Phần mềm thiết kế ô tô part 6 docx

- 92 - H×nh 3.4.2.7. KÕt qu¶ kiÓm nghiÖm ®é cøng vµ tÇn sè dao ®éng cña hÖ thèng treo H×nh 3.4.2.8. KÕt qu¶ kiÓm nghiÖm bÒn nhÝp tr−íc - 93 - Hình 3.4.2.9. Kết quả kiểm nghiệm bền nhíp sau Hình 3.4.2.10. Kết quả tính toán kiểm tra giảm chấn Sau khi xem xong kết quả mà không muốn thực hiện công việc tính toán kiểm nghiệm hệ thống treo nữa, thì ngời sử dụng có thể lựa chọn "Thoát khỏi chơng trình" để quay về menu lựa chọn bài toán thiết kế hoặc kiểm nghiệm nh ban đầu để kết thúc phần "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống treo". - 94 - V. Kết luận Chơng trình "Tính toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống treo" với giao diện bằng tiếng Việt thân thiện, dễ hiểu, dễ sử dụng đã đạt đợc một số kết quả sau: - Tổng hợp đợc các công thức và một số phơng pháp tính toán đã đợc sử dụng ở Việt Nam trong những năm qua. - Xây dựng đợc chơng trình tính toán có giao diện bằng tiếng Việt dễ hiểu, dễ sử dụng. Chơng trình này sẽ giúp cho các kỹ s chuyên ngành giảm nhẹ đợc công việc tổng hợp lại các bớc và công thức tính, cũng nh giảm đợc khối lợng và thời gian tính toán so với trớc đây còn phải sử dụng bằng tay. - Tổng hợp đợc quá trình tính toán trên một số các kết cấu của hệ thống treo phụ thuộc hiện đang đợc sử dụng rộng rãi trên thị trờng Việt Nam và có thể áp dụng chơng trình để kiểm nghiệm các loại xe này, cũng nh có thể dựa trên cơ sở thông số của các loại xe hiện có để thiết kế cho các loại xe đóng mới tại Việt Nam có kết cấu tơng tự. - Chơng trình có thể mở rộng tính toán cho một số kết cấu của hệ thống treo khác phức tạp hơn nh hệ thống phanh treo độc lập, hệ thống treo khí, thuỷ khí, v.v Bên cạnh những mặt đạt đợc, chơng trình còn có một số khiếm khuyết sau: - Chơng trình xây dựng mới tổng hợp đợc một số lợng các kết cấu hiện có trên thị trờng chủ yếu xoay quanh hệ thống treo phụ thuộc nên cha áp dụng đợc với hệ thống treo độc lập, cũng nh các kiểu sơ đồ treo phức tạp hơn còn cha đi sâu giải quyết triệt để. - Phần tính toán kiểm tra lại mới chỉ dừng lại ở tính toán độ cứng và tần số dao động riêng của từng hệ treo ở mỗi cầu riêng biệt, nên cha mang tính kiểm nghiệm thực tế khi dao động của xe là dao động liên kết. Cha đánh giá đợc với chỉ tiêu độ êm dịu. - Chơng trình chạy trong môi trờng của phần mềm Matlab 5.3, tuy đây là phần mềm sẵn có và sử dụng tơng đối thuận tiện nhng phải cài đặt phần mềm này mới chạy đợc. - 95 - Chơng IV. Tính toán hệ thống lái I. Đặt vấn đề 1.1. Tổng quát Hệ thống lái của ô tô dùng để thay đổi hớng chuyển động nhờ quay các bánh dẫn hớng cũng nh để giữ hớng chuyển động thẳng hay quay vòng của ôtô khi cần thiết. Hệ thống lái là một trong những hệ thống điều khiển quan trọng nhất trên xe, nó phải đảm bảo những yêu cầu sau: - Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô, nghĩa là khả năng