đề tài thiết kế '''' thiết kế hệ thống treo cho xe tải ''''

Các đòn liên kết của hệ treo - Hệ thống treo phụ thuộc : Là hệ thống treo mà các bánh xe đặp trên dầm liền, bộ phận giảm trấn và đàn hồi đặt giữa thùng xe và dầm cầu liền.. - Hệ thống t

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

TREO CHO XE TẢI

Giáo viên hướng dẫn : Ths Đồng Minh Tuấn

Mục lục

Trang

Chương 1 Tổng quan về hệ thống treo

1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại 05

1.1.1 Nhiệm vụ 05

1.1.2 Yêu cầu 05

1.1.3 Phân loại hệ thống treo 06

1.2 Kết cấu các chi tiết 07

1.2.1 Nhíp lá 07

1.2.2 Bộ giảm chấn 08

1.2.3 Lò xo xoắn ốc 13

Chương 2 Tính toán thiết kế hệ thống treo trên xe tải A Lựa chọn phương án thiết kế 15 2.1 Các thông số cho trước 15

2.2 Chọn phương án thiết kế 15

2.2.1 Chọn loại hệ thống treo 15

2.2.2 Chọn bộ phận đàn hồ 15

2.2.3 Chọn bộ phận giảm chấn 15

B Tính toán thiết kế hệ thống treo. 2.1 Tính toán sơ đồ treo 16

2.1.1 Xác định hệ số phân bố khối lượng phần treo 16

2.1.2 Xác định độ cứng của hệ thống treo 17

2.1.3 Xác định hành trình tĩnh của bánh xe 18

2.1.4 Xác định hành trình động của bánh xe 18

2.1.5 Kiểm tra lại hành trình động của bánh xe theo điều kiện đảm bảo khoảng sáng gầm xe là nhỏ nhất 18

2.1.6 Xác định hệ số dập tắt dao động của khối lượng phần treo 18 2.2 Tính toán dao động của oto 19

2.2.1 Xác định tân số dao động và hệ số dập tắt 20

2.2.2 Tính tai nhíp 27

2.3 Tính toán thiết kế các bộ phận của hệ thống treo 23

2.3.1 Xác định các kích thước cơ bản của bộ phận nhíp 2

2.3.2 Tính tai nhíp 27

Lời nói đầu

Trong đời sống kinh tế xã hội hiện nay, nhu cầu về chuyên chở hàng hoá và hành

khách là rất lớn Có rất nhiều phương tiện giao thông cùng tham gia giải quyết vấn đề này,

một trong những phương tiện không thể thiếu được đó là ôtô ở Việt Nam những năm gần đây

số lượng ôtô lưu thông càng lớn, chủng loại càng phong phú và đa dạng : xe tải, xe khách, xe

con

Trên ôtô, hệ thống treo có vai trò hết sức quan trọng, nó quyết định đến ổn định

chuyển động của bánh xe trên đường Đối với xe tải thì vấn đề này cũng rất quan trọng, vì

trong quá trình vận chuyển xe tải thường phải chuyên trở vật liệu với tải trọng lớn đồng thời

xe tải cũng có kết cấu cồng kềnh vì thế việc giúp cho xe chạy ổn định, ít bị dao động là hết

sức cần thiết

Đề tài thiết kế mà em được giao là: “ Thiết kế hệ thống treo cho xe tải ” Đây là một

đề tài rất thiết thực cho ngành công nghệ ôtô hiện nay, vì lượng xe tải trong hệ thống giao

thông Việt Nam ngày càng phong phú và đa dạng với những kết cấu và chủng loại phức tạp

Trên cơ sở phân tích những ưu nhược điểm của từng loại hệ thống treo và yêu cầu bố trí cụ

thể trên xe em chọn thiết kế hệ thống treo phụ thuộc Vì đây là hệ thống treo có nhiều ưu điểm

và được sử dụng nhiều trên các dòng xe tải hiện nay

Tuy nhiên, trong quá trình làm đồ án mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do trình độ

và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi được những sai sót em rất mong đươc sự đóng

góp ý kiến của thầy cô, bạn bè để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Đặc biệt, trong quá trình thực hiện đồ án em rất cám ơn sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo

Th.s Đồng Minh Tuấn đã giúp đỡ em rất nhiều để em có thể hoàn thành đồ án được giao.

