thiết kế hệ thống treo xe tải 8 tấn

thiết kế hệ thống treo xe tải 8 tấn

Lời nói đầu

Cùng với sự phát triển của các nghành kinh tế luôn đòi hỏi vân chuyểnmột lợng hàng hóa và hành khách Với những u điểm về cơ động và khảnăng làm việc ở những điều kiện khác nhau nên ô tô đóng một vai trò rấtquan trọng

Với tầm quan trọng nh vậy nên ô tô không ngừng đợc cải tiến để hoànthiện hơn đáp ứng nhu cầu ngay càng cao về phơng tiện chuyên chở cũng nhnhu cầu giao thông di lại của con ngời Ngoài các yêu cầu về các hệ thống

nh hệ thống phanh, hệ thống lái, kết cấu khung vỏ, Cần thiết kế tối u thì một

hệ thống rất quan trọng là hệ thống treo cũng cần đợc quan tâm đặc biệt

Để nâng cao tính tiện nghi, an toàn, đảm bảo độ êm dịu cho xe trongquá trình chuyển động trên nhiều địa hình thì hệ thống treo lắp trên ô tô cầnphải tính toán thiết kế sao cho tối u về các mặt nh: tần số giao động phù hợpvới con ngời, độ vững chắc, cân bằng của xe, tính năng cơ động, độ tin cậy,

độ bền lâu, điều khiển lái dễ dàng, tận dụng đợc tối đa tốc độ chuyển động

Đồ án tốt nghiệp về thiết kế hệ thống treo xe tải có tải trọng 8 tấn gồmcác phần:

 Xác định kích thớc sơ bộ của hệ thống treo trớc và kiểm nghiệm

 Xác định kích thớc của giảm chấn trớc Kiểm nghiệm và tínhtoán các lỗ van của giảm chấn trớc

 Xác định kích thớc sơ bộ của hệ thống treo sau và kiểm nghiệm

 Xác định kích thớc của giảm chấn sau Kiểm nghiệm và tínhtoán các lỗ van của giảm chấn sau

 Các bản vẽ

 Thiết kế quy trình gia công piston giảm chấn sau

Tuy vậy trong quá trình thiết kế tính toán, do hạn chế về kiến thức nên

em khong khỏi có nhiều thiếu sót Em rất mong đợc các thầy cô chỉ bảo để

em có thể mở rộng và hoàn thiện kiến thức của mình

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Lu Văn Tuấn cùng cácthầy giáo trong bộ môn đã chỉ bảo, hớng dẫn tận tình và đã tạo điều kiện cho

em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Hà nội ngày 1 tháng 6 năm 2006

Sinh viên

Hoàng Thành Vinh

Phần I giới thiệu chung về hệ thống treo

I Sự phát triển của hệ thống treo

Sự phát triển to lớn của tất cả các nghành kinh tế đòi hỏi cần chuyênchở khối lợng hàng hóa và hành khách Tính cơ động cao, tính việt dã và khảnăng hoạt động trong những điều kiện khác nhau đã tạo cho ô tô trở thànhmột trong những phơng tiện chủ yếu để chuyên chở hành khách và hàng hóa

Hệ thống treo với cơ cấu chấp hành là thủy lực và khí nén kết hợp vớicơ cấu điều khiển là các mạng điện tử là xu hớng phát triển ngày nay Nóhoạt động dựa trên nguyên lý: Dùng các cảm biến thu nhận thông tin và cácthông số cần thiết trong quá trình vận hành của ô tô Các thông số đó là tảitrọng của xe, gia tốc dao động thẳng đứng, góc đặt bánh xe, độ cao sàn xe…

Sau đó các thông tin này đợc mã hóa và đợc đa vào mạch điều khiển để

tự động điều chỉnh đờng đặc tính của nó phù hợp với các điều kiện chuyển

động Đây chính là u điểm nổi bật mà các hệ thống treo cổ điển trớc đâykhông có đợc

Tuy nhiên với điều kiện kinh tế nớc ta hiện nay còn cha thực sự phát triểnmạnh, cơ sở vật chất kỹ thuật và các ngành kinh tế đang trong thời kỳ pháttriển thì một hớng đi mang tính thực tế đó là: Tận dụng một số loại ô tô cũcòn đợc sử dụng đợc, trên cơ sở đó thiết kế cải thiện hay thiết kế cải tiến một

số hệ thống trên xe đã kém chất lợng hay đặc tính không còn phù hợp với yêucầu hiện nay để đa vào sử dụng

II Giới thiệu chung về hệ thống treo.

Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung vỏ ô tô với bánh xe, nó có tácdụng làm êm dịu quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh xebánh xe dao động trong mặt phẳng thẳng đứng và truyền lực giữa khung vỏvới bánh xe

Ta biết rằng xe chuyển động có êm dịu hay không phụ thuộc chủ yếu vàochất lợng của hệ thống treo Khi xe chuyển động trên đờng không bằngphẳng sẽ phát sinh dao động do đờng không bằng phẳng gây ra Những dao

động này làm ảnh hởng xấu tới tuổi thọ của xe, làm h hỏng hàng hóa nếu cótrên xe và ảnh hởng lớn tới hành khách trên xe Theo số liệu thống kê chothấy khi một ôtô chạy trên đờng xấu, gồ ghề so với một ôtô cùng loại chạytrên đờng tốt, bằng phẳng thì vận tốc trung bình của xe sẽ giảm đi (40-50)%,quãng đờng chạy giữa hai kỳ đại tu sẽ giảm đi (35-40)% và giá thành vậnchuyển sẽ tăng lên khoảng (40-50)% Còn đối với con ngời nếu phải chịu

đựng lâu trong tình trạng bị rung xóc nhiều sẽ gây ra mệt mỏi, khó chịu vàgây ra các phản ứng xấu khác

Các kết quả nghiên cứu về ảnh hởng của dao động ôtô với cơ thể con ngời

đều đi đến kết luận: Nếu con ngời phải chịu đựng lâu trong môi trờng dao

động thì sẽ mắc chứng bệnh thần kinh và não Chính vì vậy độ êm dịu của xe

là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính tiện nghi của ôtô.Tính êm dịu của ôtô phụ thuộc vào kết cấu của ôtô và trớc hết là phụ thuộc

vào hệ thống treo, chất lợng mặt đờng và kỹ thuật lái xe của ngời lái xe củangời lái xe Vì vậy hệ thống treo mang tính chất quyết định tính êm dịuchuyển động của ôtô.

II.1.2 Bộ phận đàn hồi

Bộ phận đàn hồi là bộ phận nối đàn hồi khung vỏ với bánh xe và tiếpnhận lực thẳng đứng tác dụng từ khung vỏ xuống bánh xe và ngợc lại Bộphận đàn hồi có cấu tạo chủ yếu là một chi tiến đàn hồi bằng kim loại (nhíp,

lò xo xoắn, thanh xoắn) hoặc bằng khí (trong trờng hợp hệ thống treo khíhoặc thủy khí)

Phần tử đàn hồi bằng kim loại nh nhíp, lò xo xoắn hoặc thanh xoắn có

u điểm là kết cấu đơn giản, chắc chắn, giá thành rẻ do chi phí chế tạo cũng

nh bảo dỡng thấp Tuy nhiên nó có một số nhợc điểm nh tuổi thọ thấp, ma sátlớn, đờng đặc tính làm việc là tuyến tính bậc nhất

Phần tử đàn hồi loại bằng khí gồm một số loại nh: phần tử loại khí bọcbằng cao su, sợi, loại bọc bằng màng và loại bọc bằng ống Ưu điểm của loạinày là có thể thay đổi đợc độ cứng của hệ thống treo treo tùy theo tải trọng(bằng cách thay đổi áp suất khí trong phần tử đàn hồi), giảm đợc độ cứng của

hệ thống treo tùy theo tải trọng (bằng cách thay đổi áp suất khí trong phần tử

đàn hồi), giảm đợc độ cứng của hệ thống treo, làm tăng độ êm dịu chuyển

động của ôtô, có đờng đặc tính là phi tuyến

Phần tử đàn hồi bằng cao su: gồm có các loại cao su chịu nén và cao suchịu xoắn Ưu điểm là có độ bền cao, không cần bôi trơn bảo dỡng Cao su

có thể thu năng lợng trên một đơn vị thể tích cao gấp 2-10 lần thép, trọng ợng cao su nhỏ và có đờng đặc tính phi tuyến Nhợc điểm của cao su là dễ bịbiến dạng d dới tác dụng của tải trọng kéo dài và nhất là tải trọng thay đổi.Thay đổi tính chất đàn hồi khi nhiệt độ thay đổi đặc biệt là độ cứng của cao

l-su tăng lên khi nhiệt độ hạ xuống thấp và cần thiết phải lắp bộ phận dẫn hớng

và giảm chấn

II.1.3 Bộ phận giảm chấn.

