Đồ án tốt nghiệp là một điều kiện cần để các sinh viên sau khi hoàn thành khóa học có thể tốt nghiệp. Vào học kỳ cuối, những sinh viên đủ điều kiện sẽ được làm đồ án tốt nghiệp. Việc thực hiện đề tài tốt nghiệp là cơ hội để sinh viên tổng hợp kiến thức, thể hiện khả năng, tìm hiểu thực tế và trau dồi thêm những ký năng cần thiết trước khí ra trường.
Hệ thống treo độc lập
Hình 1.1 Hệ thống treo độc lập
Hệ thống treo độc lập là hệ thống mà trong đó các bánh xe không kết nối với nhau chung một hệ thống treo, mà sẽ gắn độc lập với nhau Vì vậy, khi xe chuyển động mỗi bánh xe di chuyển sẽ không phụ thuộc vào nhau mà hoàn toàn độc lập chuyển động
Vì hệ thống treo độc lập phức tạp nên sẽ chia thành các loại như sau theo bộ phận đàn hồi và bộ phận giảm chấn:
Hình 1.2 Hệ thống treo MacPherson
Bao gồm 3 bộ phận cơ bản là: Giảm chấn thủy lực, lò xo và cánh tay điều hướng, Ở hệ thống treo cũ được gắn vào khung xe tại 4 điểm thì đối với hệ thống MacPherson cần 2 điểm gắn Bộ phận ống nhún là phần dẫn hướng của hệ thống chỉ còn một thanh đòn ngang dưới gắn với trục bánh xe
Với thiết kế đơn giản, ít chi tiết hơn, MacPherson giúp đẩy nhanh quá trình lắp ráp, hạ giá thành sản xuất, giảm nhẹ và tạo thêm không gian cho khoang động cơ vốn rất chật hẹp của xe dẫn động cầu trước, đồng thời giúp cho việc sửa chữa, bảo dưỡng đơn giản và tiết kiệm hơn Vì vậy đây loại hệ thống treo phổ biến nhất trên các xe ô tô Ưu điểm:
Thiết kế đơn giản so với những loại hệ thống treo độc lập khác nên khá phổ biến hiện nay Ít chi tiết nên trọng lượng nhẹ, giúp mức tiêu hao năng lượng tối ưu hơn
Vì tập trung vào hoạt động của bánh xe trước nên giảm được khối lượng đầu xe, đồng thời giúp khoang lái có thêm không gian
Tiết kiệm được diện tích cho các thành phần truyền động khác Phù hợp với những xe dẫn động cầu trước Độ ma sát và mài mòn của bộ phận giảm chấn được giảm, không cần bảo trì nhiều
Hệ thống treo MacPherson sử dụng thanh chống là bộ phận quan trọng nhất trong cấu trúc chống xóc khi va chạm
Bộ phận nhún hoạt động thẳng đứng khiến đầu tay đòn di chuyển dạng vòng cung nên gây ra tình trạng bánh xe lắc ngang so với mặt đường, thân xe hoạt động không ổn định
Treo tay đòn kép (2 càng chữ A):
Hình 1.3 Treo tay đòn kép
Khác với hệ thống treo MacPherson là bộ phận điều hướng gồm 2 thanh dẫn hướng với thanh ở trên có chiều dài ngắn hơn thanh ở dưới Ưu điểm của hệ thống treo tay đòn kép là khi xe vào cua mượt hơn nhờ góc đặt bánh, và hạn chế được tình trạng lắc ngang của bánh xe với mặt đường, tối ưu hóa quá trình vận hành tùy vào từng mục đích của tài xế Nhưng hệ thống này lại rất phức tạp trong cấu tạo và sửa chữa, tốn kém trong việc bảo dưỡng Ưu điểm:
Góc đặt bánh xe được ổn định, hạn chế lắc ngang thân xe khi vào cua
Tạo sự linh hoạt trong việc sắp xếp các thành phần như lò xo, giảm chấn, …
Dễ dàng điều chỉnh động học của hệ thống treo, tối ưu hóa quá trình vận hành của xe
Cấu tạo nhiều thành phần, phức tạp hơn so với MacPherson
Treo đa liên kết (Multi-Link):
Hình 1.4 Treo đa liên kết Được cải tiến từ “đàn anh” tay đòn kép, treo đa liên kết sử dụng ít nhất 3 cần bên và 1 cần dọc Những cần này không nhất thiết phải dài bằng nhau và có thể xoay theo các hướng khác nhau so với ban đầu Mỗi cần đều có 1 khớp nối cầu hoặc ống lót cao su ở cuối, nhờ đó chúng luôn ở trạng thái căng, nén và không bị bẻ cong Bố cục đa liên kết được sử dụng cho cả hệ thống treo trước và sau Tuy nhiên, đối với treo trước, cần bên được thay thế bằng thanh giằng nối khung hoặc hộp cơ cấu nối với moayer Ưu điểm:
Sự đa dạng trong thiết kế và điều chỉnh các liên kết giúp mang đến cảm giác điều khiển và xử lý còn tốt hơn so với kiểu tay đòn kép
Việc phát triển và thiết kế rất phức tạp
Có giá thành, độ phức tạp trong khâu sửa chữa và bảo dưỡng cao.