Em xin trân thành cảm ơn!

Hưng Yên, Tháng 02 năm 2012

Sinh Viên thực hiện:

Nguyễn Thành Luân

Chương I: Tổng quan về hệ thống treo 1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại

+ Truyền lực, mô men giữa bánh xe và khung xe: bao gồm lực thẳng đứng ( tải trọng, phảnlực), lực dọc ( lực kéo hoặc lực phanh, lực đẩy hoặc lực kéo với khung, vỏ) lực bên ( lực litâm, lực gió bên, phản lực bên ) mô men chủ động và mô men phanh

1.1.2 Yêu cầu

Sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải "mềm", nhưng cũng phải đủ khả năng

truyền lực Quan hệ này thể hiện ở các yêu cầu chính sau đây:

+ Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kĩ thuật của xe có thểchạy trên mọi địa hình khác nhau

+ Bánh xe có khả năng chuyển dịch trong một giới hạn không gian hạn chế

+ Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lí, thoả mãn mục đích là mềm theo phươngthẳng đứng nhưng không phá hỏng quan hệ động lực học và động học của chuyển động bánhxe

+ Không gây nên tải trọng lớn tại mối liên kết với khung hoặc vỏ

+ Có độ bền cao

+ Có độ tin cậy lớn, trong điều kiện sử dụng phù hợp với tính năng kĩ thuật, không gặp hưhỏng bất thường

Riêng đối với xe con còn phải được chú ý thêm các yêu cầu:

+ Giá thành thấp và mức độ phức tạp của kết cấu không quá lớn

+ Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên thùng vỏ tốt

+ Đảm bảo tính điều khiển và ổn định chuyển động của xe ở tốc độ cao

1.1.3 Phân loại hệ thống treo

Ngày nay trên ô tô sử dụng hai nhóm lớn là :hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc

lập

a) b)

Hình 1 : Sơ đồ tổng thể hệ thống treo

a Hệ thống treo phụ thuộc b Hệ thống treo độc lập

1.Thùng xe- 2 Bộ phận đàn hồi 3 Bộ phận giảm chấn 4 Dầm cầu

5 Các đòn liên kết của hệ treo

- Hệ thống treo phụ thuộc : Là hệ thống treo mà các bánh xe đặp trên dầm liền, bộ phận

giảm trấn và đàn hồi đặt giữa thùng xe và dầm cầu liền Qua cấu tạo của hệ thống treo phụthuộc, sự dịch chuyển của một bên bánh xe theo phương thẳng đứng sẽ gây chuyển vị nào đó

của bánh xe kia, chúng ta có ý nghĩa chúng " phụ thuộc" lẫn nhau.

- Hệ thống treo độc lập : là hệ thống treo mà các bánh xe gắn " độc lập" với khung vỏ thông

qua đòn, bộ phận giảm chấn đàn hồi Các bánh xe " độc lập" dịch chuyển tương đối với khung

vỏ Trong thực tế chuyển động của xe , điều này chỉ đúng khi chúng ta coi thùng xe hoặc vỏ

+ Hệ thống treo còn được phân loại theo kết cấu của bộ phận đàn hồi như: Treo nhíp lá, treo

lò xo, treo thanh xoắn, treo khí nén treo thuỷ khí

+ Phân loại theo kết cấu giảm chấn: Giảm chấn ống, giảm chấn đòn, giảm chấn có áp suấttrong bằng áp suất khi quyển, giảm chấn có áp suất trong cao

1.2 Kết cấu các chi tiết

1.2.1 Nhíp lá

Hình 2 : Kết cấu nhíp lá.

a Ưu điểm:

- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo

- Chịu được tải trọng lớn

- Sửa chữa và bảo dưỡng dễ dàng

- Đóng vai trò cả giảm xóc và giảm chấn

b Nhược điểm:

- Dập tắt dao động không được nhanh và êm dịu

- Chiếm diện tích không gian lớn, do đó khoảng không gian phải lớn làm tăng chiều cao của

xe dẫn đến tính ổn định không cao

1.2.2 Bộ giảm chấn

 Giảm chấn được sử dụng trên xe với mục đích

- Giảm chấn dập tắt các va đập truyền lên khung khi xe bắt đầu lăn trên đường không bằngphẳng, nhờ vậy mà bảo vệ được bộ phận đàn hồi tăng tính tiện nghi cho sử dụng

- Đảm bảo giao động của phần được treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt tiếp xúc của bánh

xe trên nền đường, nâng cao tính chất chuyển động của xe như khả năng tăng tốc, khả năng antoàn chuyển động

- Bản chất của quá trình giảm chấn là quá trình tiêu hao cơ năng ( biến cơ năng thành nhiệtnăng) Thực ra quá trình này sảy ra với cả ma sát của nhíp lá, khớp trượt, khớp quay của các ổkim loại, ổ cao su Song quá trình dao động cơ học của xe đòi hỏi phải tiêu hao cơ năng nhanh

và khống chế được quá trình vật lí đó, cho nên giảm chấn đặt trên các bánh xe thực hiện chứcnăng này chủ yếu

- Giảm chán dùng cho xe có nhiều loại, đến nay chỉ sản xuất giảm chấn ống thủy lực có tácdụng hai chiều ( nén và giãn)

 Bộ giảm chấn được phân loại như sau:

- Phân loại theo vận hành: Kiểu tác dụng đơn, kiểu đa tác dụng

- Phân loại theo cấu tạo: Kiểu ống đơn, kiểu ống kép

- Phân loại theo môi chất làm việc: Kiểu thủy lực, kiểu nạp khí

- Giảm chấn ống có một lớp vỏ và giảm chấn ống có hai lớp vỏ

Trên ôtô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều ởcấu trúc hai lớp

*) Cấu tạo giảm chấn vỏ hai lớp

Trong giảm chấn , piston di chuyển trong xy lanh,chia không gian trong thành buồng A và

B ở đuôi của xy lanh thuỷ lực có một cụm van bù.Bao ngoài vỏ trong là một lớp vỏ ngoài ,không gian giữa hai lớp vỏ là buồng bù thể tích chất lỏng và liên hệ với B qua các cụm vanmột chiều (III,IV)

Buồng C được gọi là buồng bù chất lỏng, trong C chỉ điền đầy một nửa, không gian còn lạichứa không khí có áp suất khí quyển

*) Nguyên lý làm việc:

ở hành trình nén (bánh xe tiến lại gần khung xe), lúc đó ta có thể tích buồng B giảmnên áp suất tăng, chất lỏng qua van (I) và (IV) đi lên khoang A và sang khoang C ép khôngkhí ở buồng bù lại Vỏ ngoài của giảm chấn có tác dụng chứa dầu và thoát nhiệt ra môitrường không khí xung quanh Trên nắp của giảm chấn có phớt che bụi , phớt chắn dầu và các

lỗ ngang để bôi trơn cho trục giảm chấn trong quá trình làm việc

ở hành trình trả (bánh xe đi xa khung xe) Thể tích buồng B tăng do đó áp suất giảm ,chất lỏng qua van (II,III) vào B, không khí ở buồng bù giãn ra, đẩy chất lỏng nhanh chóngđiền đầy vào khoang B

Trong quá trình làm việc của giảm chấn để tránh bó cứng bao giờ cũng có các lỗ vanlưu thông thường xuyên Cấu trúc của nó tuỳ thuộc vào kết cấu cụ thể Van trả , van nén củahai cụm van nằm ở piston và xylanh trong cụm van bù có kết cấu mở theo hai chế độ , hoặc

các lỗ van riêng biệt để tạo nên lực cản giảm chấn tương ứng khi nén mạnh, nén nhẹ , trả

mạnh , trả nhẹ

Khi chất lỏng chảy qua lỗ van có tiết diện rất nhỏ tạo nên lực ma sát làm cho nónggiảm chấn lên Nhiệt sinh ra truyền qua vỏ ngoài (1) và truyền vào không khí để cân bằngnăng lượng