Bộ phận giảm chấn có tác dụng dập tắt nhanh các dao động của ôtôbawbgf cách biến đổi chiều lạ năng lợng dao động thành nhiệt năng tỏa rabên ngoài.Về mặt tác dụng có nhiều loại giảm chấn: loại tác dụng một chiều,loại tác dụng hai chiều Loại giảm chấn tác dụng hai i gồm hai chiều đốixứng và hai chiều không đối xứng Về mặt kết cấu, ôtô thờng dùng loại giảmchấn ống hoặc giảm chấn đòn

Giam chấn cùng phối hợp làm việc với bộ phận đàn hồi khi làm việctạo nên độ êm dịu cho ôtô khi chuyển động Ví dụ nh khi bánh xe đi qua mộtmô đất cao sẽ tạo nên một chấn động từ mặt đờng qua bánh xe và hệ thốngtreo tác động lên khung xe Giai đoạn đầu bánh xe đi gần vào khung xe, nănglợng của chấn động một phần đợc tiêu tán qua giảm chấn, một phần đợc bộphận đàn hồi tiếp nhận và tích lũy dới dạng thế năng của phần tử đàn hồi (lò

xo, nhíp…), chỉ có một phần đợc chuyền lên xe Giai đoạn “nén” này lực cảncủa giảm chấn nhỏ để giảm một phần năng lợng truyền động qua giảm chấnlên khung xe Giai đoạn tiếp theo là giai đoạn năng lợng đợc tích lũy dớidạng thế năng của phần tử đàn hồi đợc giải phóng- Bánh xe đi ra xa khung

xe Năng lợng đợc giải phóng này chủ yếu đợc hấp thụ và tiêu tán qua giảmchấn, đối với giảm chấn đây là hành trình “trả” và lực cản trả lớn hơn lực cảnnén rất nhiều Đây là loại giảm chấn hai chiều không đối xứng

II.2 Yêu cầu thiết kế hệ thống treo.

Căn cứ vào đặc điểm của hệ thống treo đã trình bày ở trên, ngời ta đa

ra các yêu cầu cụ thể của hệ thống treo nh sau:

Hệ thống treo thiết kế phải đảm bảo độ êm dịu yêu cầu nghĩa là thỏamãn các chỉ tiêu :

-Đảm bảo gia tốc dao động trong giới hạn cho phép

-Đảm bảo vận tốc dao động trong giới hạn cho phép

Đảm bảo động học của bánh xe

Truyền lực giữa khung và vỏ bánh xe

Phần II

lý thuyết tính toán nhíp

1 Phơng pháp tính toán các lá nhíp thông thờng

Đó là tính ứng suất trong các lá nhíp theo phơng tải trọng tập trung,

ph-ơng pháp này đợc xây dựng trên giả thiết :

- Chỉ khảo sát nửa lá nhíp (1/4 elip), một đầu chịu lực

- Các lá nhíp khi làm việc chỉ tiếp xúc với nhau tại các đầu mút

- Độ biến dạng của 2 lá nhíp kề nhau tại các vị trí tiếp xúc là nh nhau.Sơ đồ lực :

ứng suất trong các lá nhip có thể xác định đợc khi ta xác định trị số cửacác phản lực đặt tại các đầu mút X1, X2 , , Xn-1 , Xn trong hệ siêu tĩnh

Để xây dựng đợc hệ phơng trình siêu tĩnh ta sử dụng công thức tính độvõng của các lá nhíp theo 2 trờng hợp sau:

ln

l2

l1

độ võng tĩnh tai đầu A:

J E

l P

f a

3

3



độ võng tĩnh tại tiết diện x-x:

J E

x x

P J E

x P

f x

2

) 1 (

3

fxX

l

P A f

fxX

l

J: mômen quán tính của nhíp.

x x

P J E

x P

f A

2

) 1 (

.