quay vòng trên những diện tích giới hạn. - Nhẹ nhàng trong việc điều khiển ô tô khi quay vòng tại chỗ và khi chuyển động. - Động học quay vòng đúng có nghĩa là khi quay vòng các bánh xe lăn tinh. - Truyền tối thiểu những va đập nghịch đảo lên vành tay lái. - Có tính ổn định chuyển động: các bánh xe dẫn hớng có thể quay về vị trí ban đầu và giữ đợc hớng chuyển động đã cho của ôtô. - Chính xác về tính tuỳ động động học và động lực học, có nghĩa là đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của các bánh xe dẫn hớng. - Có độ bền lâu và không bị h hỏng trong toàn bộ thời gian phục vụ của ôtô. - Thuận tiện trong việc sử dụng và bảo dỡng. - Không có những khe hở lớn trong hệ thống lái. 1.2. Phân loại hệ thống lái Hệ thống lái trên mỗi xe có đặc điểm kết cấu riêng của nó, vì thế phơng pháp và cách thức tính toán chúng cũng có những điểm riêng biệt. Do đó để có thể hệ thống hoá đợc các hệ thống lái chúng ta phải tiến hành phân loại và tổng hợp chúng. * Theo cách bố trí vành lái chia ra: - Hệ thống lái với vành lái bố trí bên trái (khi chiều thuận đi đờng là chiều phải). - Hệ thống lái với vành lái bố trí bên phải (khi chiều thuận đi đờng là chiều trái). * Theo kết cấu của cơ cấu lái chia ra: - Trục vít bánh vít (với hình rẻ quạt răng hay con lăn), - Trục vít đòn quay (với một hay hai ngõng trên đòn quay), - Thanh khía , - Liên hợp (Trụcvít ê cu và đòn quay hay trục vít êcu và thanh khía-rẻ quạt răng). * Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chia ra : - Trợ lực thuỷ lực, - Loại trợ lực khí (gồm cả cờng hóa chân không), - Loại trợ lực điện. * Theo phơng pháp điều khiển : - 96 - - Bằng tay hoặc tự động * Theo số lợng cầu dẫn hớng: - Một cầu dẫn hớng hay nhiều cầu dẫn hớng * Theo phơng pháp quay vòng: - Quay các bánh xe dẫn hớng quanh trụ đứng - Quay cả cầu dẫn hớng Hình 4.1. Một số loại cơ cấu lái a) Cơ cấu lái trục vít cun g răn g b) Cơ cấu lái trục vít con lăn c) Cơ cấu lái trục vít vô tận êcu đòn q ua y d) Cơ cấu lái trục vít êcu cun g răn g e) Cơ cấu lái loại thanh khía - 97 - Chúng ta biết rằng sự đa dạng của các kết cấu của mỗi hệ thống lái khác nhau dẫn đến việc tính toán cũng hoàn toàn riêng biệt. Trong phạm vi đề tài vì giới hạn về thời gian nên chúng tôi mới xây dựng phần lựa chọn kết cấu của cơ cấu lái loại trục vít êcu bi cung răng và dẫn động lái loại 4 khâu đơn giản, chơng trình có tính toán cờng hoá lái loại van trợt lắp liền với cơ cấu lái (tơng tự nh kết cấu xe Zil 130). Tuy nhiên chơng trình cũng xây dựng với hớng mở để có thể kết nối với những phần tính toán các kết cấu khác. 1.3. Nhiệm vụ Chơng trình tính toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống lái thực hiện những nhiệm vụ sau: a. Với bài toán thiết kế: - Tính toán động học dẫn động lái. - Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu lái. - Tính toán các thông số cơ bản