Bộ giáo dục đào tạo Bộ giáo dục đào tạo Trờng dại học bách khoa hà nội Trờng dại học bách khoa hà nội Luận văn thạc sĩ khoa học Luận văn thạc sĩ khoa học Ngành: Cơ Khí Ôtô xe tải để Lập mô hình dao động xác định thông số tối u cho Lập mô hình dao động xe tải để treo động ghế ngồi xác định thông số tối u cho treoNgành: độngCơcơ Khívà Ôtôghế ngồi Lê đình đạt Lê đình đạt Ngời hớng dẫn khoa học: TS Võ Văn Hờng Hµ néi - 2006 Hµ néi 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131624871000000 Lêi nãi đầu Nghiên cứu dao động ô tô nhiều nỗ lực khác nhằm hoàn thiện xe ô tô Thêm vào cần có đánh giá mức ảnh hởng dao động ô tô ngời môi trờng Khi ô tô ngày hoàn thiện, xà hội ngày phát triển mặt kinh tế, văn hoá xà hội tiêu chí đánh giá ảnh hởng dao động cần đợc xem xét cách nghiêm túc Đối với xe tải, yêu cầu độ êm dịu ngời hàng hoá, ngời ta trọng nhiều đến ảnh hởng tải trọng động bánh xe đờng (áp lực đờng), bên cạnh nguời ta ý đến mức độ giảm tải trọng động cầu xe dẫn đến làm giảm khả truyền lực tăng tốc phanh Đối với xe tải ngời ta đặt mục tiêu phải đạt đợc tải lớn cần thiết để đảm bảo viƯc kinh tÕ vËn chun nhng t¶i träng lín áp lực lốp đờng lớn điều làm tăng hệ số phá đờng xe, làm cho đờng cầu bị hỏng nhanh Xuất phát từ thực tế nên xe tải ngời ta u tiên theo hớng làm giảm tải trọng động bánh xe đờng giúp đờng chi tiết ô tô đảm bảo đợc độ bền Khi ô tô tăng tải trọng độ cứng hệ thống treo phải lớn, dẫn đến không đảm bảo đợc độ êm dịu ngời lái Mặt khác mục tiêu tải trọng động đợc đảm bảo ta lại không đảm bảo đợc tiêu độ êm dịu ngời điều khiển Từ phân tích việc nâng cao độ êm dịu cho ngời lái ta phải thiết kế hệ thống treo cho Cabin cho ghế ngồi Với biện pháp lúc thoả mÃn đợc hai mục tiêu tải trọng động độ êm dịu Xuất phát từ yêu cầu đó, tác giả đà lựa chọn đề tài Lập mô hình dao động xe tải để xác định thông số tối u cho treo cabin treo ghế ngồi Để giải mục tiêu cần phát triển mô hình dao động phù hợp với xe tải phù hợp với tiêu chí cần đánh giá Trong khuôn khổ luận văn cao học tác giả đà kế thừa mô hình trớc đây, hoàn thiện mô hình xe tải cầu với đặc điểm sau: mô tả đợc cấu trúc đặc biệt xe tải khung chịu lực, có hai khối lợng đợc treo trớc sau, khối lợng đợc treo trớc đợc tách riêng bao gồm ca bin, ghế ngồi khối lợng lại; mô tả đợc tính phi tuyến hệ treo lốp, cho phép xét toán dao động cận biên chạm vấu hạn chế hành trình tách bánh Mô hình cho phép ghép nối với ngoại lực bất kỳ, hay có quy luật ngẫu nhiên phơng thẳng đứng phơng ngang Thiết lập đợc hệ phơng trình vi phân mô tả dao động hệ có kể đến đặc điểm Việc giải hệ phơng trình đợc thực qua phần mềm mô Matlab-Simulink 7.0 Với việc mô thành công mô hình dao động cho phép ta khảo sát để tìm cặp giá trị tèi u cho treo ghÕ gióp cho ngêi l¸i cã cảm giác thoải mái thời gian làm việc lâu dài Luận văn đợc thực với hớng dẫn trực tiếp TS Võ Văn Hờng, bên cạnh tác giả nhận đợc trợ giúp thầy môn