3



từ (1) và (2) ta có thể xác định đợc độ võng tại tiết diện x-x của lá nhíp thứ

nhất dới tác dụng của các lực p = X1 và X2 là :

theo giả thiết thì biến dạng tại tiết diện x-x của lá nhíp thứ nhất bằng độ biếndạng của lá nhíp thứ 2, từ đó ta có : fx = fA

qua một số phép biến đổi toán học ta có dạng tổng quát :

1 1

).

1

l

l J

).Xk+1 = 0

l

l J

J

).

1 3 (

2

1 1

1 1

).

1

X l

l J

Jn

- (1+

1 1

đôI một ta sẽ đI đến một hệ (n-1) phơng trình với (n-1) ẩn là các giá trị X2, ,

k

l

l J

Lk : chiều dài tính toán t quang nhíp đến đầu mút lá nhíp.

Jk : mô men quán tính của lá nhíp thứ k.

Jk = 3

12

1

h b

b : chiều rộng lá nhíp.

hk : chiều dày của lá nhíp thứ k.

Thông thờng bộ nhíp có m lá nhíp cái có chiều dài và dày giống nhau,thờng m = 1 ữ 3, khi đó để tránh nhầm lẫn ta coi m lá nhíp đó là lá thứ nhấtvới J1 đợc xác định :

W

M



Trong đó :

Mu : mômen uốn nhíp (Ncm)

Wu : là mômen chống uốn của nhíp tại tiết diện tính toán

Nó phụ thuộc vào tiết diện của nhíp Thông thờng tiết diện của nhíp

Xk-(lk-lk+1) Xk.lk -Xk+1.lk+1

lkB

A

Xkl

k+1

) 1 1 (

2 ) 1 1 (

.

0

1 0

k

k u

k u

u u

R R

h E W

R R E J W

R0 : bán kính cong của lá nhíp sau khi đã lắp ghép.

Rk : bán kính cong của lá nhíp thứ k ở trạng thái tự do.

Thông thờng thì ứng suất siết trong các lá nhíp là rất nhỏ so với ứng suất uốnnên ta có thể bỏ qua việc tính toán ứng suất siết trong các lá nhíp

2 Cơ sở tính toán dao động của hệ thống treo.

Theo lý thuyết ô tô thì tần số dao động của hệ thống treo đợc tính theocông thức :

t f

n300

trong đó :

n: là tần số dao động của ô tô , đơn vị là lần/phút.

f t : là độ võng của nhíp , đơn vị la cm.

Vấn đề dặt ra ở đây là xác định độ võng tĩnh f1 của nhíp Để đơn giản

ta áp dụng tính toán cho n lá nhíp, các lá nhíp có tiết diện hình chữ nhật và cótính chống uốn đều

Độ võng tĩnh của nhíp tại đầu nhíp dới tác dụng của tảI trọng P chínhbằng năng lợng sinh ra khi nhíp bị uốn

xét một thanh nhíp nh hình vẽ, nó chịu lực tác dụng P và biến dạng một đoạn

là f1, do đó ta có thế năng biến dạng đàn hồi:

U = P.ft => ft = U P

Nếu tiết diện lá nhíp thay đổi thì :

dP dU

f t 

Sơ đồ tính toán

xét một nhíp có cấu tạo nh hình vẽ, nhíp có n lá

với l1, , ln: chiều dài các lá nhíp

J1, ,Jn : mômen quá tính của tiết diện lá nhíp

Dới tác dụng của lực P, thế năng biến dạng của nhíp sẽ là :

dx

M U

h x

Mà ta có :

Mx = P.(l1-x) Nên ft đợc tính:

dx J E

x l P dP

dU f

.

) 1 1 (

3

) (

) 1 1 (

3

) (

3 2

3 3 1 2

1

3 2 1

l l P l l E

l l P

.

.

3

2 ) (

.

3

2

1 1

3 1 2

1

1 1

1

3 1 2

k n

k k

l l

l E

P Y

Y a l l

l E

p f

2

.

