Đường kính xi lanh x hành trình piston 115x125(mm) THƠNG SỐ VỀ TÍNH NĂNG CHUYỂN ĐỘNG Tốc độ tối đa 112 (km/h) Khả leo dốc cực đại (%) 31 Hộp số Hộp số số tiến, số lùi Tỷ số truyền tay số 5,979:3,434:1,862:1,297:1,000:0,759 Tỷ số truyền tay số lùi 5,701 Hiệu suất hệ thống truyền lực PHANH Phanh Tang trống/ tang trống Dẫn động phanh Thủy lực, trợ lực chân không Phanh tay Tang trống, tác dụng lên trục thứ cấp hộp số Dẫn động Cơ khí BÁNH XE VÀ LỐP 32 Bánh trước Đơn Lốp trước 8,25-16, áp suất 6,5 (KG/cm2), tải trọng: 1800 kg Bánh sau Kép Lốp sau 8,25-16, áp suất 6,5 (KG/cm2), tải trọng: 1700 kg Độ cứng góc lệch bên trung bình bánh xe cầu trước Độ cứng góc lệch bên trung bình bánh xe cầu sau Tỉ số truyền từ vành lái xuống bánh xe il = 17 Bán kính bánh xe rb = 0,33 m HỆ THỐNG TREO Treo trước Phụ thuộc, nhíp lá, giảm chấn thủy lực Treo sau Phụ thuộc, nhíp lá, giảm chấn thủy lực THƠNG SỐ KÍCH THƯỚC Chiều dài sở 4175 (mm) Chiều dài đầu xe 1470 (mm) Chiều dài đuôi xe 2580 (mm) Vệt bánh xe trước 1890 (mm) Vệt bánh xe sau 1650 (mm) Kích thước xe Dài x Rộng x Cao (LxBxH): 8225 x 2310 x 2920 (mm) Khoảng sáng gầm xe tối thiểu 210 (mm) THÔNG SỐ XE VỀ TRỌNG LƯỢNG Trọng lượng không tải 5500 (kg) Trục trước 2259 (kg) Trục sau 3205 (kg) Trọng lượng hành khách 3000 (kg) Trọng lượng toàn tải 8500 (kg) 33 Trục trước 2925 (kg) Trục sau 5575 (kg) Bán kính quay vịng tối thiểu 8,75 (m) Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước 2738 (mm) đầy tải Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau 1437 (mm) đầy tải Số hành khách cho phép chở 47 chỗ 2.8/ Tính tốn thơng số đặc tính quay vịng xe : 2.8.1/ Hệ số kết cấu ôtô K ( s2/m ): Xe có đặc tính quay vịng thừa 2.8.2/ Tốc độ đặc trưng vng ( m/s ): 2.8.3/ Góc lệch hướng chuyển động Góc lệch bên cầu trước Góc lệch bên cầu sau ( rad ): : : Góc lệch hướng chuyển động : 34 ( rad ) 2.8.4/ Góc quay bánh xe dẫn hướng : 2.8.5/ Góc quay đòn quay trụ đứng : Do ta xem hệ thống lái cứng tuyệt đối nên , đó: Ta thế: R = 25 m : bán kính quay vịng tức thời v = vng = 11,89 ( m/s ) : vận tốc giới hạn 2.8.6/ Góc quay vành lái 2.8.7/ Tốc độ góc quay thân xe 2.8.8/ Gia tốc hướng tâm : : : 35 2.8.9/ Momen góc quay vành lái Mv : = 0,1m Mà góc lệch hướng chuyển động : 2.9/ Xây dựng đường đặc tính tốc độ hàm truyền : 2.9.1/ Hàm truyền tốc độ góc quay thân xe : Vì K = - 0,029 < nên xe có đặc tính quay vịng thừa Phương trình tổng qt hàm truyền: Thế 2.9.2/ Hàm truyền góc lệch hướng chuyển động: 36 2.9.3/ Hàm truyền gia tốc hướng tâm: 2.9.4/ Hàm truyền momen quay vành lái : 3.1/ Ảnh hưởng lực gió bên: 3.1.1/ Gía trị lực gió bên N tác dụng vào xe là: Trong đó: hệ số cản khí động góc hợp với khung xe trường hợp xem phương với khung xe chiều hướng trực diện