Hệ thống treo phụ thuộc
Hình 1.5 Hệ thống treo phụ thuộc
Các bánh xe được kết nối trên cùng 1 dầm cầu liền, dầm cầu này sẽ được nối với thân xe Đây là một mô hình hệ thống treo đơn giản, đặc điểm của nó là có độ bền rất cao phù hợp với loại xe tải trọng lớn Tuy nhiên nếu xe không tải bất kì cái gì thì hệ thống này lại trở nên khá cứng nhắc và không êm dịu, dễ bị rung động Ưu điểm:
Cấu tạo hệ thống khá đơn giản, ít chi tiết
Hệ thống treo phụ thuộc có độ cứng vững, chịu được tải nặng thích hợp cho các dòng xe tải hoặc bán tải
Khi xe vào cua thì thân xe ít bị nghiêng tạo cảm giác ổn định hơn
Vị trí các bánh xe ít thay đổi do chuyển động lên xuống nên lốp xe ít bị mòn
Phần khối lượng không được treo lớn, hệ thống treo phụ thuộc có đặc thù cứng nhắc, không có độ linh hoạt cho mỗi bánh nên độ êm của xe rất kém
Giữa bánh xe phải và trái mỗi khi chuyển động có ảnh hưởng dao động và rung lắc qua lại lẫn nhau thông qua hệ thống dầm cầu
Khi vào đoạn đường cua xe dễ bị trượt bánh nếu đi với tốc độ cao, đặc biệt trong điều kiện mặt đường trơn trượt.
Các hệ thống treo khác
Hệ thống treo cân bằng
Hình 1.6 Hệ thống treo cân bằng
Hệ thống này chỉ đối với xe tải 3 cầu trở lên thì mới có thêm loại treo cân bằng, được bố trí giữa 2 cầu chủ động liên tiếp làm tăng khả năng chịu tải trọng cho xe.
Hệ thống treo khí nén
Hình 1.7 Hệ thống treo khí nén
Hệ thống treo khí nén là hệ thống treo sử dụng các phần tử đàn hồi là không khí nén (không khí nén hoặc khí nitơ), hiện nay có hai loại:
Có khối lượng thay đổi có áp suất lớn nhất trong phần tử đàn hồi ≤ 1MPa, gọi là phần tử khí nén áp suất thấp
Có khối lượng không đổi trong đó môi trường làm việc là khí nitơ, áp suất làm việc cao, ở tải trọng tĩnh áp suất trong khoảng (2 - 10) MPa gọi là phần tử đàn hồi áp suất cao.
Hệ thống treo thủy-khí
Hình 1.8 Hệ thống treo thủy khí
Hệ thống treo thủy khí được sử dụng thông dụng trên các loại ô tô con, không gian công tác của phần tử đàn hồi được phân cách làm hai phần nhờ màng ngăn cách Khối lượng khí thường dùng khí nitơ không thay đổi Việc truyền lực từ bánh xe lên bộ phận khí thông qua bộ phận thủy lực nên gọi là hệ thống treo thủy - khí.
CHỌN SƠ ĐỒ CẤU TẠO LÀM PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Thông số cơ bản
Nhóm các thông số tải trọng:
Tải trọng toàn xe khi không tải:
Tải trọng toàn xe khi đầy tải:
Tải trọng đặt lên cầu trước khi không tải:
Tải trọng đặt lên cầu trước khi đầy tải:
Tải trọng đặt lên cầu sau khi không tải:
Tải trọng đặt lên cầu sau khi đầy tải:
Chọn bộ phận đàn hồi
Loại lò xo trụ có kết cấu và chế tạo đơn giản, dễ bố trí Tuy nhiên, lò xo trụ chỉ tiếp nhận lưc thẳng đứng, cần có bộ phận dẫn hướng riêng
Vì chỉ đảm bảo tác dụng nâng đỡ, giảm lực tác động lên khung xe, nên lò xo trụ là phù hợp yêu cầu.
Chọn bộ phận giảm chấn
Trên xe ô tô con, mục đích chính của giảm chấn là:
Giảm và dập tắt các dao động truyền lên khung khi xe di chuyển, đảm bảo dao động của phần không treo ở mức tối thiểu
Bảo vệ bộ phận đàn hồi Đảm bảo tiếp xúc bánh xe với đường, tính an toàn khi chuyển động và tính chất chuyển động của xe
Hình 2.3 Giảm chấn ô tô loại 2 ống với hơi áp lực
Giảm chấn loại 2 ống với hơi áp lực giúp dập tắt dao động nhanh vì đảm bảo được cách lắp đặt và yêu cầu êm dịu của thiết kế.
Chọn bộ phận dẫn hướng
Bộ phận dẫn hướng là bộ là quan trọng trong hệ thống treo Bộ phận này đóng vai trò tiếp nhận và truyền lực giữa bánh và khung xe, đảm bảo động học của xe giúp xe di chuyển ổn định
Có hai loại dẫn hướng chính là dùng nhíp (thường có trên xe tải) và dùng cơ cấu tay đòn (thường trang bị trong các mẫu xe con)
Hình 2.4 Bộ phận dẫn hướng cơ cấu tay đòn.
TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ THỐNG TREO16 3.1 Bộ phận đàn hồi
Lực lớn nhất tác động lên lò xo
Lò xo đựoc tính toán cho trường hợp chịu tải trọng động lớn nhất:
Hình 3.2 Vị trí lò xo khi chịu tải nhẹ và nặng.