1 1 3

E

P f

t

Y Y a

E f

P C

6 

Vậy khi đã có các số liệu của nhíp ta có thể tính đợc độ cứng C của nó

3 Lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu

Hệ thống treo thiết kế phải đảm bảo cho xe đạt độ êm dịu theo các chỉtiêu đã đề ra Hiện nay có nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu nh: tần số dao

động, gia tốc dao động, vận tốc dao động,

Trong khuôn khổ đồ án này em chỉ lựa chọn một chỉ tiêu đánh giá độ

êm dịu, đó là tần số dao động Chỉ tiêu này đợc lựa chọn nh sau:

Trong đó:

Phần III Thiết kế hệ thống treo

I. Thông số cơ bản của xe tải có tải trọng 8 tấn.

- Độ cứng của hệ thống treo(do bộ phận đàn hồi sinh ra)

- Độ cản (hệ số cản) của hệ thông treo (do giảm chấn sinh ra)

II. Thiết kế hệ thống treo.

L

f h E

2

f E

L Z J

48

3 0





Zt = Pt/2 = 20625 (N)

t

t t

f E

L Z J

48

3 0



90 10 2 48

1520 20625 2 , 1

h n

b J

12 100598

12





h b

J

Chän sè l¸ nhÝp n = 13

Chän s¬ bé kÝch thíc nhÝp tríc:

Y Y a

E f

P C

6 

Trong đó :

Chọn:  = 0,84: hệ số điều chỉnh giữa lý thuyết và thực nghiệm.

E: modun đàn hồi của vật liệu làm nhíp khi chịu uốn.

84 , 0 10 2



t

2 Kiểm tra độ êm dịu của hệ thống treo trớc.

Tải trọng tác dụng lên một bên hệ thống treo trớc

2

t t

độ võng tĩnh :

37 101 46 , 203

P

Tần số dao động:

2 94 137 10

300 300

X

12 X13

l1

l2

L11

L12

c¸c l¸ nhÝp

10822 3

11 90 12

1 12

1

13 2

k

l

l J

W u : M« men chèng uèn cña nhÝp t¹i tiÕt diÖn tÝnh to¸n.

Nã phô thuéc tiÕt diÖn l¸ nhÝp

35 , 1915 6

3 , 11 90 6

So sánh các giá trị ứng suất uốn tại A và B với ứng suất uốn cho phép củavật liệu thép làm nhíp [σ] = 600 N/mm2 khi chịu tải trọng tĩnh ta thấy nhíptrớc đủ bền.

P x

n k

.

max )

3 ( 2

max )

(

bh h

b

h D

P x

n k u

th       

Trong đó

Pxmax : lực phanh (lực kéo) cực đại tác dụng lên tai nhíp (Lực phanh cực

đại đợc xác định theo công thức: P Pmax = Z bx φ))

1 3

, 11 90

3 , 11 30 3 (

5 ,

Z bx

cd 2

d: đờng kính chốt nhíp, d = 3,0cm

=>

90 30 2

6 Tính toán bộ phận giảm chấn

Xác định kích thớc ngoài của giảm chấn trớc:

Kích thớc ngoài của giảm chấn đợc xác định theo các điều kiện sau:

- Hành trình làm việc của giảm chấn

- Kích thớc của bộ phận giảm chấn

- Đủ diện tích tỏa nhiệt tỏa nhiệtđể giảm chấn không quá nhiệt độ chophép khi làm việc căng thẳng

Với trọng lợng toàn bộ xe là 12,5 tấn ta chọn :

Đờng kính piston: d = 50 mm

Hành trình làm việc: H = 250 mm

Chọn d làm thông số cơ bản , các thông số khác ta xác định nh sau:

203460

2 ,

K K K



 2

Víi :

Kgt : hÖ sè c¶n cña gi¶m chÊn lóc tr¶.

Kgn : hÖ sè c¶n cña gi¶m chÊn lóc nÐn.

MÆt kh¸c ta cã quan hÖ cña Kgt vµ Kgn nh sau:

, 0 17274

2

2 2

C«ng suÊt tiªu thô cña trong thêi gian t gi©y:

6 , 55965 3600

100

6 , 1554

K T

t S

L

3600 043 , 0 14 , 0 427

55965

.