của dẫn động lái. - Kiểm tra bền các chi tiết quan trọng của hệ thống. b. Với bài toán kiểm nghiệm: - Kiểm tra động học dẫn động lái - Kiểm tra bền các chi tiết quan trọng của hệ thống. - 98 - II. Các bớc tính toán: 2.1. Với bài toán thiết kế: Yêu cầu đặt ra đối với bài toán thiết kế là cho các thông số kỹ thuật của xe, cho điều kiện làm việc, chúng ta tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống lái, sau đó chọn và kiểm tra quá trình động học và động lực học của hệ thống lái đó. Qui trình tính toán thiết kế gồm các bớc sau: - Chọn và tính toán động học dẫn động lái - Xác định mô men cản quay vòng - Chọn tỷ số truyền - Tính toán cơ cấu lái (Chọn và kiểm bền cơ cấu lái) - Tính toán dẫn động lái (Chọn và kiểm bền dẫn động lái) - Tính toán cờng hoá lái (nếu có) 2.1.1. Tính toán động học dẫn động lái Tính động học dẫn động lái là xác định những thông số tối u của hình thang lái, động học đúng của các đòn quay khi có biến dạng của bộ phận đàn hồi trong hệ thống treo và chọn giá trị cần thiết của tỷ số truyền của dẫn động lái. Trên cơ sở lý thuyết để các bánh xe lăn tinh khi quay vòng thì hệ thống lái phải đảm bảo mối quan hệ sau đây của các góc quay bánh xe dẫn hớng bên trong và bên ngoài so với tâm quay vòng: cotg LT - cotg LT = B/L (4.1.1) Trong đó: B: Chiều rộng cơ sở (cm) L: Chiều dài cơ sở (cm) Nh vậy, nếu chọn trớc LT , ta có đợc đờng cong biểu diễn mỗi quan hệ giữa góc quay trong và góc quay ngoài lý thuyết: += )(gcot L B gcotarc LTLT (4.1.2) Trên đa số các ô tô hiện nay để đảm bảo mối quan hệ động học giữa hai bánh xe dẫn hớng ngời ta sử dụng một kết cấu đơn giản đó là dẫn động lái 4 khâu bao gồm các đòn đợc nối với nhau bằng các khớp cầu và đòn bên đợc đặt nghiêng một góc so với dầm cầu trớc. L B A B C D E O - 99 - Thông qua liên kết trên ta rút ra mối quan hệ giữa góc quay trong và góc quay ngoài của bánh xe dẫn hớng thực tế là: )sin(.B.2nB )sin(Bsin.m.2sin.B.2m arcsin )sin(mB )cos(m arctg tt 22 tt 2 tt tt tt ++ ++ + + += (4.1.3) Trong đó: : góc nghiêng của đòn bên với dầm cầu trớc ( = 60 - 75 0 ) m: Chiều dài đòn bên (cm). Chọn trớc m = (0,11 - 0,16)B n: Chiều dài thanh kéo ngang (cm). Chọn trớc tỷ số truyền m/n = 0,14 - 0,20 So sánh giữa LT và tt , nếu chênh nhau không quá 1 0 thì đạt yêu cầu. 2.1.2. Xác định mômen cản quay vòng Mô men cản quay vòng M c đợc xác định theo công thức: M c = 2G bx (f.a+0,14. y .r bx )/ 1 (kGcm) (4.1.4) Trong đó G bx : tải trọng tác dụng lên một bánh xe dẫn hớng (kG) f: hệ số cản lăn (f = 0,015) a: tay đòn của lực cản lăn quay xung quanh trụ đứng (cm). Thông thờng a = 30 - 60mm r bx : bán kính động lực học bánh xe (cm) : hệ số kể đến ảnh hởng của mômen ổn định ( = 1,07 - 1,15) 1 : hiệu suất tổn hao do ma sát ở cam quay và các khớp nối của truyền động lái ( 1 = 0,5 - 0,7) y : hệ số bám ngang ( y = 0,85) 2.1.3. Chọn tỉ số truyền Tỉ số