Trình tự thiết kế lò xo
Tỷ số đường kính của lò xo c = 10
Hệ số đường kính c được lấy theo kích thước của dây lò xo: d,mm ≤ 2,5 3 - 5 6 – 12 c 5 - 12 4 - 10 4 – 9
Dây có tiết diện tròn được xác định bởi đường kính d mm Đường kính trung bình của lò xo D = 180 mm Đường kính ngoài của lò xo Dng = D + d = 180 + 18 = 198 mm Đường kính trong của lò xo Dtr = D – d = 180 – 18 = 162 mm
Số vòng làm việc của lò xo n = 4 vòng
Chiều dài của lò xo H = 282 mm
Chiều dài khi chịu tải là Ht = 90 mm
Bước của lò xo khi chịu tải là plt f mm
3.1.2.1.2 Tải trọng và ứng suất trong lò xo:
Khi chịu tải, ứng suất trong dây lò xo tương đối phức tạ
Ví dụ, khi kéo lò xo bởi lực F, trong dây thép của lò xo có ứng suất xoắn 𝜏 𝑥 , ứng suất kéo σk, ứng suất uốn 𝜎 𝑢 và ứng suất cắt 𝜏 𝑐
Khi tính toán lò xo, ta chỉ quan tâm đến ứng suất chủ yếu, có giá trị lớn, trong dây lò xo Các ứng suất khác được kể đến bằng cách dùng hệ số điều chỉnh giá trị ứng suất, hoặc điều chỉnh giá trị ứng suất cho phép Đối với các lò xo chịu kéo và chịu nén, ứng suất chủ yếu trong dây lò xo là 𝜏 𝑥 Điều kiện bền của lò xo là: 𝜏 𝑥 ≤ [𝜏 𝑥 ]
𝜏 𝑥 là ứng suất xoắn sinh ra trong dây lò xo,
[𝜏 𝑥 ] là ứng suất xoắn cho phép của lò xo
Lò xo chịu mô men xoắn T, ứng suất chủ yếu trong dây lò xo là 𝜎 𝑢 Chỉ tiêu tính toán của lò xo là: 𝜎 𝑢 < [𝜎 𝑢 ]
𝜎 𝑢 là ứng suất uốn sinh ra trong dây lò xo,
[𝜎 𝑢 ] là ứng suất uốn cho phép của dây lò xo
3.1.2.1.3 Tính lò xo chịu kéo, nén:
Hình 3.3 Lực tác dụng khi lò xo chịu nén
Dưới tác dụng của lực F, dây lò xo bị xoắn bởi mô men xoắn:
Do dây bị uốn cong, ứng suất xoắn ở biên trong của dây lớn hơn biên ngoài Mô men chống xoắn của tiết diện dây lò xo:
16 = 1,15.10 −8 Ứng suất xoắn trên dây lò xo được xác định theo công thức:
𝜋 𝑑 2 = 1,5 10 9 Trong đó k là hệ số kể đến độ cong của dây lò xo Giá trị cùa k được tính theo công thức:
4 𝑐 − 3= 1,13 Ứng suất cho phép [𝜏 𝑥 ] được xác định như sau:
Kiểm tra độ bền của lò xo bằng cách:
Xác định ứng suất cho phép [𝜏 𝑥 ]
So sánh[𝜏 𝑥 ]và 𝜏 𝑥 , rút ra kết luận Nếu 𝜏 𝑥 ≤ [𝜏 𝑥 ], lò xo đủ bền
Thiết kế lò xo được tiến hành như sau:
Xác định ứng suất cho phép [𝜏 𝑥 ],
Giả sử điều kiện 𝜏 𝑥 ≤ [𝜏 𝑥 ], rút ra được công thức tính đường kính dây lò xo
Số vòng làm việc của lò xo được tính theo công thức:
𝐹 𝑚𝑎𝑥 là lực lớn nhất tác dụng lên lò xo
𝐹 𝑚𝑖𝑛 là lực nhỏ nhất tác dụng lên lò xo
𝜆 𝑚𝑎𝑥 là chuyển vị lớn nhất của lò xo khi chịu 𝐹 𝑚𝑎𝑥
𝜆 𝑚𝑖𝑛 là chuyển vị nhỏ nhất của lò xo ứng với 𝐹 𝑚𝑖𝑛
3.1.2.1.4 Tính lò xo chịu xoắn:
Khi lò xo chịu momen xoắn T, dây lò xo bị uốn bởi momen 𝑀 = 𝑇 𝑐𝑜𝑠𝛾
Vì góc 𝛾 tương đối nhỏ, nên lấy gần đúng 𝑐𝑜𝑠𝛾 = 1
Hình 3.4 Lực khi lò xo chịu xoắn Ứng suất uốn trong dây lò xo được xác định theo công thức:
𝜋 𝑑 3 = 2,8 10 8 Trong đó: k là hệ số kể đến độ cong của vòng lò xo
4 𝑐 − 4= 1,08 Ứng suất uốn cho phép có thể lấy:
Kiểm tra độ bền của lò xo bằng cách:
Xác định ứng suất cho phép [𝜎 𝑢 ]
So sánh 𝜎 𝑢 và [𝜎 𝑢 ], rút ra kết luận Nếu 𝜎 𝑢 ≤ [𝜎 𝑢 ], lò xo đủ bền
3.1.2.2 Thiết kế lò xo được tiến hành như sau:
Xác định ứng suất cho phép [𝜎 𝑢 ],
Giả sử điều kiện 𝜎 𝑢 < [𝜎 𝑢 ], rút ra được công thức tính đường kính dây lò xo
Sồ vòng của lò xo được tính theo công thức:
𝜃 là góc xoắn của lò xo, khi làm việc ứng với 𝑇 𝑚𝑎𝑥 ,
J là mô mem quán tính của tiệt diện dây lò xo,
Các thông số thiết kế lò xo: Đường kính dây lò xo: d = 18 (mm) Đường kính trung bình lò xo: D = 180 (mm)
Chiều cao lò xo khi chịu tải: Hs = 90 (mm)
Chiều cao lò xo khi chưa chịu tải: H0 = 282 (mm)
Số vòng làm việc của lò xo: n = 4 (vòng)
Số vòng toàn bộ: n0 = 5,5 (vòng).