Ôtô, Viện Cơ Khí Động Lực, Trờng ĐHBK-Hà Nội bạn bề đồng nghiệp Tác giả chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình Mặc dù đà có nhiều nỗ lực, nhng trình độ hạn chế, thời gian có hạn nên vấn đề nêu luận văn thiếu sót định tác giả mong đóng góp quí báu thầy, đọc giả quan tâm để luận văn hoàn thiện Tác giả Lê Đình Đạt Mục lục Trang Lời nói đầu môc lôc Danh mơc c¸c ký hiệu chữ viết tắt luận văn .4 Chơng 1: Đặt vấn đề 1.1 Những vấn đề chung 1.2 Tình hình nghiên cứu ôtô giới 1.3 Tình hình nghiên cøu dao ®éng ë ViƯt Nam 14 1.4 Phân tích chọn mục tiêu, đối tợng, phơng pháp nghiên cứu 16 1.5 Tính cấp thiết ®Ị tµi 18 Chơng 2: Cơ sở lý thuyết số khái niệm ban đầu sử dụng cho lập mô hình dao ®éng 20 2.1 Chọn tiêu đánh giá dao động 20 2.2 Ph©n tích chọn hàm kích động 22 2.3 Chọn phơng pháp lập mô hình 23 2.4 Mô hình hệ treo bánh xe 29 Chơng 3: Lập mô hình dao động 35 3.1 Chän ®èi tợng phân tích cấu trúc 35 3.2 Mô hình vật lý 38 3.3 Hệ phơng trình dao động xe tải cầu 41 3.4 Chơng trình mô dao ®éng xe Mercedes-Benz 1735/48 51 Chơng 4: Khảo sát dao động 59 4.1 KiÓm tra mô hình dao động 59 4.2 Khảo sát tối u treo ghÕ ngåi 65 KÕt luËn 75 Tµi liƯu tham kh¶o 77 Danh mục ký hiệu chữ viết tắt luận văn TT K/hiệu F L,R C ,i Đơn vị N F L,R K ,i N Lực cản hệ thống treo thứ i, bên trái (L), bên phải (R) F L ,R R, i N Lực ma sát thống treo thứ i, bên trái (L), bên phải (R) F R ,L Z ,i N Tải trọng tĩnh bánh xe thứ i, bên trái (L), bên phải (R) x fndyn ft dyn ý nghĩa Lực đàn hồi hệ thống treo thứ i, bên trái (L), bên phải (R) Hệ số bám dọc F L,R Cl ,i m m N Độ võng động hành trình nén Độ võng động hành trình trả Lực đàn håi híng kÝnh b¸nh xe thø i F L,R Kl,i N Lực cản hớng kính bánh xe thứ i 10 F L,R Ky ,i N Lực cản theo phơng ngang b¸nh xe thø i 11 F L ,R Cl ,i N Lực đàn hồi theo phơng ngang bánh xe thứ i 12 13 14 15 16 17 18 19 20 N m m m m kg kg kg kg Lùc ma sát Độ võng tĩnh Chiều dài sở xe Chiều dài từ trọng tâm đến cầu trớc Chiều dài từ trọng tâm đến cầu sau Khối lợng đợc treo trớc Khối lợng đợc treo sau Khối lợng không đợc treo trớc Khối lợng không đợc treo sau Chuyển vị theo phơng thẳng đứng cầu thứ i bên trái (L), bên phải (R) FR ft l l1 l2 m1 m2 mA1 mA2 21 ξL,R A ,i m 22 y i 23 ξAi m m 24 CL 25 C1 N/m N/m Chuyển vị theo phơng ngang cầu i Chuyển vị theo phơng thẳng đứng cầu i Độ cứng hớng kính lốp Độ cứng cđa hƯ treo tríc 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 C2 K1 K2 b1 b2 l1 l2 Cy Ky β1 N/m Ns/m Ns/m m m m m N/m N/rad rad §é cøng cđa hƯ treo sau Độ cản hệ treo trớc Độ cản hệ treo sau Chiều rộng sở cầu trớc Chiều rộng sở cầu sau Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trớc Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau Độ cứng ngang lốp Độ cản ngang lốp Góc lắc trục x khối lợng đợc treo tríc 36 β2 37 βA1 rad Gãc l¾c trơc x khối lợng đợc treo sau rad Góc lắc trục x cđa cÇu tríc 38 βA2 39 Jx1 40 Jx2 41 JAx1 42 