truyền hệ thống lái có thể đợc biểu thị bằng tích của tỉ số truyền cơ cấu lái với tỉ số truyền dẫn động lái: i l = i c .i d (4.1.5) Tỉ số truyền cơ cấu lái i c = 15 - 25. Với xe có cờng hoá tỷ số truyền có thể lấy bé, ngợc lại khi không cờng hoá tỉ số truyền lấy lớn. Chọn tỷ số truyền dẫn động lái i d thờng chọn từ 0,85 - 1,1. Tỉ số truyền của hệ thống lái còn đợc tính theo công thức: = vl c l M M i (4.1.6) Trong đó: M c : Mô men cản quay vòng (kGcm) (đã tính ở trên) : Hiệu suất truyền lực của hệ thống ( = 0,7 - 0,85) M vl : Mô men tác động trên vành lái - 100 - M vl = P v .R v (kGcm) (4.1.7) P v : Lực lái tác dụng lên ở vành lái (kG). Với xe tải P lmax = 50kG, xe con: P lmax = (25 - 30)kG R v : Bán kính vành lái (m). Với xe con, R v 190mm, xe lớn không cờng hoá R v 230mm. Nh vậy lực tác dụng lên vành tay lái sẽ là: = .i.R M P lv c v (kG) (4.1.8) Nếu hệ thống lái có trợ lực thì định trớc lực tác dụng lên vành lái (từ 15-20kG). Sau đó xác định lực cần trợ lực để tính toán cho bộ trợ lực. 2.1.4. Tính toán cơ cấu lái (loại trục vít - êcu - thanh răng bánh răng) Cơ cấu lái loại trục vít - êcu - thanh răng bánh răng đợc sử dụng rộng rãi không có cờng hoá hay có cờng hoá thuỷ lực. Đây là cơ cấu lái loại liên hợp. Trong cơ cấu lái liên hợp ma sát trợt đợc thay thế bằng ma sát lăn (giữa bi và ê cu, giữa bi và trục vít vì vậy có thể đảm bảo tỷ số truyền của cơ cấu lớn và cơ cấu có tính chất trả tay lái khi quay vòng. 2.1.4.1. Chọn mô đun thanh răng, bớc vít trục vít : Chọn bớc trục vít p trên cơ sở tối u kích thớc trục vít, cung răng mà vẫn đảm bảo tỷ số truyền cơ cấu lái. (p = 5 - 20mm) Mô đun thanh răng m chọn theo tiêu chuẩn, đồng thời đảm bảo điều kiện bền và tối u kích thớc. 2.4.1.2. Các thông số cơ bản của cặp ê cu cung răng Thực chất đây là bộ truyền bánh răng thanh răng Bán kính vòng cơ sở của cung răng: r 0 =i c .p/2 (4.1.9) Số răng của cung răng (tính cả bánh răng ): Z 2 =2r 0 /m (4.1.10) (Lấy Z 2 là số nguyên) Đờng kính vòng chia cung răng: d 2 =Z 2 m (4.1.11) Trong trờng hợp này ta không cần dịch chỉnh lên đờng kính vòng chia cũng là đờng kính vòng lăn. Khoảng cách trục chia: a = Khoảng cách trục lăn: a w = Đờng kính vòng lăn cung răng: d w2 =m.Z 2 (4.1.12) Đờng kính đáy cung răng: d f2 =d 2 - 2,5m (4.1.13) Đờng kính đỉnh cung răng: d 2d =d 2 + 2m (4.1.14) Đờng kính vòng cơ sở cung răng: d b2 =d 2 (4.1.15) Góc prôfin gốc: =20 0 Góc prôfin răng t = Hệ số dịch chỉnh x t = 0 - 101 - Hệ số trùng khớp )Z/1/1(2,388,1 2 + = (4.1.16) Chiều cao răng của thanh răng: h tr = 4,5m (4.1.17) Các thông số cơ bản của cặp thanh răng - bánh răng phải chọn sao cho đảm bảo điều kiện bền. Tính ứng suất uốn ][ mdb 1 YYYk i M 2 F 2ww 1FF d c 1F = (4.1.18) F2 = F1 Y F2 /Y F1 [ F ] (4.1.19) Trong đó: k F : hệ số tải khi uốn. k F =1 Y : Hệ số dạng răng. Với răng thẳng Y = 1 Y : hệ số kể đến sự trùng khớp răng. Y = 1/ (4.1.20) Y F1 ,Y F2 : hệ số ảnh hởng của dạng răng đến tải trọng Y F1 ,Y F2 = 3,6 - 4,26 b w : chiều rộng bánh răng. b w = bd . d w2 (4.1.21) bd : hệ số chiều rộng bánh răng. bd = 0,15 [ F ]: ứng suất uốn cho phép. [ F ] = 5000 - 6000 kG/cm 2 . 