Bộ phận giảm chấn
3.2.1 Thiết kế giảm chấn trước:
3.2.1.1 Xác định hệ số cản của giảm chấn KG:
Hệ số cản của hệ thống treo K góp phần quan trọng, nó tạo ra độ êm dịu của xe Tương tự bộ phận đàn hồi, tùy thuộc cách lắp giảm chấn trên xe Hệ số cản của giảm chấn KG có thể bằng hoặc không bằng hệ số cản của hệ thống treo
3.2.1.1.1 Hệ số cản của hệ thống treo:
Trong lý thuyết ô tô để đánh giá sự dập tắt chấn động người ta sử dụng hệ số dập tắt chấn động tương đối như sau:
𝜓 = 𝐾 2√𝐶𝑀 Trong đó: ψ- Hệ số dập tắt chấn động (ψ=0,15 - 0,3) Lấy ψ=0,2
C- Độ cứng của hệ thống treo,
M- Khối lượng được treo tính trên một bánh xe,
K- Hệ số cản của hệ thống treo
=>Hệ số cản của hệ thống treo được xác định bằng công thức:
3.2.1.1.2 Xác định hệ số cản của giảm chấn:
Hệ số cản trung bình của giảm chấn:
K- Hệ số cản của hệ thống treo α- Góc nghiêng của giảm chấn, α = 20֯
Ta lại có các quan hệ:
Kn + Ktr = 2 Kg Trong đó:
Kn - Hệ số cản của giảm chấn lúc nén
Ktr - Hệ số cản của giảm chấn lúc trả
Với giảm chấn, lực cản ở hành trình trả thường lớn hơn ở hành trình nén với mục đích, khi bánh xe đi qua chỗ gồ ghề thì giảm chấn bị nén nhanh cho nên không truyền lên khung xe những xung lực lớn ảnh hưởng đến độ bền khung xe và sức khoẻ người trong xe Do đó năng lượng được hấp thụ vào chủ yếu là ở hành trình trả
Giải hệ phương trình trên, ta được:
3.2.1.1.3 Xác định lực cản của giảm chấn:
Lực cản của giảm chấn trong hành trình nén:
Vg - Tốc độ piston trong hành trình nén,
Kn - Hệ số cản của giảm chấn trong hành trình nén,
Lực cản của giảm chấn khi nén mạnh:
Vgmax - Tốc độ piston khi nén mạnh,
K’n - Hệ số cản của giảm chấn khi nén mạnh, K’n = 0,6Kn
Lực cản của giảm chấn trong hành trình trả:
Ptr= Ktr Vg Trong đó:
Vg - Tốc độ piston trong hành trình trả,
Ktr - Hệ số cản của giảm chấn trong hành trình trả,
Lực cản của giảm chấn khi trả mạnh:
Ptrmax= Ptr+ K’tr (Vgmax- Vg)
Vgmax - Tốc độ piston khi trả mạnh,
K’tr - Hệ số cản của giảm chấn khi trả mạnh,
3.2.1.2 Xác định các kích thước của giàm chấn:
3.2.1.2.1 Xác định đường kính, hành trình piston:
Chế độ làm việc căng thẳng được xác định là
Công suất tiêu thụ của giảm chấn được xác định theo công thức:
Công suất tỏa nhiệt của một của một vật thể kim loại có diện tích tỏa nhiệt là F được tính như sau:
Trong đó: α- Hệ số truyền nhiệt, chọn 𝛼 = 0,13 𝐽/𝑚 2
Cân bằng phương trình nhiệt ta có:
Kích thước sơ bộ của giảm chấn bao gồm chiều dài của các bộ phận: Ld là chiều dài phần đầu giảm chấn; Lm là chiều dài bộ phận làm kín; LP là chiều dài piston giảm chấn; Lv là chiều dài phần đế van giảm chấn; LG là hành trình làm việc cực đại của giảm chấn, LG phải lớn hơn khoảng dịch chuyển của bánh xe từ điểm hạn chế trên đến điểm hạn chế dưới
Nếu lấy đường kính pittông d làm thông số cơ bản, các thông số khác được xác định:
LP = 35 mm; Ld = 50 mm; Lm = 50 mm;
Do đó: L = LV + LP + LG + Lm = 415 (mm) > 402 (mm)
Thỏa mãn điều kiện nhiệt
3.2.1.2.2 Xác định kích thước lỗ van giảm chấn:
Tổng diện tích lưu thông của các lỗ van giảm chấn (số lỗ và kích thước lỗ van) quyết định hệ số cản của giảm chấn Ta có công thức:
Q - Lưu lượng chất lỏng chảy qua lỗ tiết lưu,
Fv - Tổng diện tích các lỗ van
𝜇 - Hệ số tổn thất, Chọn 𝜇= 0,6
P - áp suất chất lỏng trong giảm chấn,
𝛾 - Trọng lượng riêng của chất lỏng, 𝛾 = 8600 𝑁/𝑚 3
FP - Diện tích piston giảm chấn:
Vg - Vận tốc giảm chấn khi làm việc, Vg = 0, 3 m/s
3.2.1.2.2.1 Xác định kích thước lỗ van nén:
Tổng diện tích lỗ van nén được xác định theo công thức:
=>m = 11,32 mm Đường kính từng lỗ van nén:
4 = 11,32 𝑚𝑚 2 Chọn số lỗ van n = 4 => d = 1,90 mm
3.2.1.2.2.2 Xác định kích thước lỗ van trả:
Tổng diện tích lỗ van trả được xác định theo công thức:
=>m = 6,83 mm Đường kính lỗ van trả:
4 = 6,83 𝑚𝑚 2 Chọn số lỗ van n = 4 => d = 1,5 mm
3.2.1.2.2.3 Xác định kích thước lỗ van giảm tải hành trình nén:
Tổng diện tích tất cả lỗ van khi nén mạnh được xác định theo công thức:
Tổng diện tích lỗ van giảm tải trong hành trình nén:
𝐹 𝑣𝑛 = 𝐹 ′ 𝑣𝑛 − 𝐹 𝑣𝑛 = 17,9 − 11,32 = 6,58 𝑚𝑚 2 Đường kính từng lỗ van giảm tải hành trình nén:
4 = 6,58 𝑚𝑚 2 Chọn số lỗ van n = 4 => d = 1,5 mm
3.2.1.2.2.4 Xác định kích thước lỗ van giảm tải hành trình trả:
Tổng diện tích tất cả lỗ van khi trả mạnh được xác định theo công thức:
Tổng diện tích lỗ van giảm tải trong hành trình nén:
𝐹 𝑣𝑡 = 𝐹′ 𝑣𝑡 − 𝐹 𝑣𝑡 = 10,8 − 6,83 = 3,97 𝑚𝑚 2 Đường kính từng lỗ van giảm tải hành trình nén:
Chọn số lỗ van n = 4 => d = 1,2 mm
3.2.1.2.3 Xác định kích thước lò xo các van giảm chấn:
Lực tác dụng lên lò xo van khi van bắt đầu mở:
4 (𝐷 3 2 − 𝐷 4 2 )𝑝 Trong đó: p - áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ nén nhẹ,
4 (20 2 − 16 2 ) 10 −6 776507 = 87 𝑁 Lực tác dụng lên lò xo van khi van mở hoàn toàn:
Trong đó: p’ - áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ nén mạnh với
4 (20 2 − 16 2 ) 10 −6 1242412 = 140 𝑁 Ứng suất trong lò xo được tính theo công thức:
D - Đường kính vòng trung bình của vòng lò xo,
D = 19 mm d - Đường kính dây lò xo
P2 - Lực tác dụng lên lò xo khi van mở hoàn toàn
3 Ứng suất cho phép của vật liệu làm lò xo,
Dịch chuyển h của van giảm tải (khi mở hoàn toàn) được xác định theo công thức:
C - Độ cứng của lò xo, 𝐶 = 𝐺.𝑑 4
G - Mô đun đàn hồi của vật liệu khi xoắn
G = 8.10 4 𝑀𝑁/𝑚 2 n - Số vòng làm việc của lò xo
H - Ta có thể chọn h = 2 mm
Từ đó ta có thể xác định được số vòng làm việc của lò xo:
Chiều dài của lò xo khi van mở hoàn toàn được xác định như sau:
𝛿 - Khoảng cách giữa các vòng dây, 𝛿 = 0,8 mm
N0 - Số vòng toàn bộ của lò xo, n0 = n+1 = 5 +1 = 6 vòng
Chiều dài của lò xo khi van ở trạng thái đóng:
Chiều dài của lò xo ở trạng thái tự do:
Trong đó: λ - Biến dạng của lò xo ở trạng thái van mở, λ = 𝑃 1
3.2.2 Thiết kế giảm chấn sau:
3.2.2.1 Xác định hệ số cản của giảm chấn KG:
Hệ số cản của hệ thống treo K góp phần quan trọng, nó tạo ra độ êm dịu của xe Tương tự bộ phận đàn hồi, tùy thuộc cách lắp giảm chấn trên xe Hệ số cản của giảm chấn K g có thể bằng hoặc không bằng hệ số cản của hệ thống treo
3.2.2.1.1 Hệ số cản của hệ thống treo:
Trong lý thuyết ô tô để đánh giá sự dập tắt chấn động người ta sử dụng hệ số dập tắt chấn động tương đối như sau:
𝜓: Hệ số dập tắt chấn động, (𝜓 = 0, 15-0, 3) Lấy 𝜓 = 0, 2
C - Độ cứng của hệ thống treo, ,
M -Khối lượng được treo tính trên một bánh xe, M = 775 kg
Ktr - Hệ số cản của hệ thống treo
=>Hệ số cản của hệ thống treo được xác định bằng công thức:
3.2.2.1.2 Xác định hệ số cản của giảm chấn:
Hệ số cản trung bình của giảm chấn:
Ktr - Hệ số cản của hệ thống treo
𝛼 - Góc nghiêng của giảm chấn, 𝛼 = 20°
Ta lại có quan hệ:
Kn - Hệ số cản của giảm chấn lúc nén
Ktr - Hệ số cản của giảm chấn lúc trả
Với giảm chấn, lực cản ở hành trình trả thường lớn hơn ở hành trình nén với mục đích, khi bánh xe đi qua chỗ gồ ghề thì giảm chấn bị nén nhanh cho nên không truyền lên khung xe những xung lực lớn ảnh hưởng đến độ bền khung xe và sức khoẻ người trong xe Do đó năng lượng được hấp thụ vào chủ yếu là ở hành trình trả