Hình 4 : Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn ống

thuỷ lực một lớp vỏ có tác dụng hai chiều Nguyên lý làm việc :

Trong một giảm chấn một lớp vỏ không còn bù dầu nữa mà thay thế chức năng của nó làbuồng II chứa khí nén có P = 2,5.106 N/mm2 đây là sự khác nhau giữa giảm chấn một lớp vỏ

di chuyển tạo nên sự cân bằng giữa chất lỏng và chất khí do đó áp suất không bị hạ xuốngdưới giá trị nguy hiểm Giảm chấn có độ nhạy cao kể cả piston dịch chuyển rất nhỏ, tránhđược hiện tượng cưỡng bức chảy dầu khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm cho áp suất thay đổi

C.So sánh giữa hai loại giảm chấn :

So sánh với loại giảm chấn hai lớp vỏ, giảm chấn một lớp vỏ có ưu điểm sau :

- Khi có cùng đường kính ngoài, đường kính của cần piston có thể làm lớn hơn mà

sự biến động tương đối của áp suất chất lỏng sẽ nhỏ hơn

- Điều kiện toả nhiệt tốt hơn

- ở nhiệt độ thấp ( Vùng băng giá ) giảm chấn không bị bó kẹt ở những hành trìnhđầu tiên

- Giảm chấn có piston ngăn cách có thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng bố trí nào.Nhờ các ưu điểm này mà giảm chấn một lớp một lớp vỏ được sử dụng rộng rãi trên

hệ treo Mc.pherson và hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết

- Nhược điểm của loại giảm chấn một lớp vỏ là vấn đề công nghệ và bao kín ( tuổithọ của phớt và độ mòn của piston với ống dẫn hướng )

- ở loại hai lớp vỏ: ống dẫn hướng cần piston hỏng trước phớt bao kín

- ở loại giảm chấn một lớp vỏ : phớt bao kín hỏng trước ống dẫn hướng của cần

piston

Chương II

tính toán thiết kế hệ thống treo trên xe tải

A Lựa chọn phương án thiết kế

2.1 Các thông số cho trước

Trọng lượng ô tô không tải G0 = 35500 (N)

Trọng tải ô tô G = 25500 (N)

Trọng lượng phần treo ô tô đầy tải: GT = 61000 (N)

Trọng lượng phần treo khi không tải trên cầu trước M1 = 12200 (N)

Trọng lượng phân bố cầu sau M2 = 13300 (N)

Trọng lượng không treo cầu trước m1 = 6400 (N)

Trọng lượng không treo cầu sau m2 = 10500 (N)

Chiều dài cơ sở L = 4250 (mm)

2.2 Chọn phương án thiết kế

2.2.1 Chọn loại hệ thống treo

Xe thiết kế là xe tải, thường xuyên phải chịu tải trọng lớn và hoạt động trên địa hình phứctạp, đòi hỏi tính việt dã cao nhưng độ êm dịu của xe dựa vào các thông số cho trước ta lựachọn hệ thống treo phụ thuộc

Loại hệ thống treo này độ êm dịu của xe không cao nhưng kết cấu đơn giản, khoảng sánggầm xe lớn thích hợp với di chuyển trên địa hình phức tạp ta chọn treo sau để tính toán thiếtkế

thoát nhiệt tốt phù hợp với xe tải

B Tính toán thiết kế hệ thống treo.