2.1.4.3. Tính toán thiết kế cặp trục vít - ê cu : Lực dọc trục tác dụng lên ê cu : 2d c a r.i M F = (kG) (4.1.22) Với r 2 : bán kính vòng lăn bánh răng (cung răng) Đờng kính trong của ren: kk a 1 ][ F.3,1.4 d = (4.1.23) Trong đó k = ch /3 với ch là giới hạn chảy của vật liệu. ch = 5500 MPa Đờng kính bi: d b = 0,08 0,15d 1 Bán kính rãnh lăn: r 1 = (0,5 1 )d b Khoảng cách từ tâm rãnh lăn đến tâm bi = cos) 2 d r(c b 1 (4.1.24) Với là góc tiếp xúc giữa bi và ê cu. Thông thờng =45 0 . Đờng kính vòng tròn qua tâm bi: D tb = d 1 + 2(r 1 - c) (4.1.25) Đờng kính trong của đai ốc: D 1 = D tb + 2(r 1 - c) (4.1.26) Chiều sâu prôfin ren: h 1 = (0,3 0,35)d b Đờng kính ngoài của trục vít: d = d 1 + 2h 1 (4.1.27) Đờng kính ngoài của đai ốc: D = D 1 +2h 1 (4.1.28) [...]... bao gồm 3 khối: Khối nhập các thông số kỹ thuật của tô và các điều kiện làm việc, khối nhập các thông số tham khảo của cơ cấu lái và khối các thông số tham khảo của dẫn động lái 3.1.2 Khối các thông số kỹ thuật tô và điều kiện làm việc: Khối này nhập các thông số: Các thông số kỹ thuật tô: - Loại xe (con hay tải) - Trọng lợng toàn bộ của ô tô (cầu trớc/cầu sau) - Chiều rộng cơ sở - Chiều dài cơ... thiết kế hệ thống lái - 108 - Với trình tự các bớc tính toán thiết kế hệ thống lái nh ở phần II, chúng tôi đa ra sơ đồ thuật toán của bài toán thiết kế hệ thống ly hợp trên hình 4.3.1 Trong sơ đồ trên có các khối chơng trình thực hiện các chức năng sau: 3.1.1 Khối nhập dữ liệu: Phần nhập dữ liệu của xe và các dữ liệu tham khảo của hệ thống lái, bao gồm 3 khối: Khối nhập các thông số kỹ thuật của tô. .. toán thiết kế hệ thống lái Bắt đầu Nhập dữ liệu Các thông số tham khảo dẫn động lái Thông số kỹ thuật và điều kiện làm việc của tô Các thông số tham khảo cơ cấu lái Tính toán động học dẫn động lái Xác định mômen cản quay vòng Chọn tỉ số truyền Tính toán cơ cấu lái Sai Kiểm bền cơ cấu lái Đúng Kiểm bền dẫn động lái Trục lái Khớp cầu Đòn quay đứng Đủ bền Đúng Sai Xem kết quả Kết thúc Hình 4.3.1 Sơ đồ lôgíc... và tt, nếu chênh nhau không quá 10 thì đạt yêu cầu 2.2.2 Xác định mômen cản quay vòng Mô men cản quay vòng Mc đợc xác định tơng tự nh ở phần thiết kế 2.2.3 Tính toán tỉ số truyền a Tỉ số truyền cơ cấu lái Tỉ số truyền cơ cấu lái loại trục vít - êcu - thanh răng bánh răng đợc tính theo công thức: - 104 - ic = 2r0 p (4.2.4) Tỉ số truyền của dẫn động lái đợc tính gần đúng theo công thức: id = ln/ld (4.2.5)... dụng vào thanh kéo dọc: PR i Q 1 = max 0,5G 1 , v v c t ld (kG) G1: Trọng lợng tác dụng lên các bánh trớc tô ở trạng thái tĩnh (kG) ld: Chiều dài đòn quay đứng (cm) c: khoảng cách