Giải hệ phương trình trên, ta được:
3.2.2.1.3 Xác định lực cản của giảm chấn:
Lực cản của giảm chấn trong hành trình nén:
Vg - Tốc độ piston trong hành trình nén,
Kn - Hệ số cản của giảm chấn trong hành trình nén,
Lực cản của giảm chấn khi nén mạnh:
Vgmax - Tốc độ piston khi nén mạnh,
K’n - Hệ số cản của giảm chấn khi nén mạnh, K’n = 0,6 Kn
Lực cản của giảm chấn trong hành trình trả:
Vg - Tốc độ piston trong hành trình trả,
Ktr - Hệ số cản của giảm chấn trong hành trình trả, Ktr = 26356 Ns/m
Lực cản của giảm chấn khi trả mạnh:
Ptrmax = Ptr + K’tr (Vgmax – Vg)
Vgmax - Tốc độ piston khi trả mạnh,
K’tr - Hệ số cản của giảm chấn khi trả mạnh,
3.2.2.2 Xác định các kích thước của giảm chấn:
3.2.2.2.1 Xác định đường kính, hành trình pistol:
Chế độ làm việc căng thẳng được xác định là
Công suất tiêu thụ của giảm chấn được xác định theo công thức:
Công suất tỏa nhiệt của một của một vật thể kim loại có diện tích tỏa nhiệt là F được tính như sau:
𝛼 - Hệ số truyền nhiệt, chọn 𝛼 = 0,13 𝐽/𝑚 2
Cân bằng phương trình nhiệt ta có:
𝜋 50 = 402 𝑚𝑚 Kích thước sơ bộ của giảm chấn bao gồm chiều dài của các bộ phận:
Ld là chiều dài phần đầu giảm chấn; Lm là chiều dài bộ phận làm kín; LP là chiều dài piston giảm chấn; Lv là chiều dài phần đế van giảm chấn; LG là hành trình làm việc cực đại của giảm chấn, LG phải lớn hơn khoảng dịch chuyển của bánh xe từ điểm hạn chế trên đến điểm hạn chế dưới
Nếu lấy đường kính piston d làm thông số cơ bản, các thông số khác được xác định:
D = 45 mm; d = 35 mm; dc = 10 mm; dn = 38 mm
LP = 35 mm; Ld = 50 mm; Lm P mm;
Do đó: L= Lv + LP + LG + Lm = 415 (mm) > 402 (mm)
Thỏa mãn điều kiện nhiệt
3.2.2.2.2 Xác định kích thước lỗ van giảm chấn:
Tổng diện tích lưu thông của các lỗ van giảm chấn (số lỗ và kích thước lỗ van) quyết định hệ số cản của giảm chấn Ta có công thức:
Q - Lưu lượng chất lỏng chảy qua lỗ tiết lưu,
FV - Tổng diện tích các lỗ van
𝜇 - Hệ số tổn thất, Chọn 𝜇 = 0,6
P - áp suất chất lỏng trong giảm chấn, 𝑃 = 𝑃 𝑔
𝛾 - Trọng lượng riêng của chất lỏng,
FP - Diện tích piston giảm chấn:
Vg – Vận tốc giảm chấn khi làm việc, 𝑉𝑔 = 0,3 𝑚/𝑠
3.2.2.2.2.1 Xác định kích thước lỗ van nén:
Tổng diện tích lỗ van nén được xác định theo công thức:
= 5,8 10 −6 𝑚 2 = 5,8 𝑚𝑚 2 Đường kính từng lỗ van nén:
4 = 5,8 𝑚𝑚 2 Chọn số lỗ van n = 4 => d = 1,4 mm
3.2.2.2.2.2 Xác định kích thước lỗ van trả:
Tổng diện tích lỗ van trả được xác định theo công thức:
= 3,5 10 −6 𝑚 2 = 3,5 𝑚𝑚 2 Đường kính từng lỗ van trả:
4 = 3,5 𝑚𝑚 2 Chọn số lỗ van n = 4 => d = 1 mm
3.2.2.2.2.3 Xác định kích thước lỗ van giảm tải hành trình nén:
Tổng diện tích tất cả các lỗ van khi nén mạnh được xác định theo công thức:
Tổng diện tích lỗ van giảm tải trong hành trình nén:
Fvm = F’vn –Fvn = 9,1 – 5,8 = 3,3 𝑚𝑚 2 Đường kính từng lỗ van giảm tải hành trình nén:
4 = 3,3 𝑚𝑚 2 Chọn số lỗ van n = 4 => d = 1 mm
3.2.2.2.2.4 Xác định kích thước lỗ van hành trình trả:
Tổng diện tích tất cả các lỗ van khi trả mạnh được xác định theo công thức:
Tổng diện tích lỗ van giảm tải trong hành trình trả:
Fvm = F’vt –Fvt = 5,5 – 3,5 = 2 𝑚𝑚 2 Đường kính từng lỗ van giảm tải hành trình nén:
4 = 2 𝑚𝑚 2 Chọn số lỗ van n = 4 => d = 0,8 mm
3.2.2.2.5 Xác định kích thước lò xo các van giảm chấn
Lực tác dụng lên lò xo van khi van bắt đầu mở:
4(𝐷 3 2 − 𝐷 4 2 )𝑝 Trong đó: p - áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ nén nhẹ,
4(20 2 − 17 2 ) 10 −6 2988773 = 260 𝑁 Lực tác dụng lên lò xo van khi van mở hoàn toàn:
Trong đó: p’ - áp suất chất lỏng ở cuối thời kỳ nén mạnh với V’ = 0,6 m/s và K’n = 0,6Kn
= 417 𝑁 Ứng suất trong lò xo được tính theo công thức:
P2 – Lực tác dụng lên lò xo khi van mở hoàn toàn
D - Đường kính vòng trung bình của vòng lò xo,
D = 17 mm d - Đường kính dây lò xo
3 Ứng suất cho phép của vật liệu làm lò xo,
→ 𝐶ℎọ𝑛 𝑑 = 3 𝑚𝑚 Dịch chuyển h của van giảm tải (khi mở hoàn toàn) được xác định theo công thức:
C - Độ cứng của lò xo, 𝐶 = 𝐺.𝑑 4
G – Mô đun đàn hồi của vật liệu khi xoắn,
𝐺 = 8 10 4 𝑀𝑁/𝑚 2 n – Số vòng làm việc của lò xo h- Ta có thể chọn h = 2 mm
Từ đó ta có thể xác định được số vòng làm việc của lò xo:
Chiều dài của lò xo khi van mở hoàn toàn được xác định như sau:
𝛿 - Khoảng cách giữa các vòng dây, 𝛿 = 0,8 mm
N0 - Số vòng toàn bộ của lò xo, n0 = n+1 = 2 +1 = 3 vòng
Chiều dài của lò xo khi van ở trạng thái đóng:
Chiều dài của lò xo ở trạng thái tự do:
𝜆 - Biến dạng của lò xo ở trạng thái van mở,
3.2.3.1.1 Thông số cơ bản của piston:
Chiều dài piston giảm chấn: Lp = 35 mm
Chiều dài phần đầu giảm chấn: Ld = 50 mm Chiều dài bộ phận làm kín: Lm = 50 mm
Chiều dài đế van giảm chấn: LV = 30 mm
Hành trình làm việc cực đại: LG = 300 mm
3.2.3.1.2 Kích thước lỗ van giảm chấn:
Số lỗ van nén: n = 4; đường kính: d = 1,9 mm
Số lỗ van giảm tải hành trình nén: n = 4; đường kính d = 1,5 mm
Số lỗ van trả: n = 4; đường kính: d = 1,5 mm
Số lỗ van giảm tải hành trình trả: n = 4; đường kính d =1,2 mm
3.2.3.2.1 Thông số cơ bản của piston:
Chiều dài piston giảm chấn: Lp = 35 mm
Chiều dài phần đầu giảm chấn: Ld = 50 mm Chiều dài bộ phận làm kín: Lm = 50 mm
Chiều dài đế van giảm chấn: LV = 30 mm
Hành trình làm việc cực đại: LG = 300 mm
3.2.3.2.2 Kích thước lỗ van giảm chấn:
Số lỗ van nén: n = 4; đường kính: d = 1,4 mm
Số lỗ van giảm tải hành trình nén: n = 4; đường kính d = 1 mm
Số lỗ van trả: n = 4; đường kính: d = 1 mm
Số lỗ van giảm tải hành trình trả: n = 4; đường kính d = 0,8 mm.
Bộ phận dẫn hướng
Mô hình hệ thống phanh lái treo của xe ô tô con
Mục đích
Cắt bổ hệ thống phanh lái treo để thấy cấu tạo, nguyên lý hoạt động bên trong Từ đó hiểu rõ hơn về việc bảo dưỡng sửa chữa 3 hệ thống trên.
Chuẩn bị vật tư
Mua và tháo cụm hệ thống còn nguyên, chuẩn bị dụng cụ cắt, dụng cụ hàn, các thanh sắt để làm khung mô hình, các bánh xe để di chuyển mô hình khung tên ghi nhó m sinh viên thực hiê ̣n.
Phương pháp cắt
Để thấy rõ cấu tạo của 3 hệ thống:
Hệ thống treo: bộ phận giảm chấn, đàn hồi, dẫn hướng
Hệ thống lái: vành tay lái, tru ̣c lái, các chi tiết cơ cấu lái, các chi tiết dẫn đô ̣ng lái, hình thang lái, van xoay, rotuyn lái, mayer chính, mayer phu ̣…
Hệ thống phanh: Bàn đa ̣p phanh, xy lanh phanh chính, bầu trợ lực phanh, dây dẫn dầ u, đĩa phanh, xylanh con, má phanh, khung treo phanh…
Ca ́c bước tiến hành hoàn thiê ̣n mô hình hê ̣ thống phanh lái treo
Bước 1: Tiến hành tháo rã các chi tiết từ xe Camry:
Hình 4.1 Các chi tiết từ xe Camry
Bước 2: Vệ sinh tất cả các chi tiết
Bước 3: Tiến cắt các chi tiết đợt 1
Bước 4: Lắp ráp các chi tiết thành cu ̣m, tiến hành cắt các chi tiết đợt 2, để lộ kết cấu bên trong hệ thống
Bước 5: Tiến hành phun sơn các chi tiết thành màu đen
Bước 6: Xác định kích thước khung giá đỡ, bảng tên mô hình, gia công phần khung sàn, hàn 4 bánh xe di chuyển mô hình
Hình 4.2 Hoàn thiện mô hình hệ thống treo độc lập
Hình 4.3 Bộ phận giảm chấn đã cắt vỏ lộ cấu tạo bên trong
Hình 4.4 Cắt xi lanh con của phanh bánh xe.