2.1 Tính toán sơ đồ treo

2.1.1 Xác định hệ số phân bố khối lượng phần treo

Từ công thức:

b a M

J Y Y







 (2-1) Trong đó:

M : Khối lượng phần treo khi ô tô đầy tải

a : Khoảng cách từ trọng tâm phần treo đến bánh xe cầu trước

b : Khoảng cách từ trọng tâm phần treo đến bánh xe cầu sau

JY: Mô men quán tính của khối lượng phần treo

Mặt khác mô men quán tính của khối lượng phần treo được xác định theo công thức sau: 2

L M A

J Y    (Nm.s2) Trong đó:

A: Hệ số kinh nghiệm Đối với hầu hết các ô tô hệ số kinh nghiệm A từ 0,13 đến 0,22

ta chọn A = 0,2

M: Khối lượng phần treo khi ô tô đâỳ tải (N.s2/m)

Ta có M được xác định theo công thức sau:

g

G

M  T (2-2) Trong đó:

GT: Trọng lượng phần treo ô tô đầy tải

T G

g

L: Chiều dài cơ sở của ô tô

Vậy mô men quán tính:

Xác định chiều dài a,b:

Từ các công thức tính khối lượng phần treo phân bố lên các cầu:

1

1

T T

M L b



    (2-3) Trong đó :

MT1: Khối lượng phần treo phân bố lên cầu trước

Ta lại có:

 2 

1 1

Ct: Độ cứng của hệ thống treo N/m

M: Khối lượng phần treo phân bố lên cầu N.s2/m

: Tần số dao động riêng của khối lượng phần treo

Để đảm bảo cho độ êm dịu của ô tô, khi tính toán độ cứng của hệ thống treo `tần số daođộng riêng của khối lượng phần treo thường được chọn  10  15rad / s

Ta chọn  12rad / s

Vậy độ cứng của hệ thống treo sau là:

2 1

6224,5

12 448164 /2

 m mm

12

8,9

Mà min  0 , 1  0 , 15m vậy thoả mãn điều kiện

2.1.6 Xác định hệ số dập tắt dao động của khối lượng phần treo

h0     (2-7)

Trong đó:

 : Hệ số cản tương đối khi tính toán có thể chọn  0  , 2 0 , 3 chọn   0 , 25

h0: Hệ số dập tắt dao động của khối lượng phần treo

 : Tần số dao động riêng của khối lượng phần treo rad/s

Vậy:

h0  12  0 , 25  3

2.2 Tính toán dao động của ô tô.

Trong phần 2.1 ta mới chỉ xác định được hệ số tần số dao động riêng của phần treo, hànhtrình tĩnh, hành trình động của bánh xe, lựa chọn sơ đồ tính toán Thực chất những thông sốtrên chưa đủ để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô nói riêng Đồng thời mục đích củaviệc tính toán sơ đồ treo mới chỉ xét được phần khối lượng phần treo mà chưa kể đến ảnhhưởng của phần không treo đến dao động đó

Để đánh giá đầy đủ độ êm dịu chuyển động của ô tô ta cần xét một hệ trong đó có cả daođộng của khối lượng phần treo và không treo.

Khi tiến hành xét hệ dao động hai khối lượng cần xác định các thông số sau:

Tần số dao động riêng cao tần k của hệ

Hệ số dập tắt dao động cao tần hk của hệ

Hệ số dao động thấp tần  1của hệ

Hệ số dập tắt dao động thấp tần h1 của hệ

Trong phần trước ta đã coi phần trước và phần sau dao động độc lập với nhau quá trình tínhtoán được tiến hành như sau:

+ Dao động của ô tô chỉ sảy ra trong mặt phẳng dọc xe

+ Nguồn kích thích dao động là sóng mặt đường có phương trình như sau:

q

q 0 1 cos

+ Dao động của ô tô là ổn định

Tính toán các thông số dao động của ô tô được thực hiện bằng các công thức gần đúng sau

2.2.1 Xác định tần số dao động riêng và hệ số dập tắt dao động của hệ.

Tần số dao động thấp tần  1 của hệ được xác định bằng công thức gần đúng

1 1 1

C1: Độ cứng của phần không treo

Với C1 = 600 N/mm

Gọi m1 là khối lượng phần không treo phân bố lên cầu trước Ta có:

 

1 1

6400

653,069,8

kt G

2 1 2

1 0

.1

M

m C C C

C C

C

C h

h

l t l

t t

t l

C C h

m

      (2-10)

Hệ số dao động cao tần

t l

C M