JAx2 43 FK 44 h t1 45 h t2 46 h s1 47 h s2 48 FZ,i 49 FZ,dyn,i rad Góc lắc trục x cầu trớc kgm2 kgm2 kgm2 kgm2 N m m m m N N 50 Z m 51 Z m 52 ZL,R1 53 ZL,R2 m m Mô men quán tính trục x khối lợng đợc treo trớc Mô men quán tính trục x khối lợng đợc treo sau Mô men quán tính trục x cầu trớc Mô men quán tính trục x cầu sau Ngoại lực Chiều cao trọng tâm cầu trớc Chiều cao tâm quay tức thời cầu Chiều cao trọng tâm cầu sau Chiều cao tâm quay tức thời cầu Phản lực từ đờng lên bánh xe Tải trọng động bánh xe thứ i (i=1ữ4) Chuyển vị theo phơng thẳng đứng khối lợng đợc treo trớc Chuyển vị theo phơng thẳng đứng khối lợng đợc treo sau Chuyển vị theo phơng thẳng đứng trái(phải) cầu trớc Chuyển vị theo phơng thẳng đứng trái(phải) cầu sau Chơng 1: Đặt vấn đề 1.1 Những vấn đề chung Ngành công nghiệp ôtô giới đà phát triển trăm năm, nớc ta công nghiệp ô tô giai đoạn đầu phát triển Cùng với phát triển ngành vận tải đờng mà ôtô phơng tiện đóng vai trò chủ đạo việc gia tăng tốc độ, tải trọng mật độ ô tô lu thông đờng lµ mét xu thÕ tÊt u Song song víi nã áp lực cho xà hội nh tai nạn giao thông, mức độ phá huỷ đờng sá ngày trở nên nghiêm trọng Vì nghiên cứu để hoàn thiện kết cấu ôtô nhằm nâng cao an toàn chuyển động giảm ảnh hởng xấu dao động với môi trờng nhu cầu cấp thiết nớc giới nói chung Việt Nam nói riêng Nghiên cứu dao động ôtô để đảm bảo êm dịu cho ngời hàng hoá ngày đợc quan tâm mức Ôtô liên kết hệ nhiều vật (MBS), khối lợng liên kết với phần tử có tính phi tuyến phức tạp, ví dụ nh đặc tính giảm chấn, đặc tính đàn hồi lốp, Những mô hình đơn giản thông thờng xác định đợc chuyển vị (dao động) riêng rẽ phơng dọc (x), phơng ngang (y), phơng thẳng đứng (z) Do c¸c yÕu tè phi tuyÕn xuÊt ph¸t tõ ®éng lùuc häc cđa hƯ thèng treo, sù biÕn d¹ng lốp tách bánh xe không đợc mô tả mô hình tuyến tính, nên kết nghiên cứu dao động ôtô thờng không xác Mô hình gần thực với ôtô cần đáp ứng yêu cầu sau: - Không hạn chế chuyển động (dao động) không gian toàn xe - Xác lập đợc động häc, ®éng lùc häc phi tun cđa hƯ thèng treo - Xác lập đợc động học bánh xe 1.2 Tình hình nghiên cứu dao động ô tô giới Việc nghiên cứu dao động ô tô giới đợc tiến hành từ lâu với nhiều công sực hàng trăm tác giả đợc hoàn thiện dần với thời gian Đến năm 1970 công trình đợc Mitschke biên soạn tập trung vào tác phẩm tiếng Dynamik der Fahrzeuge[25]; tác phẩm bao hàm 200 trích dẫn; riêng B viết dao động ôtô Trong tác phẩm ông đà đề cập hầu hết loại mô hình dao động nhng đối tợng xe con; không đề cập yếu tố phi tuyến; phơng pháp nghiên cứu cách tiếp cận học cổ điển Vào năm 1980, Schiehlen [29] đà cho đời phơng pháp hệ nhiều vật, mô đun hoá hệ học theo xu nghiên cứu dao động mô máy tính Ngoài phát triển máy tính học, toán học có nhiều thành tựu có ý nghĩa cho nghiên cứu học lý thuyết phơng trình ma trận Các đặc tính cụm đợc nghiên cứu sâu để xác định đợc yếu tố phi tuyến vật lý[17] Nhìn chung nghiên cứu dao