tâm chốt cầu tới trục đòn đứng (cm) Với tiết diện đòn quay đứng là hình chữ nhật bxh Wu=bh2 /6 (cm3) Wx =6( bh2+b3) (cm3) [u]: ứng suất uốn cho phép [u] = 1500 - 2000 kG/cm2 [x]: ứng suất xoắn cho phép [x] = 500 - 800... công thức: id = ln/ld (4.2.5) Trong đó:: ln: chiều dài đòn quay ngang ld: chiều dài đòn quay đứng Tỉ số truyền của hệ thống lái đợc tính theo công thức: il = ic.id (4.2 .6) Lực tác động lên vành lái đợc tính theo công thức: Pv = Mc R vil (4.2.7) Trong đó: Mc: Mô men cản quay vòng (kGcm) (đã tính ở trên) : Hiệu suất truyền lực của hệ thống ( = 0,7 - 0,85) Rv: Bán kính vành lái (cm) 2.2.4 Tính bền các... kính vòng lăn cung răng - 105 - [F]: ứng suất uốn cho phép [F] = 5000 - 60 00 kG/cm2 2.2.4.2 Cặp truyền lực trục vít - êcu Cặp truyền lực trục vít - êcu đợc tính bền theo chèn dập ứng suất chèn dập đợc tính theo công thức: cd F = a [ cd ] (kG/cm2) F 1 (4.2.12) Trong đó: Fa: Lực dọc trục (kG) Fa = Mc (kG) i d r2 (4.2.13) 2 Mc: Mômen cản quay vòng (đã tính ở trên) id: Tỷ số truyền dẫn động lái r2: bán... xoắn của trục lái : x = Pv R v D 0,2(D d ) 4 4 [ x ] (kG/cm2) (4.2.15) - Kiểm tra góc xoắn cho phép của trục lái = 2 x L [] (rad) DG (4.2. 16) Trong đó: d: Đờng kính trong trục lái (cm) - 1 06 - D: Đờng kính ngoài trục lái (cm) L: Chiều dài trục lái (cm) G: mô đun đàn hồi dịch chuyển G= 8.105 (kG/cm2) [x]: ứng suất xoắn cho phép [x] = 500 - 800 kG/cm2 []: Góc xoắn cực đại cho phép [] = 5,5 - 7,50 b... toán kiểm nghiệm: Yêu cầu với bài toán kiểm nghiệm là với xe đã có đầy đủ các thông số kỹ thuật chung, các thông số của hệ thống lái và các điều kiện làm việc, chúng ta kiểm tra động học và kiểm tra bền các chi tiết của hệ thống Qui trình tính toán kiểm nghiệm gồm các bớc sau: - Kiểm tra động học dẫn động lái - Xác định mômen cản quay vòng - Tính toán tỉ số truyền - Tính bền các chi tiết trong hệ thống... giữa các viên bi: (0,7 1,2)db Các thông số cơ bản của cặp trục vít - êcu bi đợc tính chọn phải đảm bảo thoả mãn các điều kiện bền ứng suất chèn dập đợc tính theo công thức: cd F = a [ cd ] (kG/cm2) F.Z b 1 (4.1.31) Trong đó: Fa: Lực dọc trục (kG) (đã tính ở trên) Zb: Số lợng bi trên các vòng ren làm việc 2 F: diện tích tiếp xúc giữa trục vít và bi F đợc tính theo công thức: F = (1 - sin1)r2 + (2 - . cấu lái và khối các thông số tham khảo của dẫn động lái. 3.1.2. Khối các thông số kỹ thuật tô và điều kiện làm việc: Khối này nhập các thông số: Các thông số kỹ thuật tô: - Loại xe (con hay. quay đứng Đủ bền Sai Đúng Xem kết quả - 109 - Với trình tự các bớc tính toán thiết kế hệ thống lái nh ở phần II, chúng tôi đa ra sơ đồ thuật toán của bài toán thiết kế hệ thống ly hợp trên hình. liên kết. Cha đánh giá đợc với chỉ tiêu độ êm dịu. - Chơng trình chạy trong môi trờng của phần mềm Matlab 5.3, tuy đây là phần mềm sẵn có và sử dụng tơng đối thuận tiện nhng phải cài đặt phần mềm