250 2 / 50 ( 50 14 , 3 ) 2 (

Vậy giảm chấn đảm bảo nhiệt độ cho phép

b Xác định kích th ớc các van giảm chấn:

Các van giảm chấn quyết định lực cản của giảm chấn Giảm chấn có cácloại van sau: van nén (làm việc khi nén nhẹ); van trả (làm việc khi trả nhẹ);van giảm tải hành trình nén (làm việc khi nén mạnh); van giảm tải hành trìnhtrả (làm việc khi trả mạnh) Ngoài ra còn có các khe hở ở các van để chấtlỏng có thể lu thông giữa các buồng khi nén và trả nhẹ

Để đơn giản ta coi đờng đặc tính của giảm chấn có dạng đờng thẳng Cácvan nén và trả quyết định độ nghiêng của đờng đặc tính khi nén và trả nhẹ(vg≤0,3m/s) Các van giảm tải quyết định độ nghiêng của đờng đặc tính khinén và trả mạnh(vg≥0,3m/s)

Tổng diện tích lu thông của các van trong giảm chấn (số lỗ và kích thớc lỗvan) quyết định hệ số cản của giảm chấn

Ta có công thức sau:

0019 , 0 4

05 , 0 14 , 3 4

.

m d

: hệ số tổn thất, khi tính toán lấy =0,6 ữ 0,7

Fv: tổng diện tích các lỗ van giảm chấn.

 : trọng lợng riêng của chất lỏng ,  = 8600N/m3

g: là gia tốc rơi tự do.

p: là áp suất chất lỏng trong giảm chấn.

1

p n

p vn

F gP

v F

6 13 , 65 10

65 , 13 8600 0019 , 0

5 , 2962 8 , 9 2 7 , 0

3 , 0 0019 ,

Chọn số lỗ van nén là 6 ta có đờng kính các lỗ đợc xác định theo công thức:

mm n

F d

d n

6 14 , 3

65 , 13 4

4 4

1

p t

p vt

F gP

v F

F 

Trong đó :

Fvt: tổng diện tích các lỗ van trả.

Pt1 = Kgt.Vc = 24688.0,3=7406,4 N

2 2

6 8 , 63 10

63 , 8 8600 0019 , 0

4 , 7406 81 , 9 2 7 , 0

3 , 0 0019 , 0

mm m

Chọn số lỗ van trả là 6 ta có đờng kính các lỗ van trả:

mm n

F d

d n

6 14 , 3

63 , 8 4

4 4

Tính kích thớc lỗ van giảm tải hành trình nén

Trớc hết ta tính tổng diện tích lỗ van của giảm chấn ở hành trình nénmạnh Ftn Lực cản giảm chấn lúc này đợc tính theo biểu thức

' '.

6 24 , 82 10

82 , 24 8600 0019 , 0

3585 81 , 9 2 7 , 0

6 , 0 0019 , 0 '

2

'

mm m

F

P g

V F F

p gn

g p

Fvm = Л.d.h

h: là dịch chuyển của van khi mở, thông thờng h = (1,5ữ2) mm.

6 15 , 76 10

76 , 15 8600

0019 , 0

68 , 8887 81 , 9 2 7 , 0

6 , 0 0019 , 0 '

2

'

mm m

F

P g

V F F

p gn

g p

F d

d n

6 14 , 3

76 , 15 4

4 4

đó nhíp phụ bắt đầu làm việc Điều này làm cho hệ thống treo “mềm” hơn và

do đó xe bớt “xóc” hơn khi non tải

Độ cứng của nhíp chính, nhíp phụ, trọng lợng phần đợc treo tác dụng lênchúng đợc xác định theo một số nguyên tắc sau:

 Về độ cứng:

 Độ cứng tổng cộng của nhíp chính và nhíp phụ phải đảm bảo tần

số dao động nằm trong phạm vi cho phép khi xe đầy tải

 Độ cứng của nhíp chính đảm bảo tần số dao động nằm trong phạm vi cho phép khi xe không tải

độ cứng tổng cộng của cả 2 nhíp sẽ là :

cm N

n G

300

95 (

41875 )