động đến năm 1990 lấy đối tợng xe (cấu trúc khung vỏ chịu lực) Sau năm 1990 có số công trình nghiên cứu xe tải đăng số tạp chí Các mô hình mô hình 1/2 Khái quát nghiên cứu dao ®éng ta cã thĨ thÊy néi dung lÜnh vùc bao gồm vấn đề sau: - Chi tiêu đánh giá dao động - Mô hình dao động, bao gồm mô hình vật lý (sơ đồ dao động tơng đơng) mô hình toán học (hệ phơng trình vi phân); - Các hàm kích động - Thí nghiệm dao động Một số thành tựu nghiên cứu dao động giới đợc nêu sơ lợc theo bốn vấn đề sau: 1.2.1 Đánh giá dao động Đánh giá ảnh hởng dao động có tính lịch sử Trớc ngời ta đánh giá ảnh hởng dao động ô tô theo tiêu độ êm dịu tải trọng động, tợng trng cho ảnh hởng đến ti thä chi tiÕt Ngµy nhËn thøc míi ảnh hởng dao động, tiêu đợc xác lập theo tiêu chí nh sau: Chỉ tiêu độ êm dịu + Chỉ tiêu ngời + Chỉ tiêu hàng hóa Chỉ tiêu tải trọng động + Chỉ tiêu độ bền chi tiết + Chỉ tiêu mức độ phá đờng + Chỉ tiêu an toàn động lực học Chỉ tiêu không gian bố trí treo 1.2.1.1 Đánh giá độ êm dịu chuyển động Độ êm dịu chuyển động khía niệm cảm nhận chủ quan cảu ngời dao động Cảm giác đợc vấn trực tiếp nhóm ngời khác nh độ êm dịu chủ quan lĩnh vực đợc đông đảo nhà khoa học lĩnh vực kỹ thuật, y tế, an toàn lao động, kỹ thuật chống rung, chống ồn quan tâm Các nhà khoa học rằng, dao động có ảnh hởng xấu đến ngời hàng hóa, đặc biệt làm giảm khả điều khiển lái xe + Chỉ tiêu độ êm dịu đợc Hiệp hội kỹ s Đức VDI đa tiêu chuẩn quốc giaVDI- 2057 đợc Tổ chức tiêu chuẩn giới chấp nhận thành Tiêu chuẩn ISO 2631 Độ êm dịu chuyển động cảm giác ngời, đặc trng nhiều thông số vật lý Do đó, ngời ta đa khái niệm Cờng độ dao động KB để mức độ ảnh hởng dao động với ngời Cêng ®é dao ®éng KB phơ thc: - Gia tèc z , y , x - TÇn số kích động - Thời gian tác động Phụ lục nội dung, cách xác định KB phụ thuộc tham số giá trị KB Theo có ngỡng đợc dùng để đánh gía: KB= 20 giới hạn êm dịu KB= 50 giới hạn điều khiển KB= 125 giới hạn gây bệnh lý + Chỉ tiêu độ êm dịu cho hàng hoá Chỉ tiêu độ an toàn cho hàng hoá đợc Hiệp hội đóng gói Đức BFSV nêu vấn đề Dựa vào đó, với nghiên cứu ảnh hởng cđa dao ®éng víi ®êng, Mistchke[31] ®Ị ngìng cho an toàn hàng hoá nh sau: - amax =3 m/s2 giới hạn cảnh báo - amax =5 m/s2 giới hạn can thiệp Giới hạn cảnh báo theo Mitschke, ®ã hƯ thèng treo hc ®êng ®· háng dÕn møc phải có kế hoạch sửa chữa Giới hạn cảnh báo theo Mitschke, đờng đà hỏng nặng đến mức phải sửa chữa 1.2.1.2 Chỉ tiêu tải trọng động Chỉ tiêu đợc đặc trng tải trọng động cầu xe; nhiều mô hình không xác định đợc yếu tố muốn xác định đợc tiêu tải trọng động mô hình phải xác định đợc phản lực từ đờng lên bánh xe Dao động cầu xe có hai hành trình nén trả, điều làm mâu thuẫn mục tiêu thiết kế Tải trọng động cực đại (Fz,dyn,max ) làm giảm tuổi thọ chi tiết, gây tổn hại cho đờng Hệ số tải trọng động k dyn,max đánh giá mức độ ảnh hởng đến chi tiết, hệ số áp lực đờng w đánh giá mức độ ảnh hởng dao động đối víi ®êng