Qua mô hi ̀nh thực tế thấy được rõ hơn cấu ta ̣o hê ̣ thống phanh lái treo
Hình 4.5 Hệ thống phanh lái treo
Bộ phận đàn hồi: là lò xo xoắn, có tác dụng hấp thụ dao động theo phương thẳng đứng tạo độ êm dịu cho người lái
Bộ phận giảm chấn: là giảm chấn thủy lực có tác dụng dập tắt dao động từ bánh xe lên thân xe và tăng tính êm dịu cho người ngồi trên xe
Hình 4.7 Giảm chấn thủy lực
Bộ phận dẫn hướng: là các thanh liên kết
Sự tương tác giữa các bộ phận như lò xo, giảm xóc, cần điều khiển… trong quá trình xe di chuyển Khi xe đi trên mặt đường không bằng phẳng, bánh xe sẽ tác động trực tiếp với các phần đường gồ ghề Từ đó, những rung động sẽ được tạo ra Lúc này lò xo sẽ nén và hấp thụ những rung động đó Tiếp đó, bộ phận giảm xóc sẽ kiểm soát độ nảy lò xo, giúp cho ô tô không bị nảy lên quá mức Đồng thời với quá trình này là sự hoạt động của cần điều khiển và thanh cân bằng Hai bộ phận này sẽ giữ cho bánh xe thẳng đứng với khung xe, từ đó hạn chế nguy cơ xe lật, đổ
Mô hình giúp ta hiểu rõ hơn:
Góc đặt bánh xe là một phần không thể thiếu của xe ngày nay, các góc đặt bánh xe có rất nhiều công dụng và chức năng Để ổn định chuyển động, xe ô tô phải có tính năng chuyển động thẳng tốt và tính năng quay vòng khi xe đi vào vòng cua Do đó, các bánh xe phải được lắp với một góc nhất định so với mặt đường và hệ thống treo cho từng mục đích cụ thể Các góc này được gọi là góc đặt bánh xe
Góc đặt camber: Đây là góc nghiêng của bánh xe khi nhìn từ phía trước của xe Góc này được tạo bởi đường tâm của bánh xe và đường thẳng vuông góc với mặt đường
Phần bánh xe được nghiêng ra ngoài gọi là Camber Dương (+), phần bánh xe nghiêng vào trong gọi là Camber m (-)
Chức năng: làm giảm lực quay vòng, làm giảm tải trọng thẳng đứng, giảm sự biến dạng các bộ phận treo và bạc lót
Góc kingpin là đường thẳng nối khớp cầu trên và khớp cầu dưới, và tâm quay của bánh xe trước khi quay vô lăng θ b: Góc Kingpin (Đây là góc nghiêng của trục lái)
L: Độ lệch kingpin (Đây là khoảng cách đo được trên mặt đất từ đường tâm của lốp đến giao điểm của đường tâm trục lái và mặt đường)
+ Giảm lực đánh lái: bánh xe quay sang phải hoặc sang trái, với tâm quay là trục xoay đứng còn bán kính quay là khoảng lệch, nên độ lệch càng lớn thì mô-men cản quay càng lớn (do sức cản quay của lốp xe), vì vậy lực lái cũng tăng lên còn độ lệch giảm do góc kingpin sẽ làm giảm lực đánh lái
+ Giảm lực phản hồi: Nếu khoảng lệch quá lớn, lực dẫn động (lực đẩy xe) hoặc lực hãm sẽ tạo ra mô-men quay quanh trục xoay đứng lớn, tỷ lệ thuận với khoảng lệch
+ Tăng độ ổn định khi đi trên đường thẳng: Góc nghiêng của trục lái giúp cho bánh xe tự động quay trở về vị trí chạy đường thẳng, sau khi đã chạy vòng
Góc Caster được xác định bằng góc nghiêng giữa trục xoay đứng và đường thẳng đứng nhìn từ cạnh xe Khi trục xoay đứng nghiêng về phía sau thì được gọi là góc Caster Dương (+), còn trục nghiêng về phía trước được gọi là góc Caster m (-)
Góc caster có ảnh hưởng đến độ ổn định khi xe chạy trên đường thẳng, còn khoảng caster thì ảnh hưởng đến tính năng trả lái bánh xe sau khi chạy trên đường vòng Nếu các bánh xe có góc caster dương lớn thì ổn định trên đường thẳng tăng lên nhưng lại khó chạy trên đường vòng Độ ổn định chạy thẳng và hồi vị bánh xe: Độ ổn định trên đường thẳng nhờ có góc caster
Khi trục đứng quay để xe chạy vào đường vòng, nếu các bánh có góc caster thì lốp sẽ bị nghiêng đi so với mặt đường và tạo ra mô men kích, có xu hướng nâng thân xe lên
Mô men kích này đóng vai trò như một lực hồi vị bánh xe, có xu hướng đưa thân xe trở về vị trí nằm ngang và duy trì độ ổn định trên đường thẳng của xe
Hồi vị bánh xe nhờ có khoảng caster
Nếu bánh xe có góc caster thì giao điểm giữa đường tâm trục xoay đứng với mặt đường sẽ nằm phía trước tâm điểm tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường
Vì lốp xe được kéo về phía trước nên lực kéo này sẽ lấn át các lực có xu hướng làm cho bánh xe mất ổn định, giữ cho bánh xe chạy ổn định theo đường thẳng
Bán kính quay vòng: Đây là góc quay của một trong các bánh trước khi quay vô lăng
Bánh xe trước bên trong và bên ngoài quay với một góc khác nhau sao cho chúng vẽ nên những vòng tròn có tâm trùng nhau, điều đó để đảm bảo tính năng quay vòng của xe ôtô