vào xe độ lớn 3.1.2/ Khoảng cách tâm áp lực gió bên đến trọng tâm xe : Khoảng cách từ tâm áp lực gió đến cầu trước: 37 tức có phương Khoảng cách từ tâm áp lực gió đến cầu sau: Vậy tâm áp lực gió dịch phía sau trọng tâm xe đoạn 3.1.3/ Mơ men lực gió bên gây điểm O là: 3.1.4/ Góc bù quay vành lái: 3.2/ Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước cầu sau : Đối với trường hợp xe ta xét , K < nên xe trạng thái quay vòng thừa Vì vậy, quay vịng xe ổn định , khơng an tồn dễ điều khiển dẫn đến nguy hiểm cho người ngồi ôtô Điều hồn tồn khơng phù hợp với loại xe cơng cộng xe Bus địi hỏi tính an tồn cho người điều khiển hành khách Chính lý đó, ta đưa đề xuất sau : xe quay vòng ổn định an tồn xe phải quay vòng thiếu ( hệ số kết cấu K > ) xe quay vòng ( K = ) Để đảm bảo điều kiện kết cấu xe cần phải thay đổi theo giá trị cụ thể sau : [6-1] Khi thay đổi thông số a b tức thay đổi trọng tâm xe, đồng nghĩa với thay đổi phân bố trọng lượng cầu trước cầu sau, dẫn đến lực bám bánh xe chủ động thay đổi 38 Vì vậy, điều kiện để thay đổi a b : ( ta cần xét lực kéo P k tay số truyền tay số truyền có lực kéo lớn ta so sánh với lực bám Lực kéo tay số truyền : ) [6-2] Trong : Tỷ số truyền từ vi sai đến bánh xe chủ động : i0 = 4,55 Tỷ số truyền tay số : i1 = 5,979 Hiệu suất hệ thống truyền lực : Bán kính bánh xe : rb = 0,33 ( m ) Công suất động : Ne = 110 HP = 82,02 kW Momen động : = 22,332 ( kN ) Lực bám (N) Ta suy : [6-3] Từ ta có điều kiện sau: Chọn 39 3.3/ Tính tốn thơng số đặc tính quay vịng xe : 3.3.1/ Hệ số kết cấu ôtô K ( s2/m ): >0 => Xe có đặc tính quay vịng thiếu 3.3.2/ Tốc độ đặc trưng ( m/s ): 3.3.3/ Góc lệch hướng chuyển động Góc lệch bên bánh xe cầu trước Góc lệch bên cầu sau ( rad ): : : Góc lệch hướng chuyển động : ( rad ) 3.3.4/ Góc quay bánh xe dẫn hướng 3.3.5/ Góc quay đòn quay trụ đứng : ( rad ): 40 Do ta xem hệ thống lái cứng tuyệt đối nên , đó: Ta thế: R = 25m : bán kính quay vòng tức thời v= = 8,55 ( m/s ) : vận tốc giới hạn 3.3.6/ Góc quay vành lái : 3.3.7/ Tốc độ góc quay thân xe 3.3.8/ Gia tốc hướng tâm : : 3.3.9/ Momen góc quay vành lái Mv: Mà góc lệch hướng chuyển động : 41 3.4/ Xây dựng đường đặc tính tốc độ hàm truyền : 3.4.1/ Hàm truyền tốc độ góc quay thân xe : Vì K = 0,057 > nên xe có đặc tính quay vịng thiếu Phương trình tổng quát hàm truyền: Thế Khi v = = 8,55 ( m/s ) Thời gian phản ứng quay vòng : So với thời gian cho phép [t0] = 0,3 – (s) => Thời gian phản ứng quay vòng đạt yêu cầu 42 3.4.2/ Hàm truyền góc lệch hướng chuyển động: Thế Ở đây, ta thấy có dấu “–” tức ta phải : - Giảm vận tốc để đảm bảo tính ổn định quay vịng - Dịch trọng tâm phía cầu trước 3.4.3/ Hàm truyền gia tốc hướng tâm: Thế 3.4.4/ Hàm truyền momen quay vành